海洋与内陆水体高光谱遥感
多光谱遥感监测方法在内陆水体水质检测中的应用研究
多光谱遥感监测方法在内陆水体水质检测中的应用研究在水资源问题日渐严峻的形势下，我国在水体水质检测方面的研究力度不断加强，目前水质检测已经成为了社会发展中一个极为关键的问题，特别是内陆水体，它直接影响到居民的生产与生活，遥感检测技术是目前应用最为广泛的技术种类之一，它具有速度快、成本低的优势，因此非常适合在长期动态化的检测工作中应用。
本文针对多光谱遥感检测方法在内陆水体水质检测中的应用进行几方面分析。
标签：多光谱遥感检测；内陆水体水质检测；应用研究引言水是生态系统中的核心部分，是生态系统得以稳定、健康发展的物质基础，在21世纪，社会可持续发展战略中，水资源的治理和维护是一项必须要坚持贯彻和执行的任务。
水质检测是针对水资源中各种物质的含量进行分析，从中得出有害物质与有利物质的比例，进而划分出哪些是可以引用的水资源，哪些是需要进行处理的水资源。
随着我国水质检测技术的发展，遥感技术得以出现，该技术在内陆水体水质检测评价中开始普及和应用，同时取得了良好的检测效果，该项技术的检测范围广泛，成本低廉，优势非常明显。
1、研究的意义在生态系统中，水是最为关键的要素，它与地球环境中的其他要素共同奠定了人们生存与发展的基础。
但是目前从世界范围来看，水体污染问题已经不容忽视，在未来的发展战略中，水质检测以及治理已经被列入了一个主要行列，水资源是有限的，它随着人们的破坏以及不合理利用会逐渐减少，目前我们所看到的是水体污染问题，但是如果不加以重视和质量，那么污染就会无休无止的蔓延，最终将会导致人类失去基本的生存条件。
在这样的背景下，水质检测的重要越来越凸显，它作为评价水质以及水污染防止的主要依据，在水体污染越发严峻的情况下，必须要加大力度开展工作，体别是在内陆水体的检测上，必须要做到及时、准确。
从国内情况来看，我国各级地方环保部门、水流部门已经建立了有机联系，在水质检测上基本是采用定点剖面、长期监测的方式进行水质分析，这种方式虽然能够取得一定的效果，但是却受到人力、物力以及天气条件等众多因素的影响，很难保障检测数据的准确性与可靠性，同时这种检测方法的成本高，效率低。
高光谱遥感技术监测内陆水体氮磷中的应用
为水体内部散射的辐射 能，反 映 水 体 内 部 组 成；Ｌｂ 为 水 底 反 射 的 能量，反映水体底质特征。
采用水面以上测量法，光谱仪接收到的总信号 Ｌｓｗ组成为： Ｌｓｗ ＝Ｌｗ ＋ｒＬｓｋｙ＋Ｌｗｃ＋Ｌｇ。
其中，Ｌｗ 进入水体又被水体散射回来进入仪器的辐射能，包 括水体内部散射和水底反射的辐射能、水面反射的辐射能；ｒＬｓｋｙ为 水面反射的能量，ｒ为气—水界面反射率；Ｌｗｃ为海面白帽的信息； Ｌｇ为水面波浪对太阳直射光的随机反射。
遥感技术监测水体氮磷，是运用遥感技术对海洋、内陆等水 ２．２ 高光谱数据采集器分类
体的氮磷成分开展探测与研究。水体中氮磷含量对太阳光的特
现阶段，国内外大 量 使 用 的 高 光 谱 数 据 采 集 器 分 两 类，分 别
定波长的吸收及反射特征与水体其他组分不同，并能经传感器捕 是成像光谱仪和非成像光谱仪。成像光谱仪主要运用于不同高
ＤｏｎｇＣｈａｎｇｓｈｕａｉ ＧｅＹａｎｈｕｉ ＬｉｕＹｏｕｂｏ
（ＳｈａｎｄｏｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５０３５７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｅｔｔｉｎｇ，ｍｅａｓｕｒｉｎｇｌｉｎｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔａｎｄｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｏｆｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｒａｄａｒｉｎａｄｖａｎｃｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ
