1 广东海洋大学电子与信息工程学院，广东 湛江 524088
2 广东海洋大学数学与计算机学院，广东 湛江 524088
下行漫衰减系数（kd）是海洋光学领域的重要光学参数之一。利用大连港现场实测的含水中油水体光学参数和辐射传输模型Hydrolight模拟含水中油水体水下光场，分析水中油对水体kd的影响，并根据模拟结果构建kd半分析模型。结果表明，在可见光波段，不同水深的kd光谱随着水中油浓度的增加而升高；随着水中油浓度的增加，kd随水深增加而升高的趋势更为明显，且接近其定常渐进值的速度越快；含水中油水体吸收系数及后向散射系数对kd的贡献与自然水体不同，使得含水中油水体与自然水体kd半分析模型的参数值差异明显，因此，自然水体kd半分析模型无法满足含水中油水体的精确计算需求。通过模拟结果构建的kd半分析模型可以进一步计算得到精度较高的下行辐照度，为快速模拟含水中油水体水下光场提供了可靠的解决方案。
海洋光学 下行漫衰减系数 半分析模型 大连港 Hydrolight 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0901002
1 广东海洋大学电子与信息工程学院, 广东 湛江 524088
2 广东海洋大学数学与计算机学院, 广东 湛江 524088
3 广东海洋大学海洋与气象学院, 广东 湛江 524088
目前, 学者主要关注利用遥感技术探测海面油膜。 然而, 经海洋物理过程或人为喷洒化学分散剂处理形成的水中油对海洋生境也具有危害作用。 水体上行辐亮度是水色传感器的重要信号源, 通过分析含油水体的上行辐亮度光谱特征, 探索快速有效地遥测水中油的方法对保护海洋生境具有重要意义。 基于大连港海域现场实测数据及Hydrolight模拟含油水体水下光场, 通过分析上行辐亮度随波长、 水深及太阳天顶角的变化特征, 剖析水中油对上行辐亮度光谱的影响及水中油的敏感光谱特性。 结果表明水中油的主要波谱响应区间位于可见光波段(380~760 nm)。 随着水中油浓度的增加, 上行辐亮度光谱峰值有逐渐向长波方向移动及蓝光波段辐亮度量值逐渐降低的趋势, 这些变化处于水色遥感的探测光谱范畴, 为利用水色遥感技术探测水中油提供了光谱依据。 其次, 上行辐亮度随水深逐级递减, 并在接近水体下界面前不降反升的现象说明刚好在水面之上的上行辐亮度由各深度水体组分的后向散射及下界面的反射共同贡献, 再经水汽界面上行透射而得, 属于水体辐射传输的核心机理。 这与水面油膜通过油类物质改变海表反射率而产生与自然海表不同反射光谱的探测机理具有本质上的差别。 再者, 与含水中油水体后向散射产生的上行辐亮度相比, 海表对太阳光的反射属于强信号, 会掩盖水体组分信息。 水色卫星搭载的水色传感器具有一定的侧摆能力, 能避开太阳辐射反射信号并接收到含水中油水体的上行辐亮度; 水色卫星的当地过境时间一般为10至14点, 且水色传感器具有高信噪比特征, 满足含水中油水体的暗像元探测要求。 该研究揭示了水色遥感探测含水中油水体的光谱和机理依据, 表明可以视水中油为一种新的水体组分, 基于光在水体中的辐射传输过程, 开展含水中油水体的水色遥感反演研究。
水色遥感 辐射传输机理 石油污染 上行辐亮度光谱 Water color remote sensing Radiative transfer mechanism Oil pollution Upward radiance spectrum 光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1648
1 广东海洋大学数学与计算机学院, 广东 湛江 524088
2 国家海洋局国家卫星海洋应用中心, 北京 100081
3 大连海洋大学海洋科技与环境学院, 辽宁 大连 116023
在石油类污染水体中, 油会吸附在悬浮颗粒物表面而形成一个双层结构, 影响水体后向散射系数光谱特征, 分离水体石油类物质与悬浮颗粒物对后向散射系数光谱的贡献, 能提高水体石油类污染后向散射理论模型的准确性。 将美国Wyatt公司生产DAWN HELEOS Ⅱ18角度散射测量仪、 美国SEQUOIA公司生产的LISST-100x B粒径仪和美国Hobilabs公司的后向散射仪HydroScat-6 Sprctral Backscattering Sensor(HS6)联动观测, 构成后向散射系数光谱测量系统, 分别测量不同水样的散射强度电压值、 粒径分布及粒径浓度、 后向散射系数等参数, 提出了利用Mie散射理论计算未知折射系数物质的体散射函数β(λ,θ)的新思路及分离后向散射系数光谱的算法。 