巴西Abrolhos银行Bio-optical属性的浅的珊瑚礁水域gydF4y2Ba

1介绍gydF4y2Ba

Abrolhos银行区域(ABR)位于巴西东部架子包含最大的(> 8000公里gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba)和富有的珊瑚礁系统在西南大西洋(gydF4y2BaLaborel 1969gydF4y2Ba),它被认为是一个生物多样性热点地区(gydF4y2BaFrancini-Filho et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2Ba莫拉et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2Ba西蒙et al ., 2016gydF4y2Ba;gydF4y2Ba里贝罗et al ., 2018gydF4y2Ba;gydF4y2BaFreitas et al ., 2019gydF4y2Ba)。ABR还房子的世界上最大的连续rhodolith床,和它的架子上包括多样化和复杂的栖息地,支持高生物多样性提供至关重要的生态系统服务(gydF4y2BaAmado-Filho et al ., 2012gydF4y2Ba;gydF4y2Ba费雷拉et al ., 2020gydF4y2Ba)。即使最近的漂白作用,ABR表明弹性的珊瑚礁环境和人为的压力在过去十年(gydF4y2Ba莫拉et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2BaMazzei et al ., 2017gydF4y2Ba;gydF4y2BaRudorff et al ., 2018gydF4y2Ba;gydF4y2BaMagris et al ., 2019gydF4y2Ba;gydF4y2Ba特谢拉et al ., 2019gydF4y2Ba;gydF4y2Ba伊万格丽斯塔et al ., 2021gydF4y2Ba),保持一个稳定的珊瑚覆盖区域范围内(gydF4y2Ba特谢拉et al ., 2021gydF4y2Ba)。环境水条件负责这样的功能能力和它已经表明,ABR和其他巴西珊瑚礁可能作为气候变化的各种物种的聚集地(gydF4y2Ba密斯et al ., 2020gydF4y2Ba)。ABR的影响下温暖的,咸的,和营养物巴西当前(BC),从低向南流动的沿上大陆坡和高纬度地区,风力和潮流,诱发贫营养条件系统(gydF4y2Baknopper et al ., 1999 bgydF4y2Ba;gydF4y2Ba洛佩斯和卡斯特罗,2013gydF4y2Ba)。负责土地的河流径流输入这个地区的海洋Caravelas, Peruibe, Jequitinhonha,和公司,但除了公司河外,他们的特点是低流(过去十年< 100的平均水平gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})(gydF4y2Ba莫拉et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2BaConi et al ., 2017gydF4y2Ba)。因此,陆地输入有一些,但有限的影响内弧(gydF4y2Baknopper et al ., 1999 bgydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

像在其他珊瑚礁生态系统,水柱在ABR光被认为是第二种情况,即,opt我cal properties of the water column (absorption and backscattering coefficients) are not only controlled by biogenic content but also by the presence of non-algal particles (NAPs) and colored dissolved organic matter (CDOM) (莫雷尔Prieur, 1977gydF4y2Ba)。CDOM的来源和悬浮沉积物是当地的,即,off年代hore一个dvection and input from the terrestrial system (knopper et al ., 1999 bgydF4y2Ba;gydF4y2Ba南美洲et al ., 2006gydF4y2Ba)。更多,ABR浅深度的遥感研究引入额外的复杂性在该地区由于底反射信号的贡献被卫星(gydF4y2BaHedley et al ., 2016gydF4y2Ba在数据处理),它要求额外的步骤(见如gydF4y2BaIOCCG 2000gydF4y2Ba)。这样通常会导致过高的叶绿素——底部的贡献gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba浓度(gydF4y2BaSchaeffer et al ., 2012gydF4y2Ba),扩散衰减(gydF4y2Ba赵et al ., 2013gydF4y2Ba)和微粒反向散射系数(gydF4y2Ba梳刷et al ., 2005gydF4y2Ba通过遥感)。获取准确的水质参数在浅的沿海地区仍然在海洋水色遥感的主要挑战之一(例如,gydF4y2Ba巴恩斯et al ., 2018gydF4y2Ba;gydF4y2Ba加西亚et al ., 2020gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

提出了两种主要类型的反演模型获得水体光学特性:实证和半解析(SA)。实证方法直接关系遥感反射率(gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba通过统计学关系)光学性质(gydF4y2BaIOCCG 2006gydF4y2Ba)。然而,由于光学性质的可变性和底栖生物基质在浅水区域,实证方法面临着障碍对全球应用程序(gydF4y2Ba魏et al ., 2020gydF4y2Ba)。他们的表现往往是依赖于相似性数据用于模型的开发和使用的应用程序,通常只适用在区域尺度(gydF4y2Ba德克et al ., 2011gydF4y2Ba)。相比之下,SA模型是基于辐射传输方程的近似(gydF4y2Ba李et al ., 1999gydF4y2Ba;gydF4y2Ba加西亚et al ., 2018gydF4y2Ba)。而SA模型可能有一个更广阔的时间和空间适用性与经验模型相比,辐射传递方程是要解决更复杂的比光深水浅(gydF4y2Ba魏et al ., 2020gydF4y2Ba)。在过去2年里,几个SA模型已经被开发出来,专注于复杂的和/或浅水区(gydF4y2BaMaritorena et al ., 1994gydF4y2Ba;gydF4y2Ba李et al ., 1998gydF4y2Ba;gydF4y2Ba艾伯特和莫布里,2003年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba史密斯et al ., 2006gydF4y2Ba)。SA浅水反演模型通常利用优化技术来同时检索底部反射,深度,和光学性质gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λ)在水面。gydF4y2Ba

高光谱优化处理范例(希望)提出的模型gydF4y2Ba李et al。(1999)gydF4y2Ba担任等适应性提出了后来的基础底部反射Un-mixing环境模型的计算(布鲁斯)(gydF4y2BaKlonowski et al ., 2007gydF4y2Ba水深Un-mixing),半解析模型和集中评估(深色)(gydF4y2Ba白兰度et al ., 2009gydF4y2Ba),Bio-Optical模型估计水质和底部的工具属性从遥感图像(炸弹)(gydF4y2BaGiardino et al ., 2012gydF4y2Ba),浅水反演模型(游泳)(gydF4y2Ba麦克金纳et al ., 2015gydF4y2Ba),浅水优化解决深度(剑)(gydF4y2Ba巴恩斯et al ., 2018gydF4y2Ba),这些描述的gydF4y2Ba杰et al。(2017)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba小et al。(2017)gydF4y2Ba。这些半解析反演模型用于浅水全世界不同的地区(gydF4y2Ba坎尼扎罗和梳刷,2006gydF4y2Ba;gydF4y2Ba德克et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2Ba杰伊和盖伊表示,2016年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba巴恩斯et al ., 2018gydF4y2Ba;gydF4y2BaDierssen et al ., 2019gydF4y2Ba;gydF4y2Ba魏et al ., 2020gydF4y2Ba)。为了更好的将这些模型参数化,重要的是要有知识区域海洋条件和旋光性物质的水(gydF4y2BaDorji et al ., 2016gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

在目前的研究中,我们收集了bio-optical属性的数据集收集2013年3月和2016年2月在Abrolhos银行地区,巴西,旨在:1)描述空间bio-optical变异性研究地区在雨季;2)检查bio-optical属性之间的关系;和3)评估的适用性希望模型检索从高光谱吸收系数gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba数据和卫星图像在Abrolhos浅水域。尽管生态相关性ABR和频繁的环境监测的必要性的水柱,研究利用遥感的数量仍然非常稀缺。先前的研究绘制了珊瑚礁(gydF4y2Ba岛,2006gydF4y2Ba;gydF4y2BaMoreira Reuss-Strenzel, 2009gydF4y2Ba),分析了水体的性能调整在一个非常高的空间分辨率WordView-2形象(WV02) (gydF4y2BaZoffoli 2014gydF4y2Ba),描述的空间和季节分布叶绿素-gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba浓度(gydF4y2BaGhisolfi et al ., 2015gydF4y2Ba),派生gydF4y2BaKgydF4y2Ba_dgydF4y2Ba(490)通过MODIS数据(gydF4y2BaFreitas et al ., 2019gydF4y2Ba)和映射与WV02珊瑚礁空间模式(gydF4y2BaZoffoli et al ., 2022gydF4y2Ba)。然而,水的固有光学特性的变化列尚未报道。gydF4y2Ba

2材料和方法gydF4y2Ba

2.1研究区gydF4y2Ba

Abrolhos银行地区(16°40′S-19°40′年代和37°20′W-39°10 W′)是46000公里gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba扩大巴西东部的架子上。Abrolhos珊瑚礁独特孤立发生的生物称为“柱状结构gydF4y2BaChapeiroesgydF4y2Ba”(一个蘑菇型结构)由珊瑚藻,苔藓,和珊瑚低风暴干扰政权(下gydF4y2BaLaborel 1969gydF4y2Ba;gydF4y2Ba巴斯托斯et al ., 2018gydF4y2Ba;gydF4y2BaFreitas et al ., 2019gydF4y2Ba)。另外,形状的尖塔礁结构特征与直径1到50米扩大,相对平坦,浅上衣(< 10米深),和陡峭的墙,达到25米深度(gydF4y2Ba巴斯托斯et al ., 2018gydF4y2Ba)。其他独特的特性在ABR是“gydF4y2Ba区gydF4y2Ba“类似于blueholes /水槽和合并碳酸盐岩基质(开杯形由萧条gydF4y2Ba土地et al ., 1995gydF4y2Ba;gydF4y2Ba巴斯托斯et al ., 2013gydF4y2Ba)。它们坐落至少40公里海上,出现在rhodoliths床(gydF4y2Ba巴斯托斯et al ., 2013gydF4y2Ba)。此外,Abrolhos就是一种叫jose cuervo的珊瑚礁生物结构是一个复杂的系统,由苔藓,代表44%的珊瑚礁结构(gydF4y2Ba巴斯托斯et al ., 2018gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

