利用PARASOL卫星搭载的多角度偏振地球反射率探测仪-3(POLDER-3)的偏振数据,反演了香河地区细粒子气溶胶光学厚度。反演数据与POLDER、MODIS业务化产品及AERONET数据进行对比分析,POLDER的细粒子气溶胶光学厚度反演效果显著优于MODIS产品,相关系数由0.67升至0.93,平均误差由0.32降至0.15。将POLDER偏振数据与神经元网络方法相结合,相关系数升至0.94,平均误差降为0.11。将该神经网络(NN)训练模型应用于杭州和香港地区进行验证,在杭州地区反演精度相似,在香港地区适用性较差。研究表明,利用POLDER偏振数据结合神经网络方法来提取细粒子气溶胶信息是可行的。

黄河每年输送大量泥沙进入渤海。 研究黄河口海域悬浮物浓度， 对于黄河输沙以及周边海域的环境监测具有重要意义。 利用2011年夏、 冬两季实测遥感反射率以及同步测量悬浮物浓度数据， 开展了黄河口海域悬浮物浓度分段线性反演研究。 结果表明， 不同浓度范围下， 悬浮物浓度反演的敏感波段不同； 浓度小于等于50 mg·L-1（≤50 mg·L-1）， 敏感比值波段为(600~700 nm)/(400~600 nm)， 浓度高于50 mg·L-1（＞50 mg·L-1）， 敏感比值波段为(750~900 nm)/(420~720 nm)， Landsat8 OLI的对应组合方式分别为B4/B2和B5/B3； 根据上述浓度分段范围分别建立线性模型， 其精度R2， RMSE和APD分别为0.873 5， 4.08 mg·L-1和22.81%（≤50 mg·L-1）， 以及0.969 3， 102.96 mg·L-1和17.51%（＞50 mg·L-1）， 整个浓度下三个精度参数分别为0.975 3， 67.03 mg·L-1和20.45%， 均优于常用单一模型在分段和整体浓度下的相应参数， 且具有良好的稳定性。 分段线性模型， 更适合浓度变化大的黄河口海域悬浮物浓度反演。

为了对模拟溢油样品在不同偏振态激发下诱导荧光的偏振特性进行研究, 借鉴了穆勒矩阵椭偏仪的原理和结构, 搭建了基于旋转波片原理的模拟溢油样品激光诱导荧光椭偏实验装置。 通过特征值校准方法对该装置进行校准, 获得了宽波段下偏振状态调制矩阵W(λ)和偏振状态分析矩阵A(λ)的确切调制状态, 并基于荧光光谱强度矩阵Flu(λ)分别建立了轻、 中、 重质原油样品和柴油样品的荧光穆勒矩阵。 通过极化分解方法对荧光穆勒矩阵进行分解后发现, 不同样品荧光光谱的退偏振性质差异十分显著。 柴油样品荧光穆勒矩阵的退偏振系数Δ(λ)没有明显的波长响应性, 在荧光光谱范围内始终保持较高的退偏值, 而三种原油样品的退偏系数Δ(λ)则随波长增大逐渐上升, 其中, 中质原油样品退偏系数随波长的变化幅度小于重质样品, 超过轻质样品; 就不同样品的退偏值来看, 轻质原油样品最高, 重质样品最低, 中质原油样品介于二者之间, 柴油样品的荧光退偏值略低于轻质原油样品, 介于轻质和中质原油样品之间。 将基于荧光穆勒矩阵极化分解后的结果与线偏振激发下样品荧光光谱的正交偏振实验结果进行对比, 发现两种实验方法获得的退偏系数具有较高的吻合程度。 实验还发现, 四种模拟溢油样品荧光穆勒矩阵所包含的双向衰减和相位延迟性质都很微弱, 不具有明显的差异。

基于黄河口海域实测数据,建立了利用745 nm(模型1)和680 nm(模型2)波段遥感反射率的颗粒有机碳(POC)浓度反演模型,得到的平均相对误差(APD)均低于26%,其中模型1表现更优。结合海洋水色成像仪(GOCI)影像和实测数据对两个模型进行了精度评估,平均相对误差均在30%以内。基于所建立的模型和卫星遥感影像,分析了逐时、大风过程(几日之间)、季节变化三种情况下黄河口海域POC浓度的时空变化特征。结果表明,冬季POC浓度整体较高,夏季POC浓度整体较低;渤海湾附近出现POC浓度最高值。三种情况下,POC浓度的变化范围在同一尺度上,表明短时间间隔并不意味着POC浓度变化范围也小,其季节平均效应是显著的。

激光诱导荧光是海洋溢油探测的有效手段之一, 但该技术的应用易受自然水体中叶绿素、 CDOM等物质荧光信号的干扰。 为了寻求排除自然水体荧光干扰的方法, 基于532 nm连续激光器搭建了激光诱导偏振荧光实验装置, 并针对六种不同密度的模拟溢油样品和自然水体开展了荧光光谱偏振特性研究。 实验结果发现, 与自然水体的荧光光谱不具有明显的偏振特性不同, 所有模拟溢油样品的诱导荧光均具有明显的偏振特性, 这一结论说明激光诱导荧光光谱的偏振特性可以作为排除叶绿素、 CDOM等物质荧光干扰的依据。 实验还发现, 溢油样品的荧光偏振性质因样品种类而异。 在线偏振光激发下, 原油样品荧光偏振度随波长逐渐降低, 其中重质原油样品偏振度降低幅度最大, 轻质原油样品幅度最小, 而柴油样品荧光偏振度没有明显变化； 当周期性改变激发光的偏振状态时, 所有模拟溢油样品的荧光偏振度随之发生趋势相同的周期性波动, 中质样品荧光偏振度波动的幅度低于重质样品, 但明显超过轻质样品。 这一结果说明, 模拟溢油样品诱导荧光偏振度的波长变化特性及对激发光偏振态的响应特性均与样品密度存在一定关联, 其偏振特性可以作为辅助油种识别的重要参量。

