海洋遥感ppt03-海洋水色遥感课件.ppt

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1、卫星海洋遥感导论卫星海洋遥感导论An Introduction to Satellite Oceanic Remote Sensing第三章第三章 海洋水色遥感海洋水色遥感武汉大学武汉大学 遥感信息工程学院遥感信息工程学院什么是海洋水色遥感？什么是海洋水色遥感？海洋水色遥感是利用机载或星载遥感器探测与海洋水色有关海洋水色遥感是利用机载或星载遥感器探测与海洋水色有关的参数（即海色要素，如的参数（即海色要素，如叶绿素、悬浮物、可溶有机物、污叶绿素、悬浮物、可溶有机物、污染物染物等）的光谱辐射，经过大气校正，根据生物光学特性可等）的光谱辐射，经过大气校正，根据生物光学特性可求得海水中叶绿素浓度和悬浮

2、物含量等海洋环境要素的一种求得海水中叶绿素浓度和悬浮物含量等海洋环境要素的一种方法，用于监测海洋环境和评估海洋生产力方法，用于监测海洋环境和评估海洋生产力。第三章第三章 海洋水色遥感海洋水色遥感Satellite Oceanic Remote Sensing 第三章第三章 海洋水色遥感海洋水色遥感Satellite Oceanic Remote Sensing 海洋水色遥感平台发展简史：海洋水色遥感平台发展简史：第一代卫星水色传感器是第一代卫星水色传感器是19781978年美国年美国NASANASA发射的发射的Nimbus-7Nimbus-7卫星上搭载的沿岸水色扫描仪卫星上搭载的沿岸水色扫描仪

3、CZCSCZCS。德国和印度于德国和印度于19961996年年3 3月发射了月发射了MOSMOS；日本在日本在19961996年年8 8月发射了海洋水色水温扫描仪月发射了海洋水色水温扫描仪OCTSOCTS；法国于法国于19961996年年8 8月发射了月发射了POLDERPOLDER；19971997年年9 9月发射的月发射的SeastarSeastar卫星上搭载有海洋宽视场水色扫描卫星上搭载有海洋宽视场水色扫描仪仪SeaWiFSSeaWiFS。19991999年年NASANASA发射了发射了EOS-TerraEOS-Terra，其上搭载有中分辨率成像，其上搭载有中分辨率成像光谱仪光谱仪MOD

4、ISMODIS。第三章第三章 海洋水色遥感海洋水色遥感Satellite Oceanic Remote Sensing 我国海洋水色遥感发展及现状我国海洋水色遥感发展及现状20022002年发射了第一颗海洋实验卫星年发射了第一颗海洋实验卫星HY-1HY-1，其上搭载有，其上搭载有COCTSCOCTS水色扫描装置。海洋一号卫星的发射成功，大大地水色扫描装置。海洋一号卫星的发射成功，大大地促进了我国海洋水色遥感的研究与应用。促进了我国海洋水色遥感的研究与应用。20032003年年2 2月月5 5日海洋一号日海洋一号卫星卫星COCTSCOCTS海冰遥感实况海冰遥感实况 海洋一号卫星海洋一号卫星第第三

5、三章章 海洋水色遥感海洋水色遥感Satellite Oceanic Remote Sensing 海洋一号卫星水色扫描仪海洋一号卫星水色扫描仪20022002年年9 9月月3 3日在长江口发现赤潮：日在长江口发现赤潮：左图为遥感合成实况、右图为遥感反演得到的赤潮区。左图为遥感合成实况、右图为遥感反演得到的赤潮区。第三章第三章 海洋水色遥感海洋水色遥感Satellite Oceanic Remote Sensing 3.1 3.1 浮游植物、颗粒和溶解物浮游植物、颗粒和溶解物 的散射和吸收的散射和吸收3.2 3.2 水色遥感机理水色遥感机理3.3 3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法第三章第

6、三章 海洋水色遥感海洋水色遥感Satellite Oceanic Remote Sensing 海洋水色重要的影响因素海洋水色重要的影响因素1.1.浮游植物及其色素浮游植物及其色素 叶绿素浓度：从根本上反应海洋生产力的变化叶绿素浓度：从根本上反应海洋生产力的变化 荧光荧光：浮游植物健康状况的指示器：浮游植物健康状况的指示器2.2.溶解有机物（黄色物质）溶解有机物（黄色物质）陆源陆源CDOMCDOM：溶解的腐殖酸和棕黄酸，来自携带腐烂植：溶解的腐殖酸和棕黄酸，来自携带腐烂植 被的陆基径流被的陆基径流 海洋海洋CDOMCDOM：通过降解浮游植物或浮游动物的食物残渣：通过降解浮游植物或浮游动物的食物

