体散射函数及衰减系数快速剖面仪的研发及应用

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作者 李彩 刘聪 +6 位作者 张现清 陈飞 肖志会 杨泽明 郑媛宁 周雯 许占堂 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期1-11,共11页

水体体散射函数(volume scattering function, VSF,β(θ,λ))、吸收系数a(λ)及衰减系数c(λ)是海水固有光学特性的基础性参数,基于上述参数可以进一步推算得到水体所有特征性光学特性参数,进而为海洋初级生产力、全球碳循环等基础和... 水体体散射函数(volume scattering function, VSF,β(θ,λ))、吸收系数a(λ)及衰减系数c(λ)是海水固有光学特性的基础性参数,基于上述参数可以进一步推算得到水体所有特征性光学特性参数,进而为海洋初级生产力、全球碳循环等基础和前端领域研究以及水色遥感、水环境监测及灾害预警、水下光场分布、目标追踪、光伏发电等军民融合领域的应用和发展提供重要的数据支撑。受限于体散射函数的强方向性,其测量技术难度大且发展不成熟。文章以高角度分辨率多角度体散射函数及衰减系数高频剖面测量为目标,研发了可同步获取17个角度体散射函数、水体衰减系数、剖面深度及温度信息的快速剖面测量仪(volume scattering and attenuation meter,VSAM),其测量频率最高可达20Hz,体散射函数测量角度范围为10°~170°,角度分辨率10°,剖面最大工作深度200m。利用VSAM对三亚湾和崖州湾水体光学特性分布进行剖面调查研究:整体上,崖州湾和三亚湾水体体散射函数及衰减系数均存在较大的水平、垂直及角度(体散射函数)变化特征;同一水层,自西向东衰减及体散射函数呈递减趋势;同一站位,衰减及体散射函数随剖面深度呈递增趋势;前向10°体散射函数最大,后向120°体散射函数最小,前后向体散射函数相差2个数量级甚至更高。结合同期获取的水体浊度和叶绿素浓度剖面调查结果发现,浊度是崖州湾水体体散射函数及衰减系数显著高于三亚湾的主导贡献者,且上述海域水体浊度与颗粒物散射βp(90°, 650)及衰减cp(6 50)具有很好的线性相关性。VSAM测得的衰减系数及后向体散射函数分别与Viper(Trios公司,德国)及ECO-VSF3 (Seabird公司,美国)测量结果在剖面分布上具有较好的一致性。 展开更多

关键词 体散射函数 衰减系数 剖面测量 三亚湾 崖州湾

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水下珊瑚双向反射率观测技术的研究

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作者 谢栢成 许占堂 +5 位作者 杨跃忠 曾凯 张雨 刘永明 周雯 李彩 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1098-1105,共8页

遥感作为一种高效海洋环境监测手段,可以对海底各种底质类型分布及其状态变化进行同步大面积监测。目前,海底底质反射率观测技术主要为单个角度观测,开展底质多角度光反射特性观测技术的研究,分析不同底质双向反射分布函数(BRDF)特征,... 遥感作为一种高效海洋环境监测手段,可以对海底各种底质类型分布及其状态变化进行同步大面积监测。目前,海底底质反射率观测技术主要为单个角度观测,开展底质多角度光反射特性观测技术的研究,分析不同底质双向反射分布函数(BRDF)特征,对于遥感高精度监测浅水海区底质具有重要意义,在满足遥感对复杂底质类型精确区分的同时能做到对底质更细微的动态变化监测。采用双通道同步测量的方法,设计了一套简便的海底底质双向反射率测量系统,获取了水下珊瑚及细沙底质的反射率特征数据。在大亚湾海域开展了现场测量,数据分析表明:(1)岸上沙质的BRDF特征:在400~700 nm内,当天顶角不变时(θ=20°,40°或60°),不同方位角(θ=0°,45°,135°,180°,225°和315°)所测得的反射率值标准偏差小于1.5%;当方位角不变时(θ=0°,45°,135°,180°,225°或315°),不同天顶角上的反射率值标准偏差均不大于1.7%,表明岸上沙质的BRDF变化较小,具有朗伯体特性;水下沙质的BRDF特征:在400~700 nm内,当天顶角不变时,不同方位角所测得的反射率值标准偏差随着波长的增大而增大;在400 nm时,反射率值的标准偏差为3.8%,在700 nm时,反射率值标准偏差递增至12%。水下沙质的BRDF表现为各向同性特征。(2)水下珊瑚BRDF特征:在天顶角不变时,不同方位角上所测得的反射率值标准偏差随着波长的增加呈现先增加后减小,而后激增的趋势。从400到605 nm,标准偏差从1%升至2%,而后从605到675 nm,标准偏差从2%降至1.2%,在675~700 nm,标准偏差从1.2%增至4.9%。现场测试数据分析结果表明本套水底双向反射测量系统能有效测量多种海底底质的反射光谱。通过现场获取的测量数据,对沙质和珊瑚两种典型底质的反射率光谱及BRDF进行了初步分析,为后续采用遥感手段反演浅水区底质及动态变化(如,珊瑚生长状态)提供多种底质多观测角度的反射率光谱特征。 展开更多

