齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266000
水体的遥感反射比光谱(Rrs(λ))是海洋水色遥感反演海洋生物地球光学参数的关键, 其定义是离水辐亮度与恰好水面之上的向下辐照度之比。 海洋水色卫星传感器接收到的总信号中90%是大气的贡献, 海洋水体贡献的离水辐亮度不足10%, 因此对接收的信号进行大气校正获得高精度的水体遥感反射比信号是海洋光学遥感的关键技术之一。 基于大量高质量的现场高光谱遥感反射比数据的基础上建立的Rrs(λ)光谱数据的质量评价体系QA(quality assurance), 可以通过计算Rrs的得分情况(QA score)很好地识别出有问题或可能错误的Rrs(λ)光谱。 GOCI(geostationary ocean color imager)是搭载在全球第一颗对地静止卫星COMS(communication ocean and meteorological satellite)上的主要传感器, 由韩国海洋卫星中心(KOSC)发射, 其高观测频次(8景观测数据/天)使生物地球化学参数的日变化监测成为可能。 KOSC研发了GDPS (GOCI data processing system)软件专门用于GOCI数据处理, 包括大气校正。 到目前为止已为全球用户免费提供GDPS1.1, GDPS1.2, GDPS1.3, GDPS1.4, GDPS1.4.1, GDPS2.0六个版本。 应用QA Score评价体系对于GDPS1.2, GDPS1.3, GDPS1.4.1, GDPS2.0四个版本在黄海海域处理得到的GOCI遥感反射比光谱数据的质量进行了评比。 结果发现GDPS1.2的Rrs数据被视为无效的数据量明显大于GDPS1.3, GDPS1.4.1和GDPS2.0的处理结果; GDPS2.0的Rrs数据QA得分情况要差于GDPS1.2, GDPS1.3和GDPS1.4.1; GDPS1.3和GDPS1.4.1的数据处理结果基本相同, 这与GDPS1.4在GDPS1.3的基础上只进行了软件模块化优化处理且修复了一些小问题的结果相吻合。 基于该研究, 黄海海域使用GOCI Rrs数据时, 如果Rrs波段比是首要考虑因素(如反演叶绿素a浓度)且对有效数据数量要求不高, 可以使用GDPS1.2版本进行大气校正; 如果更关心的是某个波段Rrs值, 则使用GDPS2.0进行大气校正更合适。
海洋水色遥感 黄海 遥感反射比 Ocean color remote sensing GOCI GDPS Yellow Sea Remote-reflectance sensing GOCI GDPS 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2233
胶州湾位于山东半岛南部, 是黄海西部的一个半封闭海湾, 是北温带海湾生态系统的重要代表。 由于水体交换能力不足, 容纳的污染物总量较大, 胶州湾及青岛近海水体富营养化问题突出, 对其水质进行实时有效监测意义重大。 2014年8月和2015年10月在胶州湾及青岛近海进行了两次海洋光学现场实验, 测量海水固有光学性质。 利用高光谱吸收衰减仪ac-s测量了海水吸收系数和衰减系数光谱剖面, 并计算了海水散射系数光谱剖面; 利用后向散射仪BB9(2014年航次)和HS6(2015年航次)测量了海水后向散射系数光谱剖面, 并计算了水中颗粒物的后向散射比。 利用现场测量数据, 建立了悬浮粒子散射系数和后向散射系数光谱模型, 以及532 nm处后向散射系数与散射系数的关系模型。 利用后向散射比提供的粒子折射率信息分析了胶州湾及青岛近海海域的粒子组成及其空间分布情况。 最后分析了悬浮粒子散射特性与浓度SPM的关系。 研究结果表明: 胶州湾内的散射系数bp和后向散射系数bbp值普遍高于青岛近海, 并且胶州湾内越靠近岸边的站位, 其值越大, 胶州湾内站位的散射系数bp光谱斜率(m=0.56)较青岛近海站位大(m=0.44); 胶州湾及青岛近海海域的粒子后向散射系数和散射系数之间存在幂指数回归关系; 研究海域的粒子折射率在1.097~1.197之间, 粒子组成以无机矿物粒子为主, 两次现场实验的结果表明湾口站位(JZ1, QD1和QD7)的折射率变化不大。 选取从湾内经湾口到青岛近海的站位组成断面, 分析这些站位粒子折射率np的分布发现, 湾内从近岸(JZ9)到湾口(JZ1), 粒子折射率逐渐增大, 湾内粒子无机成分更多; 青岛近海离岸越远(QD7—QD5), 粒子折射率逐渐减小, 有机粒子的成分增加。 JZ6站位为靠近胶州湾大桥的站位点, 粒子折射率明显小于大桥两边的站位。 后向散射系数与SPM浓度之间存在线性回归和幂指数回归关系, 但幂指数回归结果优于线性回归结果。
