主被动光学遥感探测水下悬浮绿潮

Green tide is the abnormal ecological phenomenon that macroalgae bloom under certain circumstances. In every summer since 2007, the green tide dominated by Enteromorpha prolifera have been occurred in the Yellow Sea, which draws the great attention of the whole society. To learn the mechanism of the green tide, effectively deal with the disaster, and assess its environmental effect, we need monitor the whole precess of the green tide from its initial development to the final colapse. During the middle and final phases of the green tide process, the macroalgae that was floating on the surface will sink (or be submerged) and suspend at certain depths. But until now it is rarely known about the spatio-temporal distrbituion of the submerged macroalgae. One of the reasons is the lack of available detection method. Ship based detection techniques are not qualified for the synoptic and synchronous monitoring of the suspended macroalgae; whereas the remote sensing based method has not been developed yet. The aim of this project is to disclose the features of the blue-green lase return and the above-water hyperspectral responses of the submerged macroalgae, and develop the integrated active-passive optical remote sensing detection method. The output of the project will be helpful for the investigation of the suspended macroalgae in a large scale and research of the spatio-temporal distribution of the green tide.

绿潮是大型浮游植物在特定的环境条件下爆发性繁殖、聚集的生态异常现象。2007年以来，浒苔绿潮灾害在黄海海域连年发生，渐呈常态化之势，引起全社会的高度关注。 掌握绿潮致灾机制、有效应对绿潮灾害、科学评估绿潮对环境的影响，均需要对绿潮完整的生消过程进行实时、准确的监测。在绿潮灾害的中后期，海面漂浮的绿潮藻将下沉至水面以下，在不同深度处长时间悬浮；目前，对于水下悬浮绿潮的时空分布还知之甚少，探测方法的不足是重要原因。基于船舶走航的调查方式，不适应大范围、同步、快速的水下悬浮绿潮调查的需求；而基于遥感的水下悬浮绿潮探测方法研究尚属空白。 本项目的目标是揭示水下悬浮绿潮的蓝绿激光回波特性和海面高光谱响应特性，发展融合蓝绿激光和高光谱离水辐射特性的水下悬浮绿潮主被动光学遥感探测方法，为水下悬浮绿潮的大范围探查、绿潮生消过程时空演变与环境影响研究提供技术方法支撑。

绿潮是大型浮游植物在特定的环境条件下爆发性繁殖、聚集的生态异常现象。2007年以来，绿潮灾害在黄海海域连年发生，渐呈常态化之势，引起全社会的高度关注。在绿潮灾害的中后期，海面漂浮的绿潮藻将下沉至水面以下，但目前对于水下悬浮绿潮的时空分布还知之甚少，缺乏有效的探测手段是重要原因。具体来讲，基于船舶走航的调查方式，不适应大范围、同步、快速的水下悬浮绿潮调查需求；而基于遥感的水下悬浮绿潮探测方法尚属空白。.在此背景下，项目组开展了主被动光学遥感探测水下悬浮绿潮的方法研究。项目组构建了水下悬浮绿潮主、被动光学观测系统，开展了系列的海上和实验室观测实验，系统研究了水下悬浮绿潮的离水辐射和激光回波特性，发展了水下悬浮绿潮主、被动遥感探测方法。研究发现：.(1) 710nm-800nm的红光-近红外波段是进行悬浮绿潮被动光学遥感探测的敏感波段。海面光谱的红光波段反射峰波长随着水下绿潮悬浮深度的增加而蓝移，当绿潮悬浮深度从0m增加至1.5m时，海面光谱红光波段反射峰的波长从714nm减小至687nm，即蓝移27nm；该实验结果被基于Hydrolight的海洋光学辐射传输理论模拟所印证。基于上述特征，可实现基于海面光谱红光波段峰值波长的水下绿潮悬浮深度（被动）光学遥感探测。.(2) 实验室观测证实了532nm（水平和垂直偏振通道）以及685nm通道激光探测水下悬浮绿潮的有效性。可首先利用532nm通道的回波信号，进行水下目标的大范围检测，确定其悬浮深度和空间分布；再结合水深、685nm通道激光回波信号、水下目标的空间分布等信息，排除其他类型水下目标的干扰，实现水下悬浮绿潮的激光雷达（主动）光学遥感探测。.本项目的研究成果可为水下悬浮绿潮的大范围探查、绿潮生消过程的时空演变与环境影响研究等提供技术方法支持。