北黄海浮游藻类的光学特性和遥感反演研究.pdf

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1、 目录 目录 第1 章绪论1 1 1 浮游藻类吸收系数研究现状l 1 2 浮游藻类比吸收系数研究现状2 1 3 叶绿素a 浓度遥感反演研究现状5 第2 章研究海区概况及光谱数据的采集与处理7 2 1 北黄海概况7 2 2 研究站点布设及采样时间介绍7 2 3 数据获取方法8 2 3 1 叶绿素a 浓度数据获取8 2 3 2 吸收系数数据获取9 2 3 3 遥感反射率数据获取1 l 第3 章北黄海浮游藻类吸收系数变化特性1 4 3 1 北黄海浮游藻类吸收系数的时间变化特性1 4 3 2 北黄海浮游藻类吸收系数的空间分布1 8 3 3 北黄海浮游藻类吸收系数与叶绿素口浓度关系2 l 3 4 北黄海

2、浮游藻类吸收系数光谱模型2 5 第4 章北黄海浮游藻类比吸收系数变化特性2 8 4 1 北黄海浮游藻类比吸收系数光谱变化2 8 4 2 北黄海浮游藻类比吸收系数空间分布3 0 4 3 北黄海浮游藻类比吸收系数与叶绿素a 浓度关系3 2 4 3 1 二次多项式函数拟合3 2 4 3 2 幂指数函数拟合3 4 第5 章北黄海叶绿素a 浓度遥感算法及反演3 6 5 1 经验法反演模型建立3 6 5 1 1 二波段比值法3 6 5 1 2 三波段比值法3 7 5 2 模型反演验证鹃 目录 第6 章总结4 0 参考文献4 2 致谢4 8 研究生履历4 9 中文摘要 摘要 本课题收集到了北黄海从2 0 0

3、 9 年3 月至2 0 1 0 年4 月六个航次的浮游藻类吸收 系数及叶绿素浓度等实测数据。在研究中，对北黄海浮游藻类的吸收系数、叶绿 素a 浓度以及比吸收系数的时间以及空间变化特性进行了较为详尽的分析。论文 对北黄海浮游藻类叶绿素a 浓度遥感反演模型进行了讨论，讨论中，将经验法的 二波段比值法和三波段比值法适用于该海区。 本文的主要研究结果有以下几点： ( 1 ) 北黄海浮游藻类吸收系数有明显的时间性差异，春季在6 7 5 n m 和4 4 0 n m 处吸收峰值高于其他三个季节。同时在同一日，随时间的变化浮游藻类吸收系数 也有差异，这是主要是由于洋流运动引起的。 ( 2 ) 北黄海浮游藻类

4、吸收系数的空间分布与叶绿素f l 的空间分布有一定的相 关性。本文分采用幂指数函数对二者进行拟合，拟合结果显示在浮游藻类吸收光 谱的两个主要吸收峰6 7 5 n m 、4 4 0 n m 波段处，吸收系数峰值的大小与叶绿素a 浓度 存在明显的非线性共变趋势。并且在6 7 5 n m 处的拟合相关性比4 4 0 r i m 波长的高。 ( 3 ) 本文采用幂指数函数和二次多项式函数对吸收系数和比吸收系数与叶绿 素a 浓度进行拟合，拟合结果显示在浮游藻类吸收光谱的两个主要吸收峰6 7 5 n m 、 4 4 0 n m 波段处，吸收系数和比吸收系数峰值的大小均与叶绿素a 浓度存在明显的 非线性共变

5、趋势。并且在6 7 5 n m 处的拟合相关性比4 4 0 r i m 波长的高。 ( 4 ) 本章通经验方法建立北黄海海域叶绿素a 浓度的反演模型，并对模型误 差进行了讨论。二波段法R r s ( 6 6 7 ) R r s ( 4 4 3 ) 的三次多项式和三波段法( 妯d ( 6 7 5 ) 一l h 1 ( 6 9 5 ) ) R r s ( 7 3 0 ) 的二次多项式精度较高。分别对北黄海叶绿 素a 浓度进行了反演。通过对两种算法的误差分析发现，二波段比值方法比三波 段比值方法的结果更加接近实测值。 关键词：北黄海：吸收吸收；叶绿素；遥感反演 英文摘要 A B S T R A C

