【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋光学观测领域，具体涉及一种海水漫射衰减系数、真光层深度及透明度测量方法。
技术介绍
1、漫射衰减系数、真光层深度及海水透明度等海水光学特性参数是研究水下光场分布、厘清海水透明度和真光层深度的重要基础性参数，是浮游植物光合作用及海洋生物化学循坏研究以及海洋储碳能力评估的重要支撑信息，可为海洋防御体系的构建、水下光伏发电、赤潮等海洋生态灾害预警等军民融合领域的应用和发展提供科学的数据支撑。当前，对于海水漫射衰减系数、海水透明度等关键光学特性参数多基于水色遥感反射率的经验算法反演得到，对于近岸水体应用，水体成份多样且区域气溶胶构成复杂，致使水体大气校正方法时常失效，上述问题导致经验算法准确度低，海域适应性差。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，以辐射传输及漫射衰减系数及真光层深度原理和数学计算公式为基础，提供了一种辐照度辐亮度低成本剖面测量技术，用于不同水体辐照度、辐亮度同步剖面测量，并以实测辐照度辐亮度为基础，提供一种海域水体适应性良好的海水漫射衰减系数、真光层深度及透明度测量方法，以在降低成本的同时提高测量的精度。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
3、一种海水漫射衰减系数、真光层深度及透明度测量方法，所述方法包括：
4、获取海水辐照度辐亮度高光谱剖面分布及其对应剖面深度同步测量数据；
5、根据漫射衰减系数的定义，利用所获取的海水辐照度辐亮度高光谱剖面分布及其对应剖面深度，计算得
6、利用所得到的不同波段漫射衰减系数的剖面分布，根据真光层深度与特定波长漫射衰减系数的相关关系，计算出真光层深度；
7、利用所得到的真光层深度，根据真光层深度与海水透明度之间的相关关系，计算出海水透明度。
8、进一步地，所述利用所获取的海水辐照度辐亮度高光谱剖面分布及其对应剖面深度，计算得到不同波段漫射衰减系数的剖面分布，包括：
9、根据公式(1)进行辐照度漫射衰减系数的剖面分布计算：
10、
11、公式(1)中，z1和z2为两个相近的剖面深度；为下行辐照度的漫射衰减系数，ed为下行辐照度；
12、根据公式(2)进行辐亮度漫射衰减系数的剖面分布计算：
13、
14、公式(2)中，z1和z2为两个相近的剖面深度；为上行辐亮度的漫射衰减系数，lu为上行辐亮度。
15、进一步地，根据公式(3)-(5)计算得到真光层深度zeu：
16、
17、kpar＝mpar*kd(490) (4)
18、
19、公式(3)中，zeu为真光层深度，kpar(zeu)为真光层深度对应的光和有效辐射的漫射衰减系数；
20、公式(4)-(5)中，mpar为经验常数，kd(490)为波长490nm处下行辐照度的漫射衰减系数，kpar为光合有效辐射的漫射衰减系数，kd,10％(490)为490nm处下行辐照度ed(z,490)衰减为表层10％时下行辐照度的漫射衰减系数。
21、进一步地，根据公式(6)计算得到海水透明度zsd：
22、zsd＝kzeu (6)
23、进一步地，所述海水辐照度辐亮度高光谱剖面分布及其对应剖面深度同步测量数据通过高光谱水体辐照度辐亮度剖面测量仪来获取；
24、所述高光谱水体辐照度辐亮度剖面测量仪包括辐照度辐亮度探测传感器、自由落体下沉控制功能模块、深度传感器、非接触式供电控制开关、剖面抛投绳系扣及其固定环；