7、残渣 而形成的而形成的3.1 浮游植物、颗粒和溶解物的散射和吸收浮游植物、颗粒和溶解物的散射和吸收Satellite Oceanic Remote Sensing 海洋水色重要的影响因素海洋水色重要的影响因素3.3.悬浮颗粒悬浮颗粒 有机颗粒：称为碎屑，包括浮游植物和浮游动物细胞碎有机颗粒：称为碎屑，包括浮游植物和浮游动物细胞碎 片以及浮游动物的球形排泄物片以及浮游动物的球形排泄物 无机颗粒无机颗粒：包括砂石和灰尘，来自侵蚀的陆基岩石和土：包括砂石和灰尘，来自侵蚀的陆基岩石和土 壤。壤。3.1 浮游植物、颗粒和溶解物的散射和吸收浮游植物、颗粒和溶解物的散射和吸收Satellite Oceani

8、c Remote Sensing 海洋水体分类海洋水体分类类水体：类水体：大洋水体大洋水体 光谱特性与浮游植物相关光谱特性与浮游植物相关 II II类水体：类水体：近岸水体近岸水体 光谱特性与浮游植物、光谱特性与浮游植物、无机悬浮物、无机悬浮物、溶解有机物相关溶解有机物相关3.1 浮游植物、颗粒和溶解物的散射和吸收浮游植物、颗粒和溶解物的散射和吸收Satellite Oceanic Remote Sensing 散散 射射 总的体散射函数总的体散射函数 T T(,）T(,）=W(,）+P(,）下标下标w指纯海水，指纯海水，p指有机和无机颗粒物指有机和无机颗粒物3.1 浮游植物、颗粒和溶解物的散

9、射和吸收浮游植物、颗粒和溶解物的散射和吸收Satellite Oceanic Remote Sensing 散散 射射 后向散射模型后向散射模型bbp(）=X-YX与颗粒物浓度成比例，与颗粒物浓度成比例，Y则决定于颗粒的粒径分布。则决定于颗粒的粒径分布。大颗粒和米散射：大颗粒和米散射：Y 0小颗粒：小颗粒：Y03.1 浮游植物、颗粒和溶解物的散射和吸收浮游植物、颗粒和溶解物的散射和吸收Satellite Oceanic Remote Sensing 吸吸 收收总吸收系数总吸收系数 T()T()=w()+p()+()+CDOM()下标下标w、p、CDOM分别指的是纯海水、颗粒物、浮游分别指的是纯

10、海水、颗粒物、浮游植物色素和带颜色的溶解有机物。植物色素和带颜色的溶解有机物。3.1 浮游植物、颗粒和溶解物的散射和吸收浮游植物、颗粒和溶解物的散射和吸收Satellite Oceanic Remote Sensing 吸吸 收收 CDOM CDOM和颗粒物和颗粒物在在350nm350nm 700nm700nm区间区间i()=Ai(400)exp-qi(-400)下标下标i等于等于p和和CDOM，Ai(400)是与浓度是与浓度有关的参考波长上的吸收系数，有关的参考波长上的吸收系数，qi 是特是特定吸收体种类的常数。定吸收体种类的常数。3.1 浮游植物、颗粒和溶解物的散射和吸收浮游植物、颗粒和溶

11、解物的散射和吸收Satellite Oceanic Remote Sensing 吸吸 收收 浮游植物浮游植物Chl a的吸收曲线存在两个主要的吸收峰：的吸收曲线存在两个主要的吸收峰：1.位于位于440nm附近的蓝光吸收峰，称为附近的蓝光吸收峰，称为Soret波段波段 2.中心位于中心位于665nm的红光吸收峰的红光吸收峰类胡萝卜素的吸收峰最大值趋向类胡萝卜素的吸收峰最大值趋向500nm3.1 浮游植物、颗粒和溶解物的散射和吸收浮游植物、颗粒和溶解物的散射和吸收Satellite Oceanic Remote Sensing 3.1 浮游植物、颗粒和溶解物的散射和吸收浮游植物、颗粒和溶解物的散

