富营养化湖泊真光层外藻总量遥感间接监测方法技术

本发明专利技术提供一种富营养化湖泊真光层外藻总量遥感间接监测方法，包括：在模拟藻华和非藻华藻类垂向分布基础上，通过Ecolight辐射传输模拟，构建真光层外藻类叶绿素a平均浓度与真光层内叶绿素a平均浓度或者真光层深度之间的定量关系，继而在已知真光层内叶绿素a平均浓度或者真光层深度遥感反演的基础上，间接实现对真光层外藻总量的遥感监测。基于该方法，可为最终准确获取富营养化湖泊水柱内乃至整个湖泊内藻总量的年际、月际变化规律及其空间分布服务。

【技术实现步骤摘要】
富营养化湖泊真光层外藻总量遥感间接监测方法
本专利技术涉及遥感
，尤其涉及富营养化湖泊真光层外藻总量遥感间接监测方法。
技术介绍
遥感技术提供了快速大范围监测蓝藻的可能。蓝藻水华爆发，水体中叶绿素含量显著升高，导致水体光谱特征发生变化，通常蓝藻覆盖区域光谱特征与无藻湖面有较为明显的差异。湖泊水色遥感可以利用多种性在传感器探测以及反演内陆水体叶绿素等水色要素参数。因此，可以利用卫星遥感数据监测蓝藻水华。目前MODIS、CBERS-1、TM、ETM以及IRS-P6、LISS-3等遥感数据已经广泛用于蓝藻水华监测(段洪涛，2008)。目前，相关学者们已经研发了多种估算湖泊表层水体藻类含量的方法(马荣华等，2010)。事实上，遥感监测藻华的面积会在短时间内产生很大的变化。同时，外界水动力或环境因子的变化改变了藻类的垂向分布结构，从而引起表面上看似的短时间内藻华突然暴发或消失(Beaveretal.,2013；Blottièreetal.,2013；Ndongetal.,2014)。因此，藻类垂向结构的变化使得只监测水表面藻华不能反映整个水体的富营养化状况，同时也影响水体光学参数遥感反演的精度(StramskaandStramski,2005)和色素生物量的估计(Silulwaneetal.,2010)。遥感探测到的信号不仅包括水体表层的信息，还反映了一定深度内水下光场的结构，遥感反射比对真光层内的水体光学组分的垂向非均匀分布具有响应(薛坤，2016)。与藻类垂向均一分布相比，藻类垂向非均匀分布影响了遥感反射比的大小及光谱形状(Kutseretal.,2008)，因此，开展真光层内藻总量的计算成为遥感估算整个水柱内藻总量的基础。但是，整个水柱内的藻总量信息由真光层内和真光层外两部分组成，由于遥感几乎无法探测到真光层外的水体信息，因此，只能考虑通过可遥感监测的真光层内的藻类信息或者水体表观参量，来间接估算真光层外的藻总量信息。对于富营养化湖泊而言，构建基于遥感反射比的真光层外藻总量间接估算模型，是利用卫星遥感手段反演巢湖蓝藻总量，反映整个湖泊的富营养化状况，以及湖泊蓝藻水华生态灾害监测和预警重要的技术支撑。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种富营养化湖泊真光层外藻总量遥感间接监测方法。为达成上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种富营养化湖泊真光层外藻总量遥感间接监测方法，所述方法包括以下步骤：1)构建藻类不同垂向分布条件下水体光学参量数据库；通过模拟藻类在藻华与非藻华条件下垂向分布，基于富营养化湖泊实测水体固有光学特性，经过Ecolight辐射传输模拟，构建与藻类不同垂向分布相配套的水体表观光学参数数据库。2)基于步骤1)的水体表观光学参数数据库数据，计算获取非藻华条件下真光层外叶绿素a平均浓度与真光层内叶绿素a平均浓度之间的定量关系；3)基于步骤1)的水体表观光学参数数据库数据，计算获取藻华条件下真光层外叶绿素a平均浓度与真光层深度之间的定量关系；4)基于卫星Rrc数据和步骤1)的水体表观光学参数数据库数据构建真光层内藻总量的遥感估算模型，实现真光层外藻总量的间接遥感监测。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤1)中，实测水体固有光学参量包括叶绿素a、悬浮泥沙以及CDOM的比吸收系数；水体表观光学参量包括水体表面遥感反射比Rrs、漫衰减系数Kd等。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤步骤2)中，所述步骤2)中，基于水体表面遥感反射比Rrs计算非藻华条件下真光层外叶绿素a平均浓度与真光层内叶绿素a平均浓度之间的定量关系。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤3)中，基于水体表面遥感反射比Rrs计算藻华条件下真光层外叶绿素a平均浓度与真光层深度之间的定量关系。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤4)中，在前述1)-3)步骤完成以及藻类垂向分布类型(藻华与非藻华)已知的前提下，应用至卫星影像流程具体如下：(1)获取卫星影像数据，进行影像预处理；(2)基于预处理影像获取Rrc数据，结合Rrc数据及Kd数据，逐像元计算真光层深度Zeu；(3)根据水位以及湖盆DEM数据逐像元计算水深D；(4)在藻华水域根据真光层外叶绿素a平均浓度与真光层深度之间的定量关系，计算该像元水柱真光层外叶绿素a平均浓度；(5)在非藻华水域根据真光层外叶绿素a平均浓度与真光层内平均叶绿素a浓度的定量关系，计算该像元水柱真光层外叶绿素a平均浓度；(6)若D>Zeu，则计算该像元真光层外藻总量，否则，该像元真光外藻总量记为0。根据前述流程，获取全湖的真光层外藻总量的空间分布情况。由以上本专利技术的技术方案可知，本专利技术的一种富营养化湖泊真光层外藻总量遥感间接监测方法，包括：在模拟藻华和非藻华藻类垂向分布基础上，通过Ecolight辐射传输模拟，构建真光层外藻类叶绿素a平均浓度与真光层内叶绿素a平均浓度或者真光层深度之间的定量关系，继而在已知真光层内叶绿素a平均浓度或者真光层深度遥感反演的基础上，间接实现对真光层外藻总量的遥感监测。基于该方法，可为最终准确获取富营养化湖泊水柱内乃至整个湖泊内藻总量的年际、月际变化规律及其空间分布服务。应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的专利技术主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的专利技术主题的一部分。结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的前述和其他方面、实施例和特征。本专利技术的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本专利技术教导的具体实施方式的实践中得知。附图说明附图不意在按比例绘制,在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示,为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记，现在，将通过实施例并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：图1是非藻华条件下真光层外叶绿素a平均浓度与真光层内叶绿素a平均浓度之间的定量关系；图2是藻华条件下真光层外叶绿素a平均浓度与真光层深度之间的定量关系；图3是基于MODIS卫星数据，真光层内藻总量遥感监测的应用示意图；前述图示1-3中，作为英文形式表达的各坐标、标识或其他表示，均为本领域所公知的，并不在本例中再做赘述。具体实施方式为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本专利技术的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本专利技术的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是应为本专利技术所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本专利技术公开的一些方面可以单独使用，或者与本专利技术公开的其他方面的任何适当组合来使用。本实施例以巢湖为例，并以MODIS卫星影像对本专利技术的方法作进一步描述。本专利技术提供一种富营养化湖泊真光层外藻总量遥感间接监测方法，上述目的是这样实现的：构建藻类不同垂向分布条件下水体光学参量数据库；获取非藻华条件下真光层外叶绿素a平均浓度与真光层内叶绿素a平均浓度之间的定量关系；获取藻华条件下真光层外叶绿素a平均浓度与真光层深度之间的定量关系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种富营养化湖泊真光层外藻总量遥感间接监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)构建藻类不同垂向分布条件下水体光学参量数据库；通过模拟藻类在藻华与非藻华条件下垂向分布，基于富营养化湖泊实测水体固有光学特性，经过Ecolight辐射传输模拟，构建与藻类不同垂向分布相对应的水体表观光学参数数据库；2)基于步骤1)的水体表观光学参数数据库数据，计算获取非藻华条件下真光层外叶绿素a平均浓度与真光层内叶绿素a平均浓度之间的定量关系；3)基于步骤1)的水体表观光学参数数据库数据，计算获取藻华条件下真光层外叶绿素a平均浓度与真光层深度之间的定量关系；4)基于卫星Rrc数据和步骤1)的水体表观光学参数数据库数据构建真光层内藻总量的遥感估算模型，实现真光层外藻总量的间接遥感监测。