这个区域的影响下温暖的和咸的热带水(gydF4y2BaEmilsson 1961gydF4y2Ba),这是由巴西运送表面的电流(BC),巴西海岸附近出现13°之间S-17°S (gydF4y2Ba罗德里格斯et al ., 2007gydF4y2Ba)主要NE-SW方向(gydF4y2BaPeterson和Stramma, 1991年gydF4y2Ba架),直到达到收敛亚热带33°S - 38水陆°S (gydF4y2Ba对峙et al ., 2000gydF4y2Ba)。公元前在其流,与水混合的沿海起源和低盐度和寒冷的水,导致盐度高于36个事业单位和温度一般高于20°C (gydF4y2Ba对峙et al ., 2000gydF4y2Ba)。在ABR BC的特点是低营养。浅的存在银行和BC流型影响创建漩涡海山,蜿蜒,上升流架子上打破和海底山侧翼(gydF4y2Baknopper et al ., 1999 agydF4y2Ba;gydF4y2BaEkau 1999gydF4y2Ba)。的出现漩涡边缘的Abrolhos银行,以及向北沿岸漂砂由风和潮汐的沿海运输水,会导致增强混合这些水域,为当地的营养丰富,影响浮游生物群落结构和动力学(gydF4y2BaEkau 1999gydF4y2Ba;gydF4y2BaEca et al ., 2014gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

ABR分开Sueste通道和海岸的分布在两个礁弧,外,内弧,Abrolhos通道分离的约15公里宽(gydF4y2Baknopper et al ., 1999 agydF4y2Ba)(gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba)。这些渠道中的水流运行向南几乎平行于岸边。Along-channel当前主导Sueste中横跨海峡的电流通道(gydF4y2Baknopper et al ., 1999 bgydF4y2Ba)。外弧位于Abrolhos群岛的环境,被海外∼60公里,深度从20 - 35米(gydF4y2BaCoutinho et al ., 1993gydF4y2Ba;gydF4y2Ba菊池et al ., 2010gydF4y2Ba)。它主要由“Chapeiroes”(gydF4y2Ba里昂和菊池,2001gydF4y2Ba),它仍淹没在退潮,岸礁的存在(Abrolhos群岛岛)之间的表面和∼5米深度。外弧还港口rhodolith床、广泛的珊瑚藻,和横向通道(gydF4y2Baknopper et al ., 1999 bgydF4y2Ba;gydF4y2Ba莫拉et al ., 2013gydF4y2Ba)。内弧位于距海岸10 - 20公里之间,从北到南100多公里,深度≤20米(gydF4y2BaCoutinho et al ., 1993gydF4y2Ba;gydF4y2BaFreitas et al ., 2019gydF4y2Ba)。它是由一系列的银行珊瑚礁起源于聚结的珊瑚尖塔和rhodolith床混合疏松的沉积物(gydF4y2Ba莫拉et al ., 2013gydF4y2Ba)。内弧礼物光衰减高于外弧和岸岛的珊瑚礁,影响珊瑚物种分布(gydF4y2BaFreitas et al ., 2019gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

珊瑚礁内弧的影响由陆源沉积物运输河道流量(gydF4y2Ba南美洲et al ., 2006gydF4y2Ba)。此外,内弧的地貌形态,与强大的永久和近岸潮流,作为海上运输障碍陆源物质(gydF4y2Baknopper et al ., 1999 agydF4y2Ba)。因此,外弧更受地面的压力,从当地资源和生物碳酸盐沉积物为主(gydF4y2Ba西格尔和卡斯特罗,2011gydF4y2Ba;gydF4y2Ba伊万格丽斯塔et al ., 2021gydF4y2Ba)。结果,内弧可以两次沉降率高于外弧(gydF4y2Ba南美洲et al ., 2006gydF4y2Ba)。影响这一海洋地区的主要河流是位于它的北部(力拓Jequitinhonha)和南部极端(公司)(gydF4y2BaFrancini-Filho et al ., 2013gydF4y2Ba),年平均流量为99和616gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}分别为(gydF4y2Ba安娜,2022gydF4y2Ba)。此外,这一地区的影响下Caravelas河口,∼66公里gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba连接的嘴Peruipe河通过小蜿蜒的通道位于约27公里的南部和影响下Caravelas河(gydF4y2Ba佩雷拉et al ., 2010gydF4y2Ba)。这些河流的特点是低排放的月平均5.5∼,40米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}分别在南国的夏天gydF4y2BaAndutta 2014gydF4y2Ba)。沉降政权在较低的利率发生变化在夏天比冬天由于冷空气的通过增加更强的风的出现,加剧波浪作用,促进沉积物的再悬浮和因此产卵更多浑浊的水(gydF4y2Ba西格尔et al ., 2008gydF4y2Ba;gydF4y2Ba西格尔和卡斯特罗,2011gydF4y2Ba;gydF4y2Ba卡斯特罗et al ., 2012gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

2.2现场工作gydF4y2Ba

现场取样进行在ABR在两个活动在2013年3月和2016年2月,在南国的夏天(雨季,12月至3月)。bio-optical属性抽样在75个车站分布在内部和外部弧(gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba)。大约47%的车站比5米深度较浅的地区;29%的地区之间的5和10米;和23%的地区比10 m。在每一个车站,水样收集量化叶绿素-gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba的背影,浓度(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba在mg·mgydF4y2Ba^{−3gydF4y2Ba}),由浮游植物吸收系数(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}在米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}),有色溶解有机物(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba}在米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}),non-algae粒子(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba}在米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})(gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba)。此外,辐射测量收集34站(比5米浅地区63%,23%在5 - 10米深的地区,和14%的地区比10米)深。gydF4y2Ba

2.2.1gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba叶绿素,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba浓度、吸收系数和粒子的大小gydF4y2Ba

在每一个采样地点,海水表面收集和过滤后在3 h协议中描述gydF4y2Ba米切尔et al。(2000)gydF4y2Ba。粒子吸收(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_pgydF4y2Ba在米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}),水样过滤使用绘画纸玻璃纤维过滤器(GF / F)孔隙度为0.7µm,过滤器和保留材料储存在液氮直到进一步分析在实验室。的gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_pgydF4y2Ba(λ)光谱计算使用transmittance-reflectance(收发)方法(gydF4y2BaTassan和法拉利,1995年gydF4y2Ba)。200年和800年之间的数据测量1 nm增量使用双光束日本岛津公司uv - 2450分光光度计配备集成领域。这些测量后,样品过滤器与次氯酸钠浸泡10分钟,用distilled-deionized水清洗。吸收光谱测定再次获得gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba}(gydF4y2BaBabin et al ., 2003gydF4y2Ba)。最后,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}估计之间的区别吗gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_pgydF4y2Ba和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba}。gydF4y2Ba

为gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba}0.2,水样过滤膜过滤器μm孔隙大小和保存在pre-combusted玻璃瓶(450°C 6 h)包裹在铝箔和冷藏状态下保存(4°C),直到在实验室进一步分析。CDOM水样暴露在室温分光光度计读数前避免偏见由于热样本之间的差异和引用水。过滤水的吸光度测量在220年和800年之间的10厘米石英试管1 nm增量使用双光束日本岛津公司uv - 2450分光光度计。的gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba}(λ)估计的吸光度测量:gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba}(λ)= 2.303(λ)/ L,在(λ)样品的吸光度水在特定的波长λ和L是石英电池的光学路径长米(0.1米)。应用到每个基线校正gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba}谱,减去590 - 600 nm之间的平均吸光度从整个频谱。光谱斜率(gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba}和gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba})gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba}和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba}被拟合计算一个指数函数在350到750纳米之间。的年代gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba}350 - 500 nm(间隔的gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{350 - 500gydF4y2Ba}),275 - 295 nm (gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{275 - 295gydF4y2Ba})和350 - 400 nm (gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{350 - 400gydF4y2Ba})也被计算。(gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{275 - 295gydF4y2Ba}),gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{350 - 400gydF4y2Ba}被用来计算光谱斜率比值(gydF4y2Ba老gydF4y2Ba,比gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{275 - 295gydF4y2Ba}/gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{350 - 400gydF4y2Ba}),因为gydF4y2Ba老gydF4y2Ba提供了一个快速、可再生的方式描述CDOM质量根据分子量(gydF4y2Ba赫尔姆斯et al ., 2008gydF4y2Ba;gydF4y2BaValerio et al ., 2018gydF4y2Ba)。的背影,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba水样(500 - 750毫升),用绘画纸GF / F过滤器过滤0.7µm的孔隙度。颜料后被从过滤器中提取沉浸在10毫升的90%丙酮/二甲亚砜(DMSO)解决方案按体积(60/40)(gydF4y2BaShoaf Lium, 1976gydF4y2Ba)24 h,在黑暗中在-10°C。的背影,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba分析使用一个调谐器AU-10荧光谱仪(gydF4y2BaWelschmeyer 1994gydF4y2Ba)。的gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440)被的背影,规范化gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba估计其吸收特定系数(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba^*gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba})。gydF4y2Ba