12、射和吸收Satellite Oceanic Remote Sensing 次表面反射率次表面反射率R R()与波长和叶绿素浓度与波长和叶绿素浓度Ca的关系的关系3.1 浮游植物、颗粒和溶解物的散射和吸收浮游植物、颗粒和溶解物的散射和吸收Satellite Oceanic Remote Sensing 1.1.反射率表现出以下特征：反射率表现出以下特征：当当 550 nm,R随随Ca的提高而提高的提高而提高;当当=550 nm,R几乎与几乎与Ca的变化无关。的变化无关。2.2.荧光表现的特征和确定方法：荧光表现的特征和确定方法：在在 683 nm 荧光峰激发的辐亮度随荧光峰激发的辐亮度随Ca的增

13、加而增加。的增加而增加。方法方法 用用667nm、678nm及及748nm为中心为中心10nm宽宽 的的3个波段辐亮度值，其中个波段辐亮度值，其中667nm测量确定测量确定 荧光值，而荧光值，而678nm和和748nm测量用来消除背测量用来消除背 景因素。景因素。海洋遥感的光学路径海洋遥感的光学路径3.2 海洋水色遥感机理海洋水色遥感机理Satellite Oceanic Remote Sensing 水色遥感过程：水色遥感过程：根据卫星接收的总辐射信号值，除根据卫星接收的总辐射信号值，除去大气干扰信号的影响，得到离水辐射率值。然后去大气干扰信号的影响，得到离水辐射率值。然后根据各成分浓度与水

14、体光学性质的关系，通过一系根据各成分浓度与水体光学性质的关系，通过一系列反演算法得到水体中各成分的浓度。列反演算法得到水体中各成分的浓度。水色遥感器的波段设置：水色遥感器的波段设置：可见光可见光(400(400700nm)700nm)：透射入水：透射入水 近红外波段：修正卫星接收的总辐射信号值近红外波段：修正卫星接收的总辐射信号值3.2 海洋水色遥感机理海洋水色遥感机理Satellite Oceanic Remote Sensing 仪器接收到的辐射量（仪器接收到的辐射量（WWm-2m-2m-1m-1sr-1sr-1）可由下式描述）可由下式描述:式中，式中，L Lr r（）+L+La a（）+

15、L+Lrara（）为大气程辐射的贡献；）为大气程辐射的贡献；L Lsrsr（）为海表面镜面反射的太阳直射光的贡献；）为海表面镜面反射的太阳直射光的贡献；L Lwcwc（）为海表面）为海表面上的个别浪端白泡沫反射的太阳光和天空光的贡献；上的个别浪端白泡沫反射的太阳光和天空光的贡献；L Lw w（）为我为我们想要得到的离水辐射的贡献。们想要得到的离水辐射的贡献。3.2 海洋水色遥感机理海洋水色遥感机理Satellite Oceanic Remote Sensing Lsr()是太阳光在海面的菲涅尔反射辐射，也称为太是太阳光在海面的菲涅尔反射辐射，也称为太阳耀光。它主要受风致海面波的斜率影响。如果某

16、像阳耀光。它主要受风致海面波的斜率影响。如果某像元的元的Lsr()较大，说明太阳耀光的影响不可忽略，则此较大，说明太阳耀光的影响不可忽略，则此像元的数据要舍弃。像元的数据要舍弃。检验方法：利用检验方法：利用NIRNIR辐亮度，若辐亮度，若辐辐亮度值超过了预定亮度值超过了预定的阈值，则认为该象元为太阳耀斑，并将其掩掉。的阈值，则认为该象元为太阳耀斑，并将其掩掉。3.2 海洋水色遥感机理海洋水色遥感机理Satellite Oceanic Remote Sensing 太阳耀斑太阳耀斑泡沫的覆盖范围也受到风速的影响，然而由于泡沫的泡沫的覆盖范围也受到风速的影响，然而由于泡沫的反射更接近于朗伯体，因此

17、太阳光的角度对其影响很反射更接近于朗伯体，因此太阳光的角度对其影响很小，以至于整个图像中的小，以至于整个图像中的LWC()几乎无处不在。几乎无处不在。在处理过程中，在处理过程中，LWC()被估算出来后，要么在总辐亮被估算出来后，要么在总辐亮度中减去该值，若该值太大，则应弃用该幅图像。度中减去该值，若该值太大，则应弃用该幅图像。3.2 海洋水色遥感机理海洋水色遥感机理Satellite Oceanic Remote Sensing 泡沫（白帽）泡沫（白帽）在短波范围内，瑞利散射辐照度通常是接收的辐亮度中在短波范围内，瑞利散射辐照度通常是接收的辐亮度中最大的一项。除了直接大气路径的瑞利和气溶胶散射

