总悬浮物(TSM)是海洋水质和水环境评价的主要参数之一。 舟山海域位于杭州湾边缘, 泥沙含量多, 总悬浮物长期处于高浓度状态, 其分布与动态变化对近岸水质、 水循环以及该区域的渔业、 旅游业都有较大影响。 Landsat-8卫星影像作为一种应用广泛、 空间分辨率高、 便于获取的光学信息, 可以为舟山海域的TSM观测提供有力的技术手段。 利用舟山近岸海域实测TSM吸收系数ap(440)和水面光谱, 开发了基于Landsat-8反演TSM的最优模型, 发现基于近红外和蓝色波段比B5/B2的S-函数和线性函数模型反演精度较好, 相对于线性模型, S-函数具有更强的鲁棒性, 该模型形式为ap=3.72/(0.009+e-5.249B5/B2), 克服了常用函数模型(如线性、 对数、 指数函数)应用于实际卫星影像时出现光谱幅度范围受限的困难。 海岸带内陆复杂水体水色遥感的另一难点是大气校正, 以往的研究往往只采用某种大气校正模型, 但该模型不一定适合研究水域, 从而使得校正结果并不一定是最优的。 在本研究中, 验证比较了FLAASH, 6S和ACOLITE三种大气校正方法面向Landsat-8水色反演的校正结果, 发现ACOLITE方法获取的光谱形状最准确, 误差最小, 特别在蓝色波段, 明显好于FLAASH和6S方法。 将最优模型应用于舟山近岸海域2013到2018年的10幅Landsat-8图像。 实测数据和反演结果显示: 舟山近岸海域的TSM吸收系数ap(440)的变化范围在1.64～417.04 m-1, 均值118.47 m-1, TSM吸收占水体总吸收的90%以上, 该海域实测的水面光谱形状呈现典型的河口海岸带复杂浑浊水体的光谱特征, 很多光谱曲线具有双峰特征, 遥感反射率幅值较大, 特别是红色、 近红外波段, 由于受河口高浓度TSM的影响, 遥感反射率高于远海较清洁的海水; 衢山、 洋山、 宁波等近岸区域的TSM浓度明显高于东极、 嵊泗等远海区域, 随河口羽化区呈现由高到低的梯度变化, 在近岸区域分布复杂, 外海区域分布较为均匀。 在时间分布上具有冬季浓度远高于夏季的特点, 其中12月最高, 最大值为413.32 m-1, 8月最低, 最小值为3.69 m-1, 5月、 10月期间也有TSM的局部峰值。 这些TSM时空变异特征表明舟山海域悬浮物的分布和变化一方面受地形、 海流、 潮汐、 季风、 台风等自然环境因素的影响, 另一方面也受如海运、 港口建设、 海岛旅游等人类活动的较大影响。

静止轨道海洋水色成像仪(GOCI)拥有高时间分辨率(1 h)和高空间分辨率(500 m×500 m)的观测优势。为了保证GOCI应用的可靠性，对其遥感产品进行检验极为重要。利用辽东湾春季航次观测数据，对4 种二类水体大气校正算法[Korea Ocean Satellite Center(KOSC)校正算法、management unit mathematics models(MUMM)校正算法、紫外(UV)校正算法和近红外(NIR)校正算法]获得的GOCI 遥感反射率产品及GOCI 标准叶绿素浓度、悬浮物浓度遥感产品进行了真实性检验，并探讨了不同观测时相的稳定性。结果表明：KOSC 算法在辽东湾具有最高的校正精度，各波段遥感反射率平均绝对百分比误差(APD)为27.16%(412 nm)、16.03%(443 nm)、13.73%(490 nm)、15.99%(555 nm)、12.83%(660 nm)、12.35%(680 nm)、27.68%(745 nm)、42.81%(865 nm)；叶绿素浓度、悬浮物浓度产品的平均绝对百分比误差分别为29.75%和26.40%。相比于临近中午观测时的结果，GOCI早上和下午观测时反演的结果(包括遥感反射率、叶绿素浓度、悬浮物浓度)与实测值偏差显著增大。

颗粒后向散射系数是水体主要的固有光学特性, 也是海洋水色的决定因子和海洋水色卫星遥感反演的基础参数。 当前, 利用光学仪器现场原位测量是获取水体颗粒后向散射系数的主要方法。 由于光源自身和仪器光路中镜面反射和折射, 其出射光源可能存在一定的偏振, 进而会影响水体后向散射系数测量的精度。 目前, 关于水体后向散射系数测量仪器的光源偏振性及其对颗粒后散射系数测量精度影响的研究尚为空白。 针对该问题, 以应用广泛的水体后向散射测量仪HydroScat6(HS-6)为例, 对其出射光源的偏振特性进行了系统测量, 并进一步开展了光源偏振对水体颗粒后向散射系数测量精度影响的实验研究。 结果表明, HS-6六个光学通道除590 nm通道出射光源偏振度略低外(~15%), 其他通道出射光源中心波长偏振度均在20%~30%。 因此, HS-6出射光源具有显著的偏振特性。 光源偏振对颗粒后向散射系数测量具有不可忽略的影响, 且影响程度随着波段, 线偏振角度及悬浮泥沙浓度而变化。 不同悬浮泥沙浓度下, 光源偏振引起的420, 442, 470, 510, 590和670 nm六个波段的平均偏差可达15.49%, 11.27%, 12.79%, 14.43%, 13.76%, 12.46%。 因此, 利用光学仪器现场测量颗粒后向散射系数需要考虑光源偏振的影响, 并需尽可能降低出射光源的偏振度。