6、T T h et o p i cc o l l e c t st h ef i e l dt e s td a t af o ri n h e r e n to p t i c a lp r o p e r t i e si ns i xv o y a g e st o N o r t hY e l l o wS e af r o mM a r c h2 0 0 9t oA p r i l2 0 10 ，i n c l u d i n ga b s o r p t i o nc o e f f i c i e n to f p l a n k t o n i ca l g a ea n dc

7、o n c e n t r a t i o no fc h l o r o p h y l la n dS Oo n I nt h er e s e a r c h , i ta n a l y z e s t h ea b s o r p t i o nc o e f f i c i e n to fp h y t o p l a n k t o na l g a e ，c h l o r o p h y l lac o n c e n t r a t i o n ，t h et i m e a n ds p a c ev a r i a t i o no ft h ea b s o r p

8、 t i o nc o e f f i c i e n t 。砀et h e s i sd i s c u s s e st h ep l a n k t o n i c a l g a e ，c h l o r o p h y l lac o n c e n t r a t i o n , a n dt h er e m o t es e n s i n gi n v e r s i o nm o d e lo ft h eN o r t h Y e l l o wS e a , m o r e o v e r , i tt a l k sa b o u tt h et w o - b a

9、n dp h o t o g r a p h i cr a t i om e t h o da n d t h r e e - b a n dp h o t o g r a p h i cr a t i om e t h o do ft h ee m p i r i c a la p p r o a c hi sa p p r o p r i a t ef o rt h i s S e a T h e r ea r ef o l l o w i n gm a i nr e s u l t s ： ( 1 ) T h ea b s o r p t i o nc o e f f i c i e n

10、 to fp h y t o p l a n k t o na l g a ei nN o r t hY e l l o wS e ah a s s i g n i f i c a n tt i m i n gd i f f e r e n c e s ，t h ea b s o r p t i o np e a ki s6 7 5 n ma n d4 4 0 r a ni nt h es p r i n g , w h i c hi sl o n g e rt h a no t h e rt h r e es e a s o n s M e a n w h i l e , t h e r e

11、a r ed i f f e r e n c e si nt h e a b s o r p t i o nc o e f f i c i e n to fp h y t o p l a n k t o na l g a e 谢廿lt h ec h a n g e sO V e rt i m e ( s o l a r r a d i a t i o ni n t e n s i t y ) o nt h es a m ed a y , w h i c hi sm a i n l yc a u s e db yt h eo c e a nc u r r e n t s ( 2 ) T h es

12、 p a c ed i s t r i b u t i o na b o u tt h ea b s o r p t i o nc o e f f i c i e n to fp h y t o p l a n k t o na l g a e i nN o r t hY e l l o wS e aa r es o m e w h a tr e l a t i v ew i t ht h es p a t i a ld i s t r i b u t i o no fc h l o r o p h y l l & T h i st h e s i sU S e St h ee x p o n

13、 e n t i a lf u n c t i o nt of i tt h e s et w o ，t h ef i t t i n gr e s u l t ss h o wt w o m a i na b s o r p t i o np e a k sw i t l l6 7 5 n m , 4 4 0 r i mb a n di nt h ea b s o r p t i o ns p e c t l u mo ft h e p l a n k t o n i ca l g a e , a n dt h e r ea r eo b v i o u sn o n l i n e a r

14、t r e n db e t w e e nt h es i z eo fa b s o r p t i o n c o e f f i c i e n ta n dc h l o r o p h y l lac o n c e n t r a t i o n W h a t Sm o r e , t h ef i t t i n gc o r r e l a t i o ni n 6 7 5 n mi sh i g h e rt h a ni n4 4 0 r i m ( 3 ) T h i st h e s i s 鸺鹤t h ee x p o n e n t i a lf u n c t