选择已知折射系数m的石英砂作为颗粒物与采自不同油田区域的油污水进行配比, 获取不同特性水样, 测定相关数据。 首先, 根据Mie散射理论计算出各样本对应的水体体积散射函数β(λ,θ); 其次, 建立的DAWN HELEOS Ⅱ 18角度激光散射仪测定散射强度对应的电压值V(θ)转化为体积散射函数β(λ,θ)的关系式; 再次, 根据最优化方法估算出油砂混合的等效折射系数mos以及油的折射系数mo; 最后, 利用β(λ,θ)和估算的mos值及mo计算出各类样本的后向散射系数bb(λ), 分别建立油污水bb,o(λ)和石英砂bb,s(λ)与油砂混合总bb,os(λ)的分离算法。 分离算法的建立一方面提高了水体石油类污染后向散射理论模型的准确性, 另外一方面拓展了米散射理论在海洋水色遥感中的应用。
油砂混合水体 后向散射测量仪 Mie散射理论 体积散射函数 分离算法 Mixed water with petroleum and sands Backward scattering instruments Mie scattering theory Volume scattering function Separation algorithms
1 大连海洋大学海洋科技与环境学院, 辽宁 大连116023
2 国家海洋局国家卫星海洋应用中心, 北京100081
3 深圳大学生命学院, 广东 深圳518061
石油类物质对水体吸收系数的影响主要通过黄色物质(CDOM)体现出来, CDOM和石油类物质皆具有荧光基团, 如果两者的荧光图谱各自特征明显的话, 那么有望利用荧光技术分离出水中石油物质和CDOM各自对水体总吸收系数的贡献, 从而提高水体石油类物质含量的遥感反演精度。 以大连周边海水和山区水库水为自然水体本底, 分别与取自采油污水厂和炼油污水厂的污水进行混合配比, 利用试验数据分析了仅含CDOM、 含油与CDOM混合、 仅含石油三种水样的荧光图谱特征, 旨在为利用荧光技术分离出水中石油物质和CDOM各自对水体总吸收系数的贡献提供依据。 分析结果表明: (1)自然水体中, 海水的CDOM具有三个典型荧光峰, 分别位于Ex:225-230 nm/Em:320～330 nm, Ex:280 nm/Em:340 nm和Ex:225-240 nm/Em:430～470 nm, 为海水叶绿素碎屑物所致; 淡水具有两典型荧光峰, 分别位于: Ex: 240～260 nm/Em: 420～450 nm和Ex: 310～350 nm/Em: 420～440 nm, 为陆源物质所致; (2)用正己烷萃取后的仅含油水样, 具有1～3个荧光峰, 分别位于Ex: 220～240 nm/Em: 320-340 nm, Ex:270～290 nm/Em: 310～340 nm和Ex: 220～235 nm/Em: 280～310 nm, 为各自烃类成分所致; (3)在自然水体中混入油污水后, 含油和CDOM的水样荧光图谱呈现出一个非常强的荧光峰, 位于Ex: 230～250 nm/Em: 320～370 nm, 为CDOM和石油类物质荧光成分共同作用所致。
自然水体 石油物质 荧光图谱 Natural water Petroleum matters CDOM CDOM Fluorescence spectrum 光谱学与光谱分析
2014, 34(9): 2466
1 国家卫星海洋应用中心, 北京100081
2 大连海洋大学海洋工程学院, 辽宁 大连116023
根据2008年5月和2009年8月在辽宁省盘锦市石油类污染水体配比试验和现场试验获取的光学特性数据及生物化学特性数据, 分析了石油类含量和后向散射系数数据的关系。 结果表明: 河口区的后向散射系数幂律指数遵循随着悬浮物浓度增加而减小的对数变化规律； 440～856 nm波长范围内单位后向散射系数在0.006～0.035 m2g-1之间, 并且随波长增加而减小； 石油类含量对后向散射系数的影响集中反映在石油类单位后向散射系数(单位石油类含量的后向散射系数)上, 石油类单位后向散射系数与石油类含量呈乘幂变化规律, 且随波长的增加而减小； 石油类含量对后向散射系数幂律指数影响小。
海洋光学 固有光学特性 后向散射系数 石油类含量 Oceanic optics Inherent optical properties Backscattering coefficients Petroleum concentration 光谱学与光谱分析
2010, 30(9): 2438
