基于中分辨率成像光谱仪/云和气溶胶探测激光雷达（MODIS/CALIOP）的匹配数据集，提出一个分类神经网络进行透明卷云的识别，利用两个回归神经网络对透明卷云的光学厚度和云顶高度进行反演。结果表明，分类网络的精确度可达到84%，检测率达到79%。对成功识别的透明卷云参数进行了反演，得到透明卷云光学厚度的平均绝对误差为0.2，均方根误差为0.25，相关系数为0.79。对云顶高度进行了反演，得到云顶高度的平均绝对误差为0.61 km，均方根误差为0.74 km，相关系数达到0.87。本研究利用MODIS/CALIOP匹配数据集以及神经网络算法，可得到透明卷云的分布以及其参数特性，为其在南海海域上空的分布情况提供了数据支撑，有助于相关研究人员了解该地区透明卷云的分布情况，提高辐射计算的精度。

基于南海海区2006年至2015年8个航次调查数据,采用导数光谱分析方法研究了浮游植物光谱吸收系数与南海典型色素浓度之间的相关特征,进一步建立了用于色素浓度估算的偏最小二乘回归模型(简称PLS回归模型)。研究结果表明:浮游植物吸收系数的导数光谱变化特征可用于关键色素浓度的定量估算,基于二阶导数光谱估算的结果稍优于四阶导数光谱;模型对总叶绿素a(TChl a)、光合有效类胡萝卜素(PSC)、岩藻黄素(Fuco)、19'-丁酰基氧化岩藻黄素(19But)、19'-乙酰基氧化岩藻黄素(19Hex)、硅甲藻黄素(Diadino)等表现出较高的精度,预测值与实测值之间的线性相关性较强,但对于光保护类胡萝卜素(PPC)和玉米黄素(Zea)的估算精度相对较低。与基于总叶绿素a浓度的经验模型相比,基于导数光谱的PLS回归模型对于PSC,Fuco,19Hex,Diadino等色素的估算效果相当,而对于19But,PPC,Zea等表现出一定的优势。不同种类色素浓度与吸收系数导数光谱之间的内在联系可能是造成不同色素估算精度差异的重要因素。建立的基于浮游植物吸收系数的导数光谱定量提取色素浓度的方法,可为深入细致研究浮游植物种群结构的高光谱水色卫星遥感提供参考。

机载激光雷达水深测量是海岸带海陆一体地形测量的一种有效技术。目前，我国尚未形成成熟的实用化机载激光雷达测深系统，也缺乏大规模机载激光雷达测深生产应用经验，急需开展机载激光雷达测深系统应用测试。基于CZMIL Nova Ⅱ机载激光雷达测深系统，在我国海南、广东、广西等南海北部海岸带，开展了机载激光雷达最大测深、测量精度、测量效率等3个方面的应用测试。结果表明，海南蜈支洲岛、广西涠洲岛、广东台山市赤溪镇3个典型区成图最大测深分别达到30、16、3 m，基本符合系统标称测深能力，最大测深受水体清澈度、底质反射率、飞行航高等多种因素影响；海南蜈支洲岛海域30 m深度附近的深度测量精度为0.369 m，符合系统标称精度；基于运-12E型飞机平台，采用常规飞行参数，1个架次有效飞行面积约100 km2、测线长度约500 km，一年可飞行面积约8 000～12 000 km2，测线长度约40 000～60 000 km。此次机载激光雷达测深系统在中国海岸带的大规模应用测试对国内机载激光雷达测深技术研发与应用具有重要参考意义和科学价值。

收集2015年1月至2018年12月共计4年的MODIS光学遥感图像，利用神经网络算法建立适用于南海北部深海与浅海的内孤立波振幅反演模型.模型的计算结果与现有的南海实测数据对比，无论对于浅海（文昌海域）还是深海（东沙岛附近海域和深海盆地），反演精度都高于15%.利用模型得到了南海北部内孤立波的振幅分布，发现振幅分布与水深呈正相关，相关系数为0.81.计算了南海北部文昌海域、东沙岛附近海域以及深海盆地的内孤立波振幅分布，发现同一条内孤立波，振幅不同.南海北部文昌海域、东沙岛附近海域以及深海盆地的单条内孤立波振幅与水深呈正相关，相关系数分别为0.79，0.91，0.81.本文为南海北部海域深海与浅海的内孤立波振幅反演提供借鉴.

提出IODP349航次首次在南海发现的大洋红层, 与ODP124 航次苏禄海、 苏拉威西海大洋红层以及三水盆地陆相红层相似, 都具有直接覆盖于大规模岩浆岩之上的特征, 对于揭示红层与岩浆热事件的关系具有重要意义。 自上而下采集U1434站位灰绿色—红棕色海相沉积序列进行测试分析, 并设计实验模拟沉积—成岩过程中氧逸度和地热温度对红层色素形成的控制作用, 通过红色与非红色沉积、 实测与实验样品的对比分析, 探讨红层成因机制及其地质意义。 采用漫反射光谱、 荧光光谱分析以及二价铁滴定测试, 量化分析了海相沉积与实验样品的颜色红度值、 针铁矿、 赤铁矿与不同价位铁元素的含量, 得到以下新认识: U1434站位红色—非红色海相沉积均形成于较高的氧逸度条件, 水体氧化还原环境的差异并不是控制红色与非红色沉积的主要因素; U1434站位大洋红层直接覆盖大洋玄武岩, 起源于沉积—成岩阶段的高地温作用; 陆相红层和白垩纪海相红层均分布于相应时期的构造—岩浆活动带, 暗示了红层对地质热事件具有重要的指示意义。Diffuse Reflectance and X-Ray Fluorescence Spectroscopy