25、所述辐照度辐亮度探测传感器为圆柱体，包括三部分，上圆柱体为辐照度感光探头、下圆柱体为辐亮度感光探头、中圆柱体为光电转换及数据采集控制单元；
26、所述深度传感器及非接触式供电控制开关水密安装在中圆柱体的端面上；
27、所述自由落体下沉控制功能模块包括一个用于自由落体过程控制的配重锤和一个控制自由落体过程中辐照度辐亮度传感器垂性的浮体；所述配重锤设计为空心，且空心直径略大于辐亮度感光探头的圆柱体，并穿过辐亮度感光探头与辐照度辐亮度传感器机械固紧；所述浮体为空心，且空心直径略大于辐照度辐亮度传感器的中圆柱体的外径，并穿过中圆柱体后由剖面抛投绳系扣及其固定环压紧固定；所述剖面抛投绳系扣及其固定环机械锁紧在中圆柱体的上端。
28、进一步地，所述上圆柱体和下圆柱体的直径小于中圆柱体的直径；所述中圆柱体上下端面均中空，上圆柱体的底端面中空，顶端面安装内置余弦收集器的辐照度感光玻璃窗口，下圆柱体的顶端中空，底端安装辐亮度感光玻璃窗口；上圆柱体的中空底端面与中圆柱体的中空上端面水密锁紧、下圆柱体的中空顶端面与中圆柱体中空下断面水密锁紧。
29、进一步地，所述浮体材质为轻型聚合物，浮体的结构为中空的圆梯台型。
30、进一步地，所述高光谱水体辐照度辐亮度剖面测量仪内置可充电电池和信息存储模块，水下工作为自容式。
31、进一步地，所述光电转换单元包括辐照度高光谱测量模块和辐亮度高光谱测量模块；所述辐照度高光谱测量模块和辐亮度高光谱测量模块能根据光强快速自适应调整积分，完成一次测量最短为us级，最长不超过1s，辐照度辐亮度测量过程通过所述数据采集控制单元控制并实现自容式存储。
32、进一步地，在使用高光谱水体辐照度辐亮度剖面测量仪测量海水辐照度辐亮度高光谱剖面分布及其对应剖面深度时，首先通过剖面抛投绳系扣及其固定环将投放系绳系在系扣上，再通所述非接触式开关开启所述水体辐照度辐亮度剖面测量仪供电，供电成功后通过投放系绳将其投入水中，在所述的自由落体下沉控制功能模块的控制下水体辐照度辐亮度剖面测量仪开始剖面自由落体下沉，下沉过程中，基于所述辐照度高光谱测量模块和辐亮度高光谱测量模块对水体的辐照度辐亮度进行剖面测量，并对水体的辐照度辐亮度及其剖面深度进行自容式存储。
33、本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：
34、本专利技术从辐射传输及漫射衰减系数及真光层深度原理和数学计算公式出发，提供了一种适用于不同水体的低成本辐照度辐亮度剖面测量技术，可对水体的辐照度辐亮度进行原位剖面测量，同时提供一种以原位实测辐照度辐亮度数据为基础的海水漫射衰减系数、真光层深度及透明度测量方法，在提高测量的精度的同时也泛化了方法的海域适应性。避免了经验算法精度低、海域适应性欠佳的问题。
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1.一种海水漫射衰减系数、真光层深度及透明度测量方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的海水漫射衰减系数、真光层深度及透明度测量方法，其特征在于，所述利用所获取的海水辐照度辐亮度高光谱剖面分布及其对应剖面深度，计算得到不同波段漫射衰减系数的剖面分布，包括：
3.如权利要求2所述的海水漫射衰减系数、真光层深度及透明度测量方法，其特征在于，根据公式(3)-(5)计算得到真光层深度Zeu：
4.如权利要求3所述的海水漫射衰减系数、真光层深度及透明度测量方法，其特征在于，根据公式(6)计算得到海水透明度ZSD：
