1 中国海洋大学信息科学与工程学部，山东 青岛 266100
2 青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室，山东 青岛 266237
3 青岛海洋科学与技术试点国家实验室“观澜号”海洋科学卫星工程部，山东 青岛 266237
激光雷达能够提供高时空分辨率的大气风场数据，为了提高激光雷达在海上浮标等运动平台上的观测精度，开展了基于漂浮式测风激光雷达系统的海气边界层风场反演算法研究。利用自主研发的漂浮式测风激光雷达系统的观测数据，使用浮标平台姿态和径向速度校正方法、速度方位显示（VAD）风场反演方法，以及数据质量控制方法，提高风廓线反演结果的准确性。将同步观测实验结果与风廓线反演结果进行比对验证，结果表明水平风速和风向的比对误差分别为0.3 m/s和2.0°，决定系数分别为0.986和0.996，表明了漂浮式激光雷达风廓线反演算法的准确性。
海洋光学 激光雷达 浮标 风廓线 反演算法 质量控制 光学学报
2022, 42(24): 2401002
1 青岛海洋科学与技术试点国家实验室“观澜号”海洋科学卫星工程部, 山东 青岛 266237;
2 中国海洋大学信息科学与工程学部, 山东 青岛 266100
3 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
4 自然资源部第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室, 浙江 杭州 310012
5 清华大学深圳国际研究生院, 广东 深圳 518055
垂向层化是海洋水体的基本特征之一,几乎所有海洋学科的测量与分析都需要直接或间接的剖面信息。激光雷达是目前唯一可以遥感方式获得百米级海洋剖面信息的手段,激光雷达水体回波信号主要受水分子与水体颗粒物吸收、散射作用的共同影响。从激光雷达的后向180°散射信号中反演水体颗粒物成分时,活体浮游植物及其降解物、无机颗粒(悬浮泥沙)、浮游动物、气泡等颗粒物在粒径、组分、形状、内部结构等方面的复杂性决定了水体光学特性的复杂性。180°处的体散射系数β(π)是激光雷达水体探测的基本参数,然而不同浮游植物颗粒的散射相函数在180°处相差10倍。目前的模拟仿真中采用的仅具有普适意义的Petzold体散射函数或Voss & Fry穆勒矩阵偏振参数,与具体的遥感探测水体的体散射函数或穆勒参数有很大的差别。针对这个激光雷达中最重要的基础性问题之一,也是主被动光学海洋观探测中的基本问题,进行了综述,并参考国际相关研究人员近些年的一些研究成果,试图提出后续应当重点解决的理论与技术问题。
光学学报
2022, 42(12): 1200001
1 中国海洋大学 信息科学与工程学部，山东 青岛 266100
2 青岛海洋科学与技术国家实验室 区域海洋动力学与数值模拟功能实验室，山东 青岛 266237
3 齐鲁工业大学（山东省科学院）山东省科学院海洋仪器仪表研究所，山东 青岛 266071
基于蒙特卡洛模拟方法，建立了一个水中激光偏振辐射传输模型，用于模拟分析船载偏振激光雷达水体垂直剖面的偏振探测回波，分析了不同光学参数的水体和激光雷达测量模式下的偏振测量误差。使用高斯分布设置了三种深度分布在10~30 m的低、中、高浓度散射层，其叶绿素a峰值浓度分别为0.1 mg/m3、1 mg/m3和10 mg/m3。模拟了激光发射波长为532 nm，接收视场角为10~1000 mrad的船载海洋激光雷达的偏振回波信号，并分析了影响偏振测量误差的主要因素。研究结果表明，由于激光在水中的多次散射过程，随着探测深度、叶绿素a浓度和接收视场角的增大，激光雷达接收光信号的单次散射率不断降低，导致激光雷达直接测量的退偏振比的误差随之增大。以100 mrad接收视场角为例，中浓度散射层情况下，在散射层上（0~10 m）、散射层中（10~30 m）和散射层下（30~40 m）的退偏振比相对误差分别为16%、125%、281%；在散射层中，低、中、高三种浓度散射层的退偏振比相对误差分别为54%、125%、731%。视场角从10 mrad增大到1000 mrad时，退偏振比相对误差逐渐增大，在中浓度散射层情况下，其在散射层上、散射层中和散射层下的变化范围分别为6%~28%、17%~452%和10%~734%。文中结果表明，偏振海洋激光雷达探测水体退偏振比时，由于多次散射过程的影响，传统的退偏振比算法会引入较大误差，有必要在反演算法中对其进行校正，以提高激光雷达的探测精度。
海洋激光雷达 偏振蒙特卡洛 水体光学参数 垂直剖面 退偏振比 oceanographic lidar polarization Monte Carlo water optical parameter vertical profile depolarization ratio 红外与激光工程
2021, 50(6): 20211035
红外与激光工程
2021, 50(6): 20211029
1 数字地球重点实验室, 中国科学院对地观测与数字地球科学中心, 北京 100101
2 遥感科学国家重点实验室, 中国科学院遥感应用研究所, 北京 100101
3 国家海洋技术中心, 天津 300112
4 国家卫星海洋应用中心, 北京 100081
水色遥感反演算法中半分析模型的建立需要已知水体固有光学量, 文章基于现场实测数据建立了由遥感反射率反演固有光学量模型。 对2003年春季黄东海航次所测数据进行了介绍, 详细阐述了遥感反射率、 颗粒物后向散射和吸收系数的测量方法。 基于生物光学模型, 利用单纯形优化算法由遥感反射率来反演水体固有光学量, 并将反演结果与实测数据进行了比较, 除水之外物质吸收系数的均方根相对误差小于33％, 颗粒物后向散射系数则小于30％, 对引起误差的原因进行分析表明, 本研究方法能够为黄东海水体固有光学量的反演提供一条有效途径, 为遥感数据应用于黄东海水体生物光学特性的研究提供一个参考模型。
