太阳闪斑的实验和模型研究以及在海洋遥感中的应用

Sun glitter produced by light reflection from a wind-roughened sea surface would contaminate remotely sensed water-leaving radiance and hence greatly reduce the retrievable regions of ocean color products. Therefore, it is one of the important topics in ocean remote sensing. In this proposed research, we will perform both laboratory water tank measurement and satellite imagery analysis to better understand the glitter quantitatively. To understand the contributions from capillary waves, we will measure light scattering from an electric-plunge purturbed water surface and develop a geometrical optics model to interpret the data. We also investigate the possible formation mechanisms of the irregular sun glitter patterns, observed by Moderate Resolution Imaging Spectrometer (MODIS), that can not be predicted by the Cox-Munk model. The possible effects of the presence of high altitude thin clouds on glitter will also be investigated. Finally we will study the convergence properties of the aerosol retrieval iteration in glint-contaminated regions used by the current SeaWiFs and MODIS algorithm. Efforts will be made to increase the retrievable regions of ocean color products from pixels with normalized glint radiance smaller than 0.005 to to pixels having higher values. The in-situ data such as those from SeaBAS will be used to validate the improved algorithm.

)：当太阳照射到被风场扰动的水域时，粗糙水面反射所产生的太阳闪斑会掩盖离水光强信号，从而使水色产品的可提取区域大为缩小，因而精确理解闪斑的形成机制是海洋遥感的重要问题之一。本项目将使用实验室测量和卫星数据分析开展对闪斑的研究。我们将在实验室水箱中对受扰动水面产生的张力波进行定量光散射研究，并发展几何光学模型进行数据解释，以理解表面波对闪斑形成的贡献；对中分辨率成像光谱仪（MODIS）水色图像中出现的无法用现有闪斑模型解释的不规则闪斑形态进行分析，理解不规则闪斑的产生原因以及可能隐含的海洋物理信息；对薄云的存在可能对闪斑出现的影响进行评估；对现今使用的在闪斑区域进行气溶胶光学厚度提取的算法进行研究，理解迭代算法收敛的普遍性规律，以期获得更为可靠的气溶胶信息。在以上研究结果基础上争取把水色产品的提取区域从目前的归一化闪斑辐亮度为0.005 以下的区域，尝试推广到更大区域，并和原位测量结果对比。

为了理解受风场扰动的海面所产生的太阳闪斑与海面风场之间的联系以提高使用卫星等空间传感器监测海洋的能力，我们在实验室模拟测量和数据分析两个方面进行了研究。为了理解水面毛细波对闪斑的影响，我们搭设了一台实验室闪斑测量仪，可以在在入射天顶角15°到60°、观察天顶角在0°到60°、观察和入射相对方位角在±15°到±165°范围内测量水体和固体表面的二向反射测量仪。在进行光谱绝对反射率定标过程中，我们发现Labsphere Spectralon定标板在2.1微米处的吸收会对样品反射造成影响，在光谱定标中应当予以注意。在海洋遥感影像分析方面,我们通过分析50多幅具有不规则形态闪斑的MODIS影像数据，确认了当海面风向变化率出现快速变化时，总会引起闪斑形态的变化，导致太阳闪斑的边界不再是常见的直线,而是在沿着风向变化最大的方向发生了弯曲。定性的看，当空间传感器测量到形态不规则的闪斑时，可以确定在闪斑边界线发生弯曲的区域存在着风向的快速变化。而找到闪斑形态和风场矢量方向的定量关系，将能有力提高卫星定量监测海洋风场的能力。