18、的最大的一项。除了直接大气路径的瑞利和气溶胶散射的辐亮度之外，对瑞利和气溶胶散射还存在另外两种较小辐亮度之外，对瑞利和气溶胶散射还存在另外两种较小的路径散射项。的路径散射项。3.2 海洋水色遥感机理海洋水色遥感机理Satellite Oceanic Remote Sensing 瑞利散射辐亮度瑞利散射辐亮度a.由下行太阳辐照度散射产生进入传感器观测方向的主由下行太阳辐照度散射产生进入传感器观测方向的主 路径辐亮度路径辐亮度b.路径辐亮度顺着与传感器观测方向共轭的路径，经路径辐亮度顺着与传感器观测方向共轭的路径，经 过表面反射进入传感器方向过表面反射进入传感器方向c.反射太阳辐亮度产生的传感器观

19、测方向的散射辐亮度反射太阳辐亮度产生的传感器观测方向的散射辐亮度 由于菲涅耳表面反射率比较小，因而第由于菲涅耳表面反射率比较小，因而第2和第和第3项远项远 小于第小于第1项。项。3.2 海洋水色遥感机理海洋水色遥感机理Satellite Oceanic Remote Sensing 瑞利散射辐亮度瑞利散射辐亮度气溶胶辐亮度计算处理流程：气溶胶辐亮度计算处理流程：对于单次散射和可见光波段，若对于单次散射和可见光波段，若从每个波段中消除臭氧吸从每个波段中消除臭氧吸收、太阳耀斑、泡沫反射和瑞利散射项的影响，则余项包括收、太阳耀斑、泡沫反射和瑞利散射项的影响，则余项包括气溶胶路径辐亮度和离水辐亮度气溶

20、胶路径辐亮度和离水辐亮度。在。在NIR波段，假设波段，假设Lw()等等于于0，则余项只剩下单次散射气溶胶辐亮度，则余项只剩下单次散射气溶胶辐亮度LA()=A()A()FS()PA(,S)/4cos式中，式中，S S 为太阳天顶角，为太阳天顶角，为观测角，为观测角，A A()为单次散射气溶胶反照为单次散射气溶胶反照度，度，P PA A(,(,S S)为扩展气溶胶相位函数，包括反射散射辐照度的影响。为扩展气溶胶相位函数，包括反射散射辐照度的影响。3.2 海洋水色遥感机理海洋水色遥感机理Satellite Oceanic Remote Sensing 气溶胶散射辐亮度气溶胶散射辐亮度 气溶胶类型和浓

21、度的估算气溶胶类型和浓度的估算 将将765nm和和865nm波段的波段的LA()分别除以各自的分别除以各自的FS()，然，然后求两者的比值。该比值为后求两者的比值。该比值为 (,0)=LA()FS(0)/LA(0)FS()=A()A()PA(,S)/A(0)A(0)PA(0,S)式中，式中，0=865nm，(,0)称为单次散射颜色比值。称为单次散射颜色比值。3.2 海洋水色遥感机理海洋水色遥感机理Satellite Oceanic Remote Sensing 对每一个像元计算其对每一个像元计算其 (765,865)，然后与由已知气溶胶，然后与由已知气溶胶模式计算的模式计算的 值查找表相比较。

22、通过比较查找表中的值查找表相比较。通过比较查找表中的 (765,865)，不仅可以将观测的，不仅可以将观测的NIRNIR气溶胶辐亮度外推至可见光气溶胶辐亮度外推至可见光区间，而且可以计算漫射透过率。区间，而且可以计算漫射透过率。计算可见光波段的气溶胶散射辐亮度计算可见光波段的气溶胶散射辐亮度 一旦气溶胶类型或者一旦气溶胶类型或者 确定下来，就可以求得可见光区确定下来，就可以求得可见光区间的间的L LA A，以，以443nm443nm为例，可得为例，可得LA(443)=(443,865)LA(865)FS(443)/FS(865)将该式应用到每一个波段，从而消除将该式应用到每一个波段，从而消除

