长江口及邻近海域叶绿素的光学特性及其遥感应用

摘要

长江口及邻近海域浮游植物光学特性研究对于长江口水质环境监测、水体初级生产力以及碳循环研究有着重要意义。通过对长江口颗粒物吸收系数测定方法的研究、长江口海域叶绿素a浓度分布以及水体组分光学特性的分析，对长江口的水体光学特性有了一个初步的了解。并在此基础上探讨了长江口叶绿素a浓度的反演模型。
　　 分析对比颗粒物吸收系数测定的两种方法：透射法和透射-反射法。认为在进行颗粒物吸收系数测定时，含0.1％活性Cl-的NaClO溶液对于颗粒物色素的提取具有良好的效果。对使用褪色试剂后的样品进行冲洗能减少因NaClO残留产生的误差。对于高浊度水体，由于散射的影响，使用透射法测量颗粒物吸收系数会产生较大误差，不建议使用透射法来测量。因此在长江口羽状峰以西高浊度的水体(含沙量>80mg/l)，本文建议使用透射-反射法来测量颗粒物吸收系数。在羽状峰以东，泥沙含量急剧减少(含沙量<20mg/l)，水体相对清澈，透射法和透射-反射法都可被用来测量颗粒物吸收系数。
　　 2009年春、夏、秋三季长江口叶绿素a浓度在口门内变化不大。口门外叶绿素a浓度高值区位于122.5°E～123°E之间。随长江径流变化，高值区位置会出现偏移。整个长江口叶绿素a浓度分布呈“低-高-低”分布特征。夏季四个水层叶绿素a浓度高值区位于舟山群岛附近，各个水层浓度的大小特征为：表层>5米水层>10米水层>15米水层。分层现象较为明显。秋季四个水层叶绿素a浓度分层现象则不太明显，除表层外，其他三个水层叶绿素a浓度分布都呈由西向东升高的趋势。
　　 长江口水体呈现复杂的光学特性，其遥感反射率光谱随各水色组分浓度的变化主要有四种形状。水体总颗粒物吸收光谱由于叶绿素与泥沙浓度的比例不同而呈现浮游植物吸收特征或非色素颗粒物吸收特征。在前人的基础上，对叶绿素吸收系数进行参数化并对吸收光谱进行模拟，得到模拟曲线均方根误差为0.046，具有较高精度。黄色物质吸收光谱随波长增加呈指数衰减，光谱斜率值分布在0.011～0.016nm-1，其在长江口的分布特征为从口门向东南方向逐渐减小。非色素颗粒物吸收光谱与黄色物质类似也随波长增加呈指数衰减，斜率值主要分布在0.005～0.011nm-1。
　　 在长江口半分析模型的建立中，由于经验参数过多而且难以确定，并且受到高散射特性以及复杂水色组分的影响，模型的反演精度不高，均方根误差高达10.21mg/m3。通过对二波段、三波段以及SCI模型的分析，对经验模型在长江口的应用有了初步的了解。分别使用二波段比值法、三波段比值法以及SCI模型对长江口2009年夏季叶绿素a浓度进行反演，结果显示SCI模型在精度上要高于二波段比值法和三波段比值法，无论是在清澈或者浑浊水体中都具有良好的应用效果。