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漂在海上的科学家记南京信息工程大学海洋科学(3)

来源:海洋科学 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2021-06-10
作者:网站采编
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摘要:而这一系列荣耀的背后,是一砖一瓦搭建新院系的辛勤付出,以及一点一滴培养团队的巨大努力。 专注遥感 拓展应用 21世纪“海上丝绸之路”、海洋安全

而这一系列荣耀的背后,是一砖一瓦搭建新院系的辛勤付出,以及一点一滴培养团队的巨大努力。

专注遥感 拓展应用

21世纪“海上丝绸之路”、海洋安全保障、海洋资源调查、海洋与气候变化研究、“透明海洋”和“智慧海洋”建设亟须海洋环境探测提供科学决策。

团队合影

针对这些需求,丘仲锋带领研究团队,围绕海洋水质生态环境遥感的两个关键科学问题——“海水颗粒物对水体光学特性影响机制”和“近海复杂水体水质生态要素信息提取方法”,开展了系统深入的研究,为我国近海水质生态环境的卫星遥感监测提供了理论基础和技术支撑。

近5年来,在国家原“863”计划、国家自然科学基金等项目的持续支持下,丘仲锋团队在我国近海开展了17个航次的观测,初步认清了颗粒物及水体光学特性的时空分布变化规律,揭示出水体颗粒固有光学特征变异的驱动机制,建立了近海复杂水体水质生态要素的系列遥感信息提取方法,并进行了结合遥感与数值模拟的海洋生态灾害监测应用。

在上述项目攻关过程中,悬浮物粒径对海水光学性质及遥感算法的影响是一个难题。“海水光学性质与许多海洋过程及海洋生态系统密切相关,受颗粒物性质影响很大,粒径就是其中一项重要因素,影响着水体吸收散射等光学特性及水体中光的辐射传输,其分布跨度达到12个级别,对水色要素浓度的遥感反演影响很大。”丘仲锋介绍,开展粒径对水体光学性质及遥感算法的影响研究,不仅有利于了解区域水体光学特征,而且对于发展适合我国的水色遥感算法,具有重要的科学意义,但在以往中国近海的研究中较少涉及。

2013年至今,丘仲锋负责的国家自然科学基金面上项目“悬浮物粒径对海水光学性质及遥感算法影响研究”和“低于2微米海水小颗粒的物理特征及其光散射的响应机制研究”,就是通过理论数值模拟、现场观测和室内实验,研究颗粒物特性对水体光学的影响及贡献,不同波长水体光吸收、散射特性受粒径影响情况,粒径与成分、密度等特性对水体光学性质的联合影响,并评估遥感反演算法所受影响程度,进行可能的算法改进。

丘仲锋和团队希望通过这些项目的研究,了解中国典型海域颗粒物对水体光学性质的影响机制,解决颗粒物对水体后向散射影响及对遥感算法影响的关键科学问题,为提高悬浮物浓度反演精度、发展适合算法打下基础。

“悬浮颗粒物是海洋水体中重要的物质之一,其对海洋水体光学性质、诸多海洋过程、海洋生态系统以及海洋光学遥感有着重要的意义。为此,我们做这个项目的时候,针对我国海域,基于多个航次的调查数据,以悬浮颗粒物粒径为切入点,开展了悬浮颗粒物的粒径分布特征及其模拟模型、固有光学量特性及其受控因素,以及悬浮颗粒物粒径和有效截面的遥感估测模型等相关研究内容。”丘仲锋介绍,2013年至2016年期间,项目组成员搭载“东方红2”科考船,参加了国家自然科学基金委组织的黄渤海共享航次7次,开展了黄渤海海洋光学调查,获取了800多个站点数据资料。“在大量的观测资料基础上,我们建了一个黄渤海现场生物光学数据库。”

创新成果一:初步认清了颗粒物及水体光学特性的时空分布变化规律,揭示出水体颗粒固有光学特征变异的驱动机制。

基于中国近海水体复杂多变的特征,利用17个航次现场调查资料,初步认清研究海区水体颗粒物浓度、粒径、密度及色素成分等颗粒属性的分布规律,以及水体吸收散射固有光学特性的差异规律;发展了水体颗粒混合式粒径分布模型,揭示了水体悬浮颗粒特性的时空变异规律。

在统一的生物光学框架下,初步揭示了水体颗粒固有光学特征变异的驱动机制和控制因素,阐明水体颗粒固有光学特性的一阶影响因素并非颗粒浓度,而是颗粒的截面积浓度;揭示出后向散射效率呈现出明显的聚类特征,可区分有机大颗粒主导和无机小颗粒主导的两类颗粒物。

探索了水体颗粒固有光学量的二阶变异特性,率定了水体衰减及散射的光谱变化规律、时序性变化特征、与水体组分物理特性的关联关系,量化了悬浮颗粒物粒径、密度、浓度、物质组成等对水体衰减及后向散射特性的影响程度,其本质上受悬浮颗粒物粒径、密度、物质组成、折射率的综合影响,粒径能够解释二级变异中最大比例的变化,而密度和折射率的影响次之,物质组成的影响最小,然而,对比光束衰减系数和比后向散射系数影响更大的是颗粒物密度而非颗粒粒径。

文章来源:《海洋科学》 网址: http://www.hykxzz.cn/qikandaodu/2021/0610/785.html



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