浮游植物散射特性非均匀、非球体模型及其初步应用

浮游植物散射特性是海洋光学、海洋水色遥感科学研究及应用的重要基础，对水色遥感、赤潮监测及优势藻信息提取等有重要的理论和应用价值。理论模拟是浮游植物散射研究的主要手段,由于均匀球体的假设可能与实际藻细胞结构不吻合,现有的均匀球体散射模型将出现散射模拟的偏差，因此，研究更接近真实细胞结构的非均匀、非球体浮游植物散射模型将有助于浮游植物散射特性的深入理解。.本申请以增进浮游植物散射特性及其变化规律的认识为目标，以经典的光散射理论为基础，拟选取更接近真实细胞结构的非均匀、非球体细胞物理模型，确定细胞的物理参数，建立浮游植物散射正演模型，实现由浮游植物的物理属性估算其散射特性；在此基础上，进一步探索基于散射特性的浮游植物粒径反演算法。此研究在浮游植物散射特性理论模拟的方法上有明显的创新，研究成果将更深入地揭示藻细胞物理属性与散射特性及变化规律间的联系，同时也将推动浮游植物散射理论的应用研究。

浮游植物散射特性是海洋光学、海洋水色遥感科学研究及应用的重要基础，对水色遥感、赤潮监测及优势藻信息提取等有重要的理论和应用价值。理论模拟是浮游植物散射研究的主要手段。.本项目以增进浮游植物散射特性及其变化规律的认识为目标，以经典的光散射理论为基础，在深入研究均匀球体模型对浮游植物散射特性估算性能的基础上，选取更接近真实细胞结构的非均匀、非球体细胞物理模型，建立浮游植物散射正演模型，实现由浮游植物的物理属性估算其散射特性,增进对浮游植物散射特性变化性的理解；在此基础上，进一步探索基于散射特性的浮游植物粒径反演算法。室内培养藻类实验为严格验证理论模型的适应性提供了数据保障..（1）理论分析结果表明：藻类的粒径、组成物质、内部结构、细胞形状等均是影响其散射特性的重要因素；与均匀球体颗粒结构相比，藻细胞内部结构的非均匀性、以及非球形细胞形状将显著增强其后向散射系数的量值。（2）项目完善了藻类均匀球体散射模型，并建立了更接近真实细胞结构的均匀椭球体散射模型、均匀扁球体散射模型、两层球体散射模型；实测数据验证结果指出，建立的几种散射模型能较好地估算浮游植物的散射光谱，但是，均匀球体散射模型明显低估了藻类实测的后向散射系数，均匀椭球体和扁球体散射模型明显高估，相比较而言，两层球体模型可较好地预测实际的后向散射光谱量值。（3）项目建立了藻类粒径反演算法，实现由藻类吸收-散射光谱推算得到藻类的截面积，实测结果很好地验证算法的可行性。 .此研究在浮游植物散射特性的理论模拟方面有一定程度的进步，研究成果深入地揭示藻细胞物理属性与散射特性及变化规律间的联系，同时也推动了浮游植物散射理论的应用研究。