海洋激光雷达漫射衰减系数反演方法研究

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作者 雷子昂 杨颂 +3 位作者 沈振民 孙倩 张景豪 郑永超 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期425-431,共7页

为了解决漫射衰减系数K d的反演依赖于原位测量数据的问题,提出了一种基于Klett和Fernald法反演K d的融合算法。该融合算法以Klett法反演结果为基准,计算出激光雷达比作为Fernald法迭代时的先验信息,再用Fernald法反演出更加精确的水体... 为了解决漫射衰减系数K d的反演依赖于原位测量数据的问题,提出了一种基于Klett和Fernald法反演K d的融合算法。该融合算法以Klett法反演结果为基准,计算出激光雷达比作为Fernald法迭代时的先验信息,再用Fernald法反演出更加精确的水体漫射衰减系数K d;并运用数学解析模型作为融合算法的仿真数据源,解决了实测信号数据量不足的问题,最后基于自研的双频激光雷达系统,利用海试数据对融合算法进行了实验验证。结果表明,融合算法反演得到K d值的均方根误差值为0.74 m-1,精度优于传统的Klett法和Fernald法;所提出的融合算法能够满足近岸浅海水体漫射衰减系数K d反演的收敛和精度要求,且能在没有原位现场环境先验信息的条件下快速计算激光雷达比。该研究对浅海水域的深度测量以及海洋剖面光学参数的测量是有帮助的。 展开更多

关键词 海洋光学 海洋激光雷达 激光雷达比 水体漫射衰减系数 Klett算法 Fernald算法

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基于人工神经网络的海水漫射衰减系数的遥感反演方法 被引量：1

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作者 张亭禄 李肖霞 《中国海洋大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2007年第4期676-680,共5页

利用NOMAD数据集建立了基于人工神经网络的漫射衰减系数Kd490的反演算法。该人工神经网络是3层的反向传输神经网络。其结构为输入层有4个节点,它们分别对应4个波段443,490,555,665 nm的遥感反射比,隐含层有10个节点,输出层1个节点对应... 利用NOMAD数据集建立了基于人工神经网络的漫射衰减系数Kd490的反演算法。该人工神经网络是3层的反向传输神经网络。其结构为输入层有4个节点,它们分别对应4个波段443,490,555,665 nm的遥感反射比,隐含层有10个节点,输出层1个节点对应于漫衰减系数Kd490。利用另一独立的现场测量数据集(COASTLOOC)印证该反演算法的性能。结果表明,该研究建立的反演算法的性能明显好于业务化SeaWiFS算法,略好于Lee等人的半分析算法。 展开更多

关键词 漫射衰减系数 人工神经网络 反演方法

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基于Argo数据和MODIS数据的海水漫射衰减系数的垂直廓线研究

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作者 马春波 郭允侠 敖珺 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期773-779,共7页

叶绿素浓度是反映海水营养状况的重要参数,光谱漫射衰减系数是反映水中表观光学特性的参数,且这两个参数之间关系密切。光谱漫射衰减系数的垂直分布反映了垂直方向的光衰减特性,对水下激光通信的信道特性研究具有重要意义。本文根据现有... 叶绿素浓度是反映海水营养状况的重要参数,光谱漫射衰减系数是反映水中表观光学特性的参数,且这两个参数之间关系密切。光谱漫射衰减系数的垂直分布反映了垂直方向的光衰减特性,对水下激光通信的信道特性研究具有重要意义。本文根据现有的MODIS(Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer)数据建立的叶绿素浓度垂直分布模型和单参数(叶绿素浓度)的光谱漫射衰减系数模型,提出了一种新的垂直方向的衰减模型,并建立了位于第二岛链日本附近海域的漫射衰减系数垂直分布。该分布与实际测量的关于叶绿素浓度垂直分布的Argo(Array for Real-time Geostrophic Oceanography)数据并结合单参数的光谱漫射衰减系数模型所建立的漫射衰减系数垂直分布进行比较,其结果大致相同,验证了该模型的可行性。此外还对不同叶绿素浓度下的漫射衰减系数光谱进行了分析,结果表明浑浊海域采用绿色波段和清澈海域采用蓝色波段得到的衰减系数值最小。对比Argo数据,MODIS数据实时性更高且较容易获得,因此本文提出的垂直分布的衰减模型应用更方便。 展开更多

