淡水湖泊主要藻種的散射特性和理論模擬研究.pdf

1、活體藻類在自然水體中扮演著重要的角色，由于其分布范圍廣，數(shù)量眾多，通過光合作用，吸入二氧化碳，是很好的固碳方式之一，對于全球碳循環(huán)及碳儲量的研究有重要意義。但是，當某些危害藻種大量富集到水體表層時，就會形成赤潮或水華，給生態(tài)環(huán)境帶來巨大損害。通過遙感衛(wèi)星影像監(jiān)測藻類分布可以彌補傳統(tǒng)監(jiān)測的不足，進而就需要構建相應的藻類反演模型，這就必須要求對水體中相關藻類的生物光學特性有比較深入的了解。本文通過室內培養(yǎng)的方法，研究湖泊中主要淡水藻類固有光

2、學特性，分析其影響因子及誤差分析。同時，基于Mie理論和Aden-Kerker散射理論分別構建起銅綠微囊藻和小球藻均勻球形模型及兩層球形模型，并進行固有光學特性的模擬。
　　通過實測各藻種吸收、散射和后向散射系數(shù)值及葉綠素a濃度參數(shù)，發(fā)現(xiàn)藍藻散射和后向散射能力最強，其次為硅藻，隱藻的能力最弱。藍藻和硅藻的后向散射概率較高，綠藻和隱藻的后向散射概率值較低。后向散射概率的不確定性主要來源于測量及換算因子系數(shù)引入的誤差。后向散射特性影響

3、因子分析發(fā)現(xiàn)，影響后向散射值的主要有葉綠素a濃度及藻藍蛋白色素比例因素，當葉綠素a濃度不斷增加時其后向散射值不斷增大;當藻類所含葉綠素a比重不斷上升時，其后向散射值也不斷增大。而細胞粒徑對后向散射值的影響并沒有表現(xiàn)出很好的相關性。
　　根據(jù)Mie理論、奇異散射理論及Kramer-Kronig關系，結合粒徑分布函數(shù)，研究不同藻類復折射率，進而對藻種進行均勻球形模型的正演。結果表明:吸收效率模擬與實測結果比較接近，小球藻相對誤差最小為

4、0.022％，均方根誤差為0.000273;銅綠微囊藻其相對誤差為4.8％，均方根誤差為0.048;而平均散射效率因子，銅綠微囊藻相對誤差和均方根誤差為7.01％和0.01006，小球藻為5.9％和0.072。
　　通過Aden-Kerker散射理論及Kramer-Kronig關系，考慮粒徑多分散性，通過循環(huán)迭代方式確定各藻種兩層球形模型復折射率及葉綠體體積比例，并進行兩層球形模型的模擬。結果顯示:銅綠微囊藻實測吸收效率模擬值與實

5、測值之間平均相對誤差為3.48％，均方根誤差為0.043;散射效率模擬值與實測值之間平均相對誤差為2.92％，均方根誤差為0.034;而小球藻其實測吸收效率模擬值與實測值之間平均相對誤差為10.6％，均方根誤差為0.187;散射效率模擬值與實測值之間平均相對誤差為10.2％，均方根誤差為0.114。
　　在基于散射理論模擬模型的基礎上，運用等效粒徑反演模型，反演出銅綠微囊藻和小球藻的粒徑分布。最終銅綠微囊藻模型反演后的中心粒徑為4