二类水体 海洋水色遥感 散射特性 粒子分类 胶州湾及青岛近海 Case Ⅱ waters Remote sensing of ocean color Scattering characteristics Particle classifications Jiaozhou Bay and Qingdao coastal area 光谱学与光谱分析
2020, 40(10): 3102
1 山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东 青岛 266001
2 四川大学物理系,成都 610064
为了对离轴激光雷达的近场信号进行校正,本文根据离轴激光雷达重叠因子的定义,利用高斯光束光强的解析传输公式,并考虑到离轴激光雷达系统激光分布与望远镜视场的五种关系,得到了利用雷达系统参数表示的离轴激光雷达重叠因子的解析计算公式。基于该公式对澳门地区雷达回波信号进行了校正和反演,所得结果证明了解析公式的有效性。利用解析公式通过数值计算方法详细研究了雷达系统参数对离轴激光雷达重叠因子的影响,该结果对激光雷达系统设计具有一定的参考价值。
离轴激光雷达 重叠因子 激光分布 望远镜视场 off-axis lidar overlap factor laser distribution telescope field of view
1 四川大学物理科学与技术学院， 四川 成都610064
2 澳门科技大学资讯科技学院激光雷达联合实验室， 中国 澳门
3 澳门地球物理暨气象局， 中国 澳门
研制了一台工作波长为355 nm的紫外高能Mie散射激光雷达， 并利用该激光雷达在2010年一次沙尘暴事件期间对澳门上空的大气进行了探测， 得到了澳门地区不同时刻的气溶胶消光系数垂直廓线。 利用Fernald方法反演得到的气溶胶近地面消光系数随时间的变化与当地气象数据具有较好的一致性， 气溶胶消光系数与当地可吸入颗粒物浓度的相关性达到了0.93。 气溶胶垂直廓线显示， 在沙尘暴来临期间存在明显的沙尘气溶胶凝集层。 通过气溶胶轨迹倒推， 分析了沙尘气溶胶的来源及路径。 观测结果表明， 该激光雷达可以在特殊天气条件下对澳门地区气溶胶进行有效探测， 这将有助于深化对澳门上空气溶胶特性的研究。
激光雷达 沙尘暴 气溶胶 消光系数 Lidar Dust storm Aerosol Extinction coefficient
四川大学 物理科学与技术学院, 成都 610064
通过将杨氏双缝窗口函数表示为复高斯函数叠加的方法, 从Collins公式出发推导出了高斯-谢尔模型(GSM)光束通过杨氏双缝和ABCD光学系统后光强的近似解析表达式。利用该公式作了数值计算, 通过与Collins公式计算结果进行比较, 确定了该公式的适用范围, 研究了相干长度和双缝中心遮拦比对解析公式适用范围的影响, 并对该公式的应用前景作了展望。
复高斯函数展开法 解析传输公式 杨氏双缝 高斯-谢尔模型光束 complex Gaussian function expansion analytical propagation formula Young’s double slits Gaussian-Schell model beams
为了统一地研究多色高斯-谢尔模型(GSM)光束通过杨氏双缝衍射后在近场和远场的光谱移动和光谱开关现象，利用部分相干光的广义衍射积分公式，得到了多色GSM光束通过杨氏双缝和ABCD光学系统后的谱强度解析表达式。从该式可看出，多色GSM光束轴上光谱移动的成因是不同频率成分的光具有不同的菲涅耳数。利用谱强度解析式并以自由空间作为ABCD光学系统的典型代表，对多色GSM光束在近场轴上和远场轴外的光谱移动和光谱开关现象作了数值计算研究。结果表明，所得谱强度解析表达式对GSM光束通过杨氏双缝衍射后的光谱移动和光谱开关现象的研究有一定的理论价值。
物理光学 谱强度解析表达式 多色高斯-谢尔模型光束 杨氏双缝 ABCD光学系统 光谱移动 光谱开关 physical optics analytical spectral density formula polychromatic Gaussian-Schell model beam Young’s double-slit ABCD optical system spectral shift spectral switch