关键词 信道特性 叶绿素浓度 漫射衰减系数 垂直分布

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基于体散射函数及吸收系数的南海水体漫射衰减系数研究 被引量：2

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作者 张现清 李彩 +4 位作者 周雯 刘聪 许占堂 曹文熙 杨跃忠 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期86-95,共10页

漫射衰减系数K_(d)(z,λ)是估算水下光场及水色要素剖面分布、研究浮游植物光合作用及赤潮灾害预警方法的重要参数,它是一个准固有光学特性参数,是波长λ和剖面深度z的函数,除与水体吸收、散射或后向散射有关外,对归一化的水体体散射函... 漫射衰减系数K_(d)(z,λ)是估算水下光场及水色要素剖面分布、研究浮游植物光合作用及赤潮灾害预警方法的重要参数,它是一个准固有光学特性参数,是波长λ和剖面深度z的函数,除与水体吸收、散射或后向散射有关外,对归一化的水体体散射函数即散射相函数的角度分布极为敏感。本文基于广角体散射函数测量仪(volume scattering and attenuation meter,VSAM)、吸收衰减系数测量仪ac-9和ac-s以及海洋光学剖面仪ProfilerⅡOCI/R-200I和Hyper ProⅡ在南海海域实测数据,利用Light GBM、随机森林(random forest,RF)、Cat Boost三种高效机器学习方法,首次构建了基于体散射函数β(ψ)、吸收系数a及对应剖面深度z的漫射衰减系数K_(d)(650)剖面分布估算模型,并综合R^(2)、RMSE、MAPE以及估算与实测数据的对比进行模型评价,结果表明,三种机器学习模型中,Cat Boost模型的R2和RMSE分别为0.8534和0.0472m^(-1),均优于RF和Light GBM;Cat Boost模型的MAPE为11.0585%,低于RF模型但略高于Light GBM模型;通过对比估算和实测结果发现,Cat Boost模型估算结果与实测结果最为相近,是K_(d)(650)最优估算模型。利用Cat Boost模型,结合实测体散射函数β(ψ)、吸收系数a及其相应剖面深度z,对南海北部多个站点15m以浅K_(d)(650)的剖面分布估算表明,上述站点K_(d)(650)在5、10、15m三个水层变化范围为0.275~0.7m^(-1),5m水层的K_(d)(650)较为平稳,10与15m水层K_(d)(650)跨度较大。本研究方法考虑了多角度体散射函数分布对漫射衰减系数的贡献,为基于固有光学特性参数估算K_(d)(z,λ)提供了新方法思路。 展开更多

关键词 漫射衰减系数K_(d)(650) 体散射函数 吸收系数 机器学习

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基于浮标观测的东海赤潮高发区秋、冬季漫射衰减系数的反演 被引量：2

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作者 张雨 王桂芬 +5 位作者 许占堂 杨跃忠 周雯 郑文迪 曾凯 邓霖 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期71-83,共13页