15、 i o nt o f i tt h ea b s o r p t i o nc o e f f i c i e n to f p h y t o p l a n k t o na l g a ea n dc h l o r o p h y l lac o n c e n t r a t i o n , a n dt h ef i t t i n gr e s u l t ss h o wt w o 英文摘要 m a i na b s o r p t i o np e a k s 、i n l6 7 5 n m , 4 4 0 n mb a n di nt h ea b s o r p t i

16、 o ns p e c t r u mo ft h e p l a n k t o n i ca l g a e , a n dt h e r ea r eo b v i o u sn o n l i n e a rt r e n db e t w e e nt h es i z eo fa b s o r p t i o n c o e f f i c i e n ta n dc h l o r o p h y l lac o n c e n t r a t i o n W h a t sm o r e , t h ef i t t i n gc o r r e l a t i o ni n

17、 6 7 5 n mi sh i g h e rt h a ni n4 4 0 n m ( 4 ) T h i st h e s i ss e t su pa ni n v e r s em o d e la n dd i s c u s s e st h em o d a l e r r o rt ot h e c h l o r o p h y l lac o n c e n t r a t i o no f t h eN o r t hY e l l o wS e at h r o u g he m p i r i c a lm e t h o d T h e p r e c i s i

18、 o na b o u tt h ec u b i cp o l y n o m i a lo ft w o - b a n dp h o t o g r a p h i cr a t i om e t h o dR r s ( 6 6 7 ) R r s ( 4 4 3 ) i sh i g h e rt h a nt h eq u a d r a t i cp o l y n o m i a lo ft h et h r e e - b a n dp h o t o g r a p h i cr a t i o m c t h o d ( R r s - 1 ( 6 7 5 ) - - R

19、 r s 一1 ( 6 9 5 ) ) xR r s ( 7 3 0 ) I tm a k e si n v e r s i o nt ot h ec h l o r o p h y l la c o n c e n t r a t i o no ft h en o r t h e r nY e l l o wS e a T w o - b a n dp h o t o g r a p h i cr a t i om e t h o di sc l o s e r t ot h em e a s u r o dv a l u e so ft h et h r e e - b a n dp h

20、o t o g r a p h i cr a t i om e t h o db yt h ee r r o r a n a l y s i sa n dd i s c o v e r yo f t h e s ea l g o r i t h m s K e yW o r d s ：N o r t hY e H o w S e a A b s o r p t i o n lC h l o r o p h y l l ；R e m o t eS e n s i n g I n v e r s i o n 北黄海浮游藻类的光学特性和遥感反演研究 第1 章绪论 浮游藻类是指在水中浮游生活的微小植物

21、。作为海洋生态系统的主要光能利 用者及初级生产者，其光学特性是生物光学研究之中重要的问题之一。浮游藻类 的光吸收特性受不同内在因素( 细胞分裂周期、色素细胞结构、光辐射强度及藻 类群落结构等) 及外部因素( 如温度、光照强度、盐度等) 影响，因此对它的研 究也成为了生物光学研究之中最复杂的内容之一。 海洋水色卫星遥感是全球观测系统中的一个重要组成部分，在卫星海洋遥感 技术中扮演着重要的角色。由于浮游植物的叶绿素、无机悬浮物和有机黄色物质 是决定水色的三要素，而水色遥感技术的原理是通过卫星传感器接收的信号来反 演获得水体中影响光学性质的组分浓度，进而探测到海洋上层物质成分组成。所 以，水色遥感在

22、海洋初级生产力的估计和海洋通量研究、海洋生态环境监测、海 洋动力学研究、海洋渔业开发和管理服务等方面都具有广泛应用。 1 1 浮游藻类吸收系数研究现状 浮游植物的光谱吸收系数可将现场的生物光学测量与水色遥感资料相联系， 从而在利用卫星遥感估测海洋初级生产力、监测浮游植物种群变化中发挥着重要 作用【。浮游植物吸收又是影响海表温度的一个不可忽略的因素。近年来，人类 活动对全球气候和海洋生态环境造成了很大的影响，对浮游植物吸收系数的研究 引起人们越来越多的关注。浮游植物种群结构的变化在水色光谱中的反映以及如 何对这些信息进行解译是目前海洋生物光学特性研究的一个重点。 海洋水体之中的浮游藻类浓度较低，