关键词 水下双向反射 珊瑚各向异性 底质反射率 光学浅水遥感

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基于体散射函数及吸收系数的南海水体漫射衰减系数研究 被引量：1

3

作者 张现清 李彩 +4 位作者 周雯 刘聪 许占堂 曹文熙 杨跃忠 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期86-95,共10页

漫射衰减系数K_(d)(z,λ)是估算水下光场及水色要素剖面分布、研究浮游植物光合作用及赤潮灾害预警方法的重要参数,它是一个准固有光学特性参数,是波长λ和剖面深度z的函数,除与水体吸收、散射或后向散射有关外,对归一化的水体体散射函... 漫射衰减系数K_(d)(z,λ)是估算水下光场及水色要素剖面分布、研究浮游植物光合作用及赤潮灾害预警方法的重要参数,它是一个准固有光学特性参数,是波长λ和剖面深度z的函数,除与水体吸收、散射或后向散射有关外,对归一化的水体体散射函数即散射相函数的角度分布极为敏感。本文基于广角体散射函数测量仪(volume scattering and attenuation meter,VSAM)、吸收衰减系数测量仪ac-9和ac-s以及海洋光学剖面仪ProfilerⅡOCI/R-200I和Hyper ProⅡ在南海海域实测数据,利用Light GBM、随机森林(random forest,RF)、Cat Boost三种高效机器学习方法,首次构建了基于体散射函数β(ψ)、吸收系数a及对应剖面深度z的漫射衰减系数K_(d)(650)剖面分布估算模型,并综合R^(2)、RMSE、MAPE以及估算与实测数据的对比进行模型评价,结果表明,三种机器学习模型中,Cat Boost模型的R2和RMSE分别为0.8534和0.0472m^(-1),均优于RF和Light GBM;Cat Boost模型的MAPE为11.0585%,低于RF模型但略高于Light GBM模型;通过对比估算和实测结果发现,Cat Boost模型估算结果与实测结果最为相近,是K_(d)(650)最优估算模型。利用Cat Boost模型,结合实测体散射函数β(ψ)、吸收系数a及其相应剖面深度z,对南海北部多个站点15m以浅K_(d)(650)的剖面分布估算表明,上述站点K_(d)(650)在5、10、15m三个水层变化范围为0.275~0.7m^(-1),5m水层的K_(d)(650)较为平稳,10与15m水层K_(d)(650)跨度较大。本研究方法考虑了多角度体散射函数分布对漫射衰减系数的贡献,为基于固有光学特性参数估算K_(d)(z,λ)提供了新方法思路。 展开更多

关键词 漫射衰减系数K_(d)(650) 体散射函数 吸收系数 机器学习

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辽东湾海冰反射特性 被引量：6

4

作者 许占堂 杨跃忠 +2 位作者 王桂芬 曹文熙 孔祥鹏 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期1902-1907,共6页

海冰反照率是研究海冰表面特性、海冰分布、海冰厚度和极地气候的重要光学量之一。将卫星于不同位置所测量到的海冰双向反射率准确地转化为相应的反照率的值,对于获得大规模海冰的时空特性是非常重要的。研究了辽东湾海冰反照率与海冰... 海冰反照率是研究海冰表面特性、海冰分布、海冰厚度和极地气候的重要光学量之一。将卫星于不同位置所测量到的海冰双向反射率准确地转化为相应的反照率的值,对于获得大规模海冰的时空特性是非常重要的。研究了辽东湾海冰反照率与海冰双向反射分布函数之间的相关关系。结果表明:(1)反照率与海冰组分密切相关,海冰表层颗粒物浓度越高,反照率α(λ)的值越小,气泡的含量越高,α(λ)越大;(2)当仪器探头天顶角θ为0°时,所测量的双向反射因子Rf与反照率α(λ)的值是相似的;随着θ的增大,Rf的值逐渐增大,且与探头方位角的相关性逐渐增强;当θ的值等于太阳天顶角63°时,Rf的值最大,且与探头方位角的相关性最强;(3)不同类型的冰具有不同的各向异性反射因子。 展开更多