固有光学量 表观光学量 水色遥感 优化 Inherent optical properties Apparent optical properties Ocean color remote sensing Optimization 光谱学与光谱分析
2011, 31(5): 1403
1 国家卫星海洋应用中心, 北京100081
2 大连海洋大学海洋工程学院, 辽宁 大连116023
根据2008年5月和2009年8月在辽宁省盘锦市石油类污染水体配比试验和现场试验获取的光学特性数据及生物化学特性数据, 分析了石油类含量和后向散射系数数据的关系。 结果表明: 河口区的后向散射系数幂律指数遵循随着悬浮物浓度增加而减小的对数变化规律； 440～856 nm波长范围内单位后向散射系数在0.006～0.035 m2g-1之间, 并且随波长增加而减小； 石油类含量对后向散射系数的影响集中反映在石油类单位后向散射系数(单位石油类含量的后向散射系数)上, 石油类单位后向散射系数与石油类含量呈乘幂变化规律, 且随波长的增加而减小； 石油类含量对后向散射系数幂律指数影响小。
海洋光学 固有光学特性 后向散射系数 石油类含量 Oceanic optics Inherent optical properties Backscattering coefficients Petroleum concentration 光谱学与光谱分析
2010, 30(9): 2438
Author Affiliations
Abstract
1 First Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Qingdao 266061, China
2 National Satellite Ocean Application Service, State Oceanic Administration, Beijing 100081, China
In situ-satellite match-ups of radiometric data are established in the turbid waters of the Yellow Sea and the East China Sea. Inherent optical properties (IOPs) are retrieved by match-up radiometric data and multi-band quasi-analytical algorithm (QAA). By comparing in situ spectra-retrieved IOPs with the satellite ones of moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS) and medium resolution imaging spectrometer (MERIS), the accuracy of satellite-derived IOPs is quantified. The median of the absolute percentage difference is found to be approximately 20% for the total absorption coefficient at(\lambda) at green and blue-green bands, and 30% for particulate material backscattering coefficient bbp(\lambda) throughout the visible bands. The spatial pattern and temporal variability of IOPs along the eastern coast of China are clarified based on satellite images and the QAA model.
固有光学量 浑浊水体 多波段准分析算法 黄东海 010.4450 Oceanic optics 280.4788 Optical sensing and sensors Chinese Optics Letters
2010, 8(8): 721
1 中国科学院遥感应用研究所 遥感科学国家重点实验室, 北京 100101
2 国家卫星海洋应用中心, 北京 100081
某海洋水色传感器数据异常, 反演产品中有大量不规则条带.通过对大量数据进行分析, 确定其数据异常的 主要原因是各波段均受箝位(即零电平漂移)的影响.为此, 提出了基于某一清洁水体点, 利用自由平差原理进行箝 位校正的方法.其次, 将该箝位校正方法应用于遥感影像, 并对校正后的影像进行了叶绿素浓度反演, 反演产品均 匀性较好, 细节丰富.最后, 将反演产品与MODIS/Aqua 产品进行了比较, 表明经过箝位校正后的信号恢复正常.从 而为箝位校正研究提供了一个新的方法, 为海洋水色传感器的定量化应用提供一些支持.
遥感 箝位校正 自由平差 海洋水色传感器 remote sensing clamping repair free network adjustment ocean color sensor
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所,合肥,230031
2 国家卫星气象中心,北京,100081
3 国家卫星海洋应用中心,北京,100081
4 国家海洋局海洋技术研究所,天津,300111
了解海洋上空大气气溶胶的变化情况具有重要的科研和应用价值.本文在讨论了太阳辐射计的标定、大气气溶胶光学厚度的计算和Angstrom参数的计算等问题的基础上,介绍了利用多波段太阳辐射计对黄海海域气溶胶光学厚度的测量和研究.测量结果表明黄海海域大气气溶胶主要由自然来源的气溶胶构成,气溶胶光学厚度在0.1左右,光学厚度的日变化和逐日变化不大,Angstrom波长指数约为1.2,大气混浊度指数在0.05左右.
气溶胶 光学厚度 海洋 aerosol optical thickness ocean
