第六章

水色遙感和輻射計

§6.1水色遙感簡介

§6.2大氣校正

§6.3水色遙感的科學(xué)術(shù)語

§6.4海洋水色的生物光學(xué)算法

§6.5二類水體的水色反演算法

§6.1.1衛(wèi)星和傳感器§6.1.2初級生產(chǎn)力§6.1.3水體類型§6.1.4黃色物質(zhì)§6.1.5浮游植物色素

§6.1

水色遙感簡介

（IntroductiontoOceanColorRemoteSensing）

§6.1.1

衛(wèi)星和傳感器（Satellites&Sensors）

所謂水色（watercolor）或海色（oceancolor）是太陽光經(jīng)水體或海水散射后，可見光和近紅外輻射計監(jiān)測到的散射光的顏色。水色的概念涵蓋了，我們使用中文“水色”既可以代表水體的顏色，又可以代表海洋的顏色。一`水色和海色2.水色三要素

浮游植物的葉綠素（chlorophyll）

無機的懸浮物（inorganicsuspendedmatter）

有機的黃色物質(zhì)（yellowsubstance或gelbstoff）

水色三要素的種類和濃度決定了水體的顏色。

可見光和近紅外輻射計在海洋監(jiān)測中的主要作用是承擔(dān)水色遙感的任務(wù)，水色遙感的主要目的是監(jiān)測海水中浮游植物的葉綠素濃度、無機的懸浮物濃度和有機的黃色物質(zhì)濃度。因為無機的和有機的懸浮物不易于通過光學(xué)方法分辨，人們常使用總懸浮物濃度（totalsuspendedmatterconcentration）代表二者濃度之和。3.承擔(dān)水色遙感的衛(wèi)星傳感器

1997年發(fā)射的“海星”SeaStar

------8波段的“寬視場海洋觀測傳感器”SeaWiFS美國宇航局于1999年發(fā)射的“地球觀測系統(tǒng)AM”（EOS-AM/TERRA）------36波段的中等分辨率成像光譜儀（MODIS）

美國宇航局于2002年發(fā)射的“地球觀測系統(tǒng)PM”（EOS-PM/AQUA）衛(wèi)星

------36波段的中等分辨率成像光譜儀（MODIS）

3.承擔(dān)水色遙感的衛(wèi)星傳感器（續(xù)）1996-1997年運行的日本“高級地球觀測衛(wèi)星”----“海洋水色和溫度傳感器”（OCTS）1978-1986年運行的美國“雨云-7”（Nimbus-7）衛(wèi)星

------“沿岸帶水色掃描儀”（CZCS）

此外，承擔(dān)水色遙感的衛(wèi)星傳感器還包括：德國于1996年分別搭載在俄羅斯和印度的太空平臺上的模塊化電眼掃描儀（MOS）

歐空局于2002年發(fā)射的ENVISAT-1上裝載的中等分辨率成像光譜輻射計（MERIS）等。

4.SeaWiFS的業(yè)務(wù)管理部門提供給用戶13種資料產(chǎn)品

葉綠素-a濃度

（單位是mg/m3）

在波長490nm的漫衰減系數(shù)

（單位是m-1）

懸浮物濃度

氣溶膠指數(shù)

在波長865nm的氣溶膠光學(xué)厚度

云覆蓋度

海面熒光

溶解的有機物碎屑的吸收系數(shù)

顆石藻份額

毛狀藻份額

粒子后向散射系數(shù)

光合有效輻射

歸一化差值陸地植被指數(shù)

§6.1.2

初級生產(chǎn)力（PrimaryProductivity）

定義：表示單位面積（平方米）的海面在單位時間（天）內(nèi)浮游植物中碳元素的增長量（毫克）；單位：mg﹒m-2﹒d-1

意義：初級生產(chǎn)力描述在單位海面面積里浮游植物通過光合作用固定碳的凈速率。

測定：測定初級生產(chǎn)力的值，需要培養(yǎng)水樣，并利用碳的放射性同位素攝取技術(shù)。

1.初級生產(chǎn)力2.

碳同化率（carbonassimilationrate）一個與海洋初級生產(chǎn)力密切關(guān)聯(lián)的物理量是碳同化率.碳同化率描述單位浮游植物（由碳含量來量度）通過光合作用固定碳的凈速率。碳同化率的單位是mg﹒mg-1﹒h-1，其中：第一個mg指增長的浮游植物量，第二個mg指原有的浮游植物量。表示單位浮游植物（毫克）在單位時間（小時）內(nèi)浮游植物中碳元素的增長量（毫克）。§6.1.3

水體類型（WaterCase）

我們根據(jù)決定對海水光學(xué)特征起主要作用的成分，對海水進(jìn)行了光學(xué)分類。如果浮游植物及其“伴生”腐殖質(zhì)對水體的光學(xué)特性起主要作用，則該水體被稱為第一類水體（CaseIwaters）。如果無機懸浮物（如淺水區(qū)海底沉積物的再次懸浮物和河流帶來的泥沙）或黃色物質(zhì)（又稱溶解的有色有機物）對水體的光學(xué)特性有不可忽視的明顯作用，

則該水體被稱為第二類水體（CaseIIwaters）。大多數(shù)開闊海域的海水接近于第一類水體。第二類水體位于與人類關(guān)系最密切、受人類活動影響最強烈的近岸、河口等海域?？倯腋∥铮╰otalsuspendedmatter）、葉綠素和黃色物質(zhì)是影響海洋水色的三要素。定義：CDOM：是DOM中的主要成分，它能吸收藍(lán)色的光而散射黃色的光，從而使水呈淺黃色，故被人們通俗地稱為黃色物質(zhì)（yellowsubstance或gelbstoff）。

意義：黃色物質(zhì)在影響海水的光學(xué)性質(zhì)方面起重要作用，在全球碳循環(huán)中也扮演重要的角色。

2.黃色物質(zhì)§6.1.4

黃色物質(zhì)（YellowSubstanceorGelbstoff）

DOM:海水中的溶解有機物

POC：顆粒狀有機碳DOC：溶解的有機碳CDOM：有色溶解有機物它們之間的關(guān)系：DOM包含POC和DOC。CDOM是DOM中的主要成分。1.預(yù)備知識式中kab(λo)是在波長λ0處電磁波的吸收系數(shù)，λ0是某一任選波長，常數(shù)s在0.011～0.016之間。例如，有文獻(xiàn)采用λ0=443nm，s=0.012。黃色物質(zhì)在藍(lán)色波段能強烈地吸收光能。實驗發(fā)現(xiàn)，在0.35～0.70μm波段范圍內(nèi)，海水中黃色物質(zhì)引起的吸收系數(shù)可表示如下