关键词 反照率 双向反射 各向异性反射因子 光谱

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海洋光学浮标实时图像监测系统的设计与实现 被引量：3

5

作者 许占堂 杨跃忠 +4 位作者 孙兆华 曹文熙 赵俊 柯天存 卢桂新 《光学技术》 CAS CSCD 北大核心 2008年第S1期157-159,共3页

设计了依托于海洋光学浮标平台的图像监测系统,可实时采集浮标点海面与水体的图像数据。采用新型的图像采集装置,解决了图像监测系统因浮标浮动而导致的图像失真问题,克服了在DOS系统下对USB设备存储介质读取的难题,运用两种无线网络的... 设计了依托于海洋光学浮标平台的图像监测系统,可实时采集浮标点海面与水体的图像数据。采用新型的图像采集装置,解决了图像监测系统因浮标浮动而导致的图像失真问题,克服了在DOS系统下对USB设备存储介质读取的难题,运用两种无线网络的同时传输增大了实验室与浮标数据交换的可靠性,举例分析了图像监测系统所获得的实时数据,验证了其正确性。 展开更多

关键词 光学浮标 图像监测 实时图像传输 辐照度

原文传递

辽东湾海冰后向光场分布的研究

6

作者 许占堂 杨跃忠 +5 位作者 曹文熙 孙兆华 杨超宇 叶海彬 王国青 李志军 《海洋通报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第3期277-282,共6页

海冰光场分布特性的研究是冰区大气—海冰—海洋能量交换和生物特性研究的基础,通过设计"L"型辐亮度探头,运用自主研发的海冰高光谱辐射仪器于国内首次现场测量了辽东湾海冰内部光场的分布特性,研究发现海冰表层5 cm至底层在... 海冰光场分布特性的研究是冰区大气—海冰—海洋能量交换和生物特性研究的基础,通过设计"L"型辐亮度探头,运用自主研发的海冰高光谱辐射仪器于国内首次现场测量了辽东湾海冰内部光场的分布特性,研究发现海冰表层5 cm至底层在水平方向上光场各向同性,进而认为在所观测站点的附近,采集冰块测量光场分布不依赖于海冰侧表面的选择。采集海冰于现场建立的暗房内,研究发现相对辐亮度随着深度的增加呈渐近性分布减小,多重散射的影响随光程增加而增强,导致辐亮度对散射角的依赖逐渐减小,说明海冰是一种高散射特的物质。本文建立的海冰光场分布模型,可描述海冰内部任意深度和光传播方向的相对辐亮度,对海冰辐射传输研究具有一定的参考意义。 展开更多

关键词 海冰 光谱 光学模型 光场分布 各向异性

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海洋透光率仪的设计及其在初级生产力研究中的应用

7

作者 许占堂 施震 +5 位作者 谢栢成 廖健祖 杨跃忠 周雯 李彩 杨顶田 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期38-45,共8页

海洋浮游植物光合作用固碳在全球碳循环中扮演着极为重要的角色,获取不同光衰减对应的海水深度,对于采集水样用于海洋初级生产力的研究具有重要意义。本研究于国际上首次开发了无缆便携式海洋透光率仪,特殊的光学结构设计和光谱滤光技... 海洋浮游植物光合作用固碳在全球碳循环中扮演着极为重要的角色,获取不同光衰减对应的海水深度,对于采集水样用于海洋初级生产力的研究具有重要意义。本研究于国际上首次开发了无缆便携式海洋透光率仪,特殊的光学结构设计和光谱滤光技术使得光谱响应在波段400~700nm范围内超过了同类海洋传感器,特定光衰减下对应的深度误差小于0.5m。将本设备应用于南海中尺度涡旋初级生产力的研究中,在采样率和自动化方面验证了仪器的便携性;通过对涡旋中初级生产力的空间分布规律进行分析,检验了仪器数据结果的可靠性。海洋透光率仪在价格、准确性、可靠度和操作的便携性上具有不可比拟的优势,将在未来海洋生态环境的研究中发挥重要作用。 展开更多

