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东中国海大气气溶胶模型和海水后向散射模型

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东中国海以具有混浊沿岸水著称,属典型的二类水体。由于黄河、长江河水的入海,工业城市的沿海布局,使东中国海富集浮游植物、悬移质和黄色物质:蒙古和中国北部沙漠地区黄沙和陆源煤烟随大气传输入侵,使东中国海和东亚海域的大气气溶胶呈现强吸收性。因此,国外提供的海色卫星数据产品诸如MERIS、MODIS在东中国海沿岸水域具有很大误差;中国的在轨海色传感器FY-3A/MERSI和HY-1B/COCTS实际上缺乏可靠的数据产品。
　　 本文针对欧空局Envisat/MERIS数据,它是目前相对最佳的在轨海色传感器,利用1998-2010年东中国海海洋光学和大气光学现场测量数据集以及Mie散射和大气一海洋辐射传递模拟计算软件,对东中国海的大气气溶胶模型和海水后向散射模型进行了较深入的研究,它们是解决东中国海海色反演算法的关键问题。主要研究结果如下:
　　 1.MERIS、MODIS大气校正算法在东中国海的评估。
　　 评估结果表明:经ESA大气校正算法获得的遥感反射比Rrs(λ)在东中国海的印证平均相对误差达71％,最大相对误差高达300％。单次散射反照率SSA-(A)ngstr(o)m指数α分布图被用于检验气溶胶模型的粒径分布和折射率特征,上述二者的气溶胶模型均不能涵盖东中国海的大气气溶胶特征。ESA大气校正算法在东中国海的性能总体上优于NASA SeaDAS6.1大气校正算法。后者的(A)ngstr(o)m指数α在东中国海的性能优于前者。
　　 2.东中国海大气气溶胶光学性质。
　　 根据各类气溶胶光学厚度τa和(A)ngstr(o)m指数α的数值范围,利用AERONET和SKYNET气溶胶观测网数据库19个东中国海岸站以及中国海洋大学海洋遥感研究所海洋光学数据库ORSIO2DB6个航次620个站位的数据,首次给出东中国海大气气溶胶τa-α分类分布图,以及三种气溶胶类型的粒径分布和单次散射反照率光谱。东中国海大气气溶胶以海盐(CM)、煤烟(BU)和黄沙(DD)共同作用的混合型为主导;煤烟的作用大于黄沙;黄沙的作用与区域和季节有关;几乎没有海盐作用为主的区域和季节。根据现场数据统计结果,给出东中国海大气气溶胶光学性质统计参数。
　　 3.东中国海大气气溶胶模型及气溶胶反射率查找表。
　　 利用气溶胶粒径分布和折射率现场数据以及气溶胶粒径双峰对数正态分布,首次给出东中国海大气气溶胶模型,包括粒径分布模型参数表和折射率参数表。利用Mie散射计算软件,由该气溶胶模型计算气溶胶光学性质并与现场测量数据比较,二者吻合;用另一组现场测量数据作比较印证。利用德国柏林自由大学研发的MOMO大气海洋辐射传递计算软件,进一步给出适用于东中国海的大气气溶胶反射率查找表。
　　 4.东中国海海水后向散射模型
　　 利用中国海洋大学的ORSIO2DB数据库东中国海6个航次575站位的数据,选择Doxaran et al.(2009)的海中悬浮粒子散射系数bp(λ)光谱模型,拟合获得适用于东中国海的bp(λ)模型参数γ计算公式和平均值。Bp(λ)模型计算值与现场测量值的相对误差分别为4.76％和5.22％,均方根误差RMSE为0.1117和0.1199。基于Morel的悬浮粒子后向散射系数bbp(λ)光谱模型,拟合给出适用于东中国海的悬浮粒子后向散射系数bbp(λ)光谱幂指数的计算公式和平均值。bbp(λ)模型计算值与现场测量值的相对误差分别为5.22％和5.24％,RMSE均为0.0016。在此基础上,给出东中国海bbp(λ)/bp(λ)的光谱模型。进一步利用同步测量的悬浮粒子浓度SPM数据,给出SPM与bp(532)、bbp(532)、bbp(532)/bp(532)的经验关系式。

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