浮游植物细胞大小(gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_fgydF4y2Ba据估计gydF4y2BaCiotti et al。(2002)gydF4y2Ba。的gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(λ)之间的所有值归一化平均400和700海里;归一化的形状gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(λ)因此重建的线性组合两个光谱代表互补的贡献pico-phytoplankton(< 2μm)和micro-phytoplankton(> 20μm)分数。最小二乘Levenberg-Marquardt算法被用来观察规范化gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(λ)光谱线性模型通过调整派生细胞尺寸参数值。的gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_fgydF4y2Ba价值观不同,从0到1,gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_fgydF4y2Ba接近0时大型浮游植物细胞(> 20µm)主导,和gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_fgydF4y2Ba接近1当小细胞(< 2µm)占主导地位。gydF4y2Ba

的时间序列MODIS-Aqua每月4公里gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(443)和扩散衰减系数gydF4y2BaKgydF4y2Ba_dgydF4y2Ba(490)分析了2003年1月至2022年2月,季节性变化特征模式外,内在的弧线。每月气候学(2003 - 2022)和标准差计算两个盒子,一个在每个弧(gydF4y2Ba补充图S1gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

2.2.2gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba辐射线测定gydF4y2Ba

上升流光辉,gydF4y2BalgydF4y2Ba_ugydF4y2Ba(λW·mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}·老gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})、天空辐射、gydF4y2BalgydF4y2Ba_{天空gydF4y2Ba}(λW·mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}·老gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}),光辉反映在一个白色的参考,gydF4y2BalgydF4y2Ba_{斑块gydF4y2Ba}(λW·mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}·老gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}),被一个手持Fieldspec ASD光谱仪测量(莫尔文Panalytical Ltd .),它收集光辉350至1100海里(带宽1海里)在25°视场。收购几何之后gydF4y2Ba莫布里(1999)gydF4y2Ba建议避免阴影和日光返辉污染的测量。的gydF4y2BalgydF4y2Ba_ugydF4y2Ba测量进行了当地时间上午9点至下午3点。下降的辐照度,gydF4y2BaEgydF4y2Ba_dgydF4y2Ba(λW·mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba})gydF4y2Ba,gydF4y2Ba估计从gydF4y2BalgydF4y2Ba_{斑块gydF4y2Ba}为:gydF4y2BaEgydF4y2Ba_dgydF4y2Ba(λ)=π·gydF4y2BalgydF4y2Ba_{斑块gydF4y2Ba}/ρgydF4y2Ba_{斑块gydF4y2Ba}在哪里gydF4y2BaρgydF4y2Ba_{斑块gydF4y2Ba}的反射率是斑块(假定传感器的)。遥感反射率光谱,gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λsrgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}),然后获得:gydF4y2Ba

ρ因子调整了风速、太阳在天顶,sensor-viewing几何(gydF4y2Ba莫布里,1999gydF4y2Ba)。在每个车站,∼10的重复序列gydF4y2BalgydF4y2Ba_ugydF4y2Ba,gydF4y2BalgydF4y2Ba_{天空gydF4y2Ba},gydF4y2BalgydF4y2Ba_{斑块gydF4y2Ba}被收购,gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba在每个车站(λ)计算的平均个人估计使用gydF4y2Ba情商。gydF4y2Ba变异系数(标准偏差/意味着* 100)低于10%。为每个光谱后执行额外的校正gydF4y2BaRudorff et al。(2014)gydF4y2Ba和gydF4y2BaZoffoli et al。(2022)gydF4y2Ba浑浊的水,使用平均水平gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λ)790至810海里的基线修正正面白色抵消。这种剩余的调整纠正偏见和噪音的光谱由于污染查看几何和环境因素(gydF4y2Ba江et al ., 2020gydF4y2Ba;gydF4y2BaZoffoli et al ., 2022gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

2.3 PRecursore IperSpettrale德拉Missione Applicativa(棱镜)的形象gydF4y2Ba

棱镜高光谱地球观测传感器获得的数据在234年30 m像素大小谱乐队从400年到2500海里,10 nm光谱分辨率和重复性轨道每29天。一个棱镜(L1和L2C)图像获得2022年1月13日在ABR从棱镜门户(下载gydF4y2Bahttps://prisma.asi.itgydF4y2Ba)。棱镜的图像是气压上纠正使用低熔合金的包(2021年4月21日公布),专门为沿海和内陆水域的应用程序,即使有可观的浊度(gydF4y2BaVanhellemont 2019gydF4y2Ba从沿海水域),和更高的性能比标准L2D棱镜产品(gydF4y2Ba布拉加et al ., 2022gydF4y2Ba)。处理器使用黑暗谱拟合(DSF)算法来补偿大气和表面效应(gydF4y2BaVanhellemont鲁迪,2018gydF4y2Ba)。土地被掩盖了gydF4y2BaρgydF4y2Ba_wgydF4y2Ba值在短波红外(短波红外成像)乐队在1606 nm大于0.0215。非水表面的镜面反射太阳辐射可能是一个严重的浅水遥感的混杂因素。因此,太阳闪烁修正后应用gydF4y2BaHedley et al。(2005)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba凯et al。(2009)gydF4y2Ba。光深地区在图像显示太阳闪闪发光。使用所选的所有像素区域,可见中的每个乐队之间的线性回归进行地区和乐队在834 nm的近红外(NIR)。然后,每个像素在可见波段的反射率gydF4y2Ba我gydF4y2Ba是deglinted根据以下方程:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba ${\mathrm{RgydF4y2Ba}}_{\mathrm{我gydF4y2Ba}}^{\prime gydF4y2Ba}$ 是太阳闪烁纠正像素亮度的乐队吗gydF4y2Ba我gydF4y2Ba,gydF4y2BaRgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba每个像素的反射率在可见的乐队吗gydF4y2Ba我gydF4y2Ba,gydF4y2BabgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba回归直线的斜率为乐队吗gydF4y2Ba我gydF4y2Ba,gydF4y2BaRgydF4y2Ba_{近红外光谱gydF4y2Ba}近红外通道的反射率和最小吗gydF4y2Ba_{近红外光谱gydF4y2Ba}对应于近红外光谱的最小反射率值。gydF4y2Ba

2.4半解析模型gydF4y2Ba

浅水半希望模型(gydF4y2Ba李et al ., 1998gydF4y2Ba,gydF4y2Ba1999年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2001年gydF4y2Ba)是应用于每一个gydF4y2Ba原位RgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λ)光谱检索水固有光学特性(IOPs),深度,和底部反射(gydF4y2BaRgydF4y2Ba_BgydF4y2Ba)。在这个模型中,吸收系数是根据描述gydF4y2Ba李(1994)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba李et al。(1999)gydF4y2Ba:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_TgydF4y2Ba是吸收系数(mgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}),gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_wgydF4y2Ba是纯水吸收系数(mgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}从(获得)gydF4y2Ba教皇和弗莱1997gydF4y2Ba),gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_0gydF4y2Ba和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba经验系数定义来描述浮游植物吸收的光谱形状(gydF4y2Ba李,1994gydF4y2Ba),gydF4y2BaPgydF4y2Ba是gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}在440海里,gydF4y2BaGgydF4y2Ba是gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_dggydF4y2Ba在440海里gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba代表gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_adggydF4y2Ba(在这里设置为0.017海里gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba},根据gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba测量)。此外,后向散射系数是根据定义的gydF4y2Ba梳刷et al。(1999)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba李et al。(1999)gydF4y2Ba:gydF4y2Ba

在那里,gydF4y2BabgydF4y2Ba_bgydF4y2Ba是总反向散射系数(mgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}),gydF4y2BabgydF4y2Ba_bwgydF4y2Ba是水分子的反向散射系数,gydF4y2BabgydF4y2Ba_{英国石油公司gydF4y2Ba}是粒子的反向散射系数,gydF4y2BaXgydF4y2Ba是gydF4y2BabgydF4y2Ba_{英国石油公司gydF4y2Ba}在532海里gydF4y2BaYgydF4y2Ba代表一个粒子反向散射光谱形状参数(设置为0.5)。的值gydF4y2BabgydF4y2Ba_bwgydF4y2Ba(gydF4y2BaλgydF4y2Ba)保持不变(gydF4y2Ba张和胡,2009年gydF4y2Ba)。的优化,gydF4y2BaXgydF4y2Ba被解析为比例因子定义的贡献gydF4y2BabgydF4y2Ba_{英国石油公司gydF4y2Ba}的建模gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λ)。gydF4y2Ba

的光学特性在SA模型用于地下遥感反射率光学浅滩里,gydF4y2BargydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(gydF4y2Ba李et al ., 1999gydF4y2Ba):gydF4y2Ba

在这里,gydF4y2BargydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba是上升流光辉的比率下降在表面的辐照度评估和gydF4y2Ba ${\mathrm{rgydF4y2Ba}}_{\mathrm{rgydF4y2Ba}\mathrm{年代gydF4y2Ba}}^{\mathrm{dgydF4y2Ba}\mathrm{pgydF4y2Ba}}$ 是光学遥感反射率深水。K中描述gydF4y2BaEq。14gydF4y2Ba。在gydF4y2Ba情商。gydF4y2Ba,第一项表示路径的一部分光辉将在光深水域,而第二项表示底部贡献传播衰减后的表面通过双向路径的水柱。获得gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba,gydF4y2BargydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba是通过水面接口根据传播gydF4y2Ba李et al。(1999)gydF4y2Ba:gydF4y2Ba