关键词 海洋监测 初级生产力 光合有效辐射 海水真光层 衰减

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南海海域MODIS-Aqua叶绿素浓度产品的精度对比和区域性算法修正 被引量：8

8

作者 赵文静 曹文熙 +3 位作者 王桂芬 胡水波 林俊芳 许占堂 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期3081-3090,共10页

利用2004～2012年在南海获得的9个航次的实测Chl-a数据,采用NASA标准业务化算法OC3和针对低Chl-a水体所发展的最新算法OCI反演获得了相应的MODIS-Aqua Chl-a产品.通过建立实测与遥感产品的时空匹配数据对,开展了Chl-a产品的适用性评估,... 利用2004～2012年在南海获得的9个航次的实测Chl-a数据,采用NASA标准业务化算法OC3和针对低Chl-a水体所发展的最新算法OCI反演获得了相应的MODIS-Aqua Chl-a产品.通过建立实测与遥感产品的时空匹配数据对,开展了Chl-a产品的适用性评估,并对比分析了上述两种算法的性能.在此基础上,利用南海实测遥感反射率（Rrs（λ））和MODIS-AquaRrs（λ）产品以及相应实测Chl-a的匹配数据集,分别对算法OC3和OCI进行了区域性修正.结果显示：基于算法OC3和OCI反演所得的MODIS-Aqua Chl-a产品值均高估了实测值,平均绝对误差（APD）的精度分别为56.30％和42.58％,且算法OCI可明显改善低Chl-a水体（＜0.25 mg· m^-3）的反演精度;采用南海MODIS-AquaRrs（λ）产品与实测Chl-a匹配数据集（N=82）修正后的区域性算法NOC3和NOCI的精度均有不同程度提高,APD精度分别为37.85％和36.74％;采用现场实测Rrs（λ）与Chl-a匹配数据集（N=123）进行区域性修正后的算法INOC3和INOCI的APD精度分别为36.61％和37.79％,上述两种方案精度较为接近.因此,对于南海海域而言,算法的区域性修正对于改善MODIS-Aqua Chl-a产品精度非常重要. 展开更多

关键词 MODIS-Aqua 叶绿素浓度 南海 精度评估 光学遥感 算法修正

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大亚湾水体后向散射比率的光谱变化 被引量：8

9

作者 周雯 曹文熙 +4 位作者 杨跃忠 王桂芬 赵俊 孙兆华 许占堂 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第2期39-45,共7页

采用2007年5月大亚湾浮标定点航次采集的生物-光学数据,分析了大亚湾水体后向散射比率的光谱变化及其影响因素。分析结果表明,660nm处后向散射比率变化范围在0.0040—0.0245之间,均值为0.0082±0.0032,实测后向散射比率光谱波段间... 采用2007年5月大亚湾浮标定点航次采集的生物-光学数据,分析了大亚湾水体后向散射比率的光谱变化及其影响因素。分析结果表明,660nm处后向散射比率变化范围在0.0040—0.0245之间,均值为0.0082±0.0032,实测后向散射比率光谱波段间的相对变化不超过15%;颗粒后向散射比率随着叶绿素a浓度增加呈减小的趋势,高叶绿素浓度显著对应较低的后向散射比率;粒径是影响大亚湾水体后向散射比率的重要因素之一,随着水体中Junge粒级斜率的增大,颗粒后向散射比率显著增大;折射率的变化也对后向散射比率产生一定影响,类似的水体粒径分布情况下,浮游植物与非藻类物质相对贡献的变化将导致折射率的明显变化,并将主导水体后向散射比率的变化。 展开更多

关键词 后向散射比率 光谱变化 颗粒粒径分布 颗粒折射率

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海冰高光谱辐射测量系统的设计及应用 被引量：3

10

作者 杨跃忠 许占堂 +2 位作者 孙兆华 曹文熙 卢桂新 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期1610-1613,共4页

