基于海底表层沉积物声速特征的南海地声模型

重点项目资助 8633081903. ( ( ) ) 作者简介 :麻金继 1975 - , 男 , 安徽当涂人 , 讲师 , 中国科学院硕士研究生 ; 杨世植 1964 - , 男 , 安徽肥东县人 , 研究员 , 硕士生导师. - 6 3. 52 ( ) 在 5式中 , W 是一个与风速有关的量 , 表示白帽覆盖海洋表面的比例 ; W = 2 . 956 ×10 ×w s, w s 是风 白帽反射率可表 速 ; R 是白帽的反射率 , R 是海水的镜面反射率 , R是离水辐射反射率. 根据文献 [ 3 , w c g1 sw 示为 : (λ) ( )R = W × R, 6 ef w c π) ( μμ )( P Z, ZR n , + , <; - , < x y f n ( μμ λ) ( )7 R + , <; - , < ;= . g1 4μμ θ4co s 0[ 4 ] ( ) ) θ( 7式中如图 2 中所示 , R 是菲涅耳反射系数 , n 是海水的折射率 , P Z , Z的分解如图 2 所示. 离 0 f n x y 水辐射反射率可表示成下式 : (λ) (μ) (μ ) R t t w d u ( )( μμ λ) 8 R+ , <; - , < ;=. sw 2 3 ( (λ) )n 1 - a R w [ 5 ] (μ) (μ ) 其中 n 是海水的折射率 , a 可看作常数, t 向下辐射透过率 , t 向上辐射透过率.d u 图 1 探测器接收海水表面能量示意图 图 2 海洋粗糙表面浪面分解示意图 (λ) 由文献 [ 4 , 离水辐射反射率 R 可以表示成下式 :w (λ) b b (λ) ( )R = 0 . 33 9 , w (λ) a 其中 1 0 . 550 0 . 62 (λ) (λ) ( ( ))( ×0 . 3 × C . 10 b= b+ 0 . 002 + 0 . 02 0 . 5 - 0 . 25lg Cb w λ 2 (λ) (λ) ( ) 在文献 [ 5 ] 中 , 已经给出了一类水的总吸收系数 a 和水分子的散射系数 b的相关值 , 10式中的 C w ( ) ( ) 表示海水的叶绿素含量. 由 5- 10式可知海洋的反射率除了与太阳的天顶角 、方位角以及观察天顶角 、 方位角有关外 , 还与风速 、风的方位角和海水的叶绿素含量 、盐份和波长有关 . 2 验证 6 7 已有实验和 COV E 模型验证了海浪模型的正确性. 图 3是 COV E 模型 、实验实测数据和海浪模型的结果对比 ,在 COV E 模型计算中 ,我们选用太阳天顶角为 30,?气溶胶光学厚度 0 . 3 , 3 叶绿素含量为 0 . 2 mg/ m,风的速度为 6 m/ s ;在海浪模型计算中 , 参数用 COV E 模 型 相 同 的 值 , 其 它 参 量 是 , 风 的 相 对 方 位 角 为 60,?测量相对方位角为 800167 ,盐份为 60pp t . 为了减小实测值的误差 ,在图 3 中的实测值采用多次测量的 图 3 海浪 、COV E 模型计算值和实测结果对比曲线 平均值. 从图中的曲线我们发现 ,在 400 nm - 750 nm 时 ,海浪模型 () 根据原理式 5编写一简单的程序计算了选择不同参数改变时 ,海洋反射率相应的值. 为了叙述不重复 , 凡在下面计算中没有定义的参量 ,我们选择它们的基本值为 :风速为 6 m/ s ;风的相对方位角为 80;?太阳天顶 3 角 30,?方位角为 0;?观察天顶角为 0,?方位角为 60;?叶绿素含量为 0 . 2 mg/ m;盐份为 80pp t . 3 . 2 分析 () 从图 4 中 ,我们可以发现 1、在 300 nm - 760 nm 之间海洋反射率的变化较大 ,760 nm 到红外处海洋反 () 射率几乎是常数 ; 2、在 300 nm 到 490 nm 之间 ,海洋反射率随着叶绿素浓度的增大而减小 ,而在 490 nm 到 ( ) ( ) 760 nm 之间海洋反射率随着叶绿素浓度的增大而增大 ; 3、一般情况下 一类水 ,同参量,海洋反射率在 410 nm 处达到最大值 . 图 4 海洋反射率随波长 、叶绿素的变化曲线 图 5 海洋反射率随风速的变化曲线 从图 5 中 ,我们可以得到 ,海洋反射率随着风速的增加而增大 ; 而在相同风速的情况下 ,叶绿素浓度为 3 0 . 2 mg/ m时 ,海洋反射率随着波长的增加而增大. 图 6 海洋反射率随太阳天顶角的变化曲线 图 7 海洋反射率随海水盐份的变化曲线 图 6 、7 分别表示了海洋反射率与太阳天顶角和海水含盐量的变化曲线. 从图 6 、7 中我们可以得到 ,海洋 反射率随太阳天顶角的增大而减小 ;随海水盐份的增加而略有增大. 图 6 中我们还可发现 ,太阳天顶角在 0? 到 40?角内变化时 ,海洋反射率变化较大 ;而它在 40到? 90角内变化时? ,海洋反射率几乎没有改变 . 图 8 海洋反射率随观察相对方位角的变化曲线 图 9 海洋反射率随风的相对方位角的变化曲线 图 8 、9 分别表示了海洋反射率与观察相对方位角和风的相对方位角的变化曲线 . 从图中可以得到 ,随着 观察相对方位角的改变海洋反射率几乎不变 ;但风的相对方位角的改变对海洋反射率有较大的影响. 当风的 相对方位角从 0?增加到 90时? ,海洋反射率从最大值减小到最小值 ;当风的相对方位角从 90?增加到 180时? , 海洋反射率从最小值增加到最大值 ,这种改变以 90?的轴成轴对称. 3 . 