关键词：高光谱遥感，氮磷，内陆水体
中图分类号：Ｘ８３２
文献标识码：Ａ
水体氮磷含量是定义水质的重要指标之一，也是水体富营养 化的主要致因。传统的监测方法需对水样进行高温高压消解，费 时耗力［１］，且传统的水质监测手段无法满足对于未知水域水质的 大面积、时效性的动态监测要求。
高光谱遥感成像技术及在水环境监测中的应用研究
高光谱遥感成像技术及在水环境监测中的应用研究摘要：在我国环境保护工作不断推进的背景下，关于水环境的保护力度全面提升，为了确保水环境质量，提升水环境保护决策科学性，需要做好对水环境的监测工作，采用科学的监测方法，确保水环境中基本情况能够及时掌握，其中高光谱遥感成像技术具有良好的应用效果，能够有效提升水环境监测效果，所以需要掌握该技术的应用要点。
因此，本文将对高光谱遥感成像技术及在水环境监测中的应用方面进行深入地研究与分析，并结合实践经验总结一些措施，希望可以对环境保护工作有所帮助。
关键词：高光谱；遥感成像技术；水环境；监测工作；具体应用在我国社会经济高速发展的过程中，工业生产等领域排放的污水、污染物等导致部分地区的水环境遭受严重破坏，对生态环境造成了很大威胁，所以需要做好水环境保护工作。
监测是保护水环境的基础，通过监测能够获取水环境中的基础信息，掌握水环境的污染现状，以此为基础制定更为科学的保护策略，所以必须确保水环境监测效率与准确性，高光谱遥感成像技术在水环境监测中具有良好的应用效果，能够全面提升监测工作效率与质量。
1在泥沙含量监测中的应用可行性分析1.1试验过程本次试验采集黄土高原中不同类型的土壤，包括腐殖质土、黄土以及河床冲积土等，通过分析天平称量定量土壤，以此加入定量的水体中，搅拌均匀后采用细分光谱仪测试水体的光谱，对结果数据进行分析，主要分析的内容为：水泥泥沙含量与光谱反射关系；通过发射率计算水中泥沙含量的可行性与最佳波段。
1.2结果分析在对黄土、积钙红黏土、河床冲积土以及腐殖质土的分析中，结果证明土壤含量与1350—1360nm、1550—1850nm范围中水体反射率具有良好的线性关系，腐殖质土在1700nm区域的线性回归精度最高；指数拟合与对数拟合整体平均误差相比于线性拟合误差更大，以1350nm为界限，波长低于该数值时，指数拟合平均误差低于对数拟合平均误差，波长超过该数值时，指数拟合平均误差高于对数拟合平均误差；在1350—1380nm、1550—1850nm中，反射率可以较为精确地预测水中的腐殖质土含量；在901—911nm、1066—1068nm范围内，波长发射率可以对水体中的黄土、粉砂含量进行准确预测，且第一个范围的预测精准性更高。
八、高光谱遥感应用—水质参数反演
17
8.3 水体固有光学量
单位固有光学量(Specific Inherent Optical Properties, SIOP)
单位吸收和散射系数是水体各组分的吸收和散射系数分别与其浓度的比值， 单位吸收和散射系数是分析方法建立水质参数反演算法最基本的光学参数。
t是大气漫射透过率；
r是气水界面反射率；
LP是大气程辐射； TLg 是太阳耀斑，T是大气直射透过率。
利用光谱仪在水面采集水体光谱数据时:
Lg可以避免，LP可以认为是0，t可以认为是1， 从而得到水面光谱仪接收信号Lsw的公式为：
Lsw = LW + r Lsky
Lsw和Lsky可以测量得到，r可以通过一定的办法确定，从而可以计算 得到离水辐亮度LW。如果利用灰板测量了下行辐照度Ed(0+), ，就可 以进一步计算遥感反射率Rrs。
a = a(w) + a( ph) + a(cdom) + a(t)
c=a+b