23、L LT T()中的气溶胶辐亮中的气溶胶辐亮度。度。3.2 海洋水色遥感机理海洋水色遥感机理Satellite Oceanic Remote Sensing 处理处理tD()的过程中，需要考虑两个因素：的过程中，需要考虑两个因素：邻近陆地象元的影响邻近陆地象元的影响 由于接收的辐亮度不仅来自仪器由于接收的辐亮度不仅来自仪器FOV内的贡献，还有来自内的贡献，还有来自周围区域的影像。这种污染会出现在接近陆地、邻近冰面周围区域的影像。这种污染会出现在接近陆地、邻近冰面边缘或任何表面反射率突然变化的区域。边缘或任何表面反射率突然变化的区域。计算方法计算方法 单次散射和假设表面辐亮度朗伯分布，见上章。单

24、次散射和假设表面辐亮度朗伯分布，见上章。多次散射：根据选择气溶胶模型而确定。多次散射：根据选择气溶胶模型而确定。3.2 海洋水色遥感机理海洋水色遥感机理Satellite Oceanic Remote Sensing 漫射透过率漫射透过率3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing 两类业务化的生物两类业务化的生物 光学算法光学算法:1.1.经验算法经验算法由船和卫星同步观测的由船和卫星同步观测的LW()与船载观测的与船载观测的Ca进行回归进行回归 计算的。计算的。输入参数为几个波段的输入参数为几个波段的LW()的卫星观测值或等效的的

25、卫星观测值或等效的 Rrs；输出为叶绿素浓度。输出为叶绿素浓度。使用仅限于一类水体。使用仅限于一类水体。Rrs()/Rrs(555)=w()N/w(555)N =Lw()N FS(555)/Lw(555)N FS()=R()/R(555)=bbT()T(555)/bbT(555)T()3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing 经验算法使用基于经验算法使用基于443/555、490/555、510/555波长所对的归一化离水辐射率波长所对的归一化离水辐射率或或R Rrsrs的比值。的比值。随着随着Ca的增加，的增加，443-比值降低

26、的最比值降低的最 快，快，490-比值和比值和510-比值降低逐比值降低逐 渐减慢。渐减慢。对于小的对于小的Ca,443-比值最大，随比值最大，随Ca 增大，增大，490-比值变的最大，然后是比值变的最大，然后是 510-比值最大。比值最大。3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing SeaWiFS最大波段比值经验算法最大波段比值经验算法 OC4OC4算法：随算法：随Ca增加，利用增加，利用Rrs比值（比值（443/555、490/555、510/555）中最大的一个。）中最大的一个。RMAX=Maximum of Rrs rati

27、o(443/555,490/555,510/555)RL=log10(RMAX)log10(Ca)=0.366 3.067RL+1.930RL2+0.649RL3 1.532RL43.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing R(670)R(670)、G(555)G(555)、B(410)B(410)合成的真彩色合成的真彩色图像图像3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing SeaWiFSSeaWiFS可见光通道的可见光通道的归一化离水辐亮度。归一化离水辐亮度。色标的长度与

28、辐亮度值的色标的长度与辐亮度值的范围成比例；色标越短，范围成比例；色标越短，仪器测量越灵敏。仪器测量越灵敏。3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing 图展示的是图展示的是OC4 Chla的浓度。陆地和云掩膜的浓度。陆地和云掩膜为黑色，海岸轮廓线为为黑色，海岸轮廓线为红色。红色。3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing MODIS经验算法经验算法 OC3MODIS缺少在缺少在OC4 SeaWiFS算法使用的算法使用的510nm波段，因而波段，因而是基于是基于3个波段。个

29、波段。RL=log10 max Rrs ratio(443/551,488/551)log10(Ca)=0.283 2.753RL+0.659RL2+0.649RL3 1.403RL43.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing 两类业务化的生物两类业务化的生物 光学算法光学算法:2.2.半分析算法半分析算法将理论模型将理论模型(Rrs和后向散射和后向散射/吸收比值的关系吸收比值的关系)和经和经验模型验模型(吸收和后向散射与海水成分的依赖关系吸收和后向散射与海水成分的依赖关系)联联系起来，其中的经验联系随季节、地理位置和系起来，其中的

