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水体模型

  地球表面70%以上的面积都被水体所覆盖,地球上的水体与人类的生产和生活息息相关。用卫星遥感对海洋和内陆水体现象进行观测,可以获得全球尺度上长时间序列的观测数据,具有传统走航调查无可比拟的优势。在全球气候变化和区域生存环境不断恶化的大背景下,水色遥感在全球海洋研究和区域水环境监测中扮演着越来越重要的作用。水体生态系统模型主要包括三个部分,物理过程、光学过程、生物地球化学过程。物理过程通过营养成分和物质输运,会改变水体光学特性分布,进一步影响水下光场分布,而光场分布又会影响到生物活动,因此对水下光场进行精确建模对于提高水体生态系统模型精度具有重要意义。星载微波雷达是海洋动力环境监测以及海表物理参数测量主要手段之一,并广泛应用在全球海面风场、海浪谱和海面高程等物理参量定量反演和海上溢油污染监测方面,精确的海面微波雷达机理模型是理解遥感观测和提高海面物理参量反演精度的关键。

水体光学模型可以分为侧重前向模拟的辐射传输模型和可以进行反演的参数化模型。水体辐射传输模型主要包括Monte Carlo法[Gordon, 1976; Kirk, 1981; Mobley, 1994; Mobley, et al., 1993; Morel and Gentili, 1991; You, et al., 2009; Zhai, et al., 2010; Zhai, et al., 2013]、不变嵌入法(例如HydroLight)[Mobley, 1994; Mobley, et al., 1993]、离散坐标法(例如DIScreet Ordinate Radiative Transfer, DISORT)[Mobley, et al., 1993; Stamnes, et al., 1988]、矩阵算法(例如MOMO[Fell and Fischer, 2001; Hollstein and Fischer, 2012],PCOART[He, et al., 2010; 何贤强, et al., 2006])等,以及大气-水体耦合辐射传输模型[Bulgarelli, et al., 1999; Fell and Fischer, 2001; He, et al., 2010; Hollstein and Fischer, 2012; Jin, et al., 2006; Jin and Stamnes, 1994; Ota, et al., 2010; Zhai, et al., 2010; Du and Lee, 2014];参数化模型研究众多[IOCCG, 2006],MODIS传感器采用的机理模型主要包括Carder半分析算法[Carder et al., 1999, Carder et al., 2004]、QAA算法[Lee et al., 2002, Lee et al., 2011]、GSM半分析算法[Garver and Siegel, 1997, Maritorena et al., 2002]。

雷达测量的海面雷达回波信号强度主要由雷达频率和极化方式、雷达观测几何以及海面物理参量的散射特性等决定。海面雷达散射模型大致可分为侧重微波散射特性模拟的机理模型和进行物理参量反演的参数化模型。大多数微波散射机理的研究是关于粗糙海面近似散射模型,如[Elfouhaily & Guerin, 2004; Engen et al., 2006; Kudryavtsev, et al., 2003; Kudryavtsev, et al,.2005; Voronovich and Zavorotny, 2014],最新的研究开始关注基于矢量辐射传输机理的复杂海面场景耦合的综合散射模型,如 [Xu et al.,2015]。对于参数化模型的研究较多,如适用于Ku波段的RADSCAT模(Wentz and Smith, 1999)、SASS-II模型(Wentz, et al., 1984)和NUSCAT模型(Nghiem et al., 1997)等;C波段CMOD4(Stoffelen and Anderson, 1997), CMOD_IFR2(Quilfen, et al., 1998)和CMOD5 (Hersbach, et al., 2007)以及L波段GMFs (Isoguchi and Shimada, 2009)等,其中C波段参数化模型应用最为广泛。

水体光学模型 - 典型模型
  1. BRDF-QAA算法
水体微波模型 - 典型模型
  1. CMOD4
  2. CMOD5