[發明專利]一種基于遙感數據反演PAR漫衰減系數垂直變化的方法

有效

• 申請號: 202210154135.8
• 申請日: 2022-02-21
• 公開（公告）號: CN114199827B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 陳磊;張杰;潘曉駒;張雪純
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247
• 代理人: 劉娜

1.一種基于遙感數據反演PAR漫衰減系數垂直變化的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，通過光譜測量設備采集現場觀測數據，根據現場觀測數據計算遙感反射率、各物理深度的PAR和各物理深度的PAR漫衰減系數，利用表層PAR漫衰減系數和遙感反射率，通過數據擬合建立表層PAR漫衰減系數與遙感反射率的關系模型；

所述現場觀測數據包括：光譜測量設備測量波段范圍為400～700 nm的上行光輻亮度、下行光輻照度和海表面入射光輻照度；

根據現場觀測數據計算的方法如下：

（1）各物理深度的PAR漫衰減系數計算公式如下：

(1)

其中，為物理深度為z、波長為的PAR漫衰減系數，為物理深度為z、波長為的下行光輻照度，z為物理深度；

（2）離水輻亮度計算公式如下：

(2)

其中，為波長為的離水輻亮度，為波長為的水面之下上行光輻亮度，為菲涅爾反射系數，為波長為的海水的菲涅爾反射比；

（3）各物理深度的PAR計算公式如下：

(3)

其中，為物理深度為z的PAR，為物理深度為z、波長為的下行光輻照度，h為普朗克常數，c為光速；

（4）遙感反射率計算公式如下：

(4)

其中，為波長為的遙感反射率，為波長為的離水輻亮度，表示剛好在水面之上、波長為的下行光輻照度；

所述表層PAR漫衰減系數與遙感反射率的關系模型如下：

(5)

X=log[R_rs(488)/R_rs(555)]

其中，A₀、A₁、A₂、A₃為常數，為表層PAR漫衰減系數，R_rs(488)和R_rs(555)分別為波長488nm和波長555nm的遙感反射率；

步驟二，根據計算的各物理深度的PAR漫衰減系數，結合定義的光學深度，尋找PAR漫衰減系數隨光學深度變化的規律，通過數據擬合建立某一物理深度以淺的平均PAR漫衰減系數與表層PAR漫衰減系數的關系模型；

具體方法如下：

在透光層范圍內定義一個光學深度f，以海表面光強的百分比來表示，其對應的物理深度為Z_f，

f = PAR(Z_f)/PAR(0^-)×100%

其中，分別表示海表面和物理深度Z_f處的PAR，通過公式（3）計算得到；

將計算的各物理深度的PAR漫衰減系數依光學深度f排序，當PAR漫衰減系數從表面下降到物理深度Z_f時，比較對應物理深度Z_f以淺的平均PAR漫衰減系數與表層PAR漫衰減系數之間的關系，建立的關系模型如下：

(6)

其中，B₀、B₁為系數：

其中，C₀、C₁、C₂、D₀、D₁、D₂為常數；為指定的光學深度，為已知量；

表層PAR漫衰減系數通過公式（5）計算得到；

根據定義，

(7)

因此，物理深度Z_f計算如下：

(8)

由此，得到物理深度Z_f以淺的平均PAR漫衰減系數與表層PAR漫衰減系數的關系模型；

步驟三，根據建立的兩個關系模型，結合衛星遙感反射率數據實現PAR漫衰減系數垂直變化的反演；

具體為，聯合公式(5)和(6)，給定光學深度f，其物理深度Z_f以淺的平均PAR漫衰減系數通過遙感反射率R_rs計算得到；對應的物理深度Z_f通過公式(8)進一步計算得到；由此，得到物理深度為Z_f時的平均PAR漫衰減系數與表層PAR漫衰減系數的關系，實現PAR漫衰減系數垂直變化的反演。