30、经验联系随季节、地理位置和SST的变化而变化。的变化而变化。使用于一类和两类水体。使用于一类和两类水体。通过分析方法人们发现海水的固有光学量与漫反射率通过分析方法人们发现海水的固有光学量与漫反射率R R的关系，而且可以结合经验方法发现海水的固有光学的关系，而且可以结合经验方法发现海水的固有光学量与比值量与比值R/QR/Q的关系。的关系。式中式中R Rrsrs为遥感反射率，为遥感反射率，g g1 10.0949i0.0949i，g g2 20.0794i0.0794i，这里，这里i i为辐散为辐散因子，它被定义为海因子，它被定义为海-气透射比与海水折射率的比。气透射比与海水折射率的比。a a是总

31、吸收系数，是总吸收系数，b bb b是后向散射系数，是后向散射系数，a+ba+bb b是衰减系数。是衰减系数。3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing 总吸收系数总吸收系数a a和总后向散射系数和总后向散射系数b bb b的表达式分别是：的表达式分别是：式中，式中，a aw w和和b bbwbw分别为海水分子本身的吸收系数和后向散射系数，分别为海水分子本身的吸收系数和后向散射系数，a ag g为黄色物质或可溶性有色有机物的吸收系数，为黄色物质或可溶性有色有机物的吸收系数，a ad d为浮游植物碎为浮游植物碎屑的吸收系数，屑的吸收系

32、数，a aphph为浮游植物叶绿素的吸收系数，为浮游植物叶绿素的吸收系数，b bbpbp为悬浮粒为悬浮粒子的后向散射系数。子的后向散射系数。3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing 以生物浓度的形式量化衰减系数：以生物浓度的形式量化衰减系数：式中式中f f1 1和和f f2 2是经验系数，该式把衰减系数和浮游植物色素浓度是经验系数，该式把衰减系数和浮游植物色素浓度C C 联系在一起。联系在一起。3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing 悬浮泥沙遥感定量研究的基础工作包

33、括：悬浮泥沙遥感定量研究的基础工作包括：探讨合理的大气校正方法探讨合理的大气校正方法 精确计算含沙水体的离水比辐射率精确计算含沙水体的离水比辐射率 采用采用水槽光谱实验研究方法水槽光谱实验研究方法确定含沙水体不确定含沙水体不同浓度反射率与水体含沙量同浓度反射率与水体含沙量 s,w之间的相关关系。之间的相关关系。3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing 悬浮泥沙定量遥感的实验研究悬浮泥沙定量遥感的实验研究含泥沙水体的光谱响应含泥沙水体的光谱响应 3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote

34、 Sensing =620nm=620nm左右是光谱响应对泥沙含量的敏感区域；左右是光谱响应对泥沙含量的敏感区域；随着泥沙含量的增大，峰值向红光波段移动，即所谓随着泥沙含量的增大，峰值向红光波段移动，即所谓“红移现象红移现象”。当水体含沙量增加时，各波段的反射率都普遍增大，当水体含沙量增加时，各波段的反射率都普遍增大，反射率增大幅度最大的波长与反射率波谱最大峰值位反射率增大幅度最大的波长与反射率波谱最大峰值位置相吻合，各段的反射率对含沙量的响应灵敏度实际置相吻合，各段的反射率对含沙量的响应灵敏度实际上是含沙量的函数。上是含沙量的函数。3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite

35、Oceanic Remote Sensing 长江口随泥沙量变化的水体表面反射率光谱曲线长江口随泥沙量变化的水体表面反射率光谱曲线 3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing 线性关系式：线性关系式：=A+Bs.w 对数关系式：对数关系式：=A+Blns.w 多波段模式：多波段模式：水体含沙量与多个波段的反射率的关系水体含沙量与多个波段的反射率的关系3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing 2.2.光谱反射率与含沙量的主要关系式光谱反射率与含沙量的主要关系式A.A.经验

36、模式经验模式通过遥感数据与地面同步或准同步测量数据建立通过遥感数据与地面同步或准同步测量数据建立相关关系式。相关关系式。（低含沙水域）（低含沙水域）以大气物理和海洋光学的基本特性为依据，从理论以大气物理和海洋光学的基本特性为依据，从理论上导出反射比随悬浮泥沙含量变化的基本关系。上导出反射比随悬浮泥沙含量变化的基本关系。水体是一种吸收、散射介质，可用经典的辐射传输水体是一种吸收、散射介质，可用经典的辐射传输方程描述辐射在水中的传输：方程描述辐射在水中的传输：3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing B.B.理论模式理论模式辐射亮度辐