§6.1.5

浮游植物色素（PhytoplanktonPigment）

1.定義在沿岸帶水色掃描儀（CZCS）的產(chǎn)品中，葉綠素-a濃度和褐色素濃度之和被稱為海水中的色素濃度（pigmentconcentration），并用C表示。

其中：葉綠素-a濃度（chlorophyll-aconcentration）

褐色素濃度（phaeopigmentconcentration）

2.分類主要的浮游植物色素有葉綠素-a、b和c（Cabc：Chlorophyllsa,b,c）；光合的類胡蘿卜素（PSC：PhotoSyntheticCarotenoids）；抑光的類胡蘿卜素（PPC：PhotoProtectantCarotenoids）。次要的浮游植物色素有1）藻膽素（phycobilinpigment）；2)藻紅色素[phycoerythrinpigment]；3)藻青色素（phycocyaninpigment）。測量葉綠素濃度有三種基本方法：高性能液相色譜儀測量法、分光光度計測量法熒光法。

3.測量葉綠素濃度的基本方法高性能液相色譜儀HPLC（HighPerformanceLiquidChromatography）可根據(jù)樣品的光譜特征測定50余種海水色素的濃度，包括葉綠素-a、b和c和胡蘿卜素的濃度。使用紫外可見光分光光度計（Ultraviolet/VisibleSpectrophotometer）能夠根據(jù)浮游植物的丙酮萃取液在某些波段衰減系數(shù)的測量來確定葉綠素-a的濃度。使用帶積分球的紫外可見光分光光度計還能夠測定葉綠素-a和b、黃色物質(zhì)和懸浮泥沙等海洋水色三要素的濃度。

因為葉綠素-a受到藍(lán)光（450/470nm）激發(fā)能產(chǎn)生紅色（685/695nm）熒光，利用這個性質(zhì)可使用熒光光度計/熒光計（fluorophotometer/fluorometer）測量海水中的葉綠素-a的濃度。

圖6-1顯示了2003年6月使用多傳感器水體參數(shù)觀測儀AAQ1183熒光探頭測量的活性葉綠素-a的濃度的垂直剖面圖，從左到右分別代表渤海海域中的葉綠素垂直分布的四種類型。調(diào)查表明，圖示的A和B類型在所有測量站點所占的比例達(dá)到86％，其中類型Ａ占58%類型Ｂ占28%，它們是渤海海域中的葉綠素垂直分布的主要類型。

4.使用活性熒光法在海水中現(xiàn)場測量獲得的葉綠素-a數(shù)據(jù)被稱為“活性葉綠素-a濃度”，多傳感器水體參數(shù)觀測儀AAQ1183熒光探頭測量的“活性葉綠素-a濃度”以ppb（partsperbillion）為單位。ppb與我們平常規(guī)范的μg/L單位不同。需要將活體葉綠素的測量數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)規(guī)范的測量方法（例如萃取熒光法）獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，完成從ppb到mg/m3的單位轉(zhuǎn)換；這種方法是“現(xiàn)場標(biāo)定法”，“現(xiàn)場標(biāo)定法”的優(yōu)點是考慮了海水渾濁度對轉(zhuǎn)化公式的影響。第二種方法是“實驗室標(biāo)定法”，即采用市場銷售的葉綠素-a的晶體配置設(shè)定濃度的溶液，通過熒光計探頭的測量數(shù)據(jù)與設(shè)定濃度的比較，完成從ppb到mg/m3的單位轉(zhuǎn)換。“實驗室標(biāo)定法”

的優(yōu)點是獲得的轉(zhuǎn)換公式與實驗室測量之間的相關(guān)較好，缺點是獲得的轉(zhuǎn)換公式不一定適用于渾濁海域。

§6.2

大氣校正和離水輻射（AtmosphericCorrection&Water-LeavinRadiation）

§6.2.1大氣透射率§6.2.2離水輻射的貢獻(xiàn)§6.2.3氣溶膠散射的輻亮度§6.2.4MODIS的大氣校正方程§6.2.1

大氣透射率（AtmosphericTransmittance）

1.水色衛(wèi)星遙感的大氣校正方程

式中Li(λ)代表衛(wèi)星探測的輻亮度(radiance)，腳標(biāo)i代表傳感器第i個通道；LR(λ)代表大氣的分子散射的輻亮度，腳標(biāo)R是Rayleigh的英文首字母，大氣分子對所有波段電磁波的散射均屬于瑞利散射（Rayleighscatter）；LA(λ)代表氣溶膠散射的輻亮度，腳標(biāo)A是氣溶膠（aerosol）的英文首字母；Lr

(λ)代表海面的鏡面反射（specularreflectance），也稱為太陽耀斑（sun’sglitter），太陽耀斑應(yīng)該避免；t(λ,θ)是大氣的漫透射率(diffusetransmittance)，T(λ,θ)是大氣的直接透射率（directtransmittance），λ是傳感器第i個通道對應(yīng)的波長（wavelength）；θ是衛(wèi)星天頂角（satellitezenithangle）；Lw(λ)是離水輻亮度（water-leavingradiance）。1.水色衛(wèi)星遙感的大氣校正方程(續(xù))離水輻亮度描述被表層海水散射的太陽輻射，不是海水自發(fā)輻射，與海水發(fā)射率無關(guān)。

2.大氣漫透射率（diffusetransmittance）

大氣漫透射率t(λ,θ)可由下面公式表示

式中τR(λ)是大氣分子瑞利散射的光學(xué)厚度，τA(λ)是氣溶膠散射的光學(xué)厚度，τoz(λ)是臭氧吸收的光學(xué)厚度，ωA是氣溶膠對太陽輻射的單次散射反照率，ωR是大氣分子對太陽輻射的單次散射反照率，fA代表氣溶膠向上散射概率,fR代表大氣分子向上散射概率。

3.t(λ,θ)的化簡在漫透射光的條件下，fRωR≈0.5，fAωA≈0。所以，t(λ,θ)可近似地簡化為

因為鏡面反射的光比較強，這種情況下反射光在傳播過程中的散射部分就可以忽略，即fA

=fR

≈0。由此大氣的直接透射率T(λ,θ)可近似地簡化為

3.t(λ,θ)的化簡(續(xù))吸收和散射會使輻射損失，而多次散射的累積作用又使輻射增強?？紤]以上兩種作用，大氣漫透射率t(λ,θ)可表達(dá)為

式中βR表示多次瑞利散射的累積作用，βA表示多次氣溶膠散射的累積作用。

§6.2.2

離水輻射的貢獻(xiàn)（ContributionfromWater-LeavingRadiation）

將大氣瑞利散射與氣溶膠散射之和[LR(λ)+LA(λ)]改用粒子散射項Lp(λ)表達(dá)，大氣校正方程可改寫為波長(nm)