海冰是地球气候系统中的关键要素之一,为此设计了用于测量海冰光学特性的海冰高光谱辐射测量系统,可实现3个通道的同时测量,设计了2种类型的光学探头,解决了探头水密性的问题,搭配"L"型支架实现冰下辐射的现场测量。设计了双... 海冰是地球气候系统中的关键要素之一,为此设计了用于测量海冰光学特性的海冰高光谱辐射测量系统,可实现3个通道的同时测量,设计了2种类型的光学探头,解决了探头水密性的问题,搭配"L"型支架实现冰下辐射的现场测量。设计了双向反射率支架,搭配角度传感器可实现探头于任一角度位置对海冰双向反射率的测量。系统积分时间智能设定,实现了积分时间设定的最优化和自动化。解决了低温工作的难题。另外系统还集成了4个温度探头和1个全球定位系统GPS。通过在辽东湾附近海域对海冰的现场实验,验证了系统的可靠性及准确性。 展开更多

关键词 光谱仪 光学探头 积分时间 透过率

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光学浮标控制系统硬件设计 被引量：4

11

作者 杨跃忠 卢桂新 +1 位作者 柯天存 许占堂 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第2期7-11,共5页

以光学浮标为控制对象,以工作稳定、低功耗为目的,设计海上工作控制硬件。采用嵌入式PC/104CPU主板和以单片机为核心多功能板组合,由PC/104CPU主板完成采集数据、保存数据、通讯等工作,多功能板实现计数、I/O控制、A/D转换、定时等功能... 以光学浮标为控制对象,以工作稳定、低功耗为目的,设计海上工作控制硬件。采用嵌入式PC/104CPU主板和以单片机为核心多功能板组合,由PC/104CPU主板完成采集数据、保存数据、通讯等工作,多功能板实现计数、I/O控制、A/D转换、定时等功能。单片机结合日历时钟和电源总开关组成二级"看门狗",实现了海洋光学浮标控制系统无人值守、全天候、全过程独立工作。 展开更多

关键词 海洋光学 控制系统 浮标

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Teflon AF液芯波导的应用研究进展 被引量：2

12

作者 孙兆华 周雯 +7 位作者 许占堂 叶海彬 杨超宇 林俊芳 胡水波 杨跃忠 李彩 曹文熙 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期2881-2885,共5页

由于Teflon AF具有气体渗透性结构、疏水性、化学惰性、比水低的折射率等特点,因此TeflonAF液芯波导在吸收、荧光、拉曼光谱分析、气体传感器等诸多领域得到了广泛的应用。本文将剖析TeflonAF液芯波导的特性,分析Teflon AF液芯波导的应... 由于Teflon AF具有气体渗透性结构、疏水性、化学惰性、比水低的折射率等特点,因此TeflonAF液芯波导在吸收、荧光、拉曼光谱分析、气体传感器等诸多领域得到了广泛的应用。本文将剖析TeflonAF液芯波导的特性,分析Teflon AF液芯波导的应用研究进展,展望Teflon AF液芯波导的应用研究前景。 展开更多

关键词 仪器分析 光谱分析 TEFLON AF液芯波导

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大凌河口附近海冰的内部结构分析 被引量：2

13

作者 黄文峰 孔祥鹏 +3 位作者 杨跃忠 张丽敏 李志军 许占堂 《海洋通报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第3期247-252,共6页

在中高纬度水域,近海与海洋生产建设不可避免的要遭遇冰的影响,尤其在冬季。因此,认真研究海冰的基本物理性质和本构特征尤为重要。对取自大凌河口的两根海冰冰样进行分析,沿厚度连续地自上而下竖直切片,并且等间距地水平切片,在正交偏... 在中高纬度水域,近海与海洋生产建设不可避免的要遭遇冰的影响,尤其在冬季。因此,认真研究海冰的基本物理性质和本构特征尤为重要。对取自大凌河口的两根海冰冰样进行分析,沿厚度连续地自上而下竖直切片,并且等间距地水平切片,在正交偏光镜下观测冰晶结构;同时测量了每个样本不同位置的密度、盐度和含泥量以及分析其孔隙率;最后探讨了这些物理量之间的关系。结果得到:冰样上层为颗粒状晶体,中下层为柱状晶体;气泡多为球形,百分含量较低;冰密度在860～930kg/m3之间,盐度随深度呈C字型变化。 展开更多

关键词 海冰 晶体结构 气泡 密度 盐度

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浮游植物粒级结构的原位测量 被引量：1

14

作者 曹文熙 孙兆华 +2 位作者 李彩 周雯 许占堂 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期764-770,共7页