23、不易直接测量，并且将浮游藻类吸收系 数从总颗粒物吸收系数中分离出来较为困难，为解决这一问题，目前国际通用的 解决方法是定量滤膜技术( Q F T ，q u a n t i t a t i v ef i l t e rt e c h n i q u e ) 2 n1 引。这种方法操 作简单并且有效的解决颗粒物浓度低的问题，但是引入此方法的同时，使得测量 过程中的实际光程大于颗粒物样品在水体悬浮状态下的几何光程( 光程放大达效 应) ，因此在计算中要对光程进行校正，引入了8 ( 光程放大因子) 为了计算出 1 3 值，T a s s a n 和F e r r a r i 对纯藻和济南水体进行研究，

24、得到一个一元二次表达式【1 9 1 第1 章绪论 此外，为了有效的将浮游藻类吸收系数与总颗粒物吸收系数分离，通常采用的方 法是物理萃取、化学氧化和非化学方法。刘殿伟等使用丙酮萃取过滤膜样本去除 浮游藻类，保留非色素颗粒物，进而测定浮游藻类吸收系数【删。 浮游藻类色素吸收与叶绿素a 浓度关系研究也是水色遥感生物一光学算法开 发的重要组成部分。 浮游藻类色素在某一波段的比吸收系数与叶绿素a 浓度之间存在这一定的定 量关系，叶绿素a 浓度可由遥感测定，因此，建立浮游藻类比吸收系数与叶绿素 a 浓度关系模型，可以为浮游藻类吸收系数的遥感定量化提供重要的理论基础。 浮游藻类吸收光谱的两个主要吸收峰在6

25、7 5 n m 和4 4 0 r i m 附近，这两个吸收峰 主要是由叶绿素a 导致的。在实际的海洋调查中，由于其它色素如叶绿素b ，叶 绿素c ，以及类胡萝t - 素等物质存在和浮游植物细胞的打包效应，这两个吸收峰 的宽度是经常变化的。 大量研究表明，其峰值的大小与叶绿素a 浓度存在明显的非线性共变趋势。 目前多数研究者【2 1 盈】采用将6 7 5 n m 和4 4 0 h m 量吸收峰波段吸收系数( a p h ( 6 7 5 ) 、 a p h ( 4 4 0 ) ) 分别与叶绿素a 浓度( C H I a ) 进行乘幂函数拟合( 式2 1 ) 。 C h a - - P o 口p (

26、 厶) 毋 2 - l 此外L u t z 矧等、S t u a r t t 2 4 1 等建立了直角双曲线函数形式( 式2 2 ) 错误l 未找到引用源 口一( 厶) = 鲁篙 2 2 C l e v e l a n d 明等建立多项式( 式2 3 ) 口一( 厶) = B C h a + 置C h a 2 2 - 3 其中P o 和P I 为经验系数，k 为参考波长。 经验证，这些方法都很好的表述了浮游藻类吸收系数也叶绿素a 浓度之间的 关系 1 2 浮游藻类比吸收系数研究现状 浮游藻类的比吸收系数a p h ( ”是指浮游藻类的吸收系数与叶绿素a 浓度的 北黄海浮游藻类的光学特性和遥感反

27、演研究 比值，a p h ( ”是一个生物光学变量【2 筇2 7 】。由于浮游藻类的比吸收吸收可以将现场 的生物光学测量与卫星遥感资料相关联，因此利用卫星遥感以估测海洋初级生产 力中比吸收系数发挥了重要的作用。 大量实验表明，a p h 。( 九) 变化主要受色素打包效应和色素成分的影响。B r i c a u d 2 l 】 等经研究发现，影响浮游藻类比吸收系数变化的一个重要因素是由藻类的粒径结 构变化所导致的。C i o t t i 等【2 引研究了浮游藻类细胞粒静的大小对浮游藻类吸收光 谱的形状的贡献，实验表明浮游藻类光谱形状8 0 的变化与浮游藻类粒径的结构 变化有关，且随浮游藻类粒径