對信號的貢獻(xiàn)(%)清水

渾濁水tLwLpTLrtLwLpTLr44052055067075014.417.514.52.21.184.481.284.296.397.01.21.31.31.51.918.132.334.916.41.180.866.664.182.497.41.11.11.01.21.5表6-1：離水輻射(tLw)、大氣散射(Lp)、表面反射(TLr

)對衛(wèi)星傳感器接收到的可見光波段信號的貢獻(xiàn)（引自Sturm1981）

表6-1顯示了（6-7）右側(cè)三項各自對沿岸帶水色掃描儀CZCS五個波段接收的輻亮度貢獻(xiàn)的百分?jǐn)?shù)。該表說明，可見光波段傳感器接收的信號Li(λ)，主要是由大氣散射Lp(λ)貢獻(xiàn)的。包含著海洋信息的離水輻亮度的貢獻(xiàn)由tLw代表，它在衛(wèi)星接收到的信號中占的份額可能不到20%；海面對陽光的直接反射的貢獻(xiàn)由TLr代表，在沒有出現(xiàn)太陽耀斑出現(xiàn)的情況下，它在衛(wèi)星接收到的信號中占的份額不到2%。因此，這說明海水是一種暗散射體，大氣校正對于水色遙感特別重要；水色掃描儀對“信噪比”的技術(shù)要求也應(yīng)更高。圖6-2：上部顯示了在葉綠素-a濃度極低和極高情況下，水色傳感器在大氣層頂和海表面分別能探測的在400-900nm波長范圍的向上輻亮度；下部顯示了4個水色探測器、1個陸地探測器和2個氣象探測器在400-900nm波長范圍的波段設(shè)置。圖6-2顯示了在一個理論模型中（Esaias等1998），水色傳感器在大氣層頂和海表面分別能探測的向上輻亮度L（λ）（單位是μW﹒cm-2﹒sr-1﹒nm-1）

的大小和分布。傳感器在海表面能探測的向上輻亮度等于海水的離水輻亮度。海水的離水輻亮度包含了海洋葉綠素濃度的信息；通過對在各個波段離水輻亮度的大小和斜率特征的研究，可獲得葉綠素反演算法。圖6-2的下部還顯示了三種水色傳感器（COCTS、MODIS、SeaWiFS和CZCS）、一個陸地衛(wèi)星傳感器（TM）和兩個氣象衛(wèi)星傳感器（AVHRR）的波段的位置，橫杠長度表明了各波段的帶寬?？梢钥吹剑覈鳫Y-1衛(wèi)星裝載的中國海洋水色和溫度掃描儀（COCTS）的8個可見光波段位置與寬度非常類似于美國“海星”（SeaStar）衛(wèi)星上裝載的8波段的寬視場海洋觀測傳感器（SeaWiFS）；不同的是，COCTS比SeaWiFS多設(shè)了兩個熱紅外波段，這兩個熱紅外波段可以探測海表面溫度。與美國“陸地衛(wèi)星”（Landsat）裝載的主題繪圖儀（TM）、NOAA-15極軌氣象衛(wèi)星裝載的改進(jìn)型甚高分辨率輻射計（AVHRR/3）和我國FY-1氣象衛(wèi)星裝載的多通道可見光和紅外掃描輻射計（MVISR）相比，水色掃描儀的波段更多和更窄。窄波段意味著高分辨率（resolution），一般水色掃描儀的譜分辨率是10nm甚至更小。圖6-2中，上部兩條幾乎重合的曲線分別代表在葉綠素-a濃度極低（0.01mg/m3）和極高（10.0mg/m3）情況下傳感器在大氣層頂（TOA:top-of-atmosphere）探測的輻亮度的Li(λ)；在圖的右側(cè)看，從上往下數(shù)第三條曲線代表在葉綠素-a濃度極高（10.0mg/m3）情況下海水的離水輻亮度Lw(λ)；在圖的右側(cè)看，從上往下數(shù)第四條曲線代表在葉綠素-a濃度極低（0.01mg/m3）情況下海水的離水輻亮度的Lw(λ)。請注意，圖中標(biāo)識大氣層頂輻亮度的兩條曲線基本重合，這是對數(shù)縱坐標(biāo)在高數(shù)值的坐標(biāo)位置不能顯示出輻亮度較小變化的緣故?！?.2.3

氣溶膠散射的輻亮度（RadianceScatteredbyAerosols）

大氣校正中最主要的任務(wù)是對氣溶膠散射的輻亮度做出估計。

1.光場的Q因子是輻照度E（λ）與輻亮度L（λ,θ）之比

式中采用輻亮度的積分代替了輻照度。對于光學(xué)上各向同性的介質(zhì)，計算表明Q=π。

2.氣溶膠散射的輻亮度

氣溶膠散射的輻亮度可表示為

式中LAero（λ,θ）是在大氣層頂（位于同溫層以上）的衛(wèi)星傳感器接收的氣溶膠散射的輻亮度，EAero（λ）是傳播到大氣層頂?shù)臍馊苣z散射的輻照度。Esc（λ）是傳播到對流層以上同溫層以下的氣溶膠散射的輻照度，toz（θ）

是在同溫層的臭氧吸收引起的漫透射率。

3.氣溶膠散射的輻照度與氣溶膠衰減的輻照度之比等于氣溶膠的散射系數(shù)與衰減系數(shù)之比

式中ω0（λ,θ）|Aero是公式（4-28）定義的單次散射反照率（albedo），它代表氣溶膠的散射系數(shù)與衰減系數(shù)之比；Esc（λ）也代表在對流層里被氣溶膠向上散射的輻照度。Ea(λ)|Aero代表在對流層里被氣溶膠衰減的輻照度Ea(λ)|Aero，其腳標(biāo)“a”代表衰減（attenuation）。4.在對流層里被氣溶膠衰減的輻照度Ea(λ)|Aero

式中θ是衛(wèi)星天頂角（satellitezenithangle），τA是對流層里的氣溶膠的光學(xué)厚度，Es(λ)是傳播到對流層以上同溫層以下的太陽輻照度，Es(λ)exp(-τA/cosθ)是又經(jīng)對流層里的氣溶膠衰減后剩余的太陽輻照度。

