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浮游植物粒级结构在浮游食物网和海洋生态系统中扮演着非常重要的角色。它是生物学的一个重要因子，海洋环境中的很多生物地球化学循环（如碳循环）都与浮游植物粒级直接相关联。 南海海域的生物光学特性和浮游植物群落变化较为复杂，其浮游植物粒级的反演研究仍处于起步阶段。而单一的浮游植物粒级反演模型很难对南海各类水体均适用，因此多手段的浮游植物粒级反演模型研究变得尤为重要。 基于南海多年的浮游植物色素数据，本文重新参数化了浮游植物粒级的三组分模型。首先使用现场实测数据集验证了模型性能，对于小型、微型、和微微浮游植物的叶绿素浓度，其均方根误差分别为46.7％、17.1％、和39.9％;然后使用15个卫星匹配数据点，验证了卫星遥感反演的浮游植物粒级精度，其评估误差可控制在28.2％以内。因此，该三组份模型可应用南海水体，能作为研究南海浮游植物粒级变化的一个可靠工具。 根据浮游植物粒级的生长特征，本文建立了一个基于遗传算法的粒级反演模型。通过AC9的测量数据和实测的分级叶绿素数据验证了模型性能。对于小型、微型、和微微型浮游植物的叶绿素浓度，其评估误差分别为23.6％、76.9％、和34.1％。由于AC9所测量得到的总吸收包含非藻类和有色溶解有机物的吸收贡献，因此本文改进了该反演模型，从而区分两者的吸收贡献。从总体来说，该反演模型精度较高，且可直接使用于目前常见的现场吸收测量仪，但对于卫星遥感的应用仍需进一步验证。 由于目前测量技术的限制，定量化测量浮游植物细胞大小仍为较大的难题。基于浮游植物色素打包效应，本文提出了一种定量化评估藻类平均细胞直径的新方法。使用13种实验室培养藻类，验证了该定量化模型的评估精度。对于藻类的平均直径，其均方根误差为16.35％，决定系数为0.88;对于叶绿素a浓度，其评估误差为73.04％，决定系数为0.96。因此，从验证结果来看，模型性能相当令人满意。该方法需要较高的光谱信息，对于多光谱光学测量的适用性仍待考究;但对于目前的高光谱卫星遥感，该模型具有很高的应用前景。 基于三组分模型，本文使用卫星遥感数据反演了吕宋岛西侧一个中尺度冷涡的浮游植物粒级结构变化。研究发现冷涡区域浮游植物生物量明显增强而浮游植物粒级结构具有较大变化。泠涡引起的上升流将底层的高营养盐水体带入真光层，从而促进了浮游植物的生长和引起浮游植物粒级结构的变化。然而，在冷涡区域，微微型浮游植物仍为生物量的主要贡献者，其在涡旋中心的贡献值仍达到48％左右。除此之外，研究发现冷涡最大强度所发生的时间与最大生物量所发生的时间相隔约3个星期，这种延后效应可能与浮游植物的生长率和涡旋的强度有关。 基于2008年的南海航次调查，本文使用AC9吸收测量数据反演评估了南海一个中尺度暖涡的浮游植物粒级结构的垂直分布。研究发现，暖涡区域浮游植物生物量在上层水体明显偏低，但在叶绿素极大层其生物量仍较高。在涡旋区域，浮游植物在上层水体主要由微微型浮游植物占主导，而在叶绿素极大值层由小型浮游植物占主导。然而，在非涡旋区域，整个水层均由微微型浮游植物占主导。 最后，本文将基于遗传算法的反演模型应用于南海北部沿岸上升流区。在上升流区，浮游植物生物量在上层水体达到最大值。由于营养盐的供给，上升水体光照充足，浮游植物生长迅速。而对于底层水体，由于沿岸高悬浮颗粒物在上层水体富集，使下层水体辐射减弱，从而影响浮游植物的生长。而外海表层水体受离岸流的影响，浮游植物生物量也稍有增加。浮游植物粒级结构在上升流区由小型浮游植物占主导;而外海水体浮游植物在上层水体由微微型浮游植物主导，但在叶绿素极大值层由小型浮游植物占主导。