长江口及邻近海域有色溶解有机物(CDOM)参数遥感反演及动态变化

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河口近岸海域有色溶解有机物(Chromophoric Dissolved Organic Matter,CDOM)的分布、迁移和转化与生物地球化学循环过程有着重要联系。浑浊水体的光学参数研究对于水质环境监测、卫星遥感反演等具有重要意义。本研究在讨论分析国内外光学参数反演方法的基础上,主要以长江口区域CDOM吸收系数(ag)为例,建立了适用于长江口区域浑浊水体CDOM的反演算法,包括半分析算法和经验算法,同时,对长江口区域CDOM分布的动力成因进行了分析,主要结果如下:1.建立了适用于长江口区域浑浊水体ag反演算法。利用20112015年在长江口及邻近海域10个航次采集的数百个实测数据,建立了半分析算法和经验算法。半分析算法中主要对准分析算法(Quasi-Analytical Algorithm,QAA)进行了验证和校核,并且利用ag反演公式(QAACDOM)重新修正了QAA算法的相关部分,将改进后的算法(命名为QAAcj)应用于总吸收系数(a)和ag的反演。经验算法中,建立了遥感反射率(Rrs)与ag的经验关系。通过将算法反演结果与实测数据和遥感影像进行对比,计算均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE),平均绝对相对误差(Mean Absolute Relative Error,MARE)和相对偏差(bias)。结果表明:校核后的模型反演精度得到显著提高。经过验证数据集检验,校核后模型反演a的RMES,MARE,bias分别低于1.17 m-1,0.52,0.66 m-1,在443 nm处的ag的反演结果的RMES,MARE,bias分别低于0.11 m-1,0.58,0.03 m-1,表明校核后的模型对长江口及其邻近海域具有较强的适用性和应用前景。在算法对比中,由于半分析算法中经验公式误差累加的结果,经验算法的反演结果还稍优于半分析算法。2.将遥感影像与动力模型FVCOM相结合,分析长江口及其邻近海域ag变化成因。利用建立的适用于长江口及其邻近海域的ag(λ)的经验性反演公式,反演获得长江口及其邻近海域ag(λ)的时空分布,结合三维无结构三角形网格的有限体积海洋数值模型(Finite Volume Community Ocean Model,FVCOM),模拟的2013年全年长江口及其邻近海域的水位、温度、盐度及潮流分布图。分析结果表明:(1)ag(443)日变化主要受涨落潮的影响;(2)ag(443)月变化主要受风场的影响,冬季在偏北风的影响下,长江冲淡水出长江口后南下,ag(443)沿浙江沿岸逐渐降低;夏季在偏南风的影响下,长江冲淡水出长江口后沿东北方向偏转,ag(443)延东北方向逐渐降低,结合月平均盐度分布图发现,CDOM运动趋势和长江冲淡水运动趋势一致,在此过程中,ag(443)日变化和季节变化中由于受到风场的影响,一些水团从长江冲淡水中分离出来,在这些区域出现了ag(443)的高值区;(3)季节变化上ag(443)整体分布趋势四季具有显著的一致性,河口区和悬浮泥沙含量高的区域,CDOM浓度较高,但夏秋季CDOM浓度略高于冬季和春季。高时间分辨率的地球同步水色卫星(Geostationary Ocean Color Imager,GOCI)在ag(λ)反演上的应用,突破了现场测量的局限,遥感与物理海洋模型相结合,获得了某一动力状态下的ag(λ)分布,为观测和分析ag(λ)日变化和季节变化的分布及输运过程提供了强有力的技术支持。遥感反演的ag(λ),可以作为指示剂,示踪巨量的长江口冲淡水进入海洋的时空分布特征及其变化,并有助于理解河口近海生物地球化学过程。遥感估计水体的CDOM浓度,不仅仅能提供水质参数的指标,也能用于研究水中生物的生物地球化学过程。
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