5.Es(λ)與達(dá)到大氣層頂（TOA:topofatmosphere）的太陽輻照度E0(λ)的關(guān)系是

式中θs是太陽天頂角（solarzenithangle），τoz是同溫層里的臭氧的光學(xué)厚度。

對于第一類水體，近紅外波段的離水輻亮度Lw

(λ0)≈0。我國水色傳感器COCTS、美國水色傳感器SeaWiFS和MODIS在近紅外都有兩個波段。因此，可以使用水色傳感器的測量數(shù)據(jù)和公式（6-18）估計氣溶膠散射在近紅外波段λ0的輻亮度LAero

(λ0)；然后通過公式（6-16），可計算在任意波長上的氣溶膠散射的輻亮度LAero

(λ)。對于第二類水體，也可以發(fā)展類似的估計方法。計算在任意波長上的氣溶膠散射的輻亮度的目的，是為了剔除大氣校正方程（6-7）中的氣溶膠散射項，這項工作屬于大氣校正工作中最重要的一環(huán)。引進(jìn)氣溶膠校正因子ξ（λ,λ0）

§6.2.4

MODIS的大氣校正方程

（AtmosphericCorrectionEquationofMODIS）

考慮更詳細(xì)一些,大氣校正方程可寫為式中Li(λ)是衛(wèi)星能探測到的波長為的輻亮度，LR(λ)是大氣分子瑞利散射的輻亮度，LA(λ)是氣溶膠散射的輻亮度，LRA(λ)是大氣分子和氣溶膠粒子多次散射的輻亮度，Lw(λ)是離水輻亮度，LWC(λ)是海浪破碎生成白冠（whitecaps）引起的輻亮度，Lr

(λ)是海表面的鏡面反射，t是大氣的漫透射率，T是直接透射率。根據(jù)輻亮度和輻照度的定義，對于光學(xué)上各向異性的介質(zhì)，我們有一個普遍的關(guān)系式LQ=E，式中的比例系數(shù)是光場的Q因子。對于光學(xué)上各向同性的介質(zhì)，Q=π，所以我們有一個特殊的關(guān)系式Lπ=E。在假設(shè)大氣是光學(xué)上各向同性介質(zhì)的前提下，輻亮度L與π的乘積代表輻照度。

MODIS算法研究小組提出的反射率定義是

式中L(λ)代表公式（6-20）右側(cè)各項的輻亮度，E0(λ)代表達(dá)到大氣層頂（TOA:topofatmosphere,）的太陽輻照度，θs是太陽天頂角，分母代表大氣層頂處在當(dāng)?shù)兀ń?jīng)緯度位置）方向向下的太陽輻照度。E0(λ)cosθs是當(dāng)?shù)禺?dāng)時的入射光在衛(wèi)星高度處的輻照度，它代表入射光的強度。標(biāo)準(zhǔn)化處理的意義是，標(biāo)準(zhǔn)化處理后獲得的各項與入射光的強度無關(guān)，只與當(dāng)時當(dāng)?shù)氐暮Ｑ螅ㄓ蓛?nèi)部各種粒子的成分和濃度決定）的光學(xué)性質(zhì)和大氣（由漫透射率t決定）的光學(xué)性質(zhì)有關(guān)。這樣，在不同時間和不同太陽天頂角條件下觀測到的數(shù)據(jù)可以在同一個標(biāo)準(zhǔn)下相互比較。

這就是MODIS的大氣校正方程(Esaias等1998)。

§6.3

水色遙感的科學(xué)術(shù)語（ScientificTermsofOceanColorRemoteSensing）

§6.3.1離水輻亮度

§6.3.2遙感反射率

§6.3.1

離水輻亮度（Water-LeavingRadiance）

如果已經(jīng)知道海水的離水輻亮度，利用生物光學(xué)算法就可以量化葉綠素濃度和其它成分的濃度。生物光學(xué)算法包括分析算法、半分析算法、波段比率算法、藍(lán)綠比值算法和經(jīng)驗算法等。下面將介紹生物光學(xué)算法的物理基礎(chǔ)。由朗伯余弦定律（LamberCosineLaw），離水輻亮度（water-leavingradiance）Lw(λ,θ)與衛(wèi)星天頂角（satellitezenithangle）θ無關(guān)。因為海面對可見光和近紅外波段的電磁波近似地是一個朗伯表面，故

（6-23）

圖6-3顯示了海面附近向上和向下各種輻亮度和輻照度的關(guān)系。本節(jié)將依據(jù)本圖依次推導(dǎo)離水輻亮度Lw(λ,θ)與大氣層頂?shù)奶栞椪斩菶0(λ)的關(guān)系。

圖6-3:幾種輻亮度和輻照度的關(guān)系離水輻亮度Lw(λ,0)與海面下的向上輻亮度的關(guān)系是

（6-24）

式中Lu（λ,0－）代表海面下的向上輻亮度，自變量“０－”表示表示剛好處于水表面以下下角標(biāo)“ｕ”表示向上輻亮度。n′是海-氣界面復(fù)折射率的實部，它也稱為折射率；在可見光和近紅外波段，n′≈1.33。在（6-24）的分母中，(n′)2表明光波由海水到大氣傳播時光束立體角的變化能夠帶來輻亮度的變化。

在（6-24）中，水-氣界面透射率ti與菲涅耳反射率的關(guān)系是

（6-25）

式中ρ是在太陽光垂直入射條件下水-氣界面的菲涅耳反射率（FresnelReflectance）；在可見光和近紅外波段，ρ≈0.02,ti

=1-ρ≈0.98。海面下的向上輻亮度（subsurfaceupwellingradiance）Lu（λ，0－）和海面下的向上輻照度（subsurfaceupwellingirradiance）Ｅu（λ，0－）之間的關(guān)系是

（6-26）

式中Q因子等于向上輻照度與向上輻亮度之比，它與海水的自然光場的角分布有關(guān)。海面下的漫反射率（subsurfacediffusereflectance）R也稱為輻照度反射率（irradiancereflectance），它的定義是

（6-27）式中Ｅu（λ，0－）是海面下的向上輻照度（subsurfaceupwellingirradiance），Ｅd（λ，0－）是海面下的向下輻照度（subsurfacedownwellingirradiance）。

海面下的向下輻照度Ｅd（λ，0－）與海面下的向上和向下輻照度的關(guān)系是

（6-28）

進(jìn)一步可得

（6-29）

式中R是海面下的漫反射率，r是海-氣界面下的輻照度反射率,是水表面的反照率（albedo），它與波長λ和太陽天頂角θS的余弦略有關(guān)系。這里反照率是沿用了歷史文獻(xiàn)的用語，實際上是海-氣界面上的輻照度反射率，它描述界面對來自空氣的下行電磁波的反射率。而r描述界面對來自海洋內(nèi)部的上行電磁波的反射率。

