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(dāng)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(gòu)建相應(yīng)的藻類反演模型，這就必須要求對水體中相關(guān)藻類的生物光學(xué)特性有比較深入的了解。本文通過室內(nèi)培養(yǎng)的方法，研究湖泊中主要淡水藻類固有光

2、學(xué)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(gòu)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(xué)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(dāng)葉綠素a濃度不斷增加時其后向散射值不斷增大;當(dāng)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(guān)性。
　　根據(jù)Mie理論、奇異散射理論及Kramer-Kronig關(guān)系，結(jié)合粒徑分布函數(shù)，研究不同藻類復(fù)折射率，進而對藻種進行均勻球形模型的正演。結(jié)果表明:吸收效率模擬與實測結(jié)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(guān)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(fù)折射率及葉綠體體積比例，并進行兩層球形模型的模擬。結(jié)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(chǔ)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