浮标测量的光学数据时间序列长、分辨率高,能可靠地测量快速变化的漫射衰减系数(Kd)。东海赤潮高发区水体中的浮游植物生物量及悬浮泥沙含量存在较大的变化,光学性质复杂。文章利用2013年9月至2014年1月的海洋光学浮标数据,获得了该海... 浮标测量的光学数据时间序列长、分辨率高,能可靠地测量快速变化的漫射衰减系数(Kd)。东海赤潮高发区水体中的浮游植物生物量及悬浮泥沙含量存在较大的变化,光学性质复杂。文章利用2013年9月至2014年1月的海洋光学浮标数据,获得了该海域水体的表观光学特性,基于Kd(490)与遥感反射比[Rrs(λ)]的相关关系建立了Kd(490)的经验算法,并与已有7种反演算法进行了比较。结果表明,该海域的Kd(λ)及Rrs(λ)具有显著的Ⅱ类水体光谱特征,其中,Kd(490)的范围为0.01~4.31m-1,水体的浑浊程度变化大。Kd(490)与Rrs比值的相关性较好,据此建立了以Rrs(650)/Rrs(510)、Rrs(555)/Rrs(510)作为自变量的Kd(490)双比值经验算法。将新建算法反演获得的Kd(490)与实测Kd(490)相比,均方根误差、平均相对误差百分比和线性回归的决定系数分别为0.27m-1、27.08%和0.77,优于其他7种算法。算法精度的提高源于新建算法选择的Rrs能充分反映水体信息,并适应水体组分的变化,可为东海赤潮高发区Kd(490)的反演提供较好的选择,并为海洋光学浮标在水体环境监测中的应用提供示例。 展开更多

关键词 东海赤潮高发区 海洋光学浮标 漫射衰减系数 遥感反射率 Kd(490)反演算法

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MODIS-Aqua漫射衰减产品K_d(490)在南海海域的精度对比 被引量：6

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作者 赵文静 曹文熙 +1 位作者 胡水波 王桂芬 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期14-24,共11页

基于遥感手段准确估算水体漫射衰减系数Kd(490),可为有效评价近岸海域水质、准确估算真光层深度提供有力数据和方法支撑。利用2004~2012年在南海海域获得的9个航次的实测Kd(490)数据,通过建立实测与遥感产品的时空匹配数据对,获取与Kd(4... 基于遥感手段准确估算水体漫射衰减系数Kd(490),可为有效评价近岸海域水质、准确估算真光层深度提供有力数据和方法支撑。利用2004~2012年在南海海域获得的9个航次的实测Kd(490)数据,通过建立实测与遥感产品的时空匹配数据对,获取与Kd(490)实测数据相对应的MODIS-Aqua遥感反射率(Rrs(λ))和叶绿素a浓度(Chl-a)产品,分别采用算法Muller,Werdell,Morel,Lee和MODIS业务化算法KD2M对南海海域Kd(490)遥感产品进行精度评估与对比;在此基础上,考虑到南海海域水体的特异性,基于相应的实测Rrs(λ)和Chl-a数据集,利用上述算法对Kd(490)反演产品再次进行精度评估与对比,进而探讨Kd(490)产品的误差来源和算法区域化修正的必要性。基于MODIS-Aqua遥感产品,利用上述五种算法获得的MODIS-Aqua Kd(490)产品值与实测值的平均相对误差(APD)分别是20.12%,29.22%,17.98%,22.61%和21.61%,其中,Morel算法最优,且相关系数最高达0.5;基于相应实测数据,利用上述算法反演获得的Kd(490)产品精度均有不同程度的提高,特别是算法Lee和Werdell,APD分别为17.86%和17.97%,提高了5%~11%,最优算法为Morel,其APD可达15.44%。合理选取评估算法及进一步开展算法的区域性修正对于准确估算南海海域Kd(490)产品是非常必要的。 展开更多

关键词 光学遥感 MODIS-Aqua 漫射衰减系数Kd(490) 南海 精度评估

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纳木措水体中辐射衰减特性的初步研究 被引量：2

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作者 次仁尼玛 卓嘎 《西藏大学学报（社会科学版）》 CSSCI 2012年第2期11-14,共4页

文章利用纳木措水体中实测的辐射数据,即湖体在波长305nm、312nm和320nm的平均光谱漫衰减系数分别为0.39 m-1、0.40 m-1和0.34 m-1,光合有效辐射的平均漫衰减系数为0.14 m-1。初步分析了纳木措水体中紫外线和光合有效辐射的衰减特性。

关键词 漫射衰减系数 光学特性 纳木措

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抚仙湖秋、冬季光衰减特征及其与有色可溶性有机物的关系 被引量：9

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作者 周起超 张运林 +3 位作者 周永强 陈毅良 秦江 聂菊芬 《湖泊科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1316-1327,共12页