37、射亮度路程函数路程函数常用的理论模式常用的理论模式（1 1）GordonGordon公式公式 泥沙漫反射辐射泥沙漫反射辐射L L的近似模型为的近似模型为:式中式中:a:a为海水的总吸收系数；为海水的总吸收系数；b bb b为海水的总后向散为海水的总后向散射系数；射系数；f f为某种函数关系。为某种函数关系。3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing GordonGordon用用Mont Carlo Mont Carlo 方法解辐射传输方程，得到类方法解辐射传输方程，得到类似于幂级数的关系式：似于幂级数的关系式：3.3 水色要素反演方

38、法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing 若假设辐射在水中是以漫入射形式向下传输的，即辐射亮若假设辐射在水中是以漫入射形式向下传输的，即辐射亮度度L L与与 无关，则可以只考虑向下辐射度无关，则可以只考虑向下辐射度E Ed d（z z）与深度）与深度z z的关系，用的关系，用E Ed d（z z）代替）代替L L，则在水深，则在水深z z处，有：处，有：式中向下辐照度式中向下辐照度E Ed d、衰减系数、衰减系数、前向散射系数、前向散射系数 i i都是水深都是水深z z的函数。的函数。3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Ocea

39、nic Remote Sensing （2 2）负指数关系式）负指数关系式 经过计算可推求出反射率经过计算可推求出反射率 与含沙量与含沙量 s.ws.w之间的定量关系之间的定量关系:进一步推导出含沙量与辐亮度之间的定量关系：进一步推导出含沙量与辐亮度之间的定量关系：A A，B B，DD 是常系数，它们依次可以表示为：是常系数，它们依次可以表示为：3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing 式中式中A A、B B、C C为相关式的待定系数，为相关式的待定系数，S S 即为含沙量即为含沙量 s.ws.w，GG，DD是待定参数。是待定参数

40、。S S（G+SG+S）和）和SS（G+SG+S）e-DSe-DS为相关项。为相关项。3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing （3 3）黎夏（）黎夏（19991999）提出了悬浮泥沙遥感定量的统一模式）提出了悬浮泥沙遥感定量的统一模式 以下为利用我国海洋一号卫星资料反演的我国渤海、黄海（左）和以下为利用我国海洋一号卫星资料反演的我国渤海、黄海（左）和东海（右）的悬浮泥沙分布图。东海（右）的悬浮泥沙分布图。3.3 水色要素反演方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing 3.3 水色要素反演

41、方法水色要素反演方法Satellite Oceanic Remote Sensing 多因子的水色反演多因子的水色反演其具体反演的过程如下：其具体反演的过程如下：1.1.首先对卫星获取的遥感资料进行预处理，得到每个像元首先对卫星获取的遥感资料进行预处理，得到每个像元的离水辐射率的离水辐射率L Lw w值；值；2.2.通过反演海区的历史调查资料或现场船测资料，预设各通过反演海区的历史调查资料或现场船测资料，预设各像元点的可能的叶绿素、悬浮泥沙和黄色物质等的浓度；像元点的可能的叶绿素、悬浮泥沙和黄色物质等的浓度；3.3.用预设的各水色因子配方（用预设的各水色因子配方（C Cc c，C Cs s，C

42、 Cg g），通过公式），通过公式计算得到理论的离水辐射率计算得到理论的离水辐射率 ；4.4.按下式计算理论离水辐射率按下式计算理论离水辐射率L Lw w1 1和和L Lw w两者的综合相对差两者的综合相对差 L Lw w ；5.5.判断判断 LwLw是否在所设置的阈值是否在所设置的阈值 内，若两者之差内，若两者之差 LwLw超过阈值超过阈值 继续下一步；继续下一步；6.6.利用最佳多元逼近法重新改变叶绿素、悬浮泥沙和黄色物质浓利用最佳多元逼近法重新改变叶绿素、悬浮泥沙和黄色物质浓度值的配方继续第三，四步骤；度值的配方继续第三，四步骤；7.7.循环一直执行，直到循环一直执行，直到 LwLw 输出该像元点的叶绿素、悬浮泥输出该像元点的叶绿素、悬浮泥沙和黄色物质浓度的结果值。沙和黄色物质浓度的结果值。8.4.3 多因子的水色反演多因子的水色反演Satellite Oceanic Remote Sensing