在这个模型中,有两个光学path-elongation因素:一个用于光子从水柱(gydF4y2Ba ${\mathrm{DgydF4y2Ba}}_{\mathrm{ugydF4y2Ba}}^{\mathrm{CgydF4y2Ba}}$ )gydF4y2Ba,gydF4y2Ba从底部,另一个用于光子(gydF4y2Ba ${\mathrm{DgydF4y2Ba}}_{\mathrm{ugydF4y2Ba}}^{\mathrm{BgydF4y2Ba}}$ )(gydF4y2Ba方程式11gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba14gydF4y2Ba)。这些因素是近似gydF4y2Ba李et al。(1999)gydF4y2Ba,在那里gydF4y2BaugydF4y2Ba和gydF4y2BakgydF4y2Ba描述光学性质之间的关系:gydF4y2Ba

RgydF4y2Ba_BgydF4y2Ba量化了归一化反射率光谱在550海里,gydF4y2BaRgydF4y2Ba_BngydF4y2Ba(λ)gydF4y2Ba,gydF4y2Ba和一个比例因子调制反射建模的底栖生物反照率的贡献,gydF4y2BaBgydF4y2Ba_ngydF4y2Ba。gydF4y2Ba

底部覆盖类,即。,年代和,green一个lgae, brown algae, coralline algae, and brown coral, were selected according to the substrates present in the Abrolhos Bank region (Villaca Pitombo, 1997gydF4y2Ba)。这种纯粹的基质的光谱反射率是来自gydF4y2BaMedeiros et al。(2018)gydF4y2Ba和gydF4y2BaRoelfsema和Phinn (2012)gydF4y2Ba(gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba)。使用线性混合方法的衬底SA模型已经在先前的研究中使用测试希望模型(gydF4y2BaKlonowski et al ., 2007gydF4y2Ba;gydF4y2Ba白兰度et al ., 2009gydF4y2Ba;gydF4y2Ba加西亚et al ., 2018gydF4y2Ba;gydF4y2BaDierssen et al ., 2019gydF4y2Ba)。在这里,我们希望为每个10倍gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba光谱和棱镜的形象,在每次运行,不同gydF4y2Ba ${\mathrm{RgydF4y2Ba}}_{\mathrm{BgydF4y2Ba}}(gydF4y2Ba\mathrm{\lambda gydF4y2Ba})gydF4y2Ba$ 作为输入,这对应于不同组合的两个纯底盖类(如沙子和绿藻,沙子和珊瑚藻,珊瑚藻和棕色的珊瑚,等等)。底部组合提出了最低的建模之间的相对误差gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(gydF4y2Ba ${\mathrm{RgydF4y2Ba}}_{\mathrm{rgydF4y2Ba}\mathrm{年代gydF4y2Ba}}^{\mathit{国防部gydF4y2Ba}}(gydF4y2Ba\mathrm{\lambda gydF4y2Ba})gydF4y2Ba$ )和测量gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(gydF4y2Ba ${\mathrm{RgydF4y2Ba}}_{\mathrm{rgydF4y2Ba}\mathrm{年代gydF4y2Ba}}^{\mathrm{米gydF4y2Ba}\mathrm{egydF4y2Ba}\mathrm{一个gydF4y2Ba}}(gydF4y2Ba\mathrm{\lambda gydF4y2Ba})gydF4y2Ba$ )为每个站/像素选择在最后的过程。gydF4y2Ba

常量值结合上述描述gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(gydF4y2BaλgydF4y2Ba)光谱可以使用的参数建模:gydF4y2BaPgydF4y2Ba,gydF4y2BaGgydF4y2Ba,gydF4y2BaXgydF4y2Ba,gydF4y2BaBgydF4y2Ba,gydF4y2BaHgydF4y2Ba为:gydF4y2Ba

希望反演模型在MATLAB®中运行。为gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba数据集,gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λ)从400年到750海里被认为是,给出了约束和初始值gydF4y2Ba表2gydF4y2Ba。希望性能是评价算法的检索与IOPs对比和深度测量gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba伴随的,gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba测量。棱镜的形象,只带1 - 42 (402 - 749 nm)被认为是希望运行算法。在这种情况下,两个空间子集选择算法的验证gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba深度数据能够从2013年(gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba)。约束和初始值用于棱镜加工略不同于那些用于gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba测量(gydF4y2Ba表2gydF4y2Ba)。优化过程是为了寻找误差最小的解决方案通过一个量化的成本函数之间的相对误差最低gydF4y2Ba ${\mathrm{RgydF4y2Ba}}_{\mathrm{rgydF4y2Ba}\mathrm{年代gydF4y2Ba}}^{\mathit{国防部gydF4y2Ba}}(gydF4y2Ba\mathrm{\lambda gydF4y2Ba})gydF4y2Ba$ 和gydF4y2Ba ${\mathrm{RgydF4y2Ba}}_{\mathrm{rgydF4y2Ba}\mathrm{年代gydF4y2Ba}}^{\mathrm{米gydF4y2Ba}\mathrm{egydF4y2Ba}\mathrm{一个gydF4y2Ba}}(gydF4y2Ba\mathrm{\lambda gydF4y2Ba})gydF4y2Ba$ (gydF4y2Ba加西亚et al ., 2018gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

2.5统计指标gydF4y2Ba

Shapiro-Wilk测试用于测试的正常bio-optical样本。非参数测试,克鲁斯卡尔-沃利斯单向方差分析进行测试样本是否来自相同的分布。一次测试参数之间的显著差异被发现,一个图基诚实的显著差异(HSD)进行验证,如果有弧之间的显著差异(gydF4y2BapgydF4y2Ba值< 0.05)。最后,回归bio-optical和生物地球化学参数之间的强度评估通过确定系数(RgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba)。希望模型的性能评估通过平均绝对误差(MAE)、相对和日志的偏见,据gydF4y2Ba西格et al。(2018)gydF4y2Ba,RgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba,绝对和相对均方根误差(RMSE和推定)。美和日志偏见存在乘性指标(美1.5表明估计观察1.5×(50%)平均比gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba观察)。一个日志偏差值低于统一表示负偏差(gydF4y2BaO ' reilly Werdell, 2019gydF4y2Ba)。此外,深度之间的皮尔逊相关性(r)和底部衬底反射与残差(模型-测量)gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440),gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_dggydF4y2Ba(440)和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{线性调频gydF4y2Ba}(440)计算评估的主要因素负责检索错误使用gydF4y2Ba原位RgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λ)数据。gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba党卫军gydF4y2Ba_resgydF4y2Ba是残差的平方和,gydF4y2Ba党卫军gydF4y2Ba_{合计gydF4y2Ba}是总平方和,gydF4y2BaxgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba是gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba对于一个给定的数据参数,gydF4y2BaygydF4y2Ba_我gydF4y2Ba是估计的值对于一个给定的参数和N是样本容量。gydF4y2Ba

3的结果gydF4y2Ba

3.1 Bio-optical属性特征gydF4y2Ba

两个弧的背影,相对较低gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440)值,类似的平均值gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba},gydF4y2Ba老,gydF4y2Ba和gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_fgydF4y2Ba(gydF4y2Ba表3gydF4y2Ba)。然而,在内部电弧,一个地区有更多的陆地影响,的值gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba}(440)和吸收由于午睡和总比在440纳米颗粒物(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba}(440)/gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_pgydF4y2Ba(440))gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba*gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440)明显高于(gydF4y2BapgydF4y2Ba值< 0.05)比外弧的背影,虽然gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba和gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_fgydF4y2Ba在内部电弧(低gydF4y2BapgydF4y2Ba值< 0.05)。此外,一个积极的背影——之间的共变观察gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440)和排名gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_pgydF4y2Ba(440),(gydF4y2Ba图4 a, DgydF4y2Ba;gydF4y2Ba表4gydF4y2Ba)。与此同时,一个指数降低被发现之间的山坡和吸收系数,和背影-gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba*gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440)(gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba;gydF4y2Ba表4gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

一个显著差异(gydF4y2BapgydF4y2Ba值< 0.001)也发现的背影——之间的关系gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440)来源于我们的数据集和报道gydF4y2BaBricaud et al。(2010)gydF4y2Ba(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440)= 0.0617(排名-gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)gydF4y2Ba^{0.93gydF4y2Ba}),gydF4y2BaBricaud et al。(2004)gydF4y2Ba(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440)= 0.0654(排名-gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)gydF4y2Ba^{0.73gydF4y2Ba})。的gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}本研究(440)值高于的报道在这些出版物和之间的差异gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba*gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440)ABR与的值gydF4y2BaBricaud et al。(1995)gydF4y2Ba相关参数化可能是生物浮游植物群落的组成(gydF4y2Ba图5 dgydF4y2Ba)。更多细节将在第四部分讨论。的部分贡献gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba},gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba},gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}在440 nm(总水的吸收gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_pgydF4y2Ba(440)),即。的总和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba},gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba}和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba}对每个区域所示gydF4y2Ba图4 egydF4y2Ba。Abrolhos银行地区整体而言,水的吸收是主要由CDOM电台(59%),表现出最高的可变性外弧的最低的小睡的贡献。给出的外弧gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_pgydF4y2Ba主要通过CDOM电台(57%)或浮游植物(站)的36%。CDOM和浮游植物贡献了重要的变化,以及它们之间观察成反比关系。内弧,两种模式,一个主要由CDOM电台(60%)和其他CDOM的混合物,午睡,浮游植物(站)的32%。午睡的相对贡献gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_pgydF4y2Ba从外弧的10%增加到50%,内弧,可能引起的河道流量的影响。浮游植物的贡献有更高的外弧可变性,但是他们的贡献达到50%gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_pgydF4y2Ba内弧(gydF4y2Ba图4 egydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

