[发明专利]一种基于遥感反射率反演全球海洋光学衰减系数的方法

说明书

本发明公开了一种基于遥感反射率反演全球海洋光学衰减系数的方法，根据卫星提供的遥感数据得到海水表面下任意波长的遥感反射率以及与固有光学量有关的比率值；针对清澈的海水和较为清澈的沿海海水使用QAA_v5算法得到任意波长下吸收和后向散射系数；针对浑浊的沿海海水使用QAA‑RGR算法得到任意波长下吸收和后向散射系数；针对不同海域使用不同求解散射系数的模型；吸收系数和散射系数相加即可得到全球海洋光学衰减系数。本发明对全球海域进行了划分给出了求解不同海域的吸收、散射系数模型，并能由卫星提供的数据直接解算得到不同海域的光学衰减特性，提升了求解光衰减系数的可靠性，能动态地监视全球海洋光学衰减系数变化规律。

技术领域

本发明涉及海洋通信信道研究领域，基于水体浑浊度分级以及对全球海域分区的光学衰 减系数遥感反演方法，尤其是一种基于遥感反射率反演全球海洋光学衰减系数的方法。

背景技术

分析海水对特定波长激光信号的衰减特性成为水下激光通信研究的关键环节。海洋世界 广袤无垠，无法全部通过现场测量的方式获取各区域的激光海水传输特性，综合有限站位现 场测量结果和卫星遥感数据的水色遥感反演是克服上述问题的唯一办法。

海水光学特性包括表观光学特性和固有光学特性，其中表观光学性质由光场和水中的成 分共同决定，可由遥感等方法测量得到；固有光学量只与水中成分的分布及其吸收特性和散 射特性有关，代表着海水的固有光学性质，与光场无关，是决定海水激光传输特征的根本因 素。

根据发表于Elsevier出版社，1976年，《光学海洋学》(Optical Oceanography)第二次 修订版，由Jerlov著作的“海洋光学”(Marine Optics)，可将海水划分为清澈的海水、较为 清澈的沿海海水和浑浊的沿海海水，清澈海水指的是Jerlov提出的开阔海域中的I、IA、IB 型海水；较为清澈的沿海海水指的是Jerlov提出的沿海海域中的第1类海水；浑浊的沿海海 水指的是Jerlov提出的沿海海域中的第9类海水。

海洋光学测量方法多由表观光学特性导出固有光学特性，传统海洋遥感反演采用的是经 验统计算法，借助回归分析手段建立海水光学特性光谱与水体成分浓度之间的关系，再估算 海水的衰减、反射特性。这些方法误差较大，且只适用属于清澈海水的深海水域。大陆沿岸 海域是典型的沿海海水区域，水体光学特性复杂，需要研究适用的遥感反演算法以满足大陆 沿岸海域水下光通信应用。

目前最具代表性并得到广泛接受和应用的是半分析方法，它首先由遥感观测所得表观光 学量反演固有光学量，再通过固有光学量与水体成分浓度之间的关系来实现水色产品的反演。 国际海洋水色遥感组织发布的第五版QAA算法，全称Quasi-AnalyticalAlgorithm Version 5， 即QAA_v5，以及准分析-红绿波段比算法(Quasi-AnalyticalAlgorithm-RGR，简称QAA-RGR) 与传统的经验算法相比，这两种算法无需叶绿素吸收光谱等先验参数，且具有可移植性。但 QAA_v5算法在清澈海水和较为清澈的沿海海水展现出精度较高的反演结果，但在浑浊的沿 海海水则略显逊色，在QAA_v5中，使用443nm、490nm、555nm和667nm处的遥感反射率 来反演光学参数。对于可见光通道，中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer，简称MODIS)只有三个高空间分辨率的陆地波段，分别为469nm、555nm 和645nm，因此，QAA_v5并不直接应用所有这三个陆地带；此外，由于光学系数在667nm 波段会处于高度饱和，因此QAA_v5不能直接应用于浑浊的沿海海水，而QAA-RGR算法刚 好可以弥补这一问题，QAA-RGR算法将555nm和645nm两个波段的遥感反射率之间的比率 来反演光学参数，这种蓝绿波段比的组合不仅避免了光学系数在波段670nm处出现高度饱和 的情况，还有助于提高算法的鲁棒性。这两种反演算法能给出某区域海水的吸收系数和后向 散射系数，但研究海洋光学传输特性还需要掌握其总的散射特性。

发明内容