海面上的向下輻照度Ｅd（λ，0+）定義是

（6-30）式中（λ）代表平均日地距離處大氣層外垂直入射的太陽輻照度，θS是太陽天頂角。在海洋調(diào)查規(guī)范中，太陽光在海面的向下輻照度ES(λ)或Ｅd（λ,0+）被稱為“海面入射輻照度”。我們規(guī)定使用符號ES(λ)或Ｅd（λ,0+）表示海面入射輻照度，0+表示剛好處于水面以上。

t(λ,θS)是太陽輻照度的大氣透射率，它的定義如下

（6-31）

聯(lián)合各式,離水輻亮度Lw

(λ,θ)最后可表達(dá)為

（6-32）或者換一個形式

（6-33）該方程的左側(cè)代表衛(wèi)星遙感經(jīng)大氣校正能夠測量的物理量，稱為遙感反射率；右側(cè)通過次表層漫反射率R與葉綠素、懸浮泥沙和黃色物質(zhì)濃度等水色三要素相關(guān)。

§6.3.2

遙感反射率（RemoteSensingReflectance）

遙感反射率Rrs

(λ)（remotesensingreflectance）的定義是

（6-35）

式中遙感反射率Rrs

(λ)的單位是sr-1，Lw

(λ)是太陽光在海面的離水輻亮度，Ｅd（λ，0+）是太陽光在海面的下行輻照度，（λ）代表平均日地距離處大氣層外垂直入射的太陽輻照度。圖6-4：太陽輻照度（solarirradiance）隨波長λ的變化圖6-4顯示了太陽輻照度隨波長的分布。圖中的第一條曲線代表根據(jù)普朗克黑體輻射定律計算的具有6000K表面溫度太陽輻射到平均日地距離處的輻照度E（λ）隨波長的分布。第二條曲線代表測量的平均日地距離處大氣層外垂直入射的太陽輻照度（λ）隨波長λ的分布。第三條曲線代表當(dāng)太陽天頂角等于25°時（2003年8月13日11:30），使用分辨率為2.7nm的野外高光譜輻射儀在渤海（39°41′N，121°03′E）現(xiàn)場測量的斜射太陽光在海面的下行輻照度Ｅd（λ，0+）。m代表根據(jù)公式（5-51）計算的大氣光學(xué)質(zhì)量。m=0是0°的太陽天頂角對應(yīng)的光學(xué)質(zhì)量，m=1.1是25°的太陽天頂角對應(yīng)的光學(xué)質(zhì)量。在圖6-4中，第一條曲線是根據(jù)普朗克黑體輻射定律計算的太陽輻射到平均日地距離處的輻照度，但沒有考慮太陽表面氣體吸收和輻射。太陽輻射到平均日地距離處的輻照度不同于在太陽表面的輻照度，前者等于后者乘以（rS/rS-E）2。太陽半徑rS=6.96×105km，日地平均距離rS-E=1.495×108km。第二條曲線的小擾動是太陽表面的氣體吸收和輻射引起的，第三條曲線右側(cè)的大擾動是大氣層里水汽和氧氣吸收引起的。第三條曲線沒有顯示出（λ）隨波長λ的小擾動，這是因為光譜分辨率為2.7nm的高光譜輻射儀不能分辨代表小擾動的線光譜，這些線光譜被儀器做了平滑處理。第三條曲線比第二條曲線代表的能量明顯降低，這是由太陽光的斜射以及大氣吸收和散射引起。圖6-5：2003年8月在渤海及北黃海海域調(diào)查使用光譜輻射儀測量的遙感反射率

圖6-5顯示了2003年8月作者使用我國安徽光機所生產(chǎn)的ISI921VF地物光譜輻射儀在渤海及北黃海海域調(diào)查測量的遙感反射率Rrs

(λ)隨波長的分布。

圖6-6：2003年4月在黃海和東海使用光譜輻射儀測量的遙感反射率圖6-6顯示了2003年4月使用美國

ASD公司便攜式

UV-VIS-NIR光譜輻射儀在黃海和東海海域調(diào)查獲得的遙感反射率Rrs

(λ)

隨波長的分布（唐軍武2003）。圖中橫坐標(biāo)代表以nm為單位的波長，縱坐標(biāo)代表以sr-1

為單位的遙感反射率Rrs

(λ)。

圖6-7：ISI921VF便攜式野外高光譜輻射儀

圖6-7顯示了國產(chǎn)ISI921VF便攜式地物光譜輻射儀，右側(cè)的方型板是標(biāo)準(zhǔn)反射板，右側(cè)第二是光譜輻射儀的主機，右側(cè)第三是光譜輻射儀的探頭。

§6.4

海洋水色的生物光學(xué)算法（Bio-OpticalAlgorithmsofOceanColor）

§6.4.1分析算法

§6.4.2波段比值模型的分析基礎(chǔ)

§6.4.3基于藍(lán)綠比值的SeaWiFS經(jīng)驗算法

§6.4.4基于藍(lán)綠比值的MODIS經(jīng)驗算法

§6.4.5基于藍(lán)綠比值的CZCS經(jīng)驗算法

§6.4.1

分析算法（AnalyticalAlgorithm）

根據(jù)Gordon等（1983）的研究，漫反射率R與海水的固有光學(xué)性質(zhì)有關(guān)，即(6-42)

式中kab

是介質(zhì)的吸收系數(shù)，ksc

是后向散射系數(shù)，kab+ksc代表衰減系數(shù)。這兩個系數(shù)描述海水的固有光學(xué)性質(zhì)。

kab+ksc代表衰減系數(shù)。這兩個系數(shù)描述海水的固有光學(xué)性質(zhì)，它們可分解為

式中kab|水和kab|i分別是水和第i種組份的吸收系數(shù)，ksc|水和ksc|i是分別是水和第i種組份的后向散射系數(shù)。這些系數(shù)和組份的濃度Ci

的關(guān)系可表示為

式中fi是第i個組份濃度Ci的函數(shù)，它一般是非線性的。因為一般不知道?的值，或知道很少，所以由遙感反射率得出Ci

需要采用經(jīng)驗算法。

對于浮游植物，提出的表達(dá)式是

（6-47）式中C(z)代表在深度z處的色素濃度，z(skin)代表穿透深度（或譯為皮層深度：skindepth），權(quán)函數(shù)f(z)可近似地表達(dá)為

