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浮游植物形态与垂直分布对激光雷达衰减后向散射及退偏振比影响的研究

DOI：10.1016/j.jqsrt.2018.12.009 期刊：Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 通过专为激光雷达遥感应用优化的矢量化蒙特卡罗辐射传输求解器，研究了激光束在由多层大气、上层海洋及粗糙海面构成的耦合大气-海洋模型中的传播过程。分析了浮游植物形态假设变化及其垂直分布对激光雷达衰减后向散射和退偏振比的影响。本研究将浮游植物颗粒假定为球体、带核球体或随机畸变六面体（含/不含核），并采用先进的光散射计算方法求解非球形/非均匀颗粒的单次散射特性。通过光合有效辐射限制的碳生物量平衡方程显式推导浮游植物的垂直分布，该方程随后与蒙特卡罗求解器耦合。
作者： Patrick G. Stegmann，Bingqiang Sun，Jiachen Ding，Ping Yang，Xiaodong Zhang
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

量化浮游植物形态假设及海洋柱体中浮游植物种群垂直分布对激光雷达衰减后向散射和退偏振比信号的影响。

研究成果

敏感性研究表明，浮游植物形态和垂直密度变化均会显著影响激光雷达测量结果。激光雷达偏振特性有助于研究形态特征，但内部组分的影响小于整体形状。衰减后向散射对垂直分布敏感，可识别混合层深度，但离散化问题仍需改进。未来工作应采用更平滑的变化模式及更高效的辐射传输求解器。

研究不足

该研究假设了理想化条件（如特定的浮游植物形态和折射率），并采用离散化分层方法，可能引入伪影。Cox-Munk海面粗糙度模型虽足够但并非高度真实。研究忽略了营养限制及其他环境因素的影响。计算限制影响了光散射计算中的粒径范围与体积分数。

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