现场光谱观测是水色遥感真实性检验的基础。 传统基于航次站位观测获取的水体光谱数据少, 难以满足快速变化的近岸水体遥感产品真实性检验的需求。 为此, 国际上开始发展水体光谱连续观测系统, 但目前近岸水体光谱连续观测系统仍较少, 特别是在高浊度、 高动态的水体。 针对该问题, 在杭州湾建立了一套基于海上塔台的高浑浊水体光谱高频观测系统。 该系统每3 min获取一次水体光谱数据, 实现与过境卫星观测时间的匹配。 本文重点开发了基于海上塔台特点的水体光谱高频观测数据的处理方法, 实现了晴空、 耀斑、 阴影、 弱光照等自动判别, 并对处理结果进行了检验。 结果表明, 塔台观测获得的归一化离水辐亮度光谱与船测结果具有较高的一致性, 相关系数大于0.99, 平均相对误差为9.96%。 此外, 对塔台水体高频观测系统的长期观测能力进行了评价, 结果表明, 尽管系统运行一年之久, 系统与便携式地物光谱仪ASD同步观测获得的水体归一化离水辐亮度在谱形和数值上一致性均较好, 相关系数大于0.90, 平均相对误差为6.48%。 同时, 利用系统高频观测的水体光谱可有效监测悬浮物浓度随潮汐的快速动态变化。 杭州湾塔台水体高频观测系统为进一步开展浑浊水体水色卫星遥感产品真实性检验提供了丰富的现场光谱数据, 特别是高时间分辨率的静止轨道水色卫星遥感产品的真实性检验。

第一个卫星水色遥感器--海岸带水色扫描仪(CZCS)的成功运行, 展示了全球海洋浮游植物卫星遥感观测的可行性。在接下来的几十年间, 相继发射了更为先进的卫星水色遥感器, 包括极轨水色遥感器(如SeaWiFS, MODIS, MERIS)和静止轨道水色遥感器(GOCI)。这些卫星遥感数据极大地提高了我们观测海洋生物地球化学过程的能力。除了卫星遥感器硬件系统的发展, 在数据产品以及处理软件方面也取得了很大的进步, 包括更准确的大气校正和水体性质反演算法。本文简要地对过去几十年间水色遥感的重要进展进行总结和评述。

针对商业化的走航水体高光谱观测系统SAS(Surface Acquisition Systems)，提出了在走航观测的复杂条件下，针对关键角度的计算、水气界面反射系数的估算和异常数据剔除等问题，开发出实用的数据处理方法，并利用现场数据进行了检验.结果表明，SAS走航观测获得的离水辐亮度与站点测量结果具有很好的一致性，且与同步走航水体浊度的变化趋势一致，具有较好的可靠性.

为了提高海洋水色卫星遥感的定量参数反演精度， 确定入瞳处的偏振信号对传感器响应的影响逐渐受到重视。 以Aqua-MODIS为例， 分析了海洋卫星传感器大视场范围内的偏振特性分布， 发现无论是大气程辐射还是考虑海表贡献的入瞳光， 视场内偏振特性的变化与观测几何的变化密切相关。 相比海表的偏振贡献而言， 大气是偏振光的主要来源。 在此基础上， 研究了遥感器在不同偏振灵敏度条件下对入瞳处的偏振信号的响应以及由此引起的系统误差， 发现只有当偏振灵敏度不超过2%时可以满足反演离水辐射产品的需要。 提出了补偿大气偏振测量误差的方案， 能够较好地提高卫星数据的利用率和遥感器的辐射测量精度。

水体反射率的光谱特征波长分析是解决内陆水色遥感难题的一项重要的基础工作。 该文分析了2006—2009年七次太湖综合实验获取的312个采样点遥感反射率, 找出反射率曲线出现极大值、 极小值、 由凹向凸转变的拐点、 由凸向凹转变的拐点对应的特征波长, 给出了太湖水体反射率350～900 nm范围内的光谱特征波长: 359, 440, 464, 472, 552, 566, 583, 628, 636, 645, 660, 676, 689, 706, 728, 791, 806和825 nm。 最后用浮游植物色素的吸收光谱、 太湖水体特有的组成成分解释了特征波长。 文章分析特征波长的方法, 对于各种光谱曲线的特征波长分析都适用, 该方法能够有效地区分曲线峰值所在波长和谷值所在波长重叠的情况。 该文的研究成果有利于建立反演水质参数的算法, 从而提高反演算法的精度。

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。