浮游植物粒级通常采用采集水样的分级叶绿素法来测定,比较费时且难以实现剖面连续测量。本文提出了一种基于测定海水光吸收来反演浮游植物粒级结构的原位测量系统。该测量系统硬件主要由高稳定光源、光学窗口、样品管、光纤高精度微型... 浮游植物粒级通常采用采集水样的分级叶绿素法来测定,比较费时且难以实现剖面连续测量。本文提出了一种基于测定海水光吸收来反演浮游植物粒级结构的原位测量系统。该测量系统硬件主要由高稳定光源、光学窗口、样品管、光纤高精度微型光谱仪、数据采集系统等组成。测量数据基于遗传算法来分析浮游植物粒级结构。海上初步试验结果表明,该仪器能够测定水下300 m之内的浮游植物粒级结构,实现1 m剖面分辨率的连续测量,尤其适用于分析50~80m深度叶绿素最大值层的浮游植物粒级结构变化,在未来海洋浮游植物粒级结构测定中有良好的应用前景。 展开更多

关键词 浮游植物粒级结构 原位测量 海水光吸收 光谱分析

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CDOM走航式测量仪的设计与应用 被引量：1

15

作者 林俊芳 孙兆华 +2 位作者 曹文熙 胡水波 许占堂 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期1141-1145,共5页

海水中的有色溶解有机物(CDOM)对海洋生态系统具有重要影响。针对当前CDOM测量的问题,基于Teflon AF液芯波导(LWCC/LCW)技术,设计了一套全自动CDOM走航式测量仪。该仪器具有光程可调、测量动态范围广、灵敏度高等特点,适合于各类水体。... 海水中的有色溶解有机物(CDOM)对海洋生态系统具有重要影响。针对当前CDOM测量的问题,基于Teflon AF液芯波导(LWCC/LCW)技术,设计了一套全自动CDOM走航式测量仪。该仪器具有光程可调、测量动态范围广、灵敏度高等特点,适合于各类水体。其过滤和进样系统,实现了水样的自动过滤、进样和样品池清洗。基于LabVIEW语言开发的软件控制平台,可高效地控制仪器的运行状态和数据(光谱数据、GPS数据及海水温盐数据)的采集。通过对照实验和现场海上测试,证实了测量数据的可靠性和仪器的稳定性。 展开更多

关键词 CDOM 走航式 TEFLON AF液芯波导

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利用MODIS跟踪监测一个冷涡对海洋表层生物光学参数的影响 被引量：1

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作者 胡水波 曹文熙 +1 位作者 王桂芬 许占堂 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期1-10,共10页

研究中尺度涡对海洋上层生物地球化学过程的影响已经得到越来越多的关注,水色遥感作为一个重要的工具可以为此提供大时空尺度的数据来源。基于南海区域性生物光学反演算法,对2007年1月底发源于吕宋海峡西南侧的一个冷涡进行跟踪监测。... 研究中尺度涡对海洋上层生物地球化学过程的影响已经得到越来越多的关注,水色遥感作为一个重要的工具可以为此提供大时空尺度的数据来源。基于南海区域性生物光学反演算法,对2007年1月底发源于吕宋海峡西南侧的一个冷涡进行跟踪监测。在冷涡生成初期,涡旋携带吕宋海峡高营养高生物量海水向西北方向移动,内部叶绿素a(Chl a)保持高浓度。冷涡停留期间(长达一个月),在涡致抽吸的持续作用下,冷涡内Chl a浓度由0.26mg×m^(-3)增长到0.33mg×m^(-3);而进入春季,涡旋外的Chl a浓度则由0.24mg×m^(-3)减小到0.15mg×m^(-3);颗粒有机碳(POC)浓度、浮游植物吸收系数(a_(ph(443)))、漫射衰减系数(K_(d(490)))与Chl a浓度的变化一致,而POC∶Chl a和微微型浮游植物所占的比例(F_p)则表现出与Chl a浓度相反的趋势。冷涡西移期间,随着涡致抽吸强度的降低及所携带的营养物质被不断消耗,涡内部Chl a浓度、POC浓度、a_(ph(443))、K_(d(490))逐渐降低,POC∶Chl a和F_p逐渐升高。结果表明,在平流作用和涡致抽吸共同作用下,冷涡所引起的光学响应可以用来帮助识别和跟踪涡旋。 展开更多