的时间序列分析gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(443)(gydF4y2Ba补充数据S2、S3gydF4y2Ba),gydF4y2BaKgydF4y2Ba_dgydF4y2Ba(490)(gydF4y2Ba补充数据S4, S5gydF4y2Ba)显示一个类似的季节性变化在两个弧,南国春夏装的整体价值下降(October-April)重合的雨季,在秋冬季(May-September)和更高的值。内弧也显示高值在两个参数外弧相比,吵着模式和一些非凡的增加和减少的季节性模式。在野外工作和棱镜图像采集时间,平均的值gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(443)和gydF4y2BaKgydF4y2Ba_dgydF4y2Ba在两个弧(490)相对低于与其他季节相比。gydF4y2Ba

3.2光学性质和深度检索gydF4y2Ba原位RgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λ)数据和棱镜的形象gydF4y2Ba

的gydF4y2Ba原位RgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λ)光谱显示大变化大小和光谱形状(gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba)。的gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λ)可变性的绿带,反映出更强的海底成分变化的影响。站由珊瑚和/或macroalgaegydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λ)老低见0.005gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba},而在车站由沙子,gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λ)高达0.053 srgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}。在600海里以外的乐队,值接近于零由于强烈吸收水分子。的最大值gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λ)光谱变化之间的475和575海里根据底类型,水清澈,和深度。gydF4y2Ba

半解析反演能够准确地检索深度(gydF4y2Ba表5gydF4y2Ba)。然而,该模型大大低估了吸收系数小睡和CDOM的意思gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_dggydF4y2Ba(440)= 0.05±0.04米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}(希望);0.13±0.08米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}(gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba),记录偏差= 0.38),浮游植物吸收系数(的意思gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440)= 0.04±0.02米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}(希望);0.05±0.02米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}(gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba),记录偏差= 0.33)和水的吸收系数(的意思gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{线性调频gydF4y2Ba}(440)= 0.08±0.06(希望)的意思gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{线性调频gydF4y2Ba}(440)= 0.17±0.08米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}(gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba),日志偏见= 0.48)(gydF4y2Ba图7gydF4y2Ba)。由于样品gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λ)大小相对较小(N = 34)gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λ)测量使用,即使是站大于15米,但小于1.4米。最深的三站之后,只有提高了深度检索(RgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba= 0.7,0.45,0.56和0.87gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440),gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_dggydF4y2Ba(440),gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{线性调频gydF4y2Ba}分别为(440),和深度)。相反的观察与最浅的电台。三个最浅的电台被移除后,只有提高了光学特性检索(RgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba= 0.75,0.52,0.58和0.79gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440),gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_dggydF4y2Ba(440),gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{线性调频gydF4y2Ba}分别为(440),和深度)。残留分析显示显著的残余之间的偏相关gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440)和底部衬底(r = 0.37,gydF4y2BapgydF4y2Ba值< 0.05)。剩余之间没有得到显著相关gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440)和深度(r = 0.21,gydF4y2BapgydF4y2Ba值> 0.05),剩余gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_dggydF4y2Ba(440)和深度(r = 0.12,gydF4y2BapgydF4y2Ba值> 0.05),剩余gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_dggydF4y2Ba(440)和底部衬底(r = 0.29,gydF4y2BapgydF4y2Ba值> 0.05),剩余gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{线性调频gydF4y2Ba}(440)和深度(r = 0.08,gydF4y2BapgydF4y2Ba值> 0.05)和残留gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{线性调频gydF4y2Ba}(440)和底部衬底(r = 0.28,gydF4y2BapgydF4y2Ba值> 0.05)。gydF4y2Ba

总的来说,希望从棱镜的图像检索模型提出了低的值gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440),gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_dggydF4y2Ba(440)和gydF4y2BabgydF4y2Ba_{英国石油公司gydF4y2Ba}(532),除了Caravelas河流羽流,表现出更高的值gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_dggydF4y2Ba(440)和gydF4y2BabgydF4y2Ba_{英国石油公司gydF4y2Ba}(532)(gydF4y2Ba图8gydF4y2Ba)。也观察到,一些地区的珊瑚礁有更高gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_dggydF4y2Ba(440)值比周围的深水。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_dggydF4y2Ba是主要的贡献者gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{线性调频gydF4y2Ba}(40% - -99%),他们都提出相同的空间格局。希望gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}在整个场景(440)检索较低(0.007 - -0.15米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})。如预期,较浅的地区位于珊瑚礁和靠近海岸。数据用于验证的深度结果由13个站,其中10比5米深度浅。尽管2013年验证数据集收集,深度检索(R模型取得了良好的结果gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba= 0.76 = 0.87、日志偏见,Rbias = -12.31%,美= 2.46,RMSE = 1.66,推定= 2.29%)。gydF4y2Ba

4讨论gydF4y2Ba

4.1光学性质在ABR内外弧在夏季gydF4y2Ba

以下4.4.1地区影响力bio-optical可变性gydF4y2Ba

巴西现在是该地区的主要驱动力(gydF4y2Ba西格尔et al ., 2008gydF4y2Ba),加上波型,潮汐政权,风控制bio-optical属性。BC传输贫瘠的热带水表面和低营养浓度可能限制浮游植物的增长(gydF4y2Baknopper et al ., 1999 bgydF4y2Ba;gydF4y2Ba洛佩斯和卡斯特罗,2013gydF4y2Ba)。BC还洗了营养物质从陆地径流从而帮助减轻它的影响(gydF4y2Baknopper et al ., 1999 bgydF4y2Ba;gydF4y2Ba西格尔et al ., 2008gydF4y2Ba)。在南国的夏天,温跃层形成分层水柱,减少更多的养分输入透光层(gydF4y2Ba洛佩斯和卡斯特罗,2013gydF4y2Ba;gydF4y2Ba特谢拉et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2BaGhisolfi et al ., 2015gydF4y2Ba)。径流调节河流沉积物的降水更丰富的夏季。还在夏天,波的能量加上风负责东北偏北再悬浮和运输向南,沿海的水流,近岸的材料(gydF4y2Baknopper et al ., 1999 agydF4y2Ba)。然而,水动力障碍是在本赛季设立强有力的结块汇合近岸水流。内弧地形充当障碍朝海沉积物运输、地面材料的限制达到外弧(gydF4y2Ba西格尔et al ., 2008gydF4y2Ba)。因此,外弧更受到BC和resuspended生物碎屑沉积物,而内弧也收到一些贡献从河流的流量(gydF4y2Ba西格尔et al ., 2008gydF4y2Ba;gydF4y2Ba西格尔和卡斯特罗,2011gydF4y2Ba;gydF4y2Ba卡斯特罗et al ., 2012gydF4y2Ba)。这些过程可能负责空间和季节性变化的观察gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba数据集和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(443)和gydF4y2BaKgydF4y2Ba_dgydF4y2Ba(490)时间序列分析。一些噪声观测时间序列的内弧可能解释为陆地排放的输入,可以将有机物和沉积物的水柱在不同时期(gydF4y2BaZoffoli et al ., 2013gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

4.1.2浮游植物gydF4y2Ba

的背影,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}本研究中观察到的值低于预期的沿海水域(gydF4y2Ba科斯塔et al ., 2006gydF4y2Ba;gydF4y2BaBlondeau-Patissier et al ., 2017gydF4y2Ba;gydF4y2Ba罗素et al ., 2019gydF4y2Ba),尽管比得上平均值报告案例1水(gydF4y2BaBricaud et al ., 2004gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2010年gydF4y2Ba)。独特的海洋环境研究地区可能负责等浮游植物生物量低营养物巴西电流的影响,也促进了营养洗流,在夏天,水体分层。我们的数据显示一个意想不到的分布格局,外弧的背影——更高gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba值比内弧。有可能的是,背影,就越高gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba值在外弧应该提升sub-mixed-layer水上升流的影响引发的小漩涡,蜿蜒,介绍了营养和不会达到环境内的珊瑚礁内弧(gydF4y2BaGhisolfi et al ., 2015gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