28、的增大，浮游藻类的比吸收系数a p h 木( 柚呈减小的趋 势。而浮游藻类粒径结构变化对比吸收系数的影响是通过色素打包效应进行的。 色素打包效应即随着叶绿素a 浓度的增加，浮游藻类比叶绿素吸收系数呈减小趋 势的现象。打包效应因子定义为相同量的色素在活体细胞状态下和在溶液状态下 的吸收比值，理想值为l ( 没有打包效应) ，与细胞内色素的成分、浓度及细胞的 粒径有关【2 9 删。Y e n t s c h 和P h i n n e y 3 1 3 2 1 指出，一般来说，贫营养级，由于细胞较 小，打包效应较小；中、高营养级，由于细胞较大，打包效应也相应较大。B r i c a u d a n d

29、S t r a m s k i 那】( 1 9 9 0 ) 认为在马尾藻比吸收系数与秘鲁近海中等营养的水体比吸 收系数变化存在明显的差异，主要是由色素打包效应引起的。S t u a r t 等阱】( 1 9 9 8 ) 的研究结果表明色素打包效应对4 4 0 h m 以及6 7 5n m 处对比吸收系数的影响分别 约为5 8 和3 8 。L o h e m z 等( 2 0 0 3 ) 的研究也认为色素打包效应是影响浮游植 物吸收系数变化的一个重要的因素，在大型藻类居多的水体环境下主要吸收峰处 打包效应的贡献甚至高达6 2 。 研究者认为色素成分对浮游藻类比吸收也有一定的影响。W o z n

30、i a k 3 5 】等发现在 4 4 0 n m 波段处，辅助色素对比吸收系数的变化有着重要的影响。L o h e r n z 等的研 究表明，除叶绿素a 之外的辅助色素在4 4 0n m 波段处对总吸收的贡献为1 4 2 8 。色素成分对浮游藻类的吸收光谱有明显的影响。浮游藻类色素组成中叶绿 素a 是一个主要的光合作用色素，除此之外，其它的辅助色素成分如叶绿素b ， 叶绿素c 等扩大了有机体的采光窗口，提高了浮游藻类的吸收效率和适光能力， 其对光合作用也有较大的贡献。这些辅助色素可以作为辨别浮游藻类种类的标志， 如多甲藻素( P c r i d i n i n ) 可作为甲藻( D i n

31、 o f l a g e l l a t e s ) 的特征色素，叶绿素b 可作为蓝 第1 章绪论 藻的标志色素，墨角藻黄素( F u C o x a n m i n ) 可作为硅藻( d ia t I o m s ) 的标志色素。图1 1 和图1 2 是各类色素成分的比吸收光谱图。浮游藻类辅助色素的组成结构是当前 从生物光学角度实现浮游藻类种群辨别的重要基础。 f 誉 、 j 埭长( 柚) 图1 1B i d i g a r e 等( 1 9 9 0 ) 测量的各类色素成分的比吸收光谱 F i g u r e1 1B i d i g a r ee t c ( 1 9 9 0 ) m e a

32、s u r e dt h es p e c i f i ca b s o r p t i o ns p e c t r u mf o rt h ec o m p o s i t i o n so f t h ep i g m e n t s 1 a m b d a ( 锄瞳) 图1 2G o e r i c k ea n dR c p e t a ( 1 9 9 3 ) 测量的浮游藻类中各种色素成分的比吸收光谱 F i g u r e1 2G o e r i c k ea n dR e p e t a ( 19 9 3 ) m e a s u r e dt h es p e c i f i c

