海洋中尺度过程影响下水体光散射特性的变化机理

Light scattering properties are of fundamental importance for studies in ocean optics and ocean color remote sensing. The variability of light scattering properties are closely related with variations in bulk particle characteristics, which suggest that the scattering measurements could provide one way for retrieving the information on particles in the water column. In virtue of the three-dimension optical observation, the optical properties have become the important way for studies on the changes in the marine environment driven by meso-scale processes.. In this study, we would focus on the variability mechanism of the particle scattering properties. Assessment of light scattering variability with respect to particle concentration, size and composition would be made. The regional algorithms between scattering properties and proxies of particle concentration, size and composition would also be reinvestigate. Based on these field measurements and remote sensing datasets, the variability in the light scattering properties within and without mesoscale oceanographic processes would be investigated. Then we could get the variability in the particle properties derived from the regional algorithms. Finally, coupled with physical-biological parameters, we would analyze the inter-relationship among physical parameters, biogeochemical environment, particle characterization and scattering properties, and further investigate the scattering properties being the indicators for changes in particle information within mesoscale process. These results would enhance our understanding of the variability mechanisms for scattering properties, and such information might be also of great importance to better understand the changes in ecological state, particles biogeochemical cycles driven by these important mesoscale processes.

散射特性是开展海洋光学和水色遥感研究应用的基础。水体中颗粒物散射特性的变化与颗粒物的属性密切相关。结合现场剖面观测和海洋水色遥感数据，研究水体散射特性的变化机理，及其对海洋中尺度过程影响下颗粒物属性变化的指示作用，为采用光学手段监测海洋中尺度过程驱动下水体中颗粒物的生物地球化学循环过程具有重要的基础价值。 . 本项目以散射特性变化的机理探讨为核心，从颗粒物属性包括浓度、粒径和组成变化的角度，深入挖掘颗粒物散射特性的变化机理；提取可表征颗粒物属性变化的敏感散射因子，建立两者间的区域性模型；并应用于现场剖面-水色遥感数据，由散射特性的观测数据获取颗粒物属性的空间分布，进一步结合动力-生态环境参量，初步分析中尺度过程影响下水体中颗粒物属性变化的动力机制。研究目的是阐释南海典型区域散射特性的变化机理，同时也期望散射特性的观测能为研究动力过程影响下颗粒物属性的空间分布变化性提供一种手段

海洋水体的散射特性是非常重要的固有光学量，它与吸收特性共同影响着水下的光辐射传输、光场分布以及海表的遥感反射率信息，是开展海洋光学和水色遥感研究应用的基础。水体中颗粒物散射特性的变化与颗粒物的属性（如浓度、粒径和组分）密切相关。从颗粒物属性变化的角度研究水体散射特性变化机理，探索水体中颗粒物的散射特性对颗粒物属性变化的指示作用，将为应用光学手段监测海洋动力过程驱动下颗粒物的生物地球化学循环过程具有重要的基础价值。.南海外海属寡营养水体，而近岸上升流过程频发，输入颗粒物和营养盐的影响显著，外海水体散射特性量值低，至近岸显著增大。本项目整合了南海历史的生物－光学－水文现场剖面调查数据，以经典Mie散射理论为指导，主要研究了水体散射特性变化与颗粒物浓度（叶绿素a浓度）、颗粒粒径（颗粒物粒径分布、浮游植物粒级结构和平均粒径）和颗粒组成（折射率）之间的关系。建立了浮游植物平均粒径的光学反演理论算法、叶绿素a浓度和浮游植物粒级结构的南海区域性光学反演算法，可实现由现场剖面固有光学观测数据推算水体中颗粒物属性的变化信息；着重分析了琼东上升流影响海域，水体散射特性的剖面变化对颗粒物属性变化的响应。研究表明，近底层和上层水体散射特性与叶绿素a浓度间的关系存在显著差异，近底层上升流等动力过程引起海底细砂的重悬浮是主要原因；在叶绿素最大层，后向散射与叶绿素a间的关系与上表层关系也存在差异，表征了水体中浮游植物粒级结构的变化（大型浮游植物占比增加）；同时，项目团队开展了各种算法在南海水色遥感的应用精度评价，并结合南海现场观测数据进行参数区域化，建立了南海区域化反演算法(如GIOP)以提高固有光学参量在南海的遥感反演精度。. 项目的研究成果将增加对南海典型区域散射特性变化机理的认识，建立的颗粒物属性区域性光学反演算法，也将为应用光学手段（如bio－argo）监测海洋中尺度过程影响下水体颗粒物环境变化的应用研究提供基础。