观察到的gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba数据,希望从卫星数据检索也低gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440)值。尽管gydF4y2Ba在原地gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440)很低的沿海生态系统,它仍高于发现gydF4y2BaBricaud et al . (2004gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2010)gydF4y2Ba在开放水域的全球海洋。此外,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba*gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440)(例如,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440)/背影-gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba从这些参数化)ABR不同统计gydF4y2BaBricaud et al。(1995)gydF4y2Ba从水样收集在贫营养、中滋育的和富营养的全球海洋的水。这些差异可能与变化有关浮游植物群落的大小,比例附属浮游植物色素,或各种色素的细胞内的浓度。Abrolhos地区浮游植物有稀缺的研究在社区,据报道优势的微型浮游生物在冬季(Souza, 2010)gydF4y2BaBricaud et al。(2004)gydF4y2Ba观察到一个大变化大小浮游植物群的统治地位。进一步的研究需要描述ABR的浮游植物的社区。为gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba*gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440),也可能是相关的方法论方面的差异。gydF4y2BaBricaud et al . (2010gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2004年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba1995)gydF4y2Ba量化的背影,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba通过高效液相色谱法(HPLC),但在这项研究中,背影gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba由荧光估计,这可能导致的背影-gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba过高的估计,因为它不是完全有效的避免污染其他颜料和降解产物(gydF4y2Ba莫雷尔Maritorena, 2001gydF4y2Ba;gydF4y2BaRudorff et al ., 2014gydF4y2Ba)。重要的是要强调,ABR的背影gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba只有37%的解释gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba*gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440)可变性,这相对较弱的相关性的背影——当试图推导出可能影响gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba通过基于海洋颜色模型gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba*gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(λ)(例如,gydF4y2Ba达尔'Olmo et al ., 2005gydF4y2Ba)。增加色素包装效果和/或减少辅助色素的比例下降相关gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba*gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440)(gydF4y2BaBricaud et al ., 1995gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2004年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2010年gydF4y2Ba)。的gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_fgydF4y2Ba被认为是代表结合色素变化包装效果由于细胞大小和增加辅助色素的浓度(gydF4y2Ba费雷拉et al ., 2020gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_fgydF4y2Ba指出,标准化的吸收光谱的线性组合两个光谱对应纯picophytoplankton (gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_fgydF4y2Ba= 1,浮游植物细胞< 2μm)和纯microphytoplankton (gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_fgydF4y2Ba= 0,浮游植物细胞< 20μm) (gydF4y2BaCiotti et al ., 2002gydF4y2Ba;gydF4y2BaBricaud et al ., 2010gydF4y2Ba;gydF4y2Ba费雷拉et al ., 2020gydF4y2Ba)。外弧的最高最低(0.04)和(0.94)gydF4y2Ba科幻小说gydF4y2Ba观察值,这可能表明浮游植物的存在与不同的细胞大小。gydF4y2Ba

4.1.3 Non-algal粒子和溶解有机物gydF4y2Ba

最高的gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba的值gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba}内弧(440)被发现,可能与再悬浮粒子的陆源输入和底部的浅的地区限制这弧由于水动力障碍的存在。请注意,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba}(440)以ABR在这项研究可能低估了由于提取方法,因为使用次氯酸钠脱色藻类分数可以修改从小睡有机分数(gydF4y2BaCremella et al ., 2022gydF4y2Ba)。的gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_dggydF4y2Ba(440)值从棱镜检索数据证实了更高的价值gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba}(440)内弧。结果显示高值Caravelas河流羽流和在一些地区的珊瑚礁,预计从这个生态系统释放大量的海洋溶解有机物(DOM),因此CDOM,直接进入水(gydF4y2Ba凯利et al ., 2022gydF4y2Ba)。河流径流的沉积物和水动力和地貌屏障分隔两弧ABR或许可以解释观察到的差异之间的弧,更高浓度的CDOM和午睡局限于接近海岸的珊瑚礁。外弧的大陆影响很小,因此,低CDOM和午睡组件发现可能有源于降解的底栖生物(gydF4y2Ba老板和Zaneveld, 2003年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba莫布里et al ., 2005gydF4y2Ba)。先前研究沉积物类型支持这个解释显示主导硅质碎屑的泥沙在内部电弧纯碳酸盐主导外弧(gydF4y2Ba南美洲et al ., 2006gydF4y2Ba)。在太平洋的珊瑚礁,更高的值gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba}(440)和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba}(440)也报道更多的沿海地区,而较低的值观察更多的海外地区(gydF4y2Ba罗素et al ., 2019gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

4.1.4 non-algal粒子和溶解有机物的斜坡gydF4y2Ba

的gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba}提供的信息的相对贡献有机和矿物粒子在沿海水域的吸收(gydF4y2BaBabin et al ., 2003gydF4y2Ba)。越高gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba},地位越高的有机材料矿物粒子(gydF4y2BaBabin et al ., 2003gydF4y2Ba;gydF4y2BaBricaud et al ., 2010gydF4y2Ba),这进一步支持了当地生产这个组件的影响。高gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba}预计在ABR自珊瑚礁可能的主要供应粒子。而gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba}级表示CDOM浓度,其光谱斜率提供信息特征(化学、来源、成岩作用),和自然或成分(腐殖酸和富里酸)以及其光致氧化状态(gydF4y2Ba梳刷et al ., 1989gydF4y2Ba;gydF4y2Ba赫尔姆斯et al ., 2008gydF4y2Ba)。一般来说,陆源CDOM humic-dominated礼物光谱斜率低于marine-derived CDOM fulvic-dominated (gydF4y2Ba梳刷et al ., 1989gydF4y2Ba)。例如,先前的研究已经报道的意思gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba}值高于0.02海里gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}在开放海域和0.013 - -0.018海里gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}在沿海水域(gydF4y2Ba梳刷et al ., 1989gydF4y2Ba;gydF4y2BaCherukuru et al ., 2016gydF4y2Ba)。在这项研究中,均值gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{CDOM (350 - 500)gydF4y2Ba}0.017纳米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}和0.016纳米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}为内部和外部分别弧,典型的沿海环境的值。然而,一些站外的弧gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{CDOM (350 - 500)gydF4y2Ba}值高于0.03海里gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}与开放海域。根据gydF4y2Ba赫尔姆斯et al。(2008)gydF4y2Ba,gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{275 - 295gydF4y2Ba}和斜率比值(gydF4y2Ba老gydF4y2Ba=gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{275 - 295gydF4y2Ba}/秒gydF4y2Ba_{350 - 400gydF4y2Ba})是海洋环境中潜在的光漂白的指标,因为他们不断增加随着太阳照射。同时,gydF4y2Ba老gydF4y2BaCDOM的分子量(成反比gydF4y2Ba赫尔姆斯et al ., 2008gydF4y2Ba)。CDOM的斜坡,结果这两个弧,表明存在降解溶解有机物(DOM)可能由于生物或光化学过程(gydF4y2Ba赫尔姆斯et al ., 2008gydF4y2Ba;gydF4y2BaFichot Benner, 2012gydF4y2Ba;gydF4y2BaNelson和西格尔,2013年gydF4y2Ba),而gydF4y2Ba老gydF4y2Ba结果显示存在低分子量的DOM类似于以前观察到沿海水域(gydF4y2Ba赫尔姆斯et al ., 2008gydF4y2Ba)。因为所有的电台gydF4y2Ba老gydF4y2Ba值高于1(即gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{275 - 295gydF4y2Ba}≥gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{350 - 400gydF4y2Ba}),有可能低分子量CDOM的主导地位。此外,该指数减少之间的发现gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{275 - 295gydF4y2Ba}和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba}(350)表明可能的光漂白的影响上样品(gydF4y2BaFichot Benner, 2012gydF4y2Ba;gydF4y2BaBlondeau-Patissier et al ., 2017gydF4y2Ba)。本研究记录bio-optical性质的空间变异性Abrolhos银行地区但有限的数量相对较少gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba电台。为了更好地理解水的时序动态bio-optical属性在整个ABR的规模,未来的研究应该扩展分析空间(例如,使用卫星遥感和gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba数据)和评估物候变化。同时,研究应进一步发展增加浮游植物社会知识在ABR和确认假设沉积物类型和有机物之间的关系基于一套更健壮gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba样本。gydF4y2Ba

4.1.5差异与其他珊瑚礁和沿海地区gydF4y2Ba

bio-optical属性之间的差异被发现在比较其他世界各地的珊瑚礁水域,其中一些与本研究收集的数据在同一个赛季(gydF4y2Ba表6gydF4y2Ba),bio-optical属性之间的差异被发现。总的来说,ABR bio-optical属性表现出更高的值比观察(KMR),金伯利海洋地区和加勒比海。相对较低的河流淡水与温暖的影响和低盐度水从Holloway当前和印支贯流式(gydF4y2BaCherukuru et al ., 2016gydF4y2Ba)可能是负责降低排名gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba}发现KMR与ABR的相比。在加勒比海,低的背影gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba会造成水体分层。尽管加勒比海沿海水域的陆地贡献当地河流排放gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba}(440)和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba}(440)值仍低于上观察到。相反的观察模式bio-optical数据ABR和澳大利亚北部(NA)。的背影,gydF4y2Ba一个,一个gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba}(440)和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba}(440)值高于ABR NA。NA是受季风气候的影响,与潮流推动水动力学(gydF4y2BaBlondeau-Patissier et al ., 2017gydF4y2Ba)。在雨季,年季风降雨(∼1700毫米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})负责六条河流河道流量的增加,它提供了大量的营养物质和陆源CDOM的澳大利亚北部沿海水,提高初级生产力和增加粒子的数量在水里。类似的条件下观察世界遗产大堡礁地区(GBRWHA),特别是Mossman酒店。在这方面,在雨季,雨量可达600毫米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}促进更高影响bio-optical属性和负责的背影,就越高gydF4y2Ba一个,一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440),gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba}(440)和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba}(440)值。然而,ABR bio-optical变量值高于从GBRWHA礁水域。根据gydF4y2Ba博塔et al。(2020)gydF4y2BaGBRWHA和NA有广泛的水类型之间的比较结果可以解释ABR和这两个不同的领域。与输入相关的物理和生物地球化学海洋学过程的陆源物质负责变化bio-optical珊瑚礁地区的性质。gydF4y2Ba

