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湖泊水体叶绿素偏振高光谱反演模型研究潘邦龙~,王先华,朱进,易维宁引言萦敕椒第卷,第月光谱学与光谱分析摘要光进入水体中,经反射、散射和吸收后,出射的偏振光与水体的物理、化学特性密切相关,能够反映水体成分浓度的变化,可以作为高光谱遥感的有益补充,有利于动态定量监测湖泊复杂水体成分的变化。研究工作以巢湖为例,利用水面高光谱偏振多角度测量数据,在偏振光学理论和生物光学模型的基础上,建立了湖泊水体叶绿素三波段偏振高光谱半分析模型,并对模型进行检验。结果显示,偏振高光谱三波段组合与叶绿素浓度拟合的相关系数为,均方根误差雊·ǎ骄喽晕蟛ィ却车娜段辐射强度模型分别提高了%,癵·.%,表明三波段偏振半分析模型对叶绿素ǘ染有较强的预测能力,体现出运用偏振高光谱信息监测湖泊水质的优势。关键词叶绿素;高光谱;偏振;三波段模型中图分类号:籜文献标识码:痡.———相对于工类水体而言,湖泊水体的遥感监测存在着组分的复杂性、水体环境的时空多变性,传统的多光谱遥感监测信息量明显不足,虽然现代遥感采用高光谱技术,能够有效提高水体光谱辐射信息的应用能力,但仍面临着难以建立有效水质反演模型的困难。偏振作为光波振动方向的独立属性,与物体本身的物质特性相关。离水辐射光波经过水分子与水中颗粒物的散射会产生部分偏振光,其中包含着丰富的水体成分信息。因此,利用偏振高光谱遥感监测湖泊水质,不仅可以增加湖泊水体辐射的信息量,同时也能更准确地掌握湖泊水体多维光谱特性,有利于湖泊水质监测模型与算法的建立。从已有的水体偏振遥感监测方法的研究来看,常用的模型主要有:刖橥臣颇P汀H鏗等利用水面实测的偏振度与悬浮颗粒物浓度之间的统计关系,拟合出悬浮物浓度与偏振度的定量关系模型;浯模型。如萚开发了偏振辐射传输模型,通过对海洋和大气的矢量辐射传输进行耦合,进而从水体的偏振信息中提取出悬浮物等水质参数浓度的变化信息。从以上模型来看,半经验统计模型,由于模型的时空区域性强,模型在异质水体的反演精度难以保证,模型通用性差,而辐射传输模型,由于其部分参数的获取技术难度较大,客观上限制了模型的应用。由于影响水体离水辐射提取的主要因素为天空光漫射、太阳直射反射和水底反射,而利用偏振测量,可以降低天空光漫射的影响,部分或全部消除太阳直射反射光,能够有效提高离水辐射提取的精度R虼耍枚嘟嵌绕癫饬糠式取代传统的垂直辐射强度测量,可以提高水质参数的监测能力。基于此,本工作利用巢湖水体的水面偏振光谱实测数据定量监测水体叶绿素浓度的变化,提出利用偏振高光谱信息建立巢湖水体遥感三波段半分析模型,对水体叶绿素浓度进行反演。该模型以生物光学模型为基础,既充分利用了偏振高光谱多维信息量,又从水体的固有光学特性出发,有效克服了传统半经验统计模型在物理理论解释上的模糊性和反演信息量的缺乏性等不足,从而有效地提高了湖泊水体叶绿素浓度的监测精度和模型反演的稳定性。水面实测高光谱偏振数据的获取年赵诔埠蚶帽阈紾在水面大致均匀布置了个采样点,开展了水质测量实验,主要包括水面光谱测量和水质采样。水回测量采用参照,泄蒲г喊不展庋Ь芑笛芯克不蘸戏不战ㄖひ笛г夯肪秤肽茉垂こ萄г海不蘸戏泄蒲г和ㄓ霉庋Фū暧氡碚髦氐闶笛槭遥不蘸戏收稿日期:——.修订日期:——基金项目:国家自然科学基金项目和安徽高校省级自然科学研究项目手作者简介:潘邦龙,年生,中国科学院安徽光学精密