5.如权利要求1-4任一所述的海水漫射衰减系数、真光层深度及透明度测量方法，其特征在于，所述海水辐照度辐亮度高光谱剖面分布及其对应剖面深度同步测量数据通过高光谱水体辐照度辐亮度剖面测量仪来获取；
6.如权利要求5所述的海水漫射衰减系数、真光层深度及透明度测量方法，其特征在于，所述上圆柱体和下圆柱体的直径小于中圆柱体的直径；所述中圆柱体上下端面均中空，上圆柱体的底端面中空，顶端面安装内置余弦收集器的辐照度感
7.如权利要求5所述的海水漫射衰减系数、真光层深度及透明度测量方法，其特征在于，所述浮体材质为轻型聚合物，浮体的结构为中空的圆梯台型。
8.如权利要求5所述的海水漫射衰减系数、真光层深度及透明度测量方法，其特征在于，所述高光谱水体辐照度辐亮度剖面测量仪内置可充电电池和信息存储模块，水下工作为自容式。
9.如权利要求5所述的海水漫射衰减系数、真光层深度及透明度测量方法，其特征在于，所述光电转换及数据采集控制单元包括辐照度高光谱测量模块和辐亮度高光谱测量模块；所述辐照度高光谱测量模块和辐亮度高光谱测量模块能根据光强快速自适应调整积分，完成一次测量最短为us级，最长不超过1s，辐照度辐亮度测量过程通过所述数据采集控制单元控制并实现自容式存储。
10.如权利要求5所述的海水漫射衰减系数、真光层深度及透明度测量方法，其特征在于，在使用高光谱水体辐照度辐亮度剖面测量仪测量海水辐照度辐亮度高光谱剖面分布及其对应剖面深度时，首先通过剖面抛投绳系扣及其固定环将投放系绳系在系扣上，再通所述非接触式供电控制开关开启所述高光谱水体辐照度辐亮度剖面测量仪供电，供电成功后通过投放系绳将其投入水中，在所述的自由落体下沉控制功能模块的控制下水体辐照度辐亮度剖面测量仪开始剖面自由落体下沉，下沉过程中，基于所述辐照度高光谱测量模块和辐亮度高光谱测量模块对水体的辐照度辐亮度进行剖面测量，并对水体的辐照度辐亮度及其剖面深度进行自容式存储。
...【技术特征摘要】
1.一种海水漫射衰减系数、真光层深度及透明度测量方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的海水漫射衰减系数、真光层深度及透明度测量方法，其特征在于，所述利用所获取的海水辐照度辐亮度高光谱剖面分布及其对应剖面深度，计算得到不同波段漫射衰减系数的剖面分布，包括：
3.如权利要求2所述的海水漫射衰减系数、真光层深度及透明度测量方法，其特征在于，根据公式(3)-(5)计算得到真光层深度zeu：
4.如权利要求3所述的海水漫射衰减系数、真光层深度及透明度测量方法，其特征在于，根据公式(6)计算得到海水透明度zsd：
5.如权利要求1-4任一所述的海水漫射衰减系数、真光层深度及透明度测量方法，其特征在于，所述海水辐照度辐亮度高光谱剖面分布及其对应剖面深度同步测量数据通过高光谱水体辐照度辐亮度剖面测量仪来获取；
6.如权利要求5所述的海水漫射衰减系数、真光层深度及透明度测量方法，其特征在于，所述上圆柱体和下圆柱体的直径小于中圆柱体的直径；所述中圆柱体上下端面均中空，上圆柱体的底端面中空，顶端面安装内置余弦收集器的辐照度感光玻璃窗口，下圆柱体的顶端中空，底端安装辐亮度感光玻璃窗口；上圆柱体的中空底端面与中圆柱体的中空上端面水密锁紧、下圆柱体的中空顶端面与中圆柱体中空下断面水密锁紧。
7.如权利要求5所述的海水漫射衰减系数、真...
【专利技术属性】
技术研发人员：李彩，张现清，刘聪，杨泽明，周雯，许占堂，范乐诗，
申请(专利权)人：中国科学院南海海洋研究所，
类型：发明
国别省市：
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