a，b，c的单位都是m-1
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8.3 水体固有光学量
影响内陆水体固有光学特性的物质主要有四种：
纯水；
浮游植物(phytoplankton)，主要是藻类；
无生命悬浮物(tripton)； 黄色物质(CDOM)。
每种物质都有其固有光学量，其中水质遥感中常用到的有： (1)水分子的吸收系数aw(λ)、散射系数bw(λ) ； (2)浮游植物色素的吸收系数aph(λ) ; (3)非色素悬浮物吸收系数at(λ) ； (4)CDOM吸收系数acdom(λ)； (5)总悬浮物散射系数bs(λ)。 其中，水分子的吸收系数和散射系数是不变的，可以查找文献获得。其
高光谱遥感的应用
高光谱遥感的应用赵艳福 张灵凯（江西理工大学建筑与测绘工程学院，江西 赣州 ３４１０００）摘要：高光谱遥感技术是20世纪末发展起来具有“图谱合一”特点的全新遥感技术。
本文主要对高光谱遥感的特点进行介绍，并着重阐述高光谱遥感在农业、内陆水体水质、及地矿研究三个方面的应用。
关键字：高光谱；遥感；应用１ 高光谱遥感的特点高光谱分辨率遥感（Ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ）：用很窄１０－２λ而连续的光谱通道对地物持续遥感成像的技术。
在可见光到短波红外波段其光谱分辨率高达纳米（ｎｍ）数量级，通常具有波段多的特点，光谱通道数多达数十甚至数百个以上而且各光谱通道间往往是连续的，因此高光谱遥感又通常被称为成像光谱遥感。
高光谱遥感的显著特点包括三个方面：（１）高光谱分辨率；传统的多光谱传感器只有几个波段，且光谱分辨率一般都大于１００ｎｍ，而高光谱遥感器的波段数多至几十到几百个，且光谱分辨率都是纳米级，一般是１０～２０ｎｍ，（２）图谱合一；高光谱遥感获取的数据中包含了空间、辐射、光谱三种重要信息，（３）光谱通道多，可在某一光谱波段范围内连续成像；正是得益于高光谱分辨率、多光谱波段的特点，成像光谱仪能够获得地物在一定范围内连续的，精细的光谱曲线。
２高光谱遥感的应用2.1 高光谱遥感在农业方面的应用高光谱遥感在农业中的应用主要包括：（１）对不同农作物进行识别和分类；（２）对农作作物的叶绿素等生物物理参数进行估算；（３）对农作物长势的监测；（４）对农作物产量的评估［１］。
黄双萍［２］等采用偏最小二乘法（ＰＬＳ）和支持向量回归法（ＳＶＲ），在使用高光谱仪采集的反射光谱进行各种形式预处理的基础上，对柑橘叶片的磷含量进行建模和预测。
模型分别在校正集和测试集上进行评估，取得最佳模型决定系数分别为０．９０５和０．８８１，均方误差分别为 ０．００５和０．００４，平均相对误差分别为０．０２６４和０．０３１２。
研究表明：利用高光谱数据 进行磷含量的建模预测是可行的。
高光谱遥感技术在近岸海域水污染检测的应用研究
高光谱遥感技术在近岸海域水污染检测的应用研究引言水环境是人类赖以生存和发展的重要资源，近岸海域水环境质量的好坏直接影响着人类的生存和社会经济的可持续发展。
目前，近岸海域水污染已成为我国水环境保护工作中急需解决的重要问题。
随着遥感技术在海洋环境监测领域中的广泛应用，其在近岸海域水污染监测方面也取得了一定成果。
材料与方法目前，高光谱遥感技术已经成为水环境遥感领域中研究热点，其具有高分辨率、高光谱分辨率和高光谱数据信息量大等特点，可以获取水体中不同物质在近红外和可见光波段上的特征信息。
随着卫星技术的快速发展，高光谱遥感技术已经广泛应用于近岸海域水质监测、污染物浓度反演和污染事件快速识别等方面。
在近岸海域水污染监测中，高光谱遥感技术不仅可以直接获取水体中污染物浓度信息，还可以通过计算得到污染物在不同波长下的反射率，进而估算其污染指数（DIC）。
此外，高光谱遥感技术还可以通过获取水体中光谱特征来识别污染物种类，实现对近岸海域水体污染事件的快速识别。