（6-48）式中ka

代表向下輻照度的漫衰減系數(shù)。

§6.4.2

波段比值模型的分析基礎(chǔ)（AnalyticalBasisofBand-RatioModels）

根據(jù)Aiken等（1995），將（6-35）代入（6-36），標(biāo)準(zhǔn)化離水輻亮度可以表示如下

（6-49）式中Lwn（λ）是標(biāo)準(zhǔn)化離水輻亮度，R是漫反射率，（λ）代表平均日地距離處大氣層外垂直入射的太陽輻照度，其余部分與波長在第一類水體海域基本無關(guān)。

1.標(biāo)準(zhǔn)化離水輻亮度假設(shè)海-氣界面的影響處于定常狀態(tài)，則波長為λi和λj的標(biāo)準(zhǔn)化離水輻亮度的比可以表示為

（6-50）式中Li:j

是Lwn(λi)/Lwn(λj)的縮寫形式。光場的Q因子和波長略有關(guān)系，但不易確定。漫反射率R是輻亮度比值的決定性因素。

漫反射率R可以表示為

（6-51）式中G代表向下輻射光場的影響，b(λ)是后向散射系數(shù)，a(λ)是吸收系數(shù)。a(λ)和b(λ)是純水的光學(xué)性質(zhì)和海水中的光學(xué)活性成分的共同作用結(jié)果。

將（6-51）代入（6-50）,離水輻亮度的比值Li:j

可表示為

（6-52）式中g(shù)是常數(shù)，它包含海-氣界面的影響、光場影響、以及光場的Q因子等三項的比值。

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，可獲得g的估計值為；為了討論水體組份的影響，常常忽略g的變化，認(rèn)為g等于1。

把水體組份的固有光學(xué)性質(zhì)分解為幾個部分，則Li:j可表示為

（6-53）式中aw是海水的吸收系數(shù)，bw是海水的后向散射系數(shù)；P是粒子濃度（包括碎屑物質(zhì)），bp是粒子后向散射系數(shù)，G是溶解有機物和類溶解有機物的濃度，ag是此類物質(zhì)的吸收系數(shù)；C是SeaWiFS色素的濃度，也稱為葉綠素生物量的濃度，ah是此類物質(zhì)的吸收系數(shù)。在公式(6-53)中，ah(λ)C由五部分組成，表達(dá)式如下

（6-54）式中C是SeaWiFS色素濃度，Ca、Cb、Cc、aa、ab、ac

分別是葉綠素-a、b和c的濃度和吸收系數(shù)，Cps、Cpp、a

ps和app

分別是光合作用和抑光作用類胡蘿卜素的濃度和吸收系數(shù)。

如果定義B為（6-55）

它代表海水的固有光學(xué)性質(zhì)；代入（6-55）到（6-53），則有

（6-56）式中Aj=ah(λj)/aw(λj)，Bj=ag(λj)/aw(λj)，Dj=bp(λj)/bw(λj)。當(dāng)粒子濃度P和溶解有機物和類溶解有機物的濃度G可以忽略時，上式進(jìn)一步簡化為此外，溶解有機物和類溶解有機物的吸收系數(shù)ag可表示為下列曲線形式

（6-58）式中S的值為0.016nm-1，ag(375)的值為0.06，λ的單位是nm。

§6.4.3

基于藍(lán)綠比值的SeaWiFS經(jīng)驗算法（SeaWiFSEmpiricalAlgorithmBasedonBluetoGreenRatio）

藍(lán)綠比值法初始是用來處理和解釋CZCS圖像的。實踐證明，此方法對第Ⅰ類水體來說很有用。藍(lán)綠比值法建立的基礎(chǔ)是標(biāo)準(zhǔn)化離水輻亮度的高精度海上現(xiàn)場測量和色素濃度的同步測量。為了方便耦合測量數(shù)據(jù)，常用色素濃度（或葉綠素濃度）表示浮游植物生物量。

CZCS色素濃度指葉綠素-a和褐色素葉綠素-a（chlorophyll-a&phaeopigment）的濃度；SeaWiFS色素濃度指葉綠素-a、b和c的濃度，也稱為葉綠素生物量（chlorophyllbiomass）的濃度。SeaWiFS和MODIS產(chǎn)品包括CZCS色素濃度和SeaWiFS色素濃度。本節(jié)介紹的是基于SeaWiFS數(shù)據(jù)的CZCS色素濃度算法（Aiken等，1995）。雨云衛(wèi)星NIMBUS實驗小組NET（NimbusExperimentTeam）利用二項式和多項式曲線擬合方法，重新分析了NET數(shù)據(jù)，并由此提出了一系列經(jīng)驗算法（Aiken等1995）。如果已知公式（6-55）定義的代表海水固有光學(xué)性質(zhì)的參數(shù)B，使用包括在第Ⅰ類和第Ⅱ類水體條件下觀測的NET數(shù)據(jù)，在公式（6-57）中代入C=Ca+CP，可獲得公式（6-57）中的系數(shù)A1和A2的值，以及色素C=（Ca+CP）的適用范圍。

（6-55）

（6-57）

波段比值CA1A2R2×100

412:555443:555490:555510:55513.14±1.860.059±0.0716.79±0.769.55±1.080.068±0.059.68±0.405.29±0.370.232±0.043.82±0.163.07±0.150.262±0.031.94±0.0984.487.989.891.4表6-2:依據(jù)NET色素（Ca+CP）數(shù)據(jù)對公式（6-57）進(jìn)行的曲線擬合

表6-2顯示了依據(jù)NET數(shù)據(jù)對公式（6-57）進(jìn)行擬合獲得的系數(shù)A1和A2的估計值，以及色素C的適用范圍，這些數(shù)據(jù)可用于發(fā)展基于公式（6-57）的算法。在表6-2中，相關(guān)系數(shù)R2

的定義是：R2=b12/(σ1σ2)，式中b12

是兩個隨機變量（現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)和模型輸出數(shù)據(jù)）的協(xié)方差，σ21是現(xiàn)場數(shù)據(jù)的方差，σ22是模型所得數(shù)據(jù)的方差，b12/(σ1σ2)代表兩個隨機變量之間的相關(guān)系數(shù)。因為模型所得數(shù)據(jù)是由觀測數(shù)據(jù)計算而來，所以它們也是個隨機變量。利用傳統(tǒng)的冪指數(shù)模型，CZCS色素（葉綠素-a和褐色素）濃度可表示成

（6-59）式中Ca是葉綠素-a的濃度，Cp是褐色素的濃度，式中Li:j

是Lwn(λi)/Lwn(λj)的縮寫形式。對（6-59）取自然對數(shù)，可獲得另一種形式

（6-61）式中β是斜率，ln(α)是截距。表6-3列出了由NET數(shù)據(jù)獲得的斜率和截距。波段比值截距l(xiāng)n(α)斜率βR2×100412:555443:555490:555510:555412:510443:510490:510412:490443:490412:443-0.339-1.0950.051-1.2840.696-2.0850.688-2.854-0.505-1.533-0.464-2.2090.627-7.035-0.791-1.733-0.924-2.983-0.601-2.91372.281.786.486.858.774.481.546.565.920.9表6-3:依據(jù)NET數(shù)據(jù)獲得的斜率和截距