33、a b s o r p t i o ns 1 3 d 2 U u mf o rt h e c o m p o s i t i o n so f t h ep i g m e n t si nt h ep l 硼I l 【1 蜥ca l g a e 王桂芬等【3 6 1 在对南海北部水体进行研究后发现，浮游藻类比吸收系数a p h * ( X ) 随深度的变化则受到浮游藻类种群、光照强度等多种因素的影响，但基本上与叶 绿素a 浓度呈反比关系。且a p h ( 的与叶绿素a 浓度之间存在较好的幂指数关系， 随叶绿素a 浓度的增大而减小。 北黄海浮游藻类的光学特性和遥感反演研究 1 3 叶绿素a 浓

34、度遥感反演研究现状 水色遥感的原理是通过卫星传感器接收信号的变化，来反演获得水体中影响 光学性质的组分浓度，这罩组成成分主要指浮游植物、黄色物质以及水体中的无 机悬浮物。水体中的重要组分浓度发生变化时，必将引起水体光学性质的变化， 主要表现为水体的吸收和散射信号的变化，即水体离水辐亮度的变化。获取离水 辐亮度以后，再根据水体光学性质与各成分浓度的关系，通过一系列反演算法得 到水体中各成分的浓度。 一类水体的叶绿素a 浓度的反演己经相对成熟，目前国际上已将以“波段比 值组合“ 为基础的经验统计算法纳入N A S A 的标准算法，该算法对全球的一类水 体叶绿素a 浓度进行反演，可得到较高的反演精度

35、。二类水体的成分较为复杂， 叶绿素a 浓度的反演要受到黄色物质等因素的影响，各个地区具有很强的区域性， 传统的经验算法无法得到较高的反演精度。因此，对于全球不同海区二类水体的 光学特性的研究，成为了海洋遥感领域中的热点问题之一。 M o r e l 和G o r d e n ( 1 9 8 0 ) 1 3 7 3 8 1 总结了三种基于现场光学要素来解译水色数据的 方法：经验算法、半经验分析算法和分析算法。 经验算法是指直接对现场实测数据集进行统计回归，根据光谱值和水体成分 浓度值之间的关系进行推导，建立两者之间的经验函数【5 7 1 。经验算法在二类水体 中的应用，可以通过设置更恰当的遥感波

36、段或增加光谱波段数来提高精度【矧。此 外，还可以通过扩大反演变量的取值范围，或只研究特定物质的光谱特征，以及 根据水体组分浓度大小分段线性关系回归，提高经验算法在二类水体反演的精度 【5 l S 3 】 o 经验算法应用比较广泛，D e k k e r 5 5 】通过对不同时期的遥感影像数据的处理，分析 了研究区域的水质状况，得出了叶绿素浓度值和T M 影像第二波段的相关性最 佳。刘赳等【蚓通过高光谱地物波谱辐射计测量的数据，分析了水体光谱信息和叶 绿素的关系，并利用7 0 0r i m 左右反射峰和6 8 5a m 左右吸收峰附近波段的比 值，建立了和叶绿素浓度的线性关系，研究结果表明在较短

37、的时间区间内，模型 有很好的相关性。 半分析算法，又称代数法，它是通过结合辐射传输模型与经验方程实现水体 第1 章绪论 组分的反演。L e e 等【5 8 1 在对墨西哥海湾以及蒙特利尔海湾的叶绿素测量时使用代 数法开发了反演模型并与传统的模型计算结果比较，发现精度较高。A n a t o l y 等【5 9 】 利用半分析算法开发了一个基于三波段的半分析模型，将之与二波段的模型比较， 发现三波段的模型无论是在误差还是数据偏离量上都比较小【5 丌。 分析算法主要利用海洋光学基础理论和辐射传输理论来进行研究，以描述水 体组分浓度与水体光谱之间的关系幅“ 。较常用的分析模式有M o r e l 等