研究背景水污染是一种常见的环境问题，近几十年来，随着全球人口的快速增长，人类对自然资源的需求量不断增加，导致海洋污染加剧。
我国近海海域存在着富营养化现象，水环境质量问题日益突出，与国外相比存在较大差距。
以近岸海域为例，中国海洋污染形势严峻，在2015年全国海洋环境状况公报中，近岸海域海水水质状况不容乐观。
我国近海水质状况主要表现为富营养化和赤潮频发等现象。
作为沿海经济和社会发展的重要支撑，近岸海域的水污染已成为我国经济发展和社会进步的瓶颈之一。
因此，在近岸海域水污染监测过程中，如何有效监测水体中污染物的浓度并分析其变化趋势成为相关部门亟待解决的重要问题。
传统的水体监测方法传统的水体监测方法主要有水质监测和水环境质量评价两种，前者主要利用现场监测仪器对水质进行定期监测，在水污染发生时进行预警，但对于小范、长期的污染源监测，难以做到实时监测。
水环境质量评价则是通过对某一区域水质状况的监测，计算出该区域的水质状况等级。
海洋与内陆水体高光谱遥感
水体成分的固有光学特性与模型
水体各成分的后向散射
遥感获得是水体后向散射的信息，因此水体成分的后向散射 特性对遥感反演模型的建立具有关键性的作用
水体成分吸收特征
纯(海)水(w)、及典型的叶绿素（C）、悬浮 泥沙(X)、黄色物质(Y)的光谱吸收特征
二类水体固有光学特性
国际上普遍认为，二类水体固有光学特性与 大洋水体的主要差异在： (1)区域性悬浮泥沙的吸收与散射特性； (2)在高泥沙含量区的叶绿素吸收特性与大洋 水体的叶绿素有一定差异； (3)黄色物质光谱吸收特性也有很强的陆源变 化，主要体现在式(3.7)中e指数的S上。 aY()=aY(0)exp[-S(-0)]
• Andr Y. Morel对一类水体的定义是其光学性质由前3项决 定的水体。 • 典型的一类水体是大洋开阔水体。一类水体的组成，可 以简单地看作由浮游生物（Phytoplankton、zooplankton） 的主要成分Chl-a，及其降解物--褐色素a(phea-a)，以及 伴随的黄色物质组成。 • 一类水体光谱模型的奠基工作是Morel等人在1977年完 成的(Morel 1977)，后经过Morel(1988，1998，2001), Sathyendranath & Preiur (1989), Bricaud等人(1995)众多 科学家的不断努力，已基本成熟 • 二类水体是除一类水体外的可能包括所有上述7种成分或 更多的所有水体。典型的二类水体是近岸、河口区域的水 体。
1)在中低混浊度时，550nm波段对浑浊 度【悬浮物的浓度】变化比较敏感； 2)在中高混浊度水体，6xx nm对悬浮物 浓度的变化比较敏感;此时可见光 600nm以前的通道对泥沙信息几乎不 敏感。 3)当悬浮物浓度达到 ～1000mg/l左右时， NIR波段的反射率比可见光波段的还 要高； 4)在混浊度水体，叶绿素信号、黄色物质 信号几乎被泥沙信号所掩盖； 5)叶绿素荧光在在浑浊水体时也十分明显， 但受泥沙边沿的影响，如何消除泥沙 影响是个很大的问题； 6)当水体十分浑浊时，412nm左右篮波 段值在一个很小的范围内变化； 7)赤潮水体光谱与正常光谱有很大的区别。
高光谱遥感与我国内陆水质监测
经验方法一般通过建立遥感数据与地面监测的水质参数值之间 的统计关系来外推水质参数值，水质遥感初期使用的宽波段数据 多采用这种方法，不过这种方法建立的水质参数与遥感数据之间 的关系往往缺乏理论依据，因而通用性差。 半经验方法是随着高光谱遥感在水质监测中的应用而发展起来 的，它是将已知的水质参数的光谱特征与统计模型结合，往往只 适用于一定的条件，应用于不同季节或地域的水体时往往需要进 行参数校正。 分析方法是建立在水中辐射传输模型基础上的，其物理意义明 确、适用性强、反演精度高，而且可以同时反演几种水质参数， 是当前内陆水体水质参数反演算法的发展趋势。
