精确的现场水体光谱特性测量与分析是水色遥感领域亟待解决的重要基础问题。 传统的剖面法、 水面之上法等水体光谱现场测量方法无法直接测得离水辐亮度(Lw), 后处理过程比较复杂, 不确定性较大。 天空光遮挡法(SBA)实现了对水体离水辐亮度的直接测量后处理流程相对简单, 能较好地避免传统现场光谱测量方法的许多不确定因素。 但目前为止, 国际上还没有成熟的基于SBA方法的水体光谱测量系统, 因此基于SBA方法开展新型水体光谱测量系统研制与测试具有重要的理论与现实意义。 作者在系统分析SBA水体光谱现场获取原理的基础上, 介绍了首套基于SBA方法的漂浮式水体光谱测量系统的研发情况, 详细阐述了其硬件结构设计及系统单元设置情况。 通过2017年9月20日珠江口(113°32′38″E, 22°25′43″N)的系统现场测试分析验证了该系统分钟级高频次连续水体光谱采集能力。 该系统实现了连续直接观测得到离水辐亮度和入射辐照度进而计算得到遥感反射率(Rrs)的功能, 其变异系数均小于5%, 将系统观测结果与Maya2000 Pro同步观测获得的遥感反射率对比, 表现出良好的一致性, 证明了该系统采用SBA方法进行水体遥感反射率测量的有效性。 连续观测实验证明了该系统水体遥感反射率测量的稳定性以及快速跟踪水体光学特征变化的能力。 论文指出了基于SBA漂浮式水体光谱测量系统发展起来的漂浮式光学浮标(FOBY)在自阴影评估与校正、 数据质量控制、 数据高频获取、 浮标姿态记录、 多要素联合观测、 长时序大范围组网等方面存在的问题及未来发展前景。 综上所述, 基于SBA方法研发的漂浮式水体光谱测量系统能实现水体光谱的高频观测, 以及水体光学特性的快速变化动态跟踪, 有助于提高现场测量与卫星遥感数据的匹配效率; 基于该系统, 在建立传感器观测网的基础上可以获取水体光谱大数据集, 有利于大幅提高各种卫星数据水色遥感应用潜力。

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.

基于冬夏两季太湖50个采样点的散射、吸收系数，在假定水体混合均匀、无非弹性散射及内光源的情况下，利用多次散射模式模拟了冬夏两季太湖离水辐亮度贡献的深度廓线分布及相同离水辐亮度贡献之和情况下的深度分布。结果表明，由于冬夏两季风浪作用及水体中藻类浓度的差异，各层离水辐亮度贡献之和(自表层向下累加)达到99.5%，时在各采样点深度具有明显的不同。夏季梅梁湾和竺山湾最小，湖心开阔区及贡湖湾次之，太湖东南部最大，且在东太湖及西山的部分区域，底质反射的贡献不可忽略；冬季该深度基本均小于水深，无需考虑底质反射，且梅梁湾、竺山湾、西部沿岸、贡湖湾、东太湖及西山附近深度相对较大，但不超过450 mm。夏季影响该深度的因子主要是悬浮颗粒物及叶绿素，而冬季主要是悬浮颗粒物。内陆水体光学特性在空间上的非均匀分布，决定了不同深度处因散射引起的向上辐射对离水辐亮度贡献在空间上的不同，耦合离水辐亮度贡献廓线分布对提高二类水体水质参数的遥感有着重要意义。

太阳耀斑掩盖了水体的真实物理特性,严重干扰了水下特征的获取。根据被耀斑污染的像素和邻近未污染像素间的辐射差值,获得大气组分的吸收特征,并调节大气辐射传输模型中的模型参量,进而得到大气透射率。分析了影响耀斑污染程度的主要因素,依据近红外波段离水辐亮度近似为零,求出水体受耀斑污染程度的空间分布,据此进行耀斑去除,得到未被耀斑污染的图像。结果表明,应用该方法提取离水辐亮度,去除耀斑的效果较好。

研制了一台多参数的主被动船载蓝绿光海洋激光雷达系统(BLOL),它可用于我国东海海域的海色遥感印证。该海洋激光雷达系统能被动地测量离水辐亮度Lw,主动测量漫散射衰减系数k和叶绿素a浓度C。雷达系统安装在青岛海洋大学的调查船上(约2500吨位),曾在21个站位进行了实验。实验的区域从上海东开始到冲绳岛附近。用该海洋激光雷达系统测量的结果与用传统的方法测量的结果符合的很好。