[发明专利]基于遥感的湖泊水体蓝藻丰度的估算方法

说明书

技术领域

本发明属于遥感技术领域，涉及一种湖泊水体中蓝藻的遥感监测方法，具体涉及一种基于遥感的湖泊水体中蓝藻丰度的估算方法。

背景技术

湖泊富营养化和蓝藻水华暴发是当前全球范围内湖泊面临的最重要的环境问题之一，特别是蓝藻水华已成为全世界关注的湖泊富营养化控制的焦点。国家重点治理的“三湖”－太湖、巢湖及滇池水华暴发时常发生，对当地的工农业生产和居民的生活产生极大的影响，并造成重大经济损失。太湖几乎每年都发生水华，1990年太湖梅梁湾蓝藻水华大暴发，造成无锡市116家工厂停产、半停产，直接经济损失达1.3亿；2006年6月太湖南岸及竺山湖沿线，都出现了严重的水华，给当地的渔民造成了重大损失，并使得湖州市自来水厂不得不启动紧急预案。2003年8月巢湖因蓝藻暴发几乎成为“冻湖”。2006年6月巢湖中庙风景区水域再次出现大面积蓝藻水华。滇池自1992年首次蓝藻水华大面积暴发以来，水质日益恶化，蓝藻水华问题日益严重。研究表明，这三大湖泊的蓝藻水华主要是微囊藻(Microcystis)水华。这是一种有毒水华，能引起家畜和家禽中毒死亡，并能损害人类肝脏及具有促癌效应。

随着高光谱、高时间/空间分辨率遥感传感器的出现，使得利用遥感技术进行蓝藻水华暴发的预警成为可能。利用遥感技术监测蓝藻水华具有其他方法无可比拟的优势，常规的蓝藻水华监测是人工实时实地监测，耗时耗力，且这种方法只能了解监测断面上的状况，并不能反映湖泊的整体发生状况。而利用遥感技术不仅可以快速、及时地提供整个湖泊或整个区域的水华分布状况，还可通过对蓝藻浓度的连续监测，实现蓝藻水华的预警，同时还可以利用高时间分辨率的遥感卫星影像研究蓝藻水华的漂移规律，这对于评估水华所造成的损失，研究蓝藻水华的形成机制及微囊藻水华所产生的生物地球化学影响具有重要的意义，并可为控制蓝藻水华提供科学依据。

现有技术中利用遥感监测蓝藻水华暴发主要通过监测水体中的叶绿素a浓度来实现，这里的叶绿素a浓度是水体中所有藻类叶绿素a浓度的总和，并不能准确的反映其中蓝藻的含量。因此，目前迫切需要构建一种能够准确的估算湖泊水体中蓝藻含量或者丰度的遥感估算方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于遥感的湖泊水体蓝藻丰度的估算方法。

本发明中，定义湖泊水体中蓝藻丰度为特定水域藻青蛋白与叶绿素浓度的比值，在本技术领域内，该比值常用以表征湖泊水体所有藻类中蓝藻的含量或比例。

申请人经过研究发现，特定波长的遥感反射率的比值及其函数，即：

R_rs(λ1)/R_rs(λ2)

具有识别蓝藻丰度（藻青蛋白与叶绿素浓度的比值）特征，其中，R_rs为遥感反射率，λ为波长。测定特定波长遥感反射率的比值及其函数与蓝藻丰度，分析它们之间的相关性，申请人进一步发现：

R_rs(550)/R_rs(620)

与蓝藻丰度的相关性很强（相关系数为0.92）。由此建立蓝藻丰度的估算模型（即公式），并实现基于遥感技术的湖泊水体蓝藻丰度的估算。

本发明提出的基于遥感的湖泊水体蓝藻丰度的估算方法，采用以下技术方案：

对湖泊水体进行高光谱遥感测量，对于取得的湖泊水体遥感反射率，选取波长为550nm和620nm处的遥感反射率，采用以下公式计算得到蓝藻丰度，

PC:Chl-a=0.027*EXP[2.89* R_rs(550)/R_rs(620)]

其中，PC:Chl-a为蓝藻丰度，即藻青蛋白与叶绿素浓度的比值PC/Chl-a，PC为藻青蛋白浓度，Chl-a为叶绿素浓度；R_rs为遥感反射率。

本发明的一个具体实现方法是采用地物光谱仪实测得到估算蓝藻丰度所需的遥感反射率，并直接代入上述蓝藻丰度计算公式，实现对蓝藻丰度的估算。

本发明还可以用于机载高光谱成像仪得到的航空影像数据。对于采用机载高光谱成像仪得到的航空高光谱影像，首先按照常规方法对航空高光谱数据进行辐射校正和大气校正，将高光谱影像的数字量化值转换成每个像元的高光谱遥感反射率，最后将对应湖泊水体的高光谱遥感反射率代入下述蓝藻丰度计算公式中，可以实现对蓝藻丰度的计算，

PC:Chl-a=0.027*EXP[2.89* R_rs(550)/R_rs(620)]