4.2希望检索:性能、局限性和对未来研究的建议gydF4y2Ba

希望满意的检索模型的光学性质和深度上的珊瑚礁地区,实现RgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba0.45 (gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_dggydF4y2Ba(440)),0.7 (gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440)),0.56 (gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{线性调频gydF4y2Ba}(440))和0.81(深度)对比的时候出现gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba数据和值为0.87(深度)使用棱镜形象,即使在过去的情况下,验证集收购有关卫星采集时间的差异。虽然没有可用数据的严格验证吸收和反向散射检索使用棱镜数据,希望模型提出了一个通用类似的模式如前所观察bio-optical检索使用半解析反演模型在沿海和珊瑚礁地区:较低的值gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{线性调频gydF4y2Ba}和gydF4y2BabgydF4y2Ba_{英国石油公司gydF4y2Ba},除了靠近海岸,的值gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_dggydF4y2Ba>gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}和gydF4y2BabgydF4y2Ba_{英国石油公司gydF4y2Ba},更高的gydF4y2BabgydF4y2Ba_{英国石油公司gydF4y2Ba}在近岸海域,减少所有bio-optical数据与海岸(距离增加gydF4y2Ba德克et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2Ba麦克金纳et al ., 2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba巴恩斯et al ., 2018gydF4y2Ba;gydF4y2Ba加西亚et al ., 2020gydF4y2Ba)。然而,有一些矛盾在检索的空间格局,如低的值gydF4y2BabgydF4y2Ba_{英国石油公司gydF4y2Ba}和更高的价值gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}观察到在河口和深度关注河流羽流。根据gydF4y2Ba李et al。(2001)gydF4y2Ba,水浊度可以限制半解析模型的性能。一旦悬浮颗粒物,浊度的主要因素和羽毛,干扰光的射线路径几何,羽毛可以与底部反射创建虚假浅滩和大幅减少混淆明智的深度(gydF4y2Ba特里帕西Rao, 2002gydF4y2Ba;gydF4y2Ba卡巴雷若et al ., 2019gydF4y2Ba)。在高浊度反演问题的存在可以简化自底部深度信号可能不是被传感器。使用希望模型,gydF4y2Ba有格的et al。(2020)gydF4y2Ba显示,当地的浊度的影响导致低估的水深检索。他们还建议避免从遥感获取底深度对高浊度水因为他们强烈影响深度和卫星信号之间的关系。此外,gydF4y2BaMcKinnan et al。(2015)gydF4y2Ba显示较低的能力游泳期间检索IOPs高浑浊的事件,例如河流洪水滚滚。因此,选择图像最优条件(例如,高水透明度)是重要的实现更好的光学性质和深度检索通过半解析模型。gydF4y2Ba

大气校正也可以影响bio-optical和深度检索。大多数大气校正方法(AC)假定water-leaving近红外辐射可以忽略不计。然而,在沿海水域,它们通常不可以忽略不计(gydF4y2BaIOCCG 2010gydF4y2Ba;gydF4y2BaBulgarelli et al ., 2014gydF4y2Ba;gydF4y2BaSterckx et al ., 2015gydF4y2Ba)。另外,短波红外波段已经用于交流提高gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba检索在浑浊的水(gydF4y2Ba王史,2007年gydF4y2Ba;gydF4y2BaVanhellemont鲁迪,2014gydF4y2Ba)。此外,交流频繁使用海上气溶胶在沿海水域作为占主导地位的气溶胶类型(gydF4y2BaIOCCG 2010gydF4y2Ba)。然而,在这些领域,海洋和太空的气溶胶可以产生混合条件和空间变量,可能并不完全代表的气溶胶模型(gydF4y2BaAhmad et al ., 2010gydF4y2Ba;gydF4y2BaPahlevan et al ., 2017gydF4y2Ba)。因此,不准确的气溶胶模型大气校正过程中使用或气溶胶光学厚度的不精确的估计可能引入错误估计大气反射(gydF4y2Ba布拉加et al ., 2022gydF4y2Ba)。因此,校正大气效应对于这些模型被认为是一个关键步骤,显著影响检索结果(gydF4y2Ba古德曼et al ., 2008gydF4y2Ba;gydF4y2BaHedley et al ., 2012gydF4y2Ba;gydF4y2BaEugenio et al ., 2017gydF4y2Ba)。根据gydF4y2Ba有格的et al。(2020)gydF4y2Ba,大气校正的选择有重要影响的估计深度。与此同时,gydF4y2Ba古德曼et al。(2008)gydF4y2Ba得出结论,健壮的模型性能差异的影响大气和日光返辉修正方法。低熔合金,主要为水生遥感多光谱图像,设计是最近修改的过程棱镜数据(gydF4y2Ba布拉加et al ., 2022gydF4y2Ba)。然而,仍需要更多的研究来评估低熔合金表现棱镜图像在浅水覆盖更大范围的光学特性。相关的错误gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}检索使用gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba数据可以部分解释为基质类型自底部之间未发现明显的偏相关剩余gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}和底部衬底。然而,由于衬底和底部之间没有显著相关性的深度和残差gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_dggydF4y2Ba和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{线性调频gydF4y2Ba},很难确认错误的原因在这个检索。相对较小的采样数据集可能会影响水平的意义中观察到的相关性。除了浊度、大气校正、底部反射和深度,与相关的模型参数化和不确定性gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λ)也可以限制希望模型性能。gydF4y2Ba

问题检索的固有光学特性和深度可以假设一个错误的底部反射造成的(gydF4y2BaDierssen et al ., 2019gydF4y2Ba;gydF4y2Ba加西亚et al ., 2020gydF4y2Ba;gydF4y2Ba魏et al ., 2020gydF4y2Ba)。因此,选择合适的底部反射光谱可能改善希望检索的关键。使用不同的线性混合5种不同基质旨在减少不确定性引起的错误gydF4y2BaRgydF4y2Ba_BgydF4y2Ba参数化,但仍异质性的底栖生物基质在该地区可能不代表的gydF4y2BaRgydF4y2Ba_BgydF4y2Ba在模型中使用。同时,珊瑚作为一个三维结构的反射通常错误地表示为一个水平结构。3 d的反射率珊瑚通常远低于从水平面测量,可以估计相关的真实面积除以平面面积(gydF4y2BaHedley et al ., 2018gydF4y2Ba)。gydF4y2BaDierssen et al。(2019)gydF4y2Ba突出显示的不正确的水平表示的可能影响海草水检索使用希望模型在浅水区域。这些作者建议更现实的底栖生物反射率的测量和表示将树冠架构和皱纹应该减少检索水体参数的不确定性。在这项研究中,即使当使用一个更有代表性的底部反射珊瑚礁环境,模型仍然明显低估了吸收系数gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba数据,高估了深度来自棱镜的图像。请注意,有一个区别之间的9年gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba采样和棱镜图像采集,但是时间稳定的底栖生物组合(gydF4y2Ba特谢拉et al ., 2021gydF4y2Ba)。虽然有些地方底基质的变化必须发生在9年期间,通过物理司机、漂白流程或生物物种演替(gydF4y2BaDuarte et al ., 2020gydF4y2Ba;gydF4y2Ba特谢拉et al ., 2021gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2019年gydF4y2Ba),深度检索从棱镜的图像仍然表现良好高RgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba0.87。gydF4y2Ba

先前的研究表明,固有光学特性和深度检索相关更高的不确定性很浅明确水域(< 3米)。gydF4y2Ba德克et al。(2011)gydF4y2Ba相比不同的SA模型(希望全面反射率反演基于光谱匹配和表Lookup-CRISTAL,布鲁斯,和深色的)在莫顿湾,澳大利亚,使用紧凑型机载高光谱图像光谱成像仪(属于接近)的形象。他们观察的一个限制模型深度在0和3 m之间。相比之下,大约10米深的反演方法效果很好。gydF4y2Ba麦克金纳et al。(2015)gydF4y2Ba,用一个浅水基于希望模型反演模型,展示了不确定性增加使用MODIS图像比5米浅水域。因此,他们建议不包括检索比5米浅水域。此外,gydF4y2Ba巴恩斯et al。(2018)gydF4y2Ba观察到大量积极的错误gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_dggydF4y2Ba(440)深度小于∼12 m和轻微低估gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440)当水柱多样使用梅里图像从2到15米深。在我们的研究中,88%的站点地区浅超过12米,在浅66%∼5 m,和从站用于图像结果验证,85%是浅地区超过5米。然而,光学检索不确定性了ABR水域只有在深度浅比1.4米,水深时不能够良好的检索精度高于10米棱镜形象和15米gydF4y2Ba原位RgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λ)数据。没有共识的深度模型的不确定性成为重要。然而,随着水体变浅,衬底的影响比水柱的贡献更重要gydF4y2Ba反之亦然gydF4y2Ba。因此,水体变浅,检索的底栖生物反射贡献使水体吸收和后向散射系数不值得信赖,因此高度根据基质类型作为输入(gydF4y2Ba德克et al ., 2011gydF4y2Ba)。此外,如GPS定位中存在的问题和方法论方面潮流校正不准确可能会影响检索。gydF4y2Ba

