【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋光学探测领域，具体涉及一种基于主被动遥感数据反演海洋初级生产力和颗粒有机碳垂直剖面的方法。
技术介绍
1、海洋初级生产力和颗粒有机碳的评估研究对于全球气候变化和海洋碳循环具有重要的意义。目前，国内外关于海洋初级生产力和颗粒有机碳的研究主要通过船载仪器现场测量、生物地球化学浮标(bgc-argo)和卫星水色遥感等观测平台。但是，船载仪器现场测量技术相对耗时、劳动密集、观测范围小，bgc-argo分辨率较低，卫星水色遥感观测平台无法获取水体垂直剖面信息，只能通过水体表层数据建立估算模型，这导致海洋初级生产力和颗粒有机碳的估算具有较大的不确定性。现有的观测平台还无法对海洋初级生产力和颗粒有机碳进行大范围、长时序、高精度评估。因此，亟需发展新型海洋观测技术，获取高精度的海洋水体垂直剖面信息，构建高精度的海洋初级生产力和颗粒有机碳垂直剖面分布遥感反演模型。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术公开一种基于主被动遥感数据反演海洋初级生产力和颗粒有机碳垂直剖面的方法，该系统采用发射波长为532nm的激光器作为发射光源，接收通道为平行偏振通道和垂直偏振通道。反演方法基于高精度的水体光学特性和次表层浮游植物层垂直剖面，建立水体光学参数和浮游植物碳生物量之间的函数关系，构建耦合叶绿素浓度和浮游植物碳生物量垂直剖面的海洋初级生产力反演模型。同时建立高精度水体光学参数和颗粒有机碳之间的函数模型，获取典型海域颗粒有机碳垂直剖面分布。
2、本专利技术的目的通过如下的技
3、一种基于主被动遥感数据反演海洋初级生产力和颗粒有机碳垂直剖面的方法，该方法包括如下步骤：
4、s1：激光脉冲经过海洋水体表面入射到海洋水体中，水体中产生的后向散射信号被接收后，分成平行偏振通道和垂直偏振通道，并进行去噪和距离校正的预处理：
5、s2：计算海洋水体激光雷达衰减系数；
6、s3：基于所述海洋水体激光雷达衰减系数，计算海洋水体在π弧度的体散射系数；
7、s4：基于海洋水体在π弧度的体散射系数，计算海洋水体颗粒物后向散射系数；
8、s5：分别计算沿激光雷达轨迹的海洋初级生产力垂直剖面和沿激光雷达轨迹的颗粒有机碳垂直剖面。
9、进一步地，所述步骤s1包括如下子步骤：
10、(1.1)对采集到的所述平行偏振通道和垂直偏振通道的信号进行初步处理，保留水体的后向散射信号；将海洋激光雷达采集时间、gps航行轨迹经纬度均与水体的后向散射信号进行匹配，获得海洋激光雷达数据sraw；
11、(1.2)将海洋激光雷达数据sraw中的脉冲数据进行平均处理，得到smean；
12、(1.3)对smean中脉冲数据的背景噪声点进行平均处理，得到snoise，然后基于公式sdenoise＝smean-snoise得到去噪后的脉冲数据sdenoise；
13、(1.4)利用激光与海表面相互作用的信号特点，计算海洋激光雷达系统与海表之间的高度，并对所有通道的脉冲数据sdenoise进行距离校正，得到s(λ，z)；其中，λ为激光波长，z为海水深度。
14、进一步地，所述步骤s2中，假设海洋水体在π弧度的体散射系数βπ(λ，z)与激光雷达衰减系数klidar(λ，z)满足βπ(λ，z)＝aklidar(λ，z)r，其中，a为相关参数，r为激光雷达后向散射消光对数比；取激光雷达探测的某边界值深度为zb，则激光雷达衰减系数表示为：
15、
16、进一步地，所述步骤s3中，假设海洋水体在π弧度的体散射系数是不随深度变化的均匀水体光学参数和随深度变化的非均匀水体光学参数之和，则海洋水体在π弧度的体散射系数βπ(λ，z)表示为：
17、
18、其中，
19、s(λ，z)＝sh(λ，z)+sinh(λ，z)
20、
21、
22、其中，sh(λ，z)为均匀水体部分产生的激光雷达回波信号，sinh(λ，z)为非均匀水体产生的激光雷达回波信号，k为激光雷达系统常数，为均匀水体产生的π弧度体散射系数，为非均匀水体产生的π弧度体散射系数。
23、进一步地，所述步骤s4中，海洋水体颗粒物后向散射系数的计算公式如下：
24、
25、其中，χ为βπ(λ，z)和之间的转换因子。
26、进一步地，所述步骤s5中，
27、沿激光雷达轨迹的海洋初级生产力垂直剖面opplidar(z)的计算包括如下子步骤：
28、(1)计算443nm波长的海洋水体颗粒物后向散射系数垂直剖面
29、
30、其中，γ为幂律指数；
31、(2)计算海洋水体浮游植物碳生物量垂直剖面
32、
33、其中，为海洋水体中非藻类颗粒在443nm的后向散射系数，sf为比例因子；
34、(3)基于原位测量的海洋水体颗粒物后向散射系数bbp(λ，z)和原位测量的叶绿素浓度数据，建立海洋水体颗粒物后向散射系数和叶绿素浓度之间的函数关系，海洋水体叶绿素浓度垂直剖面chl(z)表示为：
35、chl(z)＝a1×exp(a2×bbp(λ，z))+a3
36、其中，a1、a2和a3均为系数；
