本發(fā)明涉及一種估測懸浮顆粒物粒徑的方法，特別是涉及一種利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)估測海水懸浮顆粒物粒徑的混合型新方法，屬于海洋水色遙感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
海洋水色遙感在衛(wèi)星海洋遙感技術(shù)中扮演著重要的角色，并且已經(jīng)成為水體研究的重要手段。它可以大范圍同步地獲取水體組分的濃度信息，如葉綠素、懸浮顆粒物、黃色物質(zhì)等。水色遙感廣泛應(yīng)用于海洋初級生產(chǎn)力的估計、海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、海洋動力學(xué)、海洋漁業(yè)開發(fā)和管理服務(wù)等方面的研究。
顆粒物粒徑分布(PSD)是一種用來描述水體中懸浮顆粒物本質(zhì)特征的參數(shù)，具體指對不同粒徑的顆粒物體積或粒子數(shù)濃度的測量。PSD能提供有關(guān)水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能方面的原始數(shù)據(jù)集，所以在許多海洋研究上均涉及到PSD信息，例如：浮游植物功能類型的研究、泥沙通量、顆粒物再懸浮、凝結(jié)、沉降率、碳輸送等?，F(xiàn)如今獲取PSD的主要途徑是儀器測量，例如電子顆粒物篩選器，顆粒物成像儀、激光衍射儀等，這些設(shè)備能探測幾納米到超過100納米的粒徑范圍。雖然近些年，利用這些儀器在全球海洋的航次中已經(jīng)測量并積累了一些珍貴的數(shù)據(jù)，但對PSD時空信息的獲取和理解仍相對欠缺，這制約著許多相關(guān)海洋研究工作的開展。
隨著越來越多遙感算法的建立，已經(jīng)能成功反演海水中不同的水體成分，例如，葉綠素a濃度、總懸浮顆粒物濃度、有色可溶性有機物濃度等。但有較少的遙感算法是用來反演顆粒物粒徑大小分布的?，F(xiàn)有模型主要有半分析模型和檢驗?zāi)Ｐ汀owers(2007)基于比散射系數(shù)和懸浮顆粒物粒徑之間的半分析關(guān)系，建立了一個反演愛爾蘭地區(qū)懸浮顆粒物的空間分布的半分析模型，并應(yīng)用到MODIS衛(wèi)星影像上，反演得到了愛爾蘭海域南部懸浮顆粒物的空間分布特征。青松(2014)研究了綠光波段(560nm)與紅光波段(665nm)波段比，建立了一個檢驗?zāi)Ｐ蛠砉罍y渤海海域的顆粒物粒徑。然而，由于我國近海水體環(huán)境復(fù)雜多變，尤其在近岸高渾濁水體，比如黃東海的蘇北淺灘等區(qū)域，現(xiàn)有模型均會出現(xiàn)不確定性偏差。因此，建立適用于復(fù)雜光學(xué)水體的懸浮顆粒物粒徑的遙感算法是目前亟待解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)估測海水懸浮顆粒物粒徑的混合型新方法，可提高近海高渾濁水體PSD分布信息的遙感估測能力。
為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
一種利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)估測海水懸浮顆粒物粒徑的混合型新方法，包括以下步驟：
1)通過儀器設(shè)備獲取待估測海水區(qū)域的海水實測數(shù)據(jù)，所述海水實測數(shù)據(jù)包括水體光學(xué)特性和水質(zhì)參數(shù)；
2)采集與所述海水實測數(shù)據(jù)處于時空同步匹配的衛(wèi)星資料，從衛(wèi)星資料中提取并計算得到遙感反射率數(shù)據(jù)Rrs，基于遙感反射率數(shù)據(jù)構(gòu)建星地匹配數(shù)據(jù)集；
3)根據(jù)半分析算法，首先計算出海水次表層的遙感反射率；然后利用兩個近紅外波段λ的水體水次表層遙感反射率，結(jié)合懸浮顆粒物總后向散射系數(shù)和總吸收系數(shù)與水次表層遙感反射率之間的關(guān)系式式(1)，計算得出懸浮顆粒物的后散射系數(shù)；
式(1)中，λ為波長，bb(λ)為基于波長λ的顆粒物總后向散射系數(shù)，a(λ)為總吸收系數(shù)，g1和g2均為波段常數(shù)，rrs(λ)為水體水次表層遙感反射率；
所述比后散射系數(shù)的半分析算法模型為，
其中，λ0為參考波長，bbp(λ)表示基于波長λ的顆粒物的后向散射系數(shù)，bbp(λ)表示基于參考波長λ0的顆粒物的后向散射系數(shù)，η是波段斜率；
4)根據(jù)米散射理論，推演出海水懸浮顆粒物粒徑與比后向散射系數(shù)的關(guān)系表達式為式(2)，然后利用海水實測數(shù)據(jù)，建立海水懸浮顆粒物比后向散射系數(shù)與海水懸浮顆粒物粒徑之間的關(guān)系模型；
式(2)中，是海水懸浮顆粒物比后向散射系數(shù)，Qbbe為海水懸浮顆粒物后向散射效率，ρa是海水顆粒物密度，DA是海水懸浮顆粒物粒徑的平均直徑；