利用实验室内的分光光度计可以对采集的水样的固有光学量进行测 量分析‘”。可以直接测量的参数有：CDOM吸收系数acdom、总悬浮 物吸收系数ap、非色素悬浮物吸收系数ad、总悬浮物光束衰减系数 cp；间接计算的参数有：浮游植物色素吸收系数aph、总悬浮物散射 系数bp。16个采样点的平均的吸收和散射系数如图3所示。
地信091 刘萌
140912119
我国内陆淡水资源的紧缺以及水质污染问题已经引起 国家和社会的高度重视。水质监测是水质评价与水污 染防治的主要依据，随着水质污染问题的日益严重， 水质监测的意义愈显重大。尤其是内陆水体，其水质 影响到人们的生产和生活，因而准确高效的水质监测 显得尤为重要。作为一种重要的监测手段，遥感技术 以其独特的优势为水质监测开辟了新的途径，可以实 现水质大范围、快速、低成本、周期性动态监测。
R(0-)=f0 bb/(a+bb)+f1
计算得到的16个采样点对应f0和n以及线性相关系数如表1所示：
3.拟合的R(0-)和测量的R(0-)的比较 我们以1号点和2号点为例，比较拟合的R(0-)和水面测量R(0-)。从表l 中可以看出，2、8、9、ll、14、16号点的相关系数比较小。造成这些 点的线性相关系数比较小的主要原因是；由于水面光谱测量点和水体采 样点相差几米．而刚好这相差的几米导致二者的水体光学特性产生较大 的差异。构建生物光学模型要求水面光谱测量的水体和采样的水体相对 应，因而在建立模型时有必要排除2、8、9、1I、14、16这6个点。
高光谱成像技术进展(光电检测技术大作业)
高光谱成像技术进展By 130405100xx一．高光谱成像技术的简介高光谱成像技术的出现是一场革命，尤其是在遥感界。
它使本来在宽波段不可探测的物质能够被探测，其重大意义已得到世界公认。
高光谱成像技术光谱分辨率远高于多光谱成像技术，因此高光谱成像技术数据的光谱信息更加详细,更加丰富,有利于地物特征分析。
有人说得好，如果把多光谱扫描成像的 MSS ( multi-spectral scanner) 和TM( thematic mapper) 作为遥感技术发展的第目前高光谱成像技术发展迅速，常见的包括光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光、芯片镀膜等。
下面分别介绍下以下几种类别：（1）光栅分光光谱仪空间中的一维信息通过镜头和狭缝后，不同波长的光按照不同程度的弯散传播，这一维图像上的每个点，再通过光栅进行衍射分光，形成一个谱带，照射到探测器上，探测器上的每个像素位置和强度表征光谱和强度。
一个点对应一个谱段，一条线就对应一个谱面，因此探测器每次成像是空间一条线上的光谱信息，为了获得空间二维图像再通过机械推扫，完成整个平面的图像和光谱数据采集。
如下图所示。
光源相机（成像光谱仪+ccd）装备有图像采集卡的计算机是高光谱成像技术的硬件组成，其光谱的覆盖范围为200-400nm，400-1000nm，900-1700nm 1000-2500nm。
其中光谱相机的主要组成部分为准直镜，光栅光谱仪，聚焦透镜以及面阵ccd。
（2）声光可调谐滤波分光（AOTF）光谱仪AOTF由声光介质、换能器和声终端三部分组成。
射频驱动信号通过换能器在声光介质内激励出超声波。
改变射频驱动信号的频率，可以改变AOTF衍射光的波长，从而实现电调谐波长的扫描。
最常用的AOTF晶体材料为TeO2即非共线晶体，也就是说光波通过晶体之后以不同的出射角传播。
如上图所示：在晶体前端有一个换能器，作用于不同的驱动频率，产生不同频率的振动即声波。
不同的驱动频率对应于不同振动的声波，声波通过晶体TeO2之后，使晶体中晶格产生了布拉格衍射，晶格更像一种滤波器，使晶体只能通过一种波长的光。
七、高光谱遥感应用