关键词 中尺度涡 水色遥感 生物光学算法 南海

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浅海底质高光谱反射率测量系统的设计及应用 被引量：4

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作者 曾凯 许占堂 +4 位作者 杨跃忠 张雨 周雯 李彩 黄晖 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期579-585,共7页

海底光谱反射率是光学浅水中太阳辐射传输的重要组成部分,影响着海水表面离水辐亮度的光谱特性,因此底质光谱信息的准确获取对于浅海遥感工作的开展至关重要。专门设计了一套海底光谱反射率测量系统填补了国际上在这方面的空白。采用可... 海底光谱反射率是光学浅水中太阳辐射传输的重要组成部分,影响着海水表面离水辐亮度的光谱特性,因此底质光谱信息的准确获取对于浅海遥感工作的开展至关重要。专门设计了一套海底光谱反射率测量系统填补了国际上在这方面的空白。采用可自由伸缩并旋转角度的参考白板贴近目标物测量,以消除探头到目标物之间水体吸收衰减的影响,双光路采集系统同步测量的设计避免了水下光场迅速变化对辐射测量的影响。于2018年9月3日—8日,用该系统在三亚珊瑚礁保护区进行原位海底反射率测量试验,测量对象包括珊瑚、海草、泥沙、沙滩等多种底质。各底质类型之间具有光谱可分性,具体表现为,在波长大于580 nm的长波段,浅海沙子底质与岸上沙滩光谱反射率特征差异明显,表明相对于空气中,水体和水中微藻介质的吸收散射作用严重影响着水下光谱辐射的测量,证实了空气中测量的目标光谱不可替代水中的结果。珊瑚和水草的光谱反射率特征主要区别在于海草反射率光谱在540~600 nm波段有一个宽反射峰,而珊瑚的典型特征是在575,600和650 nm附近有三个特征反射峰。此外,珊瑚、沙子和沙滩三种碳酸盐质底质在395,430,490和520 nm存在反射峰,485和585 nm处有一个小吸收峰,而海草则相反,在395,430,490和520 nm存在吸收峰,485和585 nm处显示反射峰。以上数据为将来利用底质反射率提取底栖物质组成信息奠定了基础,同时其结果也能够证实系统的可靠性和有效性。 展开更多

关键词 光学浅水遥感 底质反射率 光谱可分性 底质分类 高光谱

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南海东北部夏季叶绿素a浓度垂向变化特征及其对水动力过程的响应 被引量：5

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作者 徐文龙 王桂芬 +2 位作者 周雯 许占堂 曹文熙 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期62-73,共12页

叶绿素a浓度是估算海洋初级生产力的一个重要参数,在海洋中垂向分布极不均匀,其分布特征及影响机制是海洋生态学研究的重要基础问题。利用海洋光学观测的高垂向分辨率剖面数据,系统地研究叶绿素a浓度垂向剖面的时空分布特征及其与海洋... 叶绿素a浓度是估算海洋初级生产力的一个重要参数,在海洋中垂向分布极不均匀,其分布特征及影响机制是海洋生态学研究的重要基础问题。利用海洋光学观测的高垂向分辨率剖面数据,系统地研究叶绿素a浓度垂向剖面的时空分布特征及其与海洋动力环境要素的关系,可为揭示南海典型动力过程的生态环境效应提供重要基础。文章基于2015年夏季黑潮调查航次实测生物光学剖面,利用676nm处吸收基线高度(a_(LH)(676))与叶绿素a浓度(Chla)之间的关系,建立了具有较高反演精度的叶绿素a浓度反演算法(Chla=49.96×(a_(LH)(676))^(0.9339),决定系数R^2=0.87和均方根误差RMSE=0.16mg·m^(-3));进一步结合观测期间物理过程,揭示了叶绿素垂向分布对不同水动力过程的响应特征。研究结果表明,近岸区域表层叶绿素a浓度变化范围为0.42~1.57mg·m^(-3),随着水深增加,叶绿素a浓度逐渐降低,在沿岸上升流影响区域,叶绿素a浓度明显增高,垂向上相对趋于均一分布;次表层叶绿素极大值(Subsurface Chlorophyll Maximum,SCM)现象在外海显著存在,受中尺度过程影响明显,SCM深度在34m到100m之间变化,在吕宋岛以西海域,黑潮入侵加速了上层水体的混合,SCM所在水层被显著抬升至34m左右;在冷涡影响区域,次表层叶绿素极大值层被抬升,涡旋中心比涡旋边缘抬升更为显著,同时SCM的厚度增大。 展开更多

