CALIPSO激光雷达水下信号反演大洋叶绿素浓度的探索

【摘要】云-气溶胶激光雷达和红外探测卫星CALIPSO的主要载荷CALIOP能同时发射波长为532nm和1064nm的激光脉冲，研究表明主动探测器CALIOP在获取大气云层和气溶胶层参数的同时，532nm激光脉冲能穿透海表，获取海洋水体中颗粒物的后向散射信息。由于1064nm波长的光大部分表层海水吸收，因此本文旨在利用CALIPSO提供的532nm通道一级数据产品，计算CALIOP接收系统光电倍增管的瞬态响应函数，对水下原始数据进行校正，获得校正后的颗粒物后向散射系数，并研究其与MODIS大洋叶绿素浓度之间的关系。利用CALIOP2008年532nm地表后向散射信号，结合胡永祥提出的拖尾峰值比方法计算地表引起的峰值信号以及其相邻信号之间的关系。结果表明北半球冬季和夏季样本数据特征呈现明显的差异性，并且北半球春季、秋季样本数据特征和冬季相同。并且北半球冬季数据中有43.6%的数据和夏季样本数据特性一致，56.4%的数据特性和南极大陆以及格陵兰岛相一致，由于南极大陆以及格陵兰岛常年被冰雪覆盖，因此判定北半球冬季和夏季CALIOP瞬态响应的差异主要是由于冰雪因素引起。提取陆地表面后向散射信号以及该信号前一个采样单元（bin）和紧邻其后的10个采样单元，利用Li提出方法可以计算得到CALIOP离散瞬态响应函数，使用最小二乘法进而求得瞬态响应的分段连续函数。不考虑冰雪因素的影响，则不同地球表面CALIOP瞬态响应函数是一致的。由于CALIOP拖尾现象的存在，当系统接收到来自海表的信号时，使得该信号能量延伸到之后相邻的几个采样单元当中，造成测量的海洋次表层水体的后向散射信号偏大，因此为了获得真实的后向散射信号，需使用瞬态响应函数进行校正。在广阔的大洋海域，合理假设大洋海水中颗粒物的后向散射主要由浮游植物引起。本文利用2008年CALIPSO提供的第三版本一级数据产品和AMSR-E提供的海面风速产品以及MODIS提供的叶绿素浓度和漫射衰减系数的年平均值，分别计算得到CALIPSO532nm波长水下信号和经瞬态响应校正后的信号，结果表明在在全球海域范围，直接提取信号和校正后信号与MODIS叶绿素浓度的相关系数分别为0.54和0.58，在60°S-40°N范围内的广阔海域，相关系数分别为0.72和0.79。
【作者】晏怀斌；
【导师】吴东；
【作者基本信息】中国海洋大学，海洋信息探测与处理，2014，硕士
【关键词】星载激光雷达；瞬态响应函数；叶绿素浓度；MODIS；

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