1 精准农业高光谱遥感
精准农业要求回答的3W问题：
What？ When？ Where？
Precision farming: "Do the right thing at the right place and at the right time" Providing relevant and reliable agronomic indexes to farmers
Apply
14
1 精准农业高光谱遥感
化学统计学模型建立
Multiple Samples
Calibration Samples
Validation Samples
NIR Data
Std. Method Analysis
Data Pre-Treatment
NIR Data
Chemometric Analysis Calibration Model
Fresh Vs. Dry Predicted Nitrogen
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1 精准农业高光谱遥感
AVIRIS Nitrogen PLS Calibration
19
1 精准农业高光谱遥感
AVIRIS Predicted Vs. Actual Nitrogen
20
1 精准农业高光谱遥感
Dry Leaf Band Depth Nitrogen Calibration
Greenness Vegetation and Soil Brightness
PVI AVI GRABS MTV GVSB
Adjusted Siol brightness Index ASBI Adjusted Green Vegetation Index AGVI Transformed Vegetation Index 9
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表观光学特性
一类水体的光谱，以我国南海海域为例
2.5 nh2002_66 nh2002_67 2 nh2002_68 nh2002_70 1.5 nh2002_72
lwn(uw.cm-2.Sr-1.nm-1)
1
0.5
0 350 -0.5 波长（nm） 450 550 650 750
二类水体的光谱，(黄海、东海)遥感反射比光谱
• Andr Y. Morel对一类水体的定义是其光学性质由前3项决 定的水体。 • 典型的一类水体是大洋开阔水体。一类水体的组成，可 以简单地看作由浮游生物（Phytoplankton、zooplankton） 的主要成分Chl-a，及其降解物--褐色素a(phea-a)，以及 伴随的黄色物质组成。 • 一类水体光谱模型的奠基工作是Morel等人在1977年完 成的(Morel 1977)，后经过Morel(1988，1998，2001), Sathyendranath & Preiur (1989), Bricaud等人(1995)众多 科学家的不断努力，已基本成熟 • 二类水体是除一类水体外的可能包括所有上述7种成分或 更多的所有水体。典型的二类水体是近岸、河口区域的水 体。
总悬浮物(total particulate matter, seston，total suspended matter TSM) 悬浮泥沙(sediment, tripton, or inorganic particles) 浮游生物(phytoplankton and zooplankton) 黄色物质(CDOM, yellow substance, gelbstoffe，gilvin) 碎屑(detritus, debris)
• 仪器的发射前定标: a)标准灯＋标准板系统；b)积分球系统 • 野外定标
遥感器的在轨定标