关键词 南海东北部 叶绿素a垂向变化 次表层叶绿素极大值 吸收基线高度 水动力过程

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基于支持向量机模型反演浮游植物粒级结构 被引量：2

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作者 姚林杰 曹文熙 +4 位作者 王桂芬 许占堂 胡水波 周雯 李彩 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第4期37-47,共11页

文章采用支持向量机模型反演浮游植物的粒级结构。模型的输入量为浮游植物的吸收光谱、总叶绿素a浓度值。将该模型分别应用于南海数据集和NASA bio-Optical Marine Algorithm Dataset(NOMAD)全球大洋数据集。以浮游植物的吸收光谱做为... 文章采用支持向量机模型反演浮游植物的粒级结构。模型的输入量为浮游植物的吸收光谱、总叶绿素a浓度值。将该模型分别应用于南海数据集和NASA bio-Optical Marine Algorithm Dataset(NOMAD)全球大洋数据集。以浮游植物的吸收光谱做为输入向量时,南海数据集和NOMAD数据集反演微微型(pico)、微型(nano)和小型(micro)粒级浮游植物的平均绝对误差(APD)分别是46.1%、61.6%、55.0%和36.3%、44.6%、43.3%;决定系数(R2)分别为0.604、0.423、0.491和0.460、0.702、0.829。以浮游植物的吸收光谱和总叶绿素a浓度值做为输入向量时,南海数据集和NOMAD数据集反演pico、nano和micro粒级的平均绝对误差分别是19.2%、31.9%、31.6%和35.3%、35.4%、38.2%;决定系数分别为0.837、0.805、0.600和0.713、0.758、0.810。结果显示以吸收光谱和总叶绿素a浓度值作为输入变量的反演精度,比以吸收光谱作为输入变量的反演精度高。由此看出支持向量机模型对于两个数据集的反演结果很理想,该模型的提出为多光谱遥感反演浮游植物的粒级结构提供一个重要手段。 展开更多

关键词 吸收光谱 浮游植物粒级结构 支持向量机 叶绿素A

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基于浮标观测的东海赤潮高发区秋、冬季漫射衰减系数的反演 被引量：2

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作者 张雨 王桂芬 +5 位作者 许占堂 杨跃忠 周雯 郑文迪 曾凯 邓霖 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期71-83,共13页

浮标测量的光学数据时间序列长、分辨率高,能可靠地测量快速变化的漫射衰减系数(Kd)。东海赤潮高发区水体中的浮游植物生物量及悬浮泥沙含量存在较大的变化,光学性质复杂。文章利用2013年9月至2014年1月的海洋光学浮标数据,获得了该海... 浮标测量的光学数据时间序列长、分辨率高,能可靠地测量快速变化的漫射衰减系数(Kd)。东海赤潮高发区水体中的浮游植物生物量及悬浮泥沙含量存在较大的变化,光学性质复杂。文章利用2013年9月至2014年1月的海洋光学浮标数据,获得了该海域水体的表观光学特性,基于Kd(490)与遥感反射比[Rrs(λ)]的相关关系建立了Kd(490)的经验算法,并与已有7种反演算法进行了比较。结果表明,该海域的Kd(λ)及Rrs(λ)具有显著的Ⅱ类水体光谱特征,其中,Kd(490)的范围为0.01~4.31m-1,水体的浑浊程度变化大。Kd(490)与Rrs比值的相关性较好,据此建立了以Rrs(650)/Rrs(510)、Rrs(555)/Rrs(510)作为自变量的Kd(490)双比值经验算法。将新建算法反演获得的Kd(490)与实测Kd(490)相比,均方根误差、平均相对误差百分比和线性回归的决定系数分别为0.27m-1、27.08%和0.77,优于其他7种算法。算法精度的提高源于新建算法选择的Rrs能充分反映水体信息,并适应水体组分的变化,可为东海赤潮高发区Kd(490)的反演提供较好的选择,并为海洋光学浮标在水体环境监测中的应用提供示例。 展开更多

关键词 东海赤潮高发区 海洋光学浮标 漫射衰减系数 遥感反射率 Kd(490)反演算法

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