基于遥感手段准确估算水体漫射衰减系数Kd(490), 可为有效评价近岸海域水质、准确估算真光层深度提供有力数据和方法支撑。利用2004~2012年在南海海域获得的9个航次的实测Kd(490)数据, 通过建立实测与遥感产品的时空匹配数据对, 获取与Kd(490)实测数据相对应的MODIS-Aqua遥感反射率(Rrs(λ))和叶绿素a浓度(Chl-a)产品, 分别采用算法Muller, Werdell, Morel, Lee和MODIS业务化算法KD2M对南海海域Kd(490)遥感产品进行精度评估与对比; 在此基础上, 考虑到南海海域水体的特异性, 基于相应的实测Rrs(λ)和Chl-a数据集, 利用上述算法对Kd(490)反演产品再次进行精度评估与对比, 进而探讨Kd(490)产品的误差来源和算法区域化修正的必要性。基于MODIS-Aqua遥感产品, 利用上述五种算法获得的MODIS-Aqua Kd(490)产品值与实测值的平均相对误差(APD)分别是2012%, 2922%, 17.98%, 22.61%和21.61%, 其中, Morel算法最优, 且相关系数最高达0.5; 基于相应实测数据, 利用上述算法反演获得的Kd(490)产品精度均有不同程度的提高, 特别是算法Lee和Werdell, APD分别为17.86%和1797%, 提高了5%~11%, 最优算法为Morel, 其APD可达15.44%。合理选取评估算法及进一步开展算法的区域性修正对于准确估算南海海域Kd(490)产品是非常必要的。

由于内波生成、传播都发生在水下，常规手段如现场观测成本过高，且易受到环境的制约，很难得到足够的有效数据。中分辨率成像光谱仪（MODIS）以其图像覆盖范围大、时间分辨率高、数据公开免费等优势而成为内波研究的重要数据源，可以实现大范围的观测。选用2010 年6 月至2012 年6 月共两年的南中国海地区(0°N~23°N,102°E~121°E) MODIS 观测图像作为数据源，使用ENVI 软件对MODIS 图像进行筛选与处理，对该海区的内波特征进行了统计分析，最终整合获得了最新的内波时空分布特征。结果表明：南中国南海西北部，尤其是东沙环礁附近海区是内波发生频率最高的海区，发源于吕宋海峡。在115°E 附近的海南岛东部海区，内波波峰线与东沙群岛海区的内波波峰线有较明显的断开特征，可能内波在本地发源。时间分布表现为内波在夏季出现最多，春、秋季节次之，且春季内波出现略多于秋季，冬季最少。

浮游植物粒级结构是海洋生态系统中的一个重要生物学因子。基于生物光学参数反演浮游植物粒级结构变化是当前水色遥感研究的热点问题。本文综合南海北部海区多年航次调查数据, 对现有几类反演算法进行了区域性优化和验证评价。根据叶绿素a浓度(Chl a)或浮游植物吸收系数(aph(443))的阈值可实现南海北部海区小型(Micro)和微微型(Pico)浮游植物主导的划分, 微型(Nano)的判别精度较差。基于归一化吸收光谱提取的粒级指数可定性地表征浮游植物粒级结构的综合变化趋势。基于叶绿素a浓度的三组分模型, 较好地模拟浮游植物粒级结构的变化规律, 可实现分粒级叶绿素a浓度的定量反演, Pico粒级的反演精度较高; 在此基础上, 耦合浮游植物吸收光谱变化规律和总叶绿素a浓度定量反演粒级结构的模型, 进一步提高了Micro和Nano粒级的反演精度, 且线性相关程度增强。

利用2004~2012年在南海获得的9个航次的实测Chl-a数据, 采用NASA标准业务化算法OC3和针对低Chl-a水体所发展的最新算法OCI反演获得了相应的MODIS-Aqua Chl-a产品。通过建立实测与遥感产品的时空匹配数据对, 开展了Chl-a产品的适用性评估, 并对比分析了上述两种算法的性能。在此基础上, 利用南海实测遥感反射率(Rrs(λ))和MODIS-Aqua Rrs(λ)产品以及相应实测Chl-a的匹配数据集, 分别对算法OC3和OCI进行了区域性修正。结果显示: 基于算法OC3和OCI反演所得的MODIS-Aqua Chl-a产品值均高估了实测值, 平均绝对误差(APD) 的精度分别为56.30%和42.58%, 且算法OCI可明显改善低Chl-a水体(<0.25 mg·m-3)的反演精度;采用南海MODIS-Aqua Rrs(λ)产品与实测Chl-a匹配数据集(N=82)修正后的区域性算法NOC3和NOCI的精度均有不同程度提高, APD精度分别为37.85%和36.74%;采用现场实测Rrs(λ)与Chl-a匹配数据集(N=123)进行区域性修正后的算法INOC3和INOCI的APD精度分别为36.61%和37.79%, 上述两种方案精度较为接近。因此, 对于南海海域而言, 算法的区域性修正对于改善MODIS-Aqua Chl-a产品精度非常重要。

通过PY30-1平台上安装的CE318型自动太阳光度计，利用2011年9月至2012年10月长期观测的数据，分析了南海海域大气气溶胶的光学特性。海上气溶胶光学参数主要包括光学厚度、Angstrom波长指数、复折射指数、单次散射反照率以及散射相函数。开展海上大气气溶胶光学等特性的观测与研究是进行水色卫星定标与检验的关键。结果表明，海上气溶胶基本符合沿海气溶胶模式特征。对海上气溶胶光学特性的了解，可为深入水色卫星的定标与检验提供重要依据。