38、( 1 9 8 9 ) 的 三组分模式和A h nY u H u a n ( 19 9 9 ) 的分析模式。 近年来，国内建立起来的区域水体叶绿素a 浓度的反演算法已有很多种，如 李铜基等【3 9 】( 2 0 0 4 ) 和许大志等 6 0 l ( 2 0 0 7 ) 基于生物光学特性分别建立了黄东海 海区春季半经验生物光学算法和南海北部海区的叶绿素a 浓度反演算法；沈春燕 等【6 1 】( 2 0 0 5 ) 利用人工神经网络算法对珠江口海域叶绿素a 浓度进行反演；李云 梅等【6 2 】( 2 0 0 6 ) 通过建立水体光学传输的分析模型，对太湖水体进行了叶绿素a 浓度反演。 北黄海浮游

39、藻类的光学特性和遥感反演研究 第2 章研究海区概况及光谱数据的采集与处理 2 1 北黄海概况 北黄海海域是指朝鲜半岛、辽东半岛以及山东半岛之间的半封闭海域。北黄 海海域东接朝鲜半岛，北临辽东半岛，西面是庙岛群岛并与渤海海峡相隔，从朝 鲜长山到成山角连成一线形成北黄海与南黄海的分界线，海域面积约为七万一千 平方公里。海底的地势在总体上呈现出了由东、西两侧向中心以及由北向南倾斜 的特殊态势，平均坡度4 4 。北黄海沿岸分布大量岛屿、礁石，西朝鲜湾内分布 大量的海底潮沟以及海底沙脊。黄海海槽呈N N E 向延伸，由北黄海经过南黄海中 东部向济州岛延伸并分向两侧，并且较为宽缓。 北黄海的平均水深为3

40、8 m ，1 2 以上海域的水深在4 0 一7 0 m 范围内，其大部分 的水深小于7 0 m ，海底的地势由西南、西、北部向中部缓倾，并且由中部向南倾 入南黄海。黄海北端的西朝鲜湾一带，在潮流作用下，会形成多条相互平行水地 下沙脊，呈现北东走向，与潮流方向一致。 2 2 研究站点布设及采样时间介绍 为了研究北黄海浮游藻类吸收系数的区域性和季节性变化特征，建立该海区 叶绿素浓度遥感反演算法，本课题收集到了从2 0 0 9 年3 月至2 0 1 0 年4 月六个航 次的吸收系数及叶绿素浓度等固有光学量实测数据。 第2 章研究海区概况及光谱数据的采集与处理 图2 12 0 0 9 年北黄海海区研究

41、站位布设图 F i g u r e2 1T h el a y o u td i a g r a mo ft h er e s e a r c hs t a t i o ni nN o r t hY e l l o wS e ai n2 0 0 9 2 3 数据获取方法 2 3 1 叶绿素a 浓度数据获取 到达站位点后，使用采水器进行对相应站位水样的采集，并对水样做如下实 验处理： ( 1 ) 将水样真空过滤适量体积，记录过滤体积。 ( 2 ) 将过滤后的样品滤避光保存在液氮中。 叶绿素a 浓度实验室测量采用荧光光度法： 叶绿素a 浓度测定使用美国T u r n e r 公司生产的T O - 7

42、 0 0 室荧光仪，灵敏度为2 0 n g L ，C h l - a 标准从S i g m a 公司购入。 ( 1 ) 取叶绿素a 标准液分阶梯配制成不同浓度的标准样稀释液，并配制1 0 H C I 溶液。 ( 2 ) 取出放在液氮中的样品，用1 0m 1 9 0 丙酮萃取样品膜2 4h 。 ( 3 ) 将样品和标样稀释液离心分离，试验中取其上清液进行测量。 ( 4 ) 荧光计的定标：将每一个浓度的叶绿素a 标样稀释液放入荧光计中，待 北黄海浮游藻类的光学特性和遥感反演研究 稳定约1m i n 以后，读取其信号值( R ) 。然后将标样取出，加入l 滴配制好的 1 0 H C l 溶液。，在试