【技术特征摘要】
1.一种富营养化湖泊真光层外藻总量遥感间接监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)构建藻类不同垂向分布条件下水体光学参量数据库；通过模拟藻类在藻华与非藻华条件下垂向分布，基于富营养化湖泊实测水体固有光学特性，经过Ecolight辐射传输模拟，构建与藻类不同垂向分布相对应的水体表观光学参数数据库；2)基于步骤1)的水体表观光学参数数据库数据，计算获取非藻华条件下真光层外叶绿素a平均浓度与真光层内叶绿素a平均浓度之间的定量关系；3)基于步骤1)的水体表观光学参数数据库数据，计算获取藻华条件下真光层外叶绿素a平均浓度与真光层深度之间的定量关系；4)基于卫星Rrc数据和步骤1)的水体表观光学参数数据库数据构建真光层内藻总量的遥感估算模型，实现真光层外藻总量的间接遥感监测。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中，实测水体固有光学参量包括叶绿素a、悬浮泥沙以及CDOM的比吸收系数；水体表观光学参量包括水体表面遥感反射比Rrs、漫衰减系数Kd。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中，基于水体表面遥感反射比Rrs计算非藻华条件下真光层外叶绿素a平均浓度与真光层内叶绿素a平均浓度之间的定量关系；非藻华条件下真光层内的平均叶绿素浓度与真光层外的平均叶绿素浓度呈线性关系，进行曲线拟合得到关系式如下：Chlaeu_out＝-0.8981*Chlaeu+58.04(1)。4.根据权利要求2所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉超，胡旻琪，马荣华，
申请(专利权)人：中国科学院南京地理与湖泊研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32