• 在轨定标又分为：基于太阳/月亮的星上全口径全光路的定标系统的定 标；在轨外定标（替代定标）；交叉定标(Cross-Calibration)。 • 所谓基于太阳的星上定标系统是指将直射太阳光以确定的角度入射到 已知反射率的漫射板上，遥感器的整个光路对漫射板进行观测，从而 进行定标。 • 所谓基于月亮的星上定标系统是在特定的时间将遥感器指向月亮，利 用月亮稳定的表面作为基准对仪器进行定标。 • 在轨外定标(替代定标，Vicarious calibration)是利用地面大面积、均 匀的目标，在精确测量地表特性和大气特性的基础上，结合辐射传输 计算，得到卫星入瞳处的辐亮度，从而得到其定标系数。 • 交叉定标(Cross-Calibration)是指利用一个已知高精度的遥感器数 据校正另外一个遥感器。一般要求波段相近、过境时间差别不大、同 一地物的变化不大、大气稳定。
S p e c tra o f Y e llo w S e a & E as t C hina S e a 2 0 0 3 0 4 s p ring c ruis e
0.07 0.06
0.05 0.04
Rrs(1/sr)
0.03 0.02 0.01
0 350 -0.01 Wavelength(nm) 450 550 650 750 850 950 1050
1)在中低混浊度时，550nm波段对浑浊 度【悬浮物的浓度】变化比较敏感； 2)在中高混浊度水体，6xx nm对悬浮物 浓度的变化比较敏感;此时可见光 600nm以前的通道对泥沙信息几乎不 敏感。 3)当悬浮物浓度达到 ～1000mg/l左右时， NIR波段的反射率比可见光波段的还 要高； 4)在混浊度水体，叶绿素信号、黄色物质 信号几乎被泥沙信号所掩盖； 5)叶绿素荧光在在浑浊水体时也十分明显， 但受泥沙边沿的影响，如何消除泥沙 影响是个很大的问题； 6)当水体十分浑浊时，412nm左右篮波 段值在一个很小的范围内变化； 7)赤潮水体光谱与正常光谱有很大的区别。
水色遥感定量化的要求及其定标/检验
海洋遥感应用对定量精度有严格的要求,以美国的SeaWiFS的精度目标为 例(一类水体 Case-I water)： 叶绿素浓度反演误差 <35% 离水辐亮度绝对误差 <5% 相对误差 <1% 按照上述要求，可导出遥感器、大气算法、现场仪器的不确定度 (uncertainty)为： *遥感器辐射定标 <5%(Hooker et al 1992, p1) 相对误差 <1% 波段之间 <5% *大气修正算法 <5%(Gordon & Wang 1994, p445) *现场测量仪器定标 <3%(Mueller & Austin 1995, p14) 相对误差 <1% *现场数据分析处理 <5%(Siegel et al 1995)
• 水色遥感就是利用表观光学量(AOPs)来反 演出水体成分的浓度，其基本量是离水辐 亮度LW(Water-leaving Radiance)。 • 水色遥感反演模型利用的辐射参数量， 基本上有：离水辐亮度LW、归一化离水辐 亮度LWN、刚好在水面以下的(Just beneath water surface, 0-)辐照度比(或漫反射比) R(0-)=Eu(0-)/Ed(0-)、遥感反射比Rrs= LW/Ed(0+)等。
水体生物-光学模型
• 由于大洋水体的光学特性主要由水分子和浮游生 物决定，因此在海洋光学中，把水体光学模型一 般称为生物光学(Bio-optical)模型[Smith & Baker 1978] • 水体生物光学特性的研究包括水体成分的固有光 学特性、表观光学特性的定量描述、表观特性与 固有特性之间的关系以及反演算法等。 • 在未来几年内，将以归一化离水辐亮度LWN为基 本量的统计模型、以基于辐照度比R和遥感反射 比Rrs的半分析模型为主要方向(O'Reilly et al 1998)
3.
4.
5.
