藻颗粒垂向非均匀分布水体遥感反射比精确计算模型的构建及其应用

In eutrophic lakes, vertical nonuniform distribution of phytoplankton affects the magnitude and shape of remote sensing reflectance (Rrs), and also decreases the accuracy of inversion algorithms of water color parameters, such as chlorophyll a concentration (Chla), based on vertical uniform assumption. Take Lake Chaohu as an example, functions of Chla(z) profiles of different environment conditions will be developed based on the field measurements. Large dataset of underwater light field will be simulated using Hydrolight. Then, a remote sensing reflectance model considering the vertical profiles of phytoplankton will be built and applied to Chla inversion algorithms to evaluate the accuracy of this Rrs model. This study is attempt to improve the accuracy of remote sensing inversion algorithms of water color parameters, and could expand the theory of lake optics.

富营养化湖泊中，藻颗粒的垂向不均匀分布很大程度上影响了遥感反射比的光谱形状和大小。基于垂向均一假设建立的遥感反射比计算模型，直接应用于藻颗粒垂向非均匀水体时会产生一定的误差，进而影响到水质参数反演算法的应用精度。因此，本研究以巢湖为研究区，通过野外垂向试验和Hydrolight辐射传输模拟，提出一种藻颗粒垂向非均匀分布水体的遥感反射比精确计算方法，并将其应用于叶绿素a浓度的遥感反演。具体包括：实现不同环境条件下藻颗粒垂向分布的定量表达；模拟不同藻颗粒垂向分布情况下的水下光场数据集，构建考虑藻颗粒垂向非均匀分布的遥感反射比精确计算模型；重新构建耦合遥感反射比精确计算模型的叶绿素a遥感反演新算法，并进行精度评价。本研究为提高富营养化湖泊水色参数的遥感反演精度提供基础理论和技术支撑，并为丰富和发展湖泊水色遥感理论作出贡献。

富营养化湖泊中，藻颗粒的垂向不均匀分布很大程度上影响了遥感反射比的光谱形状和大小，进而影响到水色参数遥感反演的精度。因此，本研究提出了一种藻颗粒垂向非均匀分布水体的遥感反射比精确计算方法，并将其应用于叶绿素a浓度的遥感反演。以巢湖为研究区，通过野外垂向试验和Hydrolight辐射传输模拟，实现不同风速条件下藻颗粒垂向分布的定量表达；根据不同藻颗粒垂向分布情况下的水下光场模拟数据集，根据穿透深度内固有光学参数垂向分布与遥感反射率的关系，构建了基于等效权重函数法的遥感反射率模型；根据不同藻类垂向分布类型的垂向分布函数，构建了藻类垂向非均匀水体的遥感反射率的校正算法；耦合遥感反射比精确计算模型与经典的叶绿素a遥感反演算法，并进行精度评价。在Sentinel 3/OLCI卫星数据大气校正的基础上，利用聚类分析对遥感反射率进行光学分类，构建了基于光学分类的浮游植物比吸收系数遥感反演算法；提出了浑浊水体浮游植物吸收系数的反演方法，构建了典型湖泊固有光学参数的遥感反演模型，可同时水体各组分吸收系数及逐像元的不确定性。本研究为提高富营养化湖泊水色参数的遥感反演精度提供基础理论和技术支撑，丰富和发展了湖泊水色遥感理论。项目共发表SCI论文7篇，其中，JCR二区以上5篇；授权发明专利2项。