5)建立水體懸浮顆粒物粒徑與海水次表層的遙感反射率之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系流程，利用月合成遙感反射率數(shù)據(jù)，得出衛(wèi)星反演的海水懸浮顆粒物的粒徑分布信息。
本發(fā)明進一步設(shè)置為：所述儀器設(shè)備架設(shè)于海上平臺。
本發(fā)明進一步設(shè)置為：所述儀器設(shè)備包括溫鹽深儀、太陽光度計、現(xiàn)場激光粒度分析儀、水體吸收衰減測量儀和后向散射測量儀。
本發(fā)明進一步設(shè)置為：所述海水實測數(shù)據(jù)包括水體溫度、鹽度和深度，離水遙感反射率、顆粒物粒徑大小、水體吸收系數(shù)和水體后向散射系數(shù)。
本發(fā)明進一步設(shè)置為：所述衛(wèi)星資料為下載并積累的MODIS衛(wèi)星資料。
本發(fā)明進一步設(shè)置為：所述粒徑分布信息包括粒徑的空間分布差異和時間變化特征。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：
本發(fā)明不僅拓展了水色遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的應(yīng)用，而且還可提高對于懸浮顆粒物粒徑這一懸浮顆粒物本質(zhì)參數(shù)的獲取能力，特別適用于近海高混濁水域，如我國黃渤海海域和蘇北淺灘等典型的二類水體水域。同時，本發(fā)明使得利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)準確探測海水粒徑分布成為可能，對海洋領(lǐng)域的相關(guān)研究具有積極重要的意義。
上述內(nèi)容僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了更清楚的了解本發(fā)明的技術(shù)手段，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
附圖說明
圖1為本發(fā)明利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)估測海水懸浮顆粒物粒徑的混合型新方法的流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明作進一步的說明。
本發(fā)明提供一種利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)估測海水懸浮顆粒物粒徑的混合型新方法，如圖1所示，包括以下步驟：
1)通過儀器設(shè)備獲取待估測海水區(qū)域的海水實測數(shù)據(jù)，所述海水實測數(shù)據(jù)包括水體光學(xué)特性和水質(zhì)參數(shù)；其中，儀器設(shè)備包括架設(shè)于海上平臺的溫鹽深儀、太陽光度計、現(xiàn)場激光粒度分析儀、水體吸收衰減測量儀和后向散射測量儀；海水實測數(shù)據(jù)包括水體溫度、鹽度和深度，離水遙感反射率、顆粒物粒徑大小、水體吸收系數(shù)和水體后向散射系數(shù)。
2)采集與所述海水實測數(shù)據(jù)處于時空同步匹配的衛(wèi)星資料，從衛(wèi)星資料中提取并計算得到遙感反射率數(shù)據(jù)Rrs，基于遙感反射率數(shù)據(jù)構(gòu)建星地匹配數(shù)據(jù)集；其中，衛(wèi)星資料為下載并積累的MODIS衛(wèi)星資料。
3)根據(jù)半分析算法，首先計算出海水次表層的遙感反射率；然后利用兩個近紅外波段λ的水體水次表層遙感反射率，結(jié)合懸浮顆粒物總后向散射系數(shù)和總吸收系數(shù)與水次表層遙感反射率之間的關(guān)系式式(1)，計算得出懸浮顆粒物的后散射系數(shù)；
式(1)中，λ為波長，bb(λ)為基于波長λ的顆粒物總后向散射系數(shù)，a(λ)為總吸收系數(shù)，g1和g2均為波段常數(shù)，rrs(λ)為水體水次表層遙感反射率；
所述比后散射系數(shù)的半分析算法模型為，
其中，λ0為參考波長，bbp(λ)表示基于波長λ的顆粒物的后向散射系數(shù)，bbp(λ)表示基于參考波長λ0的顆粒物的后向散射系數(shù)，η是波段斜率；
4)根據(jù)米散射理論，推演出海水懸浮顆粒物粒徑與比后向散射系數(shù)的關(guān)系表達式為式(2)，然后利用海水實測數(shù)據(jù)，建立海水懸浮顆粒物比后向散射系數(shù)與海水懸浮顆粒物粒徑之間的關(guān)系模型；
式(2)中，是海水懸浮顆粒物比后向散射系數(shù)，Qbbe為海水懸浮顆粒物后向散射效率，ρa是海水顆粒物密度，DA是海水懸浮顆粒物粒徑的平均直徑；
5)建立水體懸浮顆粒物粒徑與海水次表層的遙感反射率之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系流程，利用月合成遙感反射率數(shù)據(jù)，得出衛(wèi)星反演的海水懸浮顆粒物的粒徑分布信息；其中，粒徑分布信息包括粒徑的空間分布差異和時間變化特征。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。