白光激光雷达呈现海洋颜色的新视角

白光激光雷达概念可以测量海洋遥感反射率（R_哈哈）而不依赖于阳光。模拟表明，跨越 400-720 纳米的宽带激光脉冲可以重建用于估计水生光学特性的光谱信号。该方法可以扩展在困难照明下对海洋颜色的观测，并为校准和验证卫星传感器提供新的参考。

遥感反射率描述了离开水体的入射光的比例，并携带有关叶绿素-a、颗粒和有色溶解有机物的信息。水上、水面和水中的测量取决于阳光，可能会受到可变光线、太阳眩光、波涛汹涌的大海、低太阳高度角和黑暗的影响。尽管激光雷达可以主动照亮海洋并区分大气回波和水下信号，但其观测几何形状与被动检测海洋颜色不同。如果激光雷达可以重现传统的R_哈哈哪些系统和水的特性控制着精度，仍然悬而未决。由于这些挑战，R 的进一步研究_哈哈 测量

厦门大学、福建海洋创新中心、中国海洋大学和平流层公司的研究人员于2026年6月25日在《遥感杂志》上发表（DOI：10.34133/remotesensing.1066）这项研究。他们评估了脉冲白光激光雷达是否可以作为直接人工R的太阳能“可控”。_哈哈 通过可见光谱进行测量。所提出的方法解决了被动海洋颜色观测的实际局限性，包括日光依赖性、天光污染、太阳眩光、低太阳角度和不稳定的海面条件，这些限制了可靠的测量。

模拟发现多个散射光子的收集是控制测量精度的主要因素。当受体足迹足够大时，重建光谱在叶绿素-a 浓度为 0.01–5.00 mg/m 时实现了小于 10% 的平均绝对百分比误差 (MAPE)³。 3000 m 高度的高空机载平台满足了这一标准，视场 (FOV) 大于 20 毫弧度 (mrad)，而 500 km 高度的代表性空间平台也达到了低于 10% 的 MAPE，FOV 为 0.5 mrad。与无源方法相比，白光激光雷达提供可控宽带照明和间隔分辨测量，允许在重建深度积分光谱之前分离大气回波和水下信号。

平台的高度和接收器的视场共同决定望远镜是否捕获多重散射光子的传播。在 10m（代表登机平台）处，由于占地面积太小，MAPE 仍保持在 40% 以上。在 500m 处，性能显着提高，但非常清澈的水仍然很困难。在 3,000 m 处，当 FOV 超过 20 mrad 时，测试的叶绿素 a 范围内的 MAPE 降至 10% 以下。清澈的水和蓝绿色波长需要更大的足迹，因为光子传播得更远并且遭受更多的散射。代表性的色散相函数的影响相对较小。为了限制与海面波动相关的干扰，研究人员建议在重建 R 之前从海面以下前 0.1 m 处去除激光雷达信号。_哈哈。这种预处理在不同波长之间以不同的方式转移误差，减少了一些红波段误差，并可能增加蓝绿相对误差。这些结论是基于对案例 1 在平静表面条件下光学均匀水域的模拟得出的，需要在实践中进行现场验证。

“这些模拟表明，白光激光雷达可以建立一个主动源框架，用于测量独立于环境阳光的海洋颜色。在该方法支持海洋监测和卫星校准活动之前，与现场观测的现场比较、光学复杂水域的测试以及改进非弹性散射的处理至关重要。”

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团队生成了 R 参考_哈哈 使用 HydroLight 分析了光谱并评估了三个蒙特卡罗 (MC) 框架：被动标准后向 MC (PB-SMC)、主动前向标准 MC (AF-SMC) 和主动前向半解析 MC (AF-SAMC)。使用的模拟 2 × 10⁹ 每次运行的光子数，覆盖 400 至 720 nm 之间的 65 个波段，间隔为 5 nm。研究人员针对无限深的水柱测试了四种叶绿素-a 浓度、四个平台高度、多个接收器视场、各种散射相函数、拉曼散射、叶绿素荧光和平静的海面条件。

未来的工作将比较激光雷达测量与原位辐射计，检查案例 1 以外的水域，量化拉曼散射和叶绿素荧光的单独贡献，并开发算法来恢复重建光谱的固有光学特性。通过成功的现场验证和工程开发，R_哈哈 该测量可以支持被动方法受照明限制的观测，加强海洋颜色卫星校准和产品验证，并改善在不断变化的环境和照明条件下对公海、沿海和内陆水域环境中水生光学条件的监测。