限制了模型性能的另一个因素是在希望中使用一般的假设模型参数化,可能不适合。希望模型使用固定值的斜率gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_dggydF4y2Ba和粒子反向散射光谱形状参数(分别为年代和Y),可以影响派生的光学性质(gydF4y2Ba加西亚et al ., 2020gydF4y2Ba;gydF4y2Ba魏et al ., 2020gydF4y2Ba;gydF4y2BaWerdell et al ., 2013gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba巴恩斯et al。(2018)gydF4y2Ba强调,一些检索错误可能归因于固定Y普遍不正确的值,观察到在车站Y与更好的结果gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba测量。gydF4y2BaKostadinov et al。(2007)gydF4y2Ba显示常数谱形状的假设可能会妨碍bio-optical成分的最佳检索,即使区域性调谐光学模型。gydF4y2BaBlondeau-Patissier et al。(2017)gydF4y2Ba得出的结论是,使用常数意味着值Y和CDOM的光谱斜率和打盹,通常情况下在全球模型,将限制他们的应用程序在一些热带地区的世界。而不是使用固定值Y和优化深度,gydF4y2Ba巴恩斯et al。(2018)gydF4y2Ba使用真正的深度值和优化Y,找到显著改善光学性质错误相对于最深处。此外,gydF4y2Ba麦克金纳et al。(2015)gydF4y2Ba有效像素的数量增加了20%不同年代和Y值,根据以往的报告(并表示gydF4y2Ba安东尼et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2BaBlondeau-Patissier et al ., 2017gydF4y2Ba;gydF4y2BaTwardowski et al ., 2004gydF4y2Ba)更小的值(S)和Y是更适合光学建模复杂的海域。在我们的研究中,的斜率gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_dggydF4y2Ba0.009和0.024 nm之间的不同gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}平均值(0.017海里gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})作为一个固定的值,而对于Y,默认值(0.5米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})是由于缺少使用gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba数据。因此,假设一个固定值Y和S可能影响光学特性检索一旦知道这些光谱斜坡时空上可能会有所不同(gydF4y2Ba加西亚et al ., 2020gydF4y2Ba),不能正确地代表的意思。在一些模型,内部光学特性的光谱形状各不相同,在广义固有光学性质(GIOP) (gydF4y2BaWerdell et al ., 2013gydF4y2Ba)和准解析算法(QAA) (gydF4y2Ba李et al ., 2001gydF4y2Ba)。然而,这些模型使用带比率调整内部光学光谱形状,然后不适合应用在浅水区(gydF4y2Ba麦克金纳et al ., 2015gydF4y2Ba)。此外,光学特性值的范围是提供作为输入数据,重要的是定义范围符合已知的研究区域范围(gydF4y2Ba有格的et al ., 2020gydF4y2Ba)。因此,重要的是要获得信息的光学特性的潜在范围研究区域中使用的模型。gydF4y2Ba

最后,不确定性gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λ)作为输入可能也希望相关模型的低性能。优化方案的准确性依赖于不确定性测量或采用卫星gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λ)传播(和可能被放大)检索产品(gydF4y2BaWerdell和贝利,2005年gydF4y2Ba)。收购、加工方法和环境条件在水上的gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba测量gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λ)能促进高不确定性,即。,> 30% (gydF4y2Ba胡克和Maritorena, 2000gydF4y2Ba;gydF4y2BaToole et al ., 2000gydF4y2Ba)。同时,认识到卫星gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba(λ)数据受到错误引起的校准不足或/和大气校正在浅水区(gydF4y2Ba加西亚et al ., 2018gydF4y2Ba;gydF4y2Ba魏et al ., 2020gydF4y2Ba)。此外,光学性质的不确定性也可能是重要的,因为它们是由每个组分的浓度和仪器(gydF4y2BaRottgers et al ., 2016gydF4y2Ba;gydF4y2BaTwardowski et al ., 2007gydF4y2Ba)。进一步的研究应该将检索到的变量的不确定性,而希望不做模型,并使用质量指标如下层检测能力指数(SDI)提出的gydF4y2Ba白兰度et al。(2009)gydF4y2Ba,允许用户识别可疑的像素可以掩盖这些变量产生可靠的地图。gydF4y2Ba

光学性质的ABR当然改变了在水中采样和图像采集(9年),限制了利用光学数据(2013年收集的)作为基础来指定模型的限制在棱镜上执行图像(2022年收购)。,甚至使用一些验证数据获得和年的差异和缺乏知识的光学特性目前图像采集(帮助定义参数范围)获得的模型定性好的结果。先前的研究已经显示了棱镜光学深度测量法的数据检索的潜力(gydF4y2BaAlevizos et al ., 2022gydF4y2Ba),海底映射(gydF4y2BaBorfecchia et al ., 2021gydF4y2Ba),在内陆水域的水质参数的检索(gydF4y2BaNiroumand-Jadidi et al ., 2020gydF4y2Ba;gydF4y2BaBresciani et al ., 2022gydF4y2Ba)。一起在我们目前的分析结果,这些研究表明高光谱的潜力棱镜监测水生系统的传感器。gydF4y2Ba

5的结论gydF4y2Ba

ABR的bio-optical性质受到海洋的影响过程和由大陆陆源输入。连同底部特征、波浪、阳光渗透在水柱,他们印记遥感反射率。巴西目前可以减少造成的潜在影响陆源沉积物输入在ABR甚至从当地河流的营养。然而,这些输入与地貌和水动力障碍出现在该地区是必不可少的在控制水体中观察到的差异ABR内部和外部之间的弧,叶绿素——尤其是在关系gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba和non-algal颗粒物。珊瑚礁可能是CDOM的主要来源和可能负责CDOM的主要贡献在弧线总水的吸收。的gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba},gydF4y2Ba老gydF4y2Ba,gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba}值表明,降解溶解有机物分子量相对较低和有机而不是矿物粒子占据了吸收系数。gydF4y2Ba

的bio-optical性质上可以被认为是独特的相比其他沿海和全世界的珊瑚礁地区。的背影,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba},gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba}值高于之前报道的陆架水金伯利海洋地区,太平洋珊瑚礁和加勒比海域,而gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{午睡gydF4y2Ba}的值低于GBRWHA(雨季),澳大利亚北部,太平洋珊瑚礁边缘。温暖和nutrients-poor巴西目前,陆源物质输入,和底部的底物控制的地貌特征在ABR bio-optical属性。在KMR bio-optical属性是由Holloway控制电流和印支贯流式河道流量较低有关。在加勒比海,水体分层和河道流量的背影——负责的价值观gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{CDOMgydF4y2Ba}。在澳大利亚北部和GBRWHA,季风气候与状态的几个相关的河流和驱动水动力学控制他们的潮流bio-optical属性,尤其是在雨季。因此,物理和生物地球化学海洋学过程,地貌学,陆源物质输入可能是负责bio-optical属性的差异在这些地区。gydF4y2Ba

希望模型上的光学性质和深度检索gydF4y2Ba原位gydF4y2BaRrs和可接受的不确定性(RgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba= 0.7,0.45,0.56和0.81gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{体育gydF4y2Ba}(440),gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_dggydF4y2Ba(440),gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{线性调频gydF4y2Ba}分别为(440)和深度)。它还提供满意的深度图像检索当应用于棱镜(RgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba= 0.87)。然而,浊度的影响,大气校正(gydF4y2BaRgydF4y2Ba_rsgydF4y2Ba错误),浅深度(基质),和模型的不确定性阻碍了相关性测量和估计,并使很难复原正常空间格局。进一步的研究应该把不确定性和使用质量指标使用户能够掩盖可疑像素产生更精确的地图检索变量。当底影响小,检索水深和底部衬底开始是个问题,但预计检索IOPs提高(因为底污染少是一个问题)。它对进一步提高海洋颜色模型是至关重要的考虑上述挑战,所以实际变化,不是模型构件,捕获,因此,bio-optical可变性的ABR(和类似的光浅和复杂水体)中描述正确的上下文环境和气候变化。棱镜图像处理显示一个潜在的检索深度测量法和光学性质在浅水环境中基于物理反演模型。使用低浊度和一种改进的大气校正的图像应该产生更好的检索属性的水柱和底部。结果是有前途的,但是额外的卫星和之间的对位gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba测量需要更健壮的分析。gydF4y2Ba

数据可用性声明gydF4y2Ba

原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。gydF4y2Ba

作者的贡献gydF4y2Ba

概念化、TAGM MLZ,射频,可;方法,TAGM MLZ,射频,FDC和可;形式分析,TAGM;数据管理、TAGM MLZ,射频,FDC, GMC,可;原创作品草稿准备,TAGM;Writing-review和编辑、TAGM MLZ,射频,FDC, GMC,可;监督可;项目管理,可;融资收购,可所有作者已阅读及同意发布版本的手稿。gydF4y2Ba

资金gydF4y2Ba

本研究的贡献Abrolhos网络(gydF4y2Bawww.abrolhos.orggydF4y2Ba),他们得到了巴西国家研究理事会(CNPq)通过Abrolhos长期生态监测项目(PELD-Site核)。工作的部分经费由Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de含量Superior-Brazil(披肩)金融代码001、通讯社的记者Espacial Brasileira de尽管(AEB)和西班牙Espaciais (INPE)。TM和FC CNPq / PCI-D奖学金支持。可承认从FAPESP(2021/04128-8)必须占州政府拨款,FUSP (2017/00686-0)。射频是由国家航空和宇宙航行局(NASA)在各种补助。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

本研究使用棱镜产品©意大利航天局(ASI),根据ASI许可证交付使用。我们感谢艾琳•马托斯Valerio和安德里亚·奥利维拉国家空间研究所(INPE)提供宝贵意见,提高了手稿。我们特别感谢澳大利亚西部大学的罗德里戈加西亚博士关于希望对他有帮助的反馈模型。我们还要感谢那些评论家的建设性意见。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。gydF4y2Ba

出版商的注意gydF4y2Ba

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。gydF4y2Ba

补充材料gydF4y2Ba

本文的补充材料在网上可以找到:gydF4y2Bahttps://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/frsen.2022.986013/full补充材料gydF4y2Ba

引用gydF4y2Ba