[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

本發明屬于海洋信息服務業技術領域，具體公開了一種基于遙感數據反演PAR漫衰減系數垂直變化的方法，包括如下步驟：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，建立表層PAR漫衰減系數與遙感反射率的關系模型；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，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；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。本發明所公開的方法為PAR漫衰減系數的三維分布提供新的研究思路和科學認識。

技術領域

本發明屬于海洋信息服務業技術領域，特別涉及一種基于遙感數據反演PAR漫衰減系數垂直變化的方法。

背景技術

光合有效輻射（Photosynthetically Active Radiation；簡稱PAR）指的是太陽輻射中對植物光合作用有效的光譜成分，其波長范圍與可見光（400-700 nm）基本重合。作為光合作用的能量來源，PAR的分布對植物的生長（即初級生產力、碳固定）起著至關重要的作用。海洋初級生產力約貢獻了全球碳固定的一半；海洋浮游植物的光合作用不僅發生在表層，而且在整個真光層均可發生。因此，了解PAR在海表面分布及其垂直穿透能力，即PAR的三維分布，對于評估海洋初級生產力，進而厘清海洋碳循環、衡量全球氣候變化具有重要意義。

PAR在海表面的分布與日地距離、緯度、大氣衰減等有關，而這些影響可以通過計算得出。因此，厘清PAR三維分布的關鍵在于了解海表面的PAR進入水體后的垂直變化，而這受到PAR的漫射衰減系數（diffuse attenuation coefficient，即K_PAR）的調控。根據Lambert-Beer定律，PAR的垂直分布特征可以通過以下公式表述：

（9）

其中，PAR(0^-)和PAR(Z)分別指的是海表面和深度Z處的PAR，代表從海表面到深度Z以淺的平均K_PAR。作為表觀光學特性（AOP）參數，K_PAR不僅與固有光學特性（IOP；例如吸收系數和散射系數）有關，而且與水下光場的變化有關；即使在垂直均質化的水體里，K_PAR也不是一個常數，而是隨著深度增加而減小。因此，了解PAR分布的關鍵在于掌握K_PAR在海表面以及隨深度的變化規律，也就是K_PAR的三維分布特征。

盡管K_PAR很容易通過航次使用輻照儀或光量子通量儀等測量計算得出，但航次數據缺乏連續性、大面性、等時性。衛星水色遙感則可以彌補航次觀測的不足，但作為非直接觀測，需要建立遙感數據與K_PAR之間的聯系。構建漫衰減系數K_PAR的遙感反演模型是當前海洋學和衛星遙感的熱點，但仍存在著諸多不足。目前對于K_PAR的反演模型構建仍比較缺乏且精度不足，尤其是缺乏K_PAR垂直剖面的遙感推導，無法實現K_PAR的垂直變化的反演。

目前遙感的漫衰減系數，即，通常僅代表一個光學深度內的平均K_PAR值，由于K_PAR在垂直方向上有明顯的變化，在透光層內變化可能達到兩倍之多，僅使用一個平均值來推導K_PAR的垂直分布不精確，不足以準確評估水下光場的變化，也無法實現K_PAR三維空間變化的精確反演。因此，構建一種新的PAR漫衰減系數垂直變化的方法，對于精確評估海洋初級生產力以及深入研究全球碳循環具有非常重要的意義。