最佳水色遥感器数据仍然是SeaWiFS数据 数据质量有星上定标系统（太阳定标、月亮定标）、光 学浮标的替代定标等多种手段保证； 高质量的免费数据处理软件SeaDAS，采用精确 Rayleigh计算、多种气溶胶模式参数等高精度的大气校 正算法、最新的一类水体算法、提供超过100种的数据 产品，并提供简单使用的工具； 接收站点遍布全球，我国海洋局二所、香港科技大学等 可以提供数据源，并可从NASA DAAC免费订购。 单一卫星单一专用遥感器，不存在与其他非水色应用的 折衷。具备12:00左右过境、前后倾200等特点。 TDI技术扫描成像，没有类似MODIS、HY-1 COCTS上 的多元并扫条带。
水体成分的固有光学特性与模型
水体各成分的后向散射
遥感获得是水体后向散射的信息，因此水体成分的后向散射 特性对遥感反演模型的建立具有关键性的作用
水体成分吸收特征
纯(海)水(w)、及典型的叶绿素（C）、悬浮 泥沙(X)、黄色物质(Y)的光谱吸收特征
二类水体固有光学特性
国际上普遍认为，二类水体固有光学特性与 大洋水体的主要差异在： (1)区域性悬浮泥沙的吸收与散射特性； (2)在高泥沙含量区的叶绿素吸收特性与大洋 水体的叶绿素有一定差异； (3)黄色物质光谱吸收特性也有很强的陆源变 化，主要体现在式(3.7)中e指数的S上。 aY()=aY(0)exp[-S(-0)]
水体光学模型
表观光学量(Apparent Optical Properties， AOPs)是随光照条件变化而变化的量，如向 下辐照度Ed、向上辐照度Eu、离水辐亮度 LW、遥感反射比Rrs、辐照度比也称为漫 反射比R (diffuse reflectance)等，以及这些 量的漫衰减系数Kd, Kl。必须归一化，才有 可能进行不同时间、地点测量结果的比较。
• 固有光学量(Inherent Optical Properties, IOPs)是指只与 水体成分有关而不随光照条件变化而变化的量，包括： (1)水分子的吸收系数aw、散射系数bw、散射相函数w； (2)Chl-a的吸收系数ac、单位吸收系数(Specific absorption coef.)，散射系数bc、单位散射系数、后向散 射系数bb、前向散射系数bf、散射相函数； (3)黄色物质的单位吸收系数 (4)其他成分，包括无机物tripton, inorganic particle, mineral 、碎屑(detritus)等的吸收散射特性。 固有光学量中最重要的是单位吸收系数和体散射相函数。
一般水体可能含有以下7种成分(Morel 1977, Gordon & Morel 1983)： (1)活的藻类细胞。其浓度可有很大变化。 (2)连带的碎屑。即由浮游生物的自然死亡降解和浮游动物 的消化排泄产生的碎屑。 (3)溶解有机质。由藻类和它们的碎屑释放出来的物质(黄 色物质) (4)再次悬浮的泥沙。沿岸海底和浅海区因海流等作用而搅 起的泥沙。 (5)陆源颗粒(Terrigenous Particles)。河流冰川带入的矿 物颗粒等。 (6)陆源溶解有机质（黄色物质）。 (7)人类活动产生并进入海洋的颗粒和溶解物。
一类水体即大洋开阔水域的水体。 其水色要素主要由浮游生物所含的叶绿素a 及其降解物所组成，相对简单。 二类水体的水体（叶绿素、悬浮泥沙、黄色 物质、污染等）
水体遥感
SeaWiFS/MODIS/MERIS等。 其中：MERIS需要专门到ESA申请 SeaWiFS从杭州二所订购
Namibia
• 1. 2.
• • Tassan 1994 SeaWiFS; Tang Junwu, Wang Xiaomei, Song Qingjun, et al 2004: The statistic inversion algorithms of water constituents for Yellow Sea & East China Sea. Acta Oceanologica Sinica, Vol.23, No.4, 617626。海洋学报英文板，有排版错误,请向唐 军武本人索取原文jwtang@public3. 。