石油水体后向散射系数的垂向变化研究

论文摘要

Ⅱ类水体的组分十分复杂,在重力和水动力等因素的作用下,水体组分的垂向呈非均匀分布特征,由于石油类水体污染的存在,石油类微粒在水体中发生垂向扩散,进而使水体组分的垂向非均匀性变得更加复杂。当水体组分的浓度发生变化时,其吸收和散射等水体光学特性也随之发生变化,光线在水体组分的作用下发生后向散射,最终形成离水辐射并携带水体的垂向结构信息被遥感卫星传感器接收。水下光场模式的研究是基于水体光学特性进行的,若假设水体组分垂向均匀,则会在一定程度上降低了模式的准确性,使模式不能适用于水体组分垂向非均匀特性明显的近岸海域中。因此探讨石油类水体的光学特性垂向变化问题,对水体辐射传输模式的研究具有重要意义。本研究以石油水体后向散射系数为研究对象,探讨后向散射系数的垂向变化规律。以大连港沿岸海域为研究区域选取3个站点,进行了以下工作:（1）基于潮汐预报数据和海流实测数据阐述分析了水体的水文情况;（2）基于悬浮物和石油类浓度的实测数据阐述分析了悬浮物和石油类浓度垂向分布概况和随时间变化情况;（3）基于Landsat-8的OLI数据阐述分析了悬浮物浓度和石油类浓度在水体表层的水平分布情况;（4）基于悬移质垂向分布理论、后向散射系数分离算法与后向散射系数随悬浮物和随石油类浓度变化的经验关系,建立后向散射系数垂向变化的半经验模型;（5）从模型计算后向散射系数垂向变化率,分析后向散射系数随深度变化的特征;（6）通过平均相对误差和平均绝对误差讨论模型的有效性。结果表明:（1）离岸较近的A站点和B站点,其海流主要呈沿岸方向,且海流方向和大小具有半日潮周期特征,说明两处的海流受到地形和潮汐的影响,而位于三山岛水道东侧的C站点,其海流主要指向三山岛水道,但海流方向和大小的半日潮周期特征并不明显,说明该处海流主要受地形影响;（2）整体上,悬浮物浓度随深度增加而增加,而石油类浓度随深度增加而减少,说明悬浮物有沉降趋势,而石油类有上浮趋势。此外,悬浮物浓度具有随潮汐变化的特征,但浓度升降时间滞后于潮汐,而石油类浓度则具有受到速度较大的海流的影响而迅速变化的特征,但浓度变化可能是上升或下降;（3）悬浮物和石油类的水平分布情况相近,主要集中在沿岸和相对于海流的岛的后侧海域,说明环境因素对两者的水平分布影响相似;（4）后向散射系数与水深之间的关系并非简单的初等函数关系,而是e指数与复合e指数之和的关系;（5）在表层,A站点和B站点的后向散射系数垂向变化率相近,说明两处在表层的悬浮物和石油类浓度变化趋势相近,C站点的后向散射系数在整个水体中的后向散射系数垂向变化率均比前两个站点的小,且几乎稳定在略小于0.0005的水平,说明C站点在整体上后向散射系数均匀变化;（6）3个站点的半经验模型平均相对误差分别为1.984、0.282和0.349,平均绝对误差为0.025、0.006和0.005,表明模型在不同站点具有不同的精度,在离岸最近的A站点精度最低,C站点次之,B站点最好。该模型对研究水下光场模式有重要意义。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 国内外研究现状

1.1.1 水体后向散射系数影响因素的研究

1.1.2 水体垂向非均匀性差异的研究

1.2 选题背景和研究意义

1.2.1 选题背景

1.2.2 研究意义

1.3 研究思路和技术路线

2 研究区域水体概况

2.1 研究区域与站点分布

2.2 潮位预报概况

2.3 实测参数概况

2.3.1 海流

2.3.2 后向散射系数

2.3.3 石油类浓度

2.3.4 悬浮物浓度

2.4 Landsat-8影像获取水体表层概况

2.4.1 遥感数据源的选择

2.4.2 Ladsat-8影像数据概况

2.4.3 Landsat-8影像数据处理

2.4.4 结果分析

2.5 本章小结

3 悬浮物和石油类浓度及其后向散射系数的关系

3.1 总后向散射系数、悬浮物和石油类后向散射系数的关系

3.2 悬浮物、石油类浓度分别与其后向散射系数的关系

3.2.1 悬浮物浓度和悬浮物后向散射系数的关系

3.2.2 石油类浓度和石油类后向散射系数的关系

3.3 总后向散射系数、悬浮物浓度和石油类浓度的关系

4 后向散射系数垂向变化模型的建立及结果

4.1 悬移质垂向分布理论

4.1.1 紊动扩散理论

4.1.2 悬浮物和石油类浓度垂向分布模型

4.2 后向散射系数垂向变化模型的建立

4.2.1 后向散射系数垂向变化模型形式的确定

4.2.2 后向散射系数垂向变化模型特定系数范围的确定

4.2.3 后向散射系数垂向变化模型的回归结果

4.3 后向散射系数垂向变化模型有效性分析

4.3.1 误差计算

4.3.2 引入误差的因素

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

致谢

作者简介

导师简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄颖恩

导师: 黄妙芬

关键词: 后向散射系数,石油类水体,悬浮物,垂向变化,半经验模型

来源: 广东海洋大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 海洋学,环境科学与资源利用

单位: 广东海洋大学

基金: 国家自然科学基金资助项目“石油污染水体辐射传射特性研究”(课题号:41771384),国家重点研发计划“海洋环境安全保障”重点专项“基于固定平台的海洋仪器设备规范化海上测试技术研究与试运行”课题三“测试试验海域海洋环境精细化调查”(课题号:2016YFC1401203),广东海洋大学科研启动费资助项目“构建面向海水养殖环境虚拟星座关键技术研究”(课题号:16187)

分类号: X55

DOI: 10.27788/d.cnki.ggdhy.2019.000160

总页数: 61

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