为了研究抚仙湖紫外辐射(UVR)和光合有效辐射(PAR)衰减的时空特征及其与有色可溶性有机物(CDOM)、悬浮物(SS)、浮游植物(叶绿素a表征)等因子的关系,于2014年10月(秋季)、2015年1月(冬季)开展现场调查,结果显示:秋季不同波长(段)的漫射... 为了研究抚仙湖紫外辐射(UVR)和光合有效辐射(PAR)衰减的时空特征及其与有色可溶性有机物(CDOM)、悬浮物(SS)、浮游植物(叶绿素a表征)等因子的关系,于2014年10月(秋季)、2015年1月(冬季)开展现场调查,结果显示:秋季不同波长(段)的漫射衰减系数Kd(305)、Kd(340)和Kd(PAR)分别为1.27±0.12、0.68±0.11和0.32±0.13 m-1,冬季分别为1.13±0.10、0.63±0.07和0.36±0.07 m-1;秋季CDOM的不同波长吸收系数ag(254)、ag(305)和ag(340)分别为4.09±0.26、1.18±0.09和0.57±0.05 m-1,冬季分别为2.95±0.24、0.61±0.11和0.11±0.07 m-1,秋季ag(254)、ag(305)和ag(340)显著高于冬季;秋季Kd(305)显著大于冬季,这与秋季(雨季)较高的CDOM丰度、浮游植物生物量(及SS浓度)有关.秋季ag(305)/Kd(305)、ag(340)/Kd(340)均显著高于冬季;秋季及秋冬季整体而言,ag(254)与Kd(305)、Kd(340)呈显著正相关,各多元逐步回归方程中均包含ag(254),说明CDOM吸收对UVR的衰减有重要贡献.空间差异方面,秋季北部的ag(254)、Kd(305)和Kd(340)显著高于南部,冬季南北部无明显差异,或与雨旱季北岸河流输入的CDOM和SS的情况有关.此外,浮游植物对UV-B衰减的影响和SS(与CDOM的交互作用)对UV-A衰减的影响更在于季节变化方面,而影响UVR、PAR衰减的各因子的相对贡献有待进一步量化. 展开更多

关键词 漫射衰减系数 紫外辐射 真光层 有色可溶性有机物 时空分布 抚仙湖

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五里湖南岸生态示范工程对水下光场的改善效果研究 被引量：4

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作者 张运林 陈开宁 秦伯强 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期86-94,共9页

2004年7月20日在五里湖南岸生态示范工程区共布设9个采样点进行水下光场的测定，并采集水样分析悬浮物、叶绿素8、DOC浓度和各组分吸收系数。结果表明，3类主要光衰减物质总悬浮物、叶绿素a和DOC的浓度分别为5．1～38．7mg／L、25．5—8... 2004年7月20日在五里湖南岸生态示范工程区共布设9个采样点进行水下光场的测定，并采集水样分析悬浮物、叶绿素8、DOC浓度和各组分吸收系数。结果表明，3类主要光衰减物质总悬浮物、叶绿素a和DOC的浓度分别为5．1～38．7mg／L、25．5—86．4pg／L和7．43—8．74mg／L；生态示范工程能明显降低水体悬浮物和叶绿素α浓度，Ⅱ类区总悬浮物、叶绿素a浓度相对Ⅰ类区分别降低了53．4％、33．0％，而Ⅲ类区总悬浮物、叶绿素α浓度相对Ⅰ类区分别降低了77．4％、65．0％。光合有效辐射（PAR）衰减系数在1．81—4．93m^-1间变化，对应的真光层深度为0．93—2．54m，Ⅱ、Ⅲ类区相对Ⅰ类区PAR衰减系数分别降低了42．2％、52．8％，对应的真光层深度则分别增加了73％、112％。αg（440）、αd（440）、αph（440）的变化范围分别为0．79—1．31m^-1、0．41-2．22m^-1、0．73-2．12m^-1。纯水对总吸收的贡献均在15％以下，有色可溶性有机物（CDOM）吸收对总吸收的贡献率在18．16％-40．28％间变化，非藻类颗粒物对总吸收的贡献率在14．40％-37．88％间变化，浮游藻类对总吸收系数的贡献率基本上是各组分贡献率中最高的，在31．05％-45．28％间变化。对PAR衰减系数、真光层深度、透明度等表观光学参数与主要水色因子进行相关分析发现，水体中浮游藻类和有机颗粒物对生态示范区内的水体光学性质影响最大，而围隔外围浮游藻类、非藻类颗粒物对光的衰减相当。 展开更多

