典型藻种特征色素比吸收系数光谱特性及模型研究

The specific absorption coefficient of pigment connects marine plankton light absorption process and satellite applications, plays an important part in estimation oceanic primary productivity from satellite remote-sensing. There is a general assumption that the specific absorption coefficient is constant in the present bio-optical models which retrieve the concentration of Chlorophyll a from ocean color inversion. However, the results from these algorithms will have a tremendous error due to its variability along with regions. In this project we will use the international advanced method of measuring the pigment concentration and absorption coefficient to study the spectral of pigment specific absorption coefficient on the blue-green alga which is most ordinary alga of the Yellow Sea region of China, under analyzing the related research experience from domestic and overseas. Our targets are to measure spectral information of five main types of pigments (such as Chlorophylls a, b, c, Photosynthetic carotenoids and photo-protecting carotenoids) in phytoplankton that oceanic colored remote-sensing and primary productivity concerned, obtain in vivo and in vitro pigment-specific absorption spectra, acquire the absorption spectrum of five types of pigments and establish the model of specific absorption coefficient of blue-green alga via technology of band decomposition and spectrum reconstruction etc. The project on studying and application of the new type of measurement could propel the related research and create new way to develop the accurate bio-optical algorithms for offshore area, and it also accumulate basic theory as well as research experience for remote-sensing monitor of blue-green alga bloom.

色素比吸收系数是联系海洋生物光吸收过程与卫星遥感应用的桥梁,在利用卫星遥感估测海洋初级生产力中发挥着重要作用。目前遥感反演叶绿素a浓度的生物-光学模式中一般假定一个恒定的比吸收系数,但其海区变异性给这类算法带来很大的误差。本研究将分析国内外相关研究经验，采用目前国际先进的色素浓度和吸收系数测量方法，以我国黄海海区常见的蓝绿藻为研究对象，开展色素比吸收系数光谱特性研究。测量获取水色遥感研究和初级生产力研究关心的5大类藻种色素（叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c、光合作用色素（PSC），非光合作用色素（nPSC））的色谱信息，获取藻种活体和萃取后的色素吸收系数光谱，通过波段分解、波谱重构等技术，分别获得5类色素的吸收光谱，建立蓝绿藻比吸收系数光谱模型。通过新型测量方法的研究与应用，推进国内相关研究进展，为近海精确生物-光学算法的开发研究开创新思路，也为蓝绿藻赤潮的遥感监测积累理论基础和研究经验。

色素比吸收系数是联系海洋生物光学吸收过程与卫星遥感应用的桥梁，在利用卫星遥感估测海洋初级生产力中发挥着重要作用。本研究以我国黄海海区常见的蓝绿藻为研究对象，分别对藻种生长周期内生物-光学特性进行测量与分析，对色素浓度与色素吸收系数测量方法进行研究，对特征色素比吸收系数光谱模型进行研究。.采用两种颗粒态色素吸收（QFT、活体测量）和两种溶解态色素吸收（丙酮提取液和高效液相色谱法）测量方法，获得了藻种吸收系数光谱，四种方法都能分析出色素吸收系数的典型谱型，但在蓝光波段和红光波段的峰值位置存在差异，其中HPLC方法测量结果显著大于其他三种方法，QFT方法和InViVO方法对色素吸收系数测量量值有抑制作用，对吸收系数光谱起了拉平效应（包囊效应）。采用荧光法和HPLC法测量色素浓度，两种测量方法具有很好的相关性，荧光法测量结果明显高于HPLC法，其中活体微绿球藻在675nm处吸收系数与荧光法和HPLC法测量的结果之间都有较好的相关性。以色素浓度和色素吸收系数为基础，采用非负最小二乘分析方法结合标志性色素光谱信息，基于叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c、光合作用色素PSC和非光合作用色素PPC5 类藻类特征色素的比吸收系数的基本经验模型，对实际水体色素光谱进行了分解与色素比吸收系数重构研究。利用高斯分解技术得到了黄东海水体浮游植物光吸收系数中的17个特征高斯波段。每个特征波段均可由中心波长、标准偏差和峰高表示，利用峰高和主要色素浓度之间的相关分析方法，得到了五种色素的特征吸收系数。与Fieck等（2003、2004）给出的模型相比，该模型的应用效果更接近实测结果。. 通过新型测量方法的研究与应用推进了国内色素比吸收系数研究进展，通过对色素比吸收光谱特性与模型的开发和精确分析，一方面可应用到水色遥感生物光学模型的开发中，可提升后一模型的精度；另一方面，可用于从浮游植物吸收光谱反演色素浓度信息，为近海精确生物—光学算法的研究开创新思路，也为蓝绿藻赤潮的遥感监测积累理论基础和研究经验。