海上漂浮绿潮生物量的估算对实现绿潮处置资源高效配置、提高应急处置效率具有重要意义。利用现场实验获取的漂浮绿潮单位面积生物量及其地物反射光谱数据，分析了漂浮绿潮光谱特征和多种光谱指数与单位面积生物量之间的响应关系，基于此构建并验证了漂浮绿潮生物量估算模型。结果显示漂浮绿潮近红外波段反射率与单位面积生物量之间存在强相关关系(相关系数R≈0.8)；光谱指数以及960 nm反射峰和1060 nm吸收峰峰值与漂浮绿潮单位面积生物量显著相关(R>0.7)；基于R960/R670和R1060/R670(R670，R960，R1060分别为670,960,1060 nm处的反射率)构建的漂浮绿潮生物量指数估算模型具有较高的精度(R2≈0.9，相对误差RPE≈27%)。研究结果为利用遥感技术实现海面漂浮绿潮生物量估算提供了参考。

渤海是我国的半封闭内海，受陆源影响显著，水体光学性质复杂多变，静止轨道水色卫星(GOCI)的高时间分辨率数据为研究渤海水体总吸收系数的时空变化特征，特别是逐时变化提供了可能。针对GOCI波段设置，利用实测数据建立了基于遥感反射率波段比值的412、443、555 nm 波段渤海总吸收系数遥感反演模型，经独立实测数据检验，模型反演值与实测值的相关系数大于0.8，平均相对误差(APD)小于13%，中值相对误差小于9%，优于已有典型算法(精度提高约10%)；经独立现场-卫星时空匹配数据检验，基于该模型和GOCI卫星数据的总吸收系数遥感反演平均相对误差在35%以内。基于2015 年5 月4 日1 天8 景的GOCI影像和所建立的模型，研究了渤海总吸收系数的逐时变化特征。结果表明，8:30—15:30 期间总吸收系数变幅主要分布范围是0.2~0.3 mm^-1，最大变幅可达到0.8 mm^-1，变幅极大值主要分布在辽东湾、渤海湾和莱州湾近岸海域。结合潮汐数据的分析发现，辽东湾、渤海湾北部总吸收系数与潮高的逐时变化具有较好的一致性，总吸收系数极小值出现时刻滞后于低潮时刻0~1.5 h；莱州湾西部总吸收系数与潮高逐时变化呈明显负相关性；渤海湾南部、莱州湾东部总吸收系数与潮高变化未见显著相关性。

本文选取晴好天气条件下的MODIS影像为研究数据, 以“类间距”为评价指标, 对比分析了5种常用的植被指数(NDVI、EVI、ARVI、RVI和DVI)对不同生长阶段绿潮的探测能力, 在此基础上, 利用最优指数开展了2014年黄海绿潮的过程分析, 并与历年监测结果进行了对比。结果表明, NDVI算法对绿潮各个生长阶段的探测能力均最强。2014年黄海绿潮生消过程共计85天, 绿潮密集区先向东北漂移, 然后向西北漂移, 最后转向东北方向漂移。最大覆盖面积为540 km2, 最大分布面积为50 000 km2; 与历年监测结果相比, 2014年黄海绿潮的覆盖面积较小, 但分布面积较大。

在绿潮遥感业务化监测中, 250 m分辨率的MODIS卫星数据是主要数据源, 归一化差值植被指数(NDVI) 是绿潮卫星遥感信息提取的主要方法。研究发现, 由于MODIS空间分辨率较低, 存在大量的混合像元, 导致提取的绿潮覆盖面积明显偏大。针对该问题, 本文在MODIS绿潮NDVI计算的基础上, 首先对大于NDVI阈值的像元进行混合像元分解, 得到MODIS NDVI混合像元分解后的绿潮面积, 然后以准同步的30 m分辨率HJ-1 CCD影像提取的绿潮覆盖面积为真值, 建立了MODIS NDVI混合像元分解得到的绿潮面积与HJ-1提取的绿潮面积之间的关系模型, 以实现绿潮面积的精细化提取。与传统的NDVI阈值法和混合像元分解法相比, 该方法提取的绿潮覆盖面积更接近于“真值”, 面积约为“真值”的96%, 而传统的NDVI阈值法和混合像元分解方法提取的面积分别为“真值”的2.96倍和45%。另外, 与传统的NDVI阈值法相比, 新方法对NDVI阈值变化不敏感, 在相同的NDVI阈值变化区间内, 前者提取的绿潮覆盖面积变化了41%, 而新方法的变化仅为11%。本文的工作在很大程度上解决了MODIS空间分辨率低导致的绿潮监测结果不准确的问题, 为精细化的绿潮卫星遥感业务监测提供了参考。