关键词 五里湖 生态示范工程 漫射衰减系数 真光层深度 吸收系数

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云南程海真光层深度的时空分布及其影响因子 被引量：8

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作者 李凯迪 周远洋 +5 位作者 周起超 董云仙 张运林 常军军 陈乐 陆轶峰 《湖泊科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期256-267,共12页

程海位于云南省丽江市永胜县,是高原封闭型深水湖泊的典型代表.为了揭示程海真光层深度的时空分布及其影响因子,于2016年3月-2017年2月在程海布设9个点位开展逐月调查.结果显示:光合有效辐射漫射衰减系数、真光层深度的年均值分别为1.06... 程海位于云南省丽江市永胜县,是高原封闭型深水湖泊的典型代表.为了揭示程海真光层深度的时空分布及其影响因子,于2016年3月-2017年2月在程海布设9个点位开展逐月调查.结果显示:光合有效辐射漫射衰减系数、真光层深度的年均值分别为1.06±0.25 m-1、4.64±1.27 m;空间变化方面,无论"北、中、南部"还是"西、中、东部",全年、逐月及雨旱季的真光层深度均无显著差异;时间变化方面,5月的真光层深度最高(6.49±1.03 m)、7月的最低(3.63±0.48 m),且全年、雨季、旱季的各月份间差异显著;回归分析发现,浮游植物生物量是程海真光层深度的最主要影响因子,悬浮物浓度次之(主要在雨季),有色可溶性有机物的影响甚微.为进一步识别程海真光层深度的间接影响因子,本文还分析了浮游植物生物量与生态因子的相关性.本研究可为程海的保护和治理积累数据并提供借鉴. 展开更多

关键词 真光层 漫射衰减系数 光合有效辐射 浮游植物 雨旱季 云贵高原 程海

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垂向湍流扩散和光耦合对下沉藻增长的影响——基于内陆混浊湖泊(太湖)分析 被引量：2

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作者 周妍 赵巧华 刘鹏 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期792-801,共10页

在假设温度恒定?弱化营养盐限制作用的条件下,利用太湖背景漫射衰减系数?日变化太阳辐射等数据,通过下沉藻生长与水环境相结合的耦合模型,模拟下沉藻增长过程中垂向湍流扩散和光之间的耦合.结果表明:在相对清洁水体中(背景漫射衰减系数... 在假设温度恒定?弱化营养盐限制作用的条件下,利用太湖背景漫射衰减系数?日变化太阳辐射等数据,通过下沉藻生长与水环境相结合的耦合模型,模拟下沉藻增长过程中垂向湍流扩散和光之间的耦合.结果表明:在相对清洁水体中(背景漫射衰减系数小于1.1/m),下沉藻类无需垂向湍流扩散均可维持增长;混浊水体中(背景漫射衰减系数介于1.1～3.0/m)下沉藻类增长需垂向湍流扩散维持,且最低垂向湍流扩散值随背景漫射衰减系数增大而增大,二者间存在指数函数关系;最低垂向湍流扩散(D)?水深(z)与藻类下沉速度(v)间的佩克莱数应位于0.38～13.89,否则垂向湍流扩散对比其他因素(藻类沉降和光衰减),对水柱中下沉藻类的增长的作用甚小;当背景漫射衰减系数大于3.0/m,水柱平均光能可能难以满足藻类增长,藻类持续消亡.该研究有助于厘清气候变化背景下水生生态系统中的浮游植物种群演替机制. 展开更多

关键词 下沉藻 垂向湍流扩散 背景漫射衰减系数 数值模拟

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