第30卷，第2期 2010年2月
光学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
水体组分光谱耦合效应研究
东军“，李京5，宫阿都5
周冠华1.2，田国良3，陈
1.北京师范大学资源学院，北京100875
2.北京航空航大大学仅器科学与光电工程学院，北京100191
3.中国科学院遇感应用研究所，北京100101 4.青岛海洋地质研究所，山东青岛266071
5.民政部/教育部减灾与应急管理研究院，北京100875
Vol.30,No. 2,pp470-475 February,2010
摘要自然水体不间组分光谱之间存在复杂的耦合作用机制，由此导致水体光学特性的度复杂性，给水质参数遥感反演带米了很大的不确定性，目前对此缺乏系统性认识。基于水体光学MonteCarlo高光谱模拟，研究了典型可遇感水质参数叶绿索a(Chl.a)、总悬浮物（(TSM)与黄色物质(CDOM)光谱特征之间的耦合效应。结果表明：水体组分之间的光学影响具有不对等性；Chla与CDOM的存在不影响TSM信息提取时特征波段的选择；由Chl.a主导的水体对TSM的信息提取影其微，面TSM对Chl.a反射光谱产生的影响非常显著。随着TSM浓度不断增加，Chl.a的浓度对反射率的响应不断减弱，当TSM浓度达到一定水平时，Chla的反射光谱对其浓度的变化完全失去响应。即使在Chl.a缴感的特征波段670nm，当TSM较高时，其光学特性可完全源没Chl.a的光谱响应，使得在高浓度TSM的水体中提取Chl.a的浓度信息非常围难。CDOM的仔在使得蓝绿波段比值算法在Chl.a在中高浓度时失效；由TSM主导的水体比由Chl.a主导的水体对CDOM的光学影响史为显著，TSM对于短波区域CDOM的光学特性具有更强的抑制性。研究结果可为水质遥感波段的选取、水体组分反演算法的适用浓度范围及水色卫星传感器的波段设置等方面提供
了理论基础，尤其对于二类水体水质遥感的发展具有较大的促进作用。关键词水色遥感；光谱耦合效应；蒙特卡罗模拟
中图分类号：X87
引言
文献标识码：A
DOI: 10, 3964/j. issn, 1000-0593(2010)02-0470-06
理的认识，系统深人地研究水体各组分的内在光学特性，进行各组分的定量提取和组分间混合信息的刹离，消除组分间的相互于扰，为发展抗干扰的波段选择及最优波段组合与反
自然水体，尤其是二类水体是由多种游解与悬浮于水体中的无机物与有机物均匀混合而成，这从本质上决定了水体光谐是一种混合像元。因此水体光谱信息是各水色组分吸收与散射光学行为的综合反映，水体光谱的这种综合效应区别于陆地地表的线性混合，不是端元反射率与其面积百分比的加权乘积之和，而包含着水体组分理化特性相互作用的复杂的微观机制，这种微观机制的外在光谱衣征，本文称之为水体组分光谱耦合效应。这种耦合效应的存在，使得难以精确量化二类水体各组分对离水辅亮度的贡献，导致反演过程中各组分间容易互相干扰，反演精度较低"J，最终导致二类水体反演算法难以业务化。为此尚需进一步提高对水色遥感机
演模型奠定理论基础。
虽然目前通过实验手段对单种水质参数Chl.a，TSM与 CD)M等的光谱特征比较了解，但对它们之间的相互影喇规律缺乏系统深人的认识，因此需要加强不同水质参数之间光谱相互影响规律的研究("]。刘显傅等[3]利用分析模型与黄东海实测数据对水色三要素不同含量和相应的逐感反射率之间的关系进行了初步探讨，结果表明二类水体中水色二要素对表观光学特性的影响是交错的，区域性特点很强，不仅与3 种要索中各自所占的比例有关，还与景值的大小有关，特别是浮游植物浓度高的区域TSM的浓度也较高，这样就给建模中特征波长的选择带来很大的困难。本文基于水体光学
收稿日期：2009-01-08，修订日期：2009-04-12
基金项目：国家自然科学基金项甘（40901168)），国家科技支擦计划课题（2008BAC34B03)与中国博士后基金项目（20080440312)资助
作者简介：周冠华，1976年生，北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院讲师
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*通讯联系人
万方数据
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