3 结论 () 从以上的分析可知 : 1、在可见光波段 ,影响海洋反射率的主要因素有 : a . 海水叶绿素含量 ; b. 波长 ; c. ( ) 海水的盐份 ; d. 风速和风的相对方位角 ;e . 太阳天顶角 ;观察相对方位角对海洋反射率几乎没有影响 ; 2、在 近红外波段 ,影响海洋反射率的主要因素有 :a . 海水的盐份 ; b. 风速和风的相对方位角 ;c. 太阳天顶角 ; 其它 参量对它几乎没有影响. 参考文献 : 1 Chandrasekhar S. Radiative TransferM . Oxfo rd U niversit y Press , 1950 ,393 . 2 Koep ke P. Effective Reflectance of Oceanic whitecap sJ . Applied Optics , 1984 ,23 :1816 - 1842 . 3 Co x C and Munk W H. The measurement of t he ro ughness of t he sea surface f ro m p hotograp hs of t he sun glit terJ . J Opt Soc Amer , 1954 , 44 : 838 - 850 . J erlov N G and Steeman Nielsen Eds E. The remote sensing of spect ral radiance f ro m below t he ocean surfaceJ . Optical Aspect s of Oceanogra2 4 p hy , 1974 ,15 :317 - 344 . Mo rel A and Prieur L . Analysis of variatio ns in ocean colo rJ . Limnol Oceanogr , 1977 ,22 :709 - 722 . 5 Zhao F , Li Y , Do ng C etc . An algo rit hm fo r deter minatio n of aero sol optical t hickness f ro m AV HRR imagery over oceansJ . Meteo rology and 6 At mo sp heric p hysics , 2002 ,80 : 73 - 88 . Zho nghai J , Tho mas P and Ken R. Analysis of Broadband solar radiatio n and albedo over t he ocean surface at COV EJ . Jo urnal of at mo sp heric 7 and oceanic technology , 2002 ,19 :1585 - 1601 . ( ) ( ) 8 曹国荣. 平面波倾斜入射时的夫琅的费衍射花样J . 安徽师范大学学报 自然科学版,2000 ,23 1:22 . SIM UL ATIO N OF THE OCEA N S URFACE REFL ECTA NCE BASED O N THE WA VE MOD EL 1 ,2 2MA J in2ji, YAN G Shi2zhi ( 1 . College of Physics and Elect ro nic Info r matio n ,Anhui No r mal U niversit y , Wuhu 24100 , China ; 2 . Anhui Instit ute of Optics and Fine Mechanics , )Chinese Academy of Sciences , Hefei 230031 , China Abstract :The sea reflectance is very smal , w hich has been p roved by lot s of experiment s , but it is an impo rtant parameter w hen we ret rieve t he charaiteristics of t he ocean surf ace by t he satellite . Accurately calculating it s re2 sult is impo rtant , so we buil a kind of new mo del to calculate t he ocean surf ace reflectance . The wave mo del is co mpletely right by t he experiment in case I water . In t he paper , we st udy lot s of f acto rs w hich affect t he ocean surf ace reflectance in t heo ry and get t he ocean surf ace reflectance wit h t he related curve . These co nclusio ns are very p ractical to solve t he R T E fo r Ocean2At mo sp here systems. Key words : ocean surf ace ; radiative t ransfer ; reflectance ()责任编辑 叶松庆