圖6-8：SeaWiFS觀測獲得的在赤道太平洋熱帶不穩(wěn)定波影響下的葉綠素分布圖（引自http://seawifs.gsfc.nasa.gov/SEAWIFS.html）圖6-8顯示了SeaWiFS觀測獲得的在赤道太平洋熱帶不穩(wěn)定波影響下的葉綠素分布圖。葉綠素分布間接顯示了赤道太平洋熱帶不穩(wěn)定波的影響范圍沿赤道延伸約10，000公里。所以，SeaWiFS水色掃描儀的遙感數(shù)據(jù)不僅可用于初級生產(chǎn)力的估計，還可能用于海洋動力學(xué)的研究。

§6.4.4

基于藍(lán)綠比值的MODIS經(jīng)驗算法（MODISEmpiricalAlgorithmBasedonBluetoGreenRatio）

滿足MODIS的生物光學(xué)經(jīng)驗產(chǎn)品的基本形式（Esaias等1998）為

（6-61）式中的中間參變量X是

（6-62）式中Lwn(λ)是標(biāo)準(zhǔn)化離水輻亮度，波段9、10、11和12的波長分別是443nm、490nm、531nm和550nm，A、B、C、D和E是回歸系數(shù)，常數(shù)e、f和g是0或1，它們用來對不同產(chǎn)品選擇波段。

產(chǎn)品

log(色素)CZCSlog(色素)SeaWiFSlog(葉綠素-a)log(漫衰減系數(shù))ABCDEefg00-1.270.51100-4.5410.32-9.743.001111-4.9912.34-12.123.78111100-1.40.071

100表6-4:經(jīng)驗算法（6-61）和（6-62）系數(shù)的預(yù)設(shè)值表6-4列出了上述系數(shù)和常數(shù)，對它們的估計是基于CZCS的實驗數(shù)據(jù)庫（此數(shù)據(jù)庫為SeaWiFS做過調(diào)整）。這種算法用于計算在第一類水體條件下的如下產(chǎn)品：CZCS色素（葉綠素-a和褐色素）、SeaWiFS色素（葉綠素生物量）、葉綠素-a和漫衰減系數(shù)ka(λ=490nm)。

§6.4.5

基于藍(lán)綠比值的CZCS經(jīng)驗算法（CZCSEmpiricalAlgorithmBasedonBluetoGreenRatio）

美國宇航局發(fā)展的雨云衛(wèi)星Nimbus/CZCS測量CZCS色素（包括葉綠素-a和褐色素）濃度和懸浮物濃度的經(jīng)驗算法是

（6-63）或者

（6-64）式中Lu（λ，0－）是（6-26）定義的海面下向上輻亮度，R是（6-27）定義的海面下漫反射率，A和B是經(jīng)驗常數(shù)。

其中C是葉綠素-a和褐色素-a濃度之和（單位是mg/m3）。

測量海水漫衰減系數(shù)Kd

(λ)的經(jīng)驗算法是

（6-65）或者

（6-66）式中Ai、Bi和Ci是經(jīng)驗常數(shù)?！?.5

二類水體的水色反演算法（AlgorithmsofOceanColorRetrievalforCase2Waters）

§6.5.1代數(shù)法和非線性最優(yōu)化法

§6.5.2主成分分析法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法

§6.5.3經(jīng)驗算法

§6.5.4葉綠素-a垂向最大值的經(jīng)驗算法

§6.5.5赤潮

二類水體反演算法包括代數(shù)法、非線形最優(yōu)化法、主成分分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和經(jīng)驗法等。

§6.5.1

代數(shù)法和非線性最優(yōu)化法（AlgebraicAlgorithm&NonlinearOptimizationAlgorithm）

1.代數(shù)法（AlgebraicAlgorithm）

最簡單的算法是代數(shù)法，它使用代數(shù)式描述海洋光譜特征與水中物質(zhì)組份濃度之間的定量關(guān)系。首先，依據(jù)測量光譜數(shù)據(jù)來建立海洋水色模型（又稱“半分析模式”）；然后，對該模式進(jìn)行簡化，通過一些近似關(guān)系，減少未知量的個數(shù)或者未知量間的相互依賴關(guān)系；最后得到一組代數(shù)方程，通過求解該方程組，獲得各未知量的解。代數(shù)法的優(yōu)點是將水色因子的已知光學(xué)特性與理論模式耦合起來，對特定的二類水域的運算結(jié)果較精確，但反演的物質(zhì)濃度個數(shù)有限。2.非線性最優(yōu)化法（NonlinearOptimizationAlgorithm）

非線形最優(yōu)化法先確定一個海洋水色模式，通過調(diào)整作為輸入的反演參數(shù)的濃度（即葉綠素、懸浮無機物、黃色物質(zhì)等的濃度），重復(fù)計算，獲得多個與之對應(yīng)的輻亮度的模式計算值，使得模式所得的輻亮度計算值與實際的輻亮度測量值之間的誤差χ2最小。通常預(yù)設(shè)一個χ2的閾值來限制測量和計算的次數(shù)。

非線性最優(yōu)化算法大致有四步：第一步，處理沿岸帶水色掃描儀CZCS的數(shù)據(jù)，剔除大氣分子瑞利散射的輻亮度，獲得CZCS經(jīng)瑞利散射校準(zhǔn)的輻亮度LCZCS；第二步，采用分析模型進(jìn)行計算，以獲得海面下的輻亮度LSS；第三步，將海面下的輻亮度LSS輸入到海-氣輻射傳輸模型，經(jīng)過計算獲得不包含瑞利散射的輻亮度LCALC；第四步，建立瑞利散射校準(zhǔn)輻亮度模型值與測量值的差值關(guān)系χ2=∑(LCZCS–LCALC)2；并采用最優(yōu)化算法，選取葉綠素、懸浮物質(zhì)與黃色物質(zhì)的濃度值、以及氣溶膠散射的輻亮度，使χ2達(dá)到最小值。

