【应用】水色遥感专题系列（一）

地球表面开放水体约占全球面积的74%，其中海洋面积最大，约占95%。水也是研究地表物质能量交换的重要载体和关键因子。

浩瀚的海洋中蕴含着包括矿产资源和生物资源在内的数目庞大的资源储备。水色遥感可以通过卫星监测提供海面附近的生物分布情况、温度状况及其他一些基本信息，对于我们进一步的了解海洋拥有着非常关键的作用。研究表明，浮游生物能够有效的吸收二氧化碳，并且转化为有机沉淀，从而减少温室气体的含量，降低地球温度，从而改善一个区域的气候。因此，通过水色遥感技术获得的叶绿素的数据的分析，可以得到叶绿素的分布情况，即浮游生物的生存状况，对于海洋初级生产力有一个大致的估算，从而能够更加合理的开发和利用海洋资源，预测未来的气候变化。

在海洋水色遥感领域中，为了研究方便，通常将海洋水体分为Ⅰ类水体和Ⅱ类水体。Ⅰ 类水体的光学性质主要由浮游植物及其伴生物决定的，即大洋开阔水体。在传统算法中，推测结果对于第一类水体基本上是适用的，而对于第二类水体，由于影响因素复杂，并且存在着浮游生物对于无机悬浮物和有机黄色物质的沉淀和分解作用，难以预测一个区域的未来发展。我国科学家根据多年对于东海、南黄海的实测海洋生产力与环境数据的分析，基于P-E（生产力与光照强度）曲线，利用叶绿素浓度、海水透明度和光合作用有效辐射率等数据，建立了适合我国海区特点的初期生产力遥感模型，相比于国外的初级生产力模型，能够更好地与我国海域实际情况相契合。

 FastOcean APD 藻类荧光剖面测量系统（左）     LabSTAF 单周转活性叶绿素荧光计（右）

Ⅱ 类水体的光学性质主要由浮游植物、悬浮物质和可溶性有机物决定，既海岸带水体和受陆源排放物质影响十分强烈的河口水体。

Ⅱ 类水体位于与人类关系最亲切、受人类活动影响最强烈的海域，其水色因子—悬浮泥沙、叶绿素和黄色物质等是影响海水水质的关键因素，也是影响海水光学特性的重要参数。其中，悬浮泥沙含量的多少直接影响水体中光照分布、水体透明度、浑浊度等光学性质，进而影响水生生态过程。悬浮泥沙也会影响河口海岸带冲淤变化过程。悬浮泥沙的运移特征是沿海河口形态和演变规律的核心问题。

了解和掌握河口悬浮泥沙的来源，可以分析河口演变的动力特征，这是对于我们日常生活非常重要的问题。并且通过预测泥沙的趋势，可以避免灾害，同时帮助人们更加合理的开发海洋土地资源。

遥感数据本身具有周期短、空间分辨率高和覆盖范围广的优势。随着国内外多种海洋水色传感器的发射和多次海上实测活动的进行，获取的大量海洋遥感影像数据和海洋同步实测数据为悬浮泥沙浓度反演提供了可能。基于遥感数据的海洋悬浮泥沙监测能够反映不同时空尺度的浓度动态变化。因此，利用常规遥感数据、海洋水色卫星数据、高光谱数据和实测数据的悬浮泥沙浓度反演引起了众多学者的普遍关注，对于悬浮泥沙浓度定量反演方法的研究成为海洋学领域研究的热点问题。

实验表明不同含沙量水体光谱曲线存在较大差异。悬浮泥沙浓度较小时，遥感反射率光谱仅存在一个位于黄光波段（560～590 nm）的峰值。当悬沙浓度较高时，遥感反射率光谱出现两峰值，位于黄光波段（560～590  nm）的主峰和位于近红外波段（760～1100 nm）的次主峰。且随着悬沙浓度的增加，光谱曲线会出现“红移现象”。因此，对于反射率光谱曲线深入的研究，对于模型反演波段选择和波段之间的组合关系的选取具有重要意义。

充分利用多种遥感数据源，多源遥感数据分析和实地同步实验数据相结合，对悬浮泥沙定量化提取模式和定量估算模型进行研究，可以综合多元数据的空间信息和波谱信息，提高模型反演的精度。

SC6后向散射仪 （左上）         OSCAR 积分球式高光谱吸收计（右上）

AC-S水体吸收衰减测量仪（下）

由于海洋是复杂多变的，对于海洋表面情况的研究有利于我们较为全面而快捷的对于一些突发性状况进行观测及反应，增加了人们应对海洋灾害的应变能力。

例如赤潮的发生是由于水体的富营养化导致了浮游生物的大量的繁殖和聚集。赤潮既可能会发生在深海，也可能会发生在海口等其他一些海域，对于人类的生产和生活也有着很大的影响。对于赤潮的研究，虽然不是对于海洋资源的开发问题，但是涉及到海洋灾害的预防，可以在经济生产中帮助我们趋利避害，更好的适应海边生活。而且大量的浮游生物的生长和腐败会导致水体缺氧，还会改变海洋系统的生态平衡，降低海水周边的环境质量。

水色遥感在赤潮的预测中发挥了重要的作用。以丹麦细柱藻为例，赤潮水体的反射光谱存在着两个明显的特征，一是在红光的680纳米左右有明显的反射峰，二是在509nm，616nm，668nm波段有不同于正常水体的变化率。近岸海水在红光和蓝光波段上，无赤潮的海水是平直的或者是向上凸的，有赤潮的海水在此波段上是向下凹陷的。因此可以通过水色遥感来监测赤潮的发生。

AWRAMS 水面辐射固定云台测量系统（左一）        MatrixFlu-VIS 多参数荧光计（右一）

 鱼群经常沿锋面和特殊的温度和生物量的等值线运动，所以可以通过水色遥感技术实时监测鱼群的运动，并且可以对于鱼情进行预测。同时渔业部门可以通过卫星提供海域的海温与叶绿素等信息，掌握相应的渔场环境状态，采取相对应的对策，提高人工鱼场的产量。

NICO plus多参数分析仪（左一）                AP-7000 水质多参数分析仪（右一）

利用海洋水色图像，可以直接观测气候及其他大尺度气候问题对于叶绿素分布的影响，进而能够通过叶绿素的改变来预测海洋环境的改变。并且可以进行海洋上层热平衡计算。

浮游生物具有吸收和固定二氧化碳的作用，而在整个水体中，浮游生物的数量是惊人的。可以通过对于水色遥感技术的研究，预测海洋中浮游生物的数量，从而研究生物对于温室气体的吸收能力，并且通过浮游生物对于周边环境的改善，对于地表温度的降低作用来预测未来的气候发展。

AWRMMS 水面辐射移动测量系统                MS9-LPT 自容式多光谱传感器

参考文献

[1]崔廷伟. 赤潮光谱数据获取与特征规律分析研究[D].中国海洋大学,2003.

[2]孟灵,屈凡柱,毕晓丽.二类水体悬浮泥沙遥感反演算法综述[J].浙江海洋学院学报(自然科学版),2011,30(05):443-449.

[3]陈军,付军,盛辉等著.海岸带环境遥感原理与应用=THE PRINCIPLE AND APPLICATION OF THE COASTAL ENVIRONMENTAL REMOTE SENSING：海洋出版社，2013