A review of remote sensing of chlorophyll-a concentration in coa...

With the development of quantitative ocean color remote sensing, estimation of chlorophyll-a concentration in the coastal waters has aroused increasing attention from researchers. Currently, researches are confronted with difficulty in improving the accuracy of chlorophyll-a concentration estimation for turbid waters. Atmospheric correction, chlorophyll-a concentration modeling, and scale effect have already been identified as three critical factors affecting coastal water remote sensing. The in-depth exploration of them will accelerate the research progress of ocean color remote sensing. The ultimate objective of atmospheric correction and scale effect correction is to accurately estimate active constituents of turbid coastal waters in an optical way. Accordingly, the chlorophyll-a concentration modeling is a basic problem to be resolved, while atmospheric correction is the essential one. The scale effect problem arises during the modeling procedure where unrealistic homogeneous assumption is taken to measure chlorophyll-a concentration from the realistic non-homogeneous pixel. In the coastal remote sensing field, these three problems have become the most important topics in the current researches, and they will remain be the hot topics in the future. 海洋颜色遥感是海洋学和环境科学中的一项重要技术，它通过从人造卫星或其他平台获取的遥感数据来探测和量化海洋表面的特征。近年来，随着量化海洋颜色遥感技术的发展，对于近海区域叶绿素-a浓度的估算已经引起了研究人员越来越大的兴趣。近海区域，即海岸水域，由于其环境的特殊性，如混合了陆地排放的营养物质以及悬浮沉积物等，使得其遥感观测面临许多独特的挑战。叶绿素-a是海洋浮游植物的重要成分，是海洋生产力的直接指标，因此，其浓度估算对于海洋生态系统的健康状况评估、渔场管理、全球碳循环研究等都至关重要。 在进行海洋颜色遥感时，研究人员面临三大关键技术问题：大气校正、叶绿素-a浓度建模和尺度效应。 大气校正问题。海洋遥感中，传感器接收到的信号不仅包含海水的光学信号，还包括大气中的散射和吸收作用带来的噪声。大气校正是指去除这些大气影响的过程，以获取更准确的海洋水色信息。在清澈的水体中，这一过程相对容易，因为水体的吸收和散射特性对信号的影响占主导地位。然而，在近海区域的浑浊水域，悬浮颗粒物和溶解有机物等的吸收和散射作用也十分强烈，这就使得大气校正变得异常复杂。正确的校正不仅能提高叶绿素-a浓度估算的准确性，还能为其他水体成分（如悬浮泥沙、有色可溶解性有机物）的估算提供可靠的基础。 叶绿素-a浓度建模问题。叶绿素-a浓度建模是通过遥感数据来估算海洋表面叶绿素-a浓度的过程。这通常涉及到开发算法，将遥感反射率数据转换为叶绿素-a浓度。在这一过程中，需要考虑多种因素，包括水体光学特性、悬浮物和可溶解性有机物的影响等。由于叶绿素-a在水体中的分布不均一，这一建模过程变得尤为复杂。 尺度效应问题。在遥感观测中，通常会将现实世界中的非均质像素简化为均质假设进行叶绿素-a浓度的测量，这与实际的非均质性相矛盾，从而导致尺度效应问题。由于实际海洋环境中的异质性，使得从大尺度的遥感数据中获取准确的海洋参数存在难度，特别是当涉及到小尺度的海洋过程时。这一问题在近海区域尤为突出，因为这里的水体特征变化更为迅速和复杂。 这三个问题在当前近海水域遥感研究中已经成为最重要的研究主题，并且在未来仍将是热点话题。解决这些问题需要跨学科的合作，包括海洋学、遥感科学、大气物理学、光学和计算机科学等领域的专家共同努力。研究人员需要开发更先进的遥感仪器，设计更精准的算法，同时也需要不断提高大气校正的精度，改进尺度效应的处理方法，从而更准确地估算浑浊近海水域中的叶绿素-a浓度。通过这些努力，可以促进海洋颜色遥感研究的进步，进而为海洋资源的可持续管理、海洋生态系统的保护和海洋环境变化的监测提供更加科学和有效的手段。