37、(4)将获取的代入chl(z)的公式，得到沿激光雷达轨迹的海洋水体叶绿素浓度垂直剖面chllidar(z)：
38、
39、(5)基于卫星遥感的海表光合有效辐射数据和激光雷达观测的水下光合有效辐射数据，获得光合有效辐射垂直剖面parlidar(z)；
40、(6)基于上述获得的海洋水体浮游植物碳生物量垂直剖面沿激光雷达轨迹的海洋水体叶绿素浓度垂直剖面chllidar(z)和光合有效辐射垂直剖面parlidar(z)，得到浮游植物生长速率垂直剖面：
41、
42、其中，μmax为理想条件下浮游植物的生长速率，为浮游植物生长速率等于0时的值，为在最佳生长条件下的最大潜能值；
43、(7)基于海洋水体浮游植物碳生物量垂直剖面和浮游植物生长速率垂直剖面μ(z)，得到沿激光雷达轨迹的海洋初级生产力垂直剖面opplidar(z)：
44、
45、进一步地，所述步骤s5中，
46、沿激光雷达轨迹的颗粒有机碳垂直剖面poclidar(z)的计算包括如下子步骤：
47、(1)基于原位测量获取的海洋水体颗粒物后向散射系数bbp(λ，z)和碳元素分析仪测量的颗粒有机碳数据poc(z)，建立bbp(λ，z)和poc(z)之间的函数模型：
48、poc(z)＝b1×bbp(λ，z)+b2
49、其中，b1、b2均为系数；
50、(2)将获取的代入poc(z)的公式，得到沿激光雷达轨迹的颗粒有机碳垂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于主被动遥感数据反演海洋初级生产力和颗粒有机碳垂直剖面的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于主被动遥感数据反演海洋初级生产力和颗粒有机碳垂直剖面的方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下子步骤：
3.根据权利要求2所述的基于主被动遥感数据反演海洋初级生产力和颗粒有机碳垂直剖面的方法，其特征在于，所述步骤S2中，假设海洋水体在π弧度的体散射系数βπ(λ，z)与激光雷达衰减系数Klidar(λ，z)满足βπ(λ，z)＝AKlidar(λ，z)R，其中，A为相关参数，R为激光雷达后向散射消光对数比；取激光雷达探测的某边界值深度为zB，则激光雷达衰减系数表示为：
4.根据权利要求3所述的基于主被动遥感数据反演海洋初级生产力和颗粒有机碳垂直剖面的方法，其特征在于，所述步骤S3中，假设海洋水体在π弧度的体散射系数是不随深度变化的均匀水体光学参数和随深度变化的非均匀水体光学参数之和，则海洋水体在π弧度的体散射系数βπ(λ，z)表示为：
5.根据权利要求4所述的基于主被动遥感数据反演海洋初级生产力和颗粒有机碳
6.根据权利要求5所述的基于主被动遥感数据反演海洋初级生产力和颗粒有机碳垂直剖面的方法，其特征在于，所述步骤S5中，
7.根据权利要求6所述的基于主被动遥感数据反演海洋初级生产力和颗粒有机碳垂直剖面的方法，其特征在于，所述步骤S5中，
8.根据权利要求3所述的基于主被动遥感数据反演海洋初级生产力和颗粒有机碳垂直剖面的方法，其特征在于，zB选取激光雷达的最大有效探测深度。
9.根据权利要求6所述的基于主被动遥感数据反演海洋初级生产力和颗粒有机碳垂直剖面的方法，其特征在于，μmax选取的值为2d-1。
10.根据权利要求7所述的基于主被动遥感数据反演海洋初级生产力和颗粒有机碳垂直剖面的方法，其特征在于，系数a1选取的值为-429.9，a2选取的值为-0.9784，a3选取的值为426.1；系数b1选取的值为3.248×104，b2选取的值为32.6。
...【技术特征摘要】
1.一种基于主被动遥感数据反演海洋初级生产力和颗粒有机碳垂直剖面的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于主被动遥感数据反演海洋初级生产力和颗粒有机碳垂直剖面的方法，其特征在于，所述步骤s1包括如下子步骤：
3.根据权利要求2所述的基于主被动遥感数据反演海洋初级生产力和颗粒有机碳垂直剖面的方法，其特征在于，所述步骤s2中，假设海洋水体在π弧度的体散射系数βπ(λ，z)与激光雷达衰减系数klidar(λ，z)满足βπ(λ，z)＝aklidar(λ，z)r，其中，a为相关参数，r为激光雷达后向散射消光对数比；取激光雷达探测的某边界值深度为zb，则激光雷达衰减系数表示为：
4.根据权利要求3所述的基于主被动遥感数据反演海洋初级生产力和颗粒有机碳垂直剖面的方法，其特征在于，所述步骤s3中，假设海洋水体在π弧度的体散射系数是不随深度变化的均匀水体光学参数和随深度变化的非均匀水体光学参数之和，则海洋水体在π弧度的体散射系数βπ(λ，z)表示为：
5.根据权利要求4所述的基于...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁大鹏，陈鹏，潘德炉，
申请(专利权)人：南方海洋科学与工程广东省实验室广州，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。