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水色学——改进传感器

自然水体的高动态和高区域差异特征,促使卫星传感器的设计重点在保证适当的信噪比的同时,必须放在增强空间和光谱分辨率上,尽可能通过各国家空间机构之间的多源卫星合作来提高时间分辨率。

①空间分辨率:需要更高的空间分辨率(优于200-300m)

②垂直分辨率:被动遥感的一个特点是只能获得上表层加权平均的信息,而没有水体参数的剖面信息,即缺乏垂直分辨率。自然水体常常出现分层的情况,并且浮游植物通常也在次表层有一个*大值层,因此,发展垂直探测手段,如星载和机载激光遥感(LIDAR),现场Bio-ARGO,Glider及其他低成本光学剖面浮标等,是丰富水体观测的必要方向。

③光谱分辨率:红外和短波红外(SWIR)中的一些波段可以改善大气校正,而红至近红外波段则可以帮助识别浮游植物:690-710nm的“红边”带已被用于检测(有害)藻华和马尾藻分布,而以约680nm为中心的窄谱带常用于测量叶绿素a荧光峰的高度。此外,紫外线(UV)带显示出改善大气校正和识别浮游植物的潜力,同时也可用于更好地量化海洋有机和无机成分。
大多数目前和计划中的传感器尚不能获得足够多的波段信息以优化光学复杂水域中水体组分的分离,也同样没有提供足够多的波段来优化大气校正。
更高的光谱分辨率(更窄/更多的波段)和更宽的光谱覆盖范围(从UV到SWIR波段,且满足传感器信噪比要求)将能更好地区分水体和大气光学成分(特别是在沿海地区),加强对有害藻华的检测,并有助于更准确的量化悬浮物浓度、河流径流量和其他水质指标。

④时间分辨率:云层覆盖是一个大问题,缓解这一问题的有效方式是进行每天多次观测。
同样,描述并理解潮汐周期对生态环境的效应也需要更频繁的观察。日潮和半日潮所驱动的潮流大约每6小时进退一次,而昼夜风(如海陆风)、河流径流、上升流和暴风也会导致强劲的沿海潮流。
因此,需要更频繁的观测来跟踪这些水文特征所导致的沿海生物-化学现象,包括含有害藻华的水团、淡水径流、油/污水溢出和其他有害物质。
高频率、大面积观察也非常有助于开发生态系统模型,因而支持海洋自然保护区、鱼类必要栖息地的管理,发布危险警告等。
水色卫星,包括激光遥感,能够获得的只是海洋上表层(〈200m)的信息,该表层以下依然是盲点。要获得海洋的立体观察,以及定标、校正卫星观测产品的准确度,需要进一步发展能够大范围、长时间进行表面和剖面测量的平台和仪器,如Floater、Bio-ARGO、Glider等。同时,除了需要更先进的现场仪器准确获得水体的离水辐亮度,也需要新的设备高效准确的原位测量浮游植物的功能群体和组成、悬浮颗粒的成分或者含量,需要发展仪器准确测量其组成。
可以遇见,在今后的几十年甚至更长的时间里,水色学的研究和应用都将需要大量的现场仪器。
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