[發明專利]層化水體生物光學模型的構建方法

有效

• 申請號: 201810763333.8
• 申請日: 2018-07-12
• 公開（公告）號: CN108896502B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 薛坤;馬榮華;段洪濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院南京地理與湖泊研究所
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 徐蓓;尹妍

本發明涉及層化水體生物光學模型的構建方法，利用Hydrolight輻射傳輸模擬不同藻顆粒垂向分布情況下的水下光場分布，并得到表觀光學參數數據集，分析藻顆粒垂向分布對表征水下光場的遙感反射比r_rs(λ,z)與漫衰減系數K_x(λ,z)的影響；然后，比較并篩選等效權重函數，計算不同層的水體對水面之下遙感反射比(r_rs(0^?))的貢獻率；最后，構建不同太陽角度下的層化水體生物光學模型，并用模擬數據進行驗證。本發明方法構建的層化水體生物光學模型是提高富營養化湖泊水質參數遙感反演精度的前提和基礎，可以補充完善湖泊水色遙感的基本理論和方法，并推動其發展，具有較大的科學意義。

技術領域

本發明涉及一種層化水體生物光學模型的構建方法。

背景技術

湖泊富營養化和有害藻類水華是全世界普遍面臨的水域生態環境問題(秦伯強等,2016)，湖泊富營養化引起的藍藻水華頻繁暴發是目前中國淡水湖泊面臨的主要挑戰(Liu and Yang, 2012)。在各種環境因子(外因)的耦合驅動下，藍藻由于其獨特的生理生態特性(內因)，產生巨大的生物量而在浮游植物群落中占絕對優勢。在合適的水文氣象條件下大量藻顆粒集聚于水表而形成藍藻水華(馬健榮等,2013)。研究表明，藍藻水華具有較強的時空多變性，短時間內藻華的面積變化較大(Yang et al.,2013；Zhang et al.,2015)。

目前，作為一種有效的研究手段，水色遙感已經被廣泛應用于富營養化湖泊的水質參數反演、藻華暴發面積及頻次的監測等方面。但是，傳統的湖泊水色遙感大多是基于水體的垂向均一假設建立的，藻華形成過程中藻顆粒的垂向非均勻分布及其快速變化對該假設的應用提出了較大挑戰。已有的研究僅限于通過水面之上的遙感反射比進行藻顆粒垂向分布類型的判斷，或基于經驗方法的遙感反射比校正以降低藻顆粒垂向分布的影響。仍舊難以揭示藻顆粒垂向分布的遙感監測機理。輻射傳輸理論描述了大量光子進入水體，與水中各粒子的吸收和散射作用，最終到達傳感器的物理過程。

水下光場模擬即基于輻射傳輸理論真實還原水體內部光場分布的過程。通過對不同藻顆粒垂向分布條件下的水下光場模擬，探究藻顆粒垂向分布對水下光場的影響機制，是實現藻顆粒垂向分布的定量遙感監測的核心。以富營養化湖泊-太湖為例，需要厘清藻華形成過程中，藻顆粒垂向分布的變化規律及其對水下光場的影響機制，以研究藻顆粒垂向分布的遙感監測機理。弄清藻類垂向分布對水下光場不同層的表觀光學參數的影響機制，計算水下不同層的固有光學參數對遙感反射比的定量貢獻，建立層化水體的生物光學模型。

參考文獻：

Liu J.,W.Yang.2012.Water sustainability for China and beyond.Science,337(6095):649-650.

Millán-R.,S.Alvarez-Borrego,and C.C.Trees.1997.Modeling thevertical distribution of chlorophyll in the California Current System.Journalof Geophysical Research:Oceans,102(C4): 8587-8595.

Yang,L.,K.Lei,W.Meng,G.Fu,and W.Yan.2013a.Temporal and spatialchanges in nutrients and chlorophyll-a in a shallow lake,Lake Chaohu,China:An11-year investigation.Journal of Environmental Sciences,25(6):1117-1123.