天然水域的光学分类

天然的水在传播太阳辐射的程度上有很大的不同，对水的光学特性有一些广泛的指示而不必完全规定所有固有的光学特性是有用的。Jerlov(1951, 1976)根据向下辐照度的百分比透过率随波长的曲线将海水分为若干不同的类别。他识别出三种基本类型的海水(I、II和III)和九种类型的沿海水(1至9)，按透光率递减顺序排列:其中一些类型的水的透光率百分比的光谱变化如图3.14所示。

然而，杰洛夫的开创性测量是用宽带彩色滤光片完成的，用现代潜水光谱仪获得的曲线在某些情况下与他的测量结果不太一致。Pelevin和Rutkovskaya(1977)提出，海水可以根据垂直衰减系数(以10为底对数)进行分类

第二我

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图3.14不同光学类型的海水向下辐照度的每米透过率。水域是Jerlov的海洋型I和III，海岸型1、5和9(数据来自Jerlov, 1976年表XXVI)。

500nm时的辐照度，乘以100。由于Kd与l曲线在不同的海水之间以相当系统的方式变化，Kd (500 nm)的值确实可以传达关于任何这种水的相当多的信息。然而，鉴于所有天然水的光学性质的定义现在都标准化了，以对数为底e，而不是以10402为底，最好修改Pelevin和Rutkovskaya的建议，使水的类型指定为100 Kd (500 nm)，其中Kd基于loge，根据eqn 1.20中的定义。这样做的好处是，如果衰减不是太强烈，所获得的数量大约等于被去除的下行光的百分比。例如，Jerlov海水I和III在500 nm处的辐照度透过率值分别为97.3%和89%，对应的辐照度衰减分别为2.7%和11%，100Kd(500 nm)值分别为2.7和11.6。目前常用的海洋颜色遥感制图的海洋参数之一是Kd(490) (Chapter 7，§7.5)，它与Kd(500)足够接近，Pelevin和Rutkovskaya的分类体系可以付诸实施。

Smith和Baker (1978b)根据对各种海水中辐照度垂直衰减系数(Kd)的光谱变化的测量，得出结论说，在远离陆源影响的区域，衰减(除由于水造成的衰减外)主要是由于浮游植物和各种色素碎屑造成的

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图3.14不同光学类型的海水向下辐照度的每米透过率。水域是Jerlov的海洋型I和III，海岸型1、5和9(数据来自Jerlov, 1976年表XXVI)。

与它共变的产品。他们认为，对于这样的海水，类叶绿素色素的总含量为光学分类提供了充分的依据，因为根据色素含量可以计算Kd随波长的变化曲线。Morel和Prieur(1977年)提出，Gordon和Morel(1983年)进一步完善了在海洋遥感环境中被发现有用的分类是“情况l”和“情况2”水域。案例1是指浮游植物及其衍生产品(浮游动物放牧或藻类细胞自然腐烂产生的有机碎屑和溶解的黄色)在决定海洋光学特性方面起主要作用的水域。情况2是指那些对光学性质的重要或主要贡献来自大陆架的重悬沉积物，或来自河流径流或城市/工业排放中的颗粒和/或溶解颜色的水。情况1的水体可以从贫营养到富营养，前提是情况2水体特有的颗粒和有色物质不发挥显著作用。在情况2的水域中，浮游植物及其衍生物也可能大量存在，也可能不大量存在。

Kirk (1980b)在对海水进行测量的基础上，提出了一种主要适用于内陆水域的粗略光学分类吸收光谱来自澳大利亚水体的可溶性和颗粒组分。在G型水中，溶解色(gilvin)在光合作用范围内的所有波长上，比晚颗粒部分更强地吸收光:例子如图3.6a、b和e所示。在GA型水中，gilvin吸收比整个水域的颗粒部分更强更短的波长但由于大量藻类叶绿素的存在，颗粒部分的吸收系数超过了光谱红端可溶性部分的吸收系数:图3.6c和f是例子。在T型水中，主要由无生命物质组成的微粒部分(非生物性浮游物)，在所有波长上都比可溶性部分吸收光强:含有大量悬浮淤泥颗粒的混浊水(图3.6d和g)属于这一类。在GT型水中，在整个光合作用范围内，可溶性部分和颗粒部分的吸收大致相当:在澳大利亚热带地区的某些水潭中，观察到的水属于这一类。在高产水域，藻类生物量的吸收系数可能超过溶解的颜色(和水本身)的吸收系数。由Talling(1970)测量的垂直光谱变化水的衰减系数来自苏格兰利文湖的研究表明富营养的湖由Morel和Prieur(1975)研究的西非上升流区的水域似乎也属于A型。大多数海洋和一些沿海水域(图3.12e)是如此贫瘠，如此没有淤泥和溶解的颜色，以至于水本身是主要的光吸收剂:它们可能被归为w型，这样的水域在内陆很罕见:美国俄勒冈州的火山口湖就是一个例子。1253在某些河口和颜色更丰富的沿海水域，光谱蓝色一端的吉尔文吸收与红色一端的水吸收在大小上大致相似。这样的水域，例如图3.8中的水域，可以被归类为WG。

水体可以从一种光学类型转变为另一种光学类型。例如，流域暴雨导致的水土流失可以迅速将G型水(gilvin主导)转变为T型水(tripton主导);藻华的发展可能会把它变成GA型水。尽管如此，有些水体在大多数时候都含有某种特定类型的水。沼泽湖一直都是典型的G型湖泊。浅的、受风暴露的湖泊和松散的沉积物很可能一直属于T型。除了每年浮游植物循环的影响(在非热带地区)，它们的光学性质一般不变。

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