43、管内混合均匀后将试管放回荧光计，待稳定后记录其酸化后 的荧光信号( R ) 。 ( 5 ) 按照上一步，将萃取样逐一放进荧光计，测量出其未酸化和酸化的响应 值R 和R 。 荧光计对褐色素的灵敏度计算公式如下： f ：F b - - B l k b2 1 E B l k 。 f 是其所有浓度下的平均值。 荧光计的响应因子，凡是色素标样的各个稀释浓度，并取截距为零的简单线 性回归方程的斜率： C 南= R ( F b B l k b ) 2 - 2 利用下列公式计算叶绿素a 的浓度( 单位为p g L 。1 ) ： 胁，口】= ( R 一只- B l k b + B l k ) 刍R 急 2 -

44、3 2 3 2 吸收系数数据获取 对浮游藻类吸收系数样品现场采集方法如下： ( 1 ) 用O 2 l im 滤膜过滤海水，并将0 7 | lm 的6 F F 玻璃纤维滤膜浸泡在滤 出的海水中1 - 2 小时，以减少单片滤纸之间的差别( B r i c a u d 和S t r a m s k i1 9 9 0 ) 。 ( 2 ) 取出一样品盒滴入一小滴滤出后的海水。 ( 3 ) 将采集到的水样用浸泡后的滤膜在低真空度( 约1 2 5m i l l 汞柱) 的压力下 过滤，根据现场水体中颗粒物的浓度，f 一般在0 5 “ - 5L 。 ( 4 ) 将过滤后的滤膜转移到之前准备好的样品盒之中，用铝

45、箔纸将样品盒包 上，达到避光的效果，之后立即放入液氮生物容器中保存。 ( 5 ) 按相同的操作步骤制作两片空白参比滤膜放入液氮生物容器之中保存。 浮游藻类吸收系数测定使用H i t a c h i 公司生产的U 3 0 1 0 型紫外可见光分光光 第2 章研究海区概况及光谱数据的采集与处理 度计，波段扫描范围设定为3 0 0 8 9 0 n m ，扫描速度6 0 0n l T I r a i n ，波谱带宽选择l n m 。 测量步骤如下： ( 1 ) 取出放在液氮中的样品，放置至室温后测量。 ( 2 ) 取出放在液氮中的样品，放置至室温后测量。 ( 3 ) 分光光度计预热3 0r a i n

46、 后进行测量初始仪器的基线和波长校正。 ( 4 ) 取出两片空白膜，进行仪器基线校J 下。 ( 5 ) 从样品光路上的空白膜替换成样品滤纸，确认样品滤纸的适当水合程度， 测量样品的币以) 光谱，保存成数字文件，并记录相关的信息。 ( 6 ) 将测量后的样品膜进行甲醇萃取： ( 7 ) 将样品膜和空白膜放回到滤器架上，把空白膜完全当做样品膜来处理。 ( 8 ) 用洗瓶靠近滤器边缘向样品膜慢慢倒入5 1 0m L1 0 0 甲醇以减少样品 颗粒的再悬浮，然后保持lr a i n 。 ( 9 ) 真空过滤掉甲醇，关闭真空泵，关闭阀门，加入1 0 “ - 1 5m L 甲醇。 ( 1 0 ) 让样品在

47、甲醇中保持大约lh ，在样品萃取过程中，不要让滤膜变干。 萃取完以后，打开真空泵，让甲醇和溶解的色素通过滤纸，用少量甲醇清洗过滤 杯两次，然后用大约2 0m L ，0 2 岬的过滤海水清洗过滤杯边缘三次。 ( I I ) 将萃取后的滤膜按照萃取前测量步骤测量样品的D D 础以) 光谱，如果在 6 7 5n n l 处没有出现叶绿素口吸收峰，说明色素已经完全被萃取，保存成数字文件， 并记录相关的信息。 浮游藻类色素的光谱吸收系数是通过总颗粒物吸收系数与非色素颗粒物吸收 系数之间的差求出的。 ( 1 ) 总颗粒物吸收系数： 过滤在滤纸上的悬浮颗粒物的几何吸收光程( t ) 按下式计算： l - ， ，l = 2 2 _ 4 。 4 其中：匕水样过滤的体积 4 根据滤纸上富集有颗粒物部分的滤纸直径( B