應(yīng)用非線性最優(yōu)化方法需注意兩個方面：第一、設(shè)置預(yù)測模型的參數(shù)時要保證將要反演的未知參量之間的相關(guān)性盡可能小，因為在反演的未知量之間總是具有一定的相關(guān)。例如葉綠素-a和總懸浮物之間具有一定的相關(guān)性，這樣，較大的相關(guān)就可能導(dǎo)致定量反演的結(jié)果含糊不清。第二、初始條件的設(shè)定也很重要。如果可能，應(yīng)該為每一個需要反演的未知量設(shè)定各自的上限和下限，從而保證得到確切的最小值（為防止χ2出現(xiàn)許多最小值，即方程出現(xiàn)多個解）。此外，還需要盡可能提高運算速度。

§6.5.2

主成分分析法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法（PrincipalComponentAnalysisAlgorithm&ArtificialNeuralNetworkAlgorithm）

因為不同波段的光譜數(shù)據(jù)特征具有很大的相關(guān)性，所以為減少這種相關(guān)性，我們采用主成分分析法。給出水體組份和大氣光譜性質(zhì)，輻射傳輸模型可以產(chǎn)生在大氣頂部的光譜輻亮度數(shù)據(jù)集。對光譜數(shù)據(jù)的主成分分析可以決定所需光譜通道數(shù)及每一個光譜通道在反演水體組份濃度時所占的權(quán)重。相對于使用所有波段而言，主成分法考慮了各波段之間潛在的差別，提高了反演水體組份的準(zhǔn)確性。主成分分析法的主要優(yōu)點是：第一點、線性算法，簡單、穩(wěn)定、運算快捷；第二點、大氣影響自動體現(xiàn)在加權(quán)因子中，不必進(jìn)行大氣校正；第三點、可用區(qū)域光學(xué)模式確定加權(quán)因子，進(jìn)行優(yōu)化。一主成分分析法二人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法（ArtificialNeuralNetworkAlgorithm）

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法起源于對人腦功能的模擬。其主要特點有（1）高度并行性（2）高度的非線性全局作用（3）良好的容錯性能與聯(lián)想記憶功能（4）十分強的自適用、自學(xué)習(xí)功能。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是在人類對其大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)認(rèn)識理解的基礎(chǔ)上人工構(gòu)造的能夠?qū)崿F(xiàn)某種功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；類似于生物神經(jīng)系統(tǒng)單元，它由許多并行運算的簡單單元組成。運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可實現(xiàn)函數(shù)逼近、數(shù)據(jù)聚類、模式分類和優(yōu)化等計算功能。這里將介紹多層、反向傳播算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。它是在輸入和輸出層之間增加若干層神經(jīng)元，這些神經(jīng)元稱為隱單元，與外界沒有直接聯(lián)系，但其狀態(tài)的改變，則能影響輸入與輸出的關(guān)系。使用f表示各個神經(jīng)元的輸入與輸出之間的關(guān)系函數(shù)，亦即式中uik為第k層的第i單元的輸入，Vik為第k層的第i單元的輸出，Wij為由第k﹣1層的第j個神經(jīng)元到第k層的第i個神經(jīng)元的權(quán)重。此外，我們定義誤差函數(shù)r為期望輸出與實際輸出之差的平方和式中yj是輸出單元的期望輸出，Vjm是實際輸出。如果期望輸出與實際輸出不符，就產(chǎn)生誤差信號，這就需要通過某種公式改變權(quán)重Wij。后一次的權(quán)重更新是適當(dāng)考慮上一次的權(quán)重之后獲得的更新值。

圖6-9：一個簡單的三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖6-9顯示了一個三層反向傳播算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，每個輸入節(jié)點代表一個波段，輸入層的值分發(fā)到隱含層的每個節(jié)點，并在此進(jìn)行如上的運算，隱含層的輸出值再次成為輸出層的輸入，并再次進(jìn)行運算，輸出層的輸出將是我們所要求的物理量。隱含層的節(jié)點數(shù)由函數(shù)的復(fù)雜程度決定。

§6.5.3

經(jīng)驗算法（EmpiricalAlgorithm）

一海表層葉綠素-a濃度（subsurfacechlorophyll-aconcentration）C（mg/m3）與遙感反射率（remotesensingreflectance）Rrs之間的一個經(jīng)驗?zāi)Ｐ透鶕?jù)在黃海和東海的海上調(diào)查獲得的2003春季77個站點的觀測數(shù)據(jù)，我國科研人員建立了海表層葉綠素-a濃度C與遙感反射率Rrs之間的一個經(jīng)驗?zāi)Ｐ停ㄌ栖娢?003）

（6-70）式中的中間參變量X是

（6-71）模型中的常數(shù)a=-1.0，α0=0.37457，α1=-3.7278，α2=-3.0679。該模型依據(jù)的是“藍(lán)綠波段比值法”，412nm和443nm代表藍(lán)色波段，510nm和555nm代表綠色波段。統(tǒng)計分析表明，77個站點的現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)和模型輸出數(shù)據(jù)之間的相關(guān)系數(shù)R2=0.74，平均相對誤差為36%。二海表層總懸浮物濃度（totalsuspendedmatterconcentration）S（mg/L3）與遙感反射率（remotesensingreflectance）Rrs之間的一個經(jīng)驗?zāi)Ｐ?/p>

根據(jù)在黃海和東海的海上調(diào)查獲得的2003春季71個站點的觀測數(shù)據(jù)，我國科研人員建立了海表層總懸浮物濃度S與遙感反射率Rrs之間的一個經(jīng)驗?zāi)Ｐ停ㄌ栖娢?003）

（6-72）模型中的常數(shù)β0=0.58213，β1=23.84071，β2=-0.48532。77個站點的現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)和從模型計算所得數(shù)據(jù)之間的相關(guān)系數(shù)R2=0.97，平均相對誤差為19%。

三海表層總懸浮物濃度（totalsuspendedmatterconcentration）S（mg/L3）與遙感反射率（remotesensingreflectance）Rrs（670）之間的另一個經(jīng)驗?zāi)Ｐ彤?dāng)總懸浮物濃度S＞3mg/L3時，遙感反射率Rrs（555）和Rrs（670）相關(guān)程度較高。所以，我國科研人員建立了海表層總懸浮物濃度S（mg/L3）與遙感反射率Rrs（670）之間的另一個經(jīng)驗?zāi)Ｐ停ㄌ栖娢?003）

（6-73）現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)和從模型計算所得數(shù)據(jù)之間的相關(guān)系數(shù)R2=0.9071。

四海表層黃色物質(zhì)濃度（yellowsubstanceconcentration或gelbstoffconcentration）Y與遙感反射率（remotesensingreflectance）Rrs之間的一個經(jīng)驗?zāi)Ｐ忘S色物質(zhì)與有色溶解有機物（CDOM:ColoredDissolvedOrganicMatter）是同義詞。