[发明专利]一种计算海洋水体不同浮游植物种群比吸收系数的方法

说明书

本发明涉及一种计算海洋水体不同浮游植物种群比吸收系数的方法，通过实测水体光学遥感数据，优化高斯函数中心波长与半波宽，重构高斯函数模型，计算各浮游植物种群在去除打包效应的离散溶解状态下的比吸收系数光谱，获取不同浮游植物种群吸收对总吸收光谱的贡献。本发明可解决当前海洋水体不同浮游植物种群比吸收系数准确量化方法缺失这一问题，提高对于各浮游植物种群吸收系数这一重要参数的获取能力及利用光学数据分析浮游植物种群结构的能力。

技术领域

本发明属于海洋遥感技术领域，具体涉及一种计算海洋水体不同浮游植物种群比吸收系数的方法。

背景技术

浮游植物是海洋生态系统的重要组成部分，是海洋食物链的基础环节。在海洋生态环境中，浮游植物的能量流动与信息传递均起着重要作用，影响着众多生物地球化学进程，如各种生命必需元素(碳、硅、磷等)的传递与循环。一般而言，太阳辐射会显著影响海洋中浮游植物生产力，这一部分影响被定义为一种固有光学属性，即浮游植物吸收系数a_ph(phytoplankton absorption coefficients)。因此，了解、分析并记录浮游植物吸收系数a_ph的变化对研究海洋生态、分析海洋环境更迭规律等有重大意义。

浮游植物吸收系数a_ph一般测量于现场采集的样品数据或来源于高光谱水色遥感卫星反演产品。总浮游植物吸收系数被认为是多种浮游植物吸收光谱的叠加，可以被分解为不同浮游植物种群对总吸收的贡献，因此也得以从多个方面阐述浮游植物种群结构信息。在不同海域中，各种因素的影响(叶绿素a(Chla)浓度、浮游植物细胞粒径、种群结构组成等)会导致浮游植物吸收系数发生改变。为概括浮游植物吸收变化特征，学者们利用Chla浓度将浮游植物吸收系数进行归一化，定义一种新的参数，即浮游植物比吸收系数a_ph^*(specific absorption coefficients)。在最初的研究中，比吸收系数被认定为常数(0.016m²mg^-3)，但后续研究表明，不同海域中浮游植物打包效应及种群组成会导致浮游植物比吸收系数发生改变。在自然水域中，浮游植物的色素并不分散于细胞各处，而是分别聚集在一个个小的“包裹”中，直接测量获取的浮游植物比吸收系数比实际溶解状态下的比吸收系数要有所降低，这种现象被称为打包效应。为了去除打包效应，学者们提出了包裹效应因子Q_a^*(packaging effect factors)量化打包效应对比吸收系数的影响。结合细胞内叶绿素a浓度、细胞直径等参数，利用半解析方法可以求取包裹效应的具体数值。

除打包效应外，浮游植物色素对比吸收系数也有一定影响。基于吸收可加性，将吸收系数分解为不同浮游植物色素吸收系数，并结合高斯函数表征色素吸收光谱变化特征。高斯函数方法利用多个高斯波段，分别表示不同色素比吸收光谱的光谱特征，进而高精度重构总吸收光谱曲线。同时，浮游植物吸收光谱也可被分解为不同粒径(phytoplanktonsize class,PSC)下浮游植物的吸收贡献。学者们建立了多种数学模型获取不同浮游植物粒径的比吸收系数，进而应用于粒径浓度的反演工作。即使针对比吸收系数的研究已有一定进展，现在仍较难获取不同浮游植物种群的比吸收系数。现有研究中，针对不同浮游植物种群比吸收系数的获取，较为常用的方法仍是在实验室中单独培养某一种群下的对应藻种，通过直接测量吸收系数数据与浓度数据，获取种群下某一单独藻种(如原绿藻、扁藻等)的比吸收系数数值。实验室培养方法是现有方法中可以准确获取单个藻种比吸收系数的主要方法，但这种方法缺点也较为明显。其一是需要耗费大量的时间、精力去设计、参加航次并采集实测样品进行培养。其二是需要具备相应的藻种培养条件，如培养实验室、测量仪器等。更重要的是，由于海洋中浮游植物组成成分复杂，具有大量藻种，很难获取足够的数据完全分析海洋具体状况。因此，现在仍然很难准确量化不同浮游植物比吸收系数对浮游植物种群结构的影响。

发明内容