應用實測光譜估測太湖梅梁灣附近水體葉綠素濃度

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1、第9卷第1期遙感學報Vol.9,No.12005年1月JOURNALOFREMOTESENSINGJan.,2005文章編號:1007-4619(2005)01-0078-09應用實測光譜估測太湖梅梁灣附近水體葉綠素濃度馬榮華,戴錦芳(中國科學院南京地理與湖泊研究所,南京210008)摘要:遙感方法測定水體中葉綠素含量的核心問題是建立遙感數(shù)據(jù)和葉綠素含量的定量關(guān)系;利用太湖梅梁灣附近水體的實測光譜和水質(zhì)采樣實驗室分析,從數(shù)量上揭示了位于682nm附近和706nm附近對葉綠素含量估測最重要的兩個光譜特征,分別通過比

2、值(R706/R682、R706/R572)、微分、面積、峰高、峰谷距離以及反射2峰位置等建立與葉綠素濃度的線性或非線性相關(guān)回歸模型,通過R、平均誤差以及RMS誤差等的分析對比,認為比值和反射峰位置對葉綠素濃度有很好的指示作用,是估測太湖梅梁灣附近水體葉綠素濃度的最好方22法,其中與反射峰位置的指數(shù)關(guān)系R達0.9199,與R706/R682的直接線性關(guān)系R達0.9038。相對于706nm附近的峰谷距離、峰高以及反射峰面積而言,反射峰的位置是指示葉綠素濃度最敏感的變量;572nm附近、682nm附近以及706nm附

3、近等三個波段對探測葉綠素a具有重要作用。關(guān)鍵詞:光譜特征;葉綠素;太湖;遙感中圖分類號:TP79文獻標識碼:A的特征吸收系數(shù)以及后向散射系數(shù),最后得到葉綠1引言素含量,這也是湖泊光學的重要研究內(nèi)容之一,但由于這種方法需要測定湖泊水體的眾多參數(shù),這些參葉綠素是衡量湖泊富營養(yǎng)化的重要指標,是湖數(shù)又隨特定湖泊而變化,因此實施這種方法比較困泊水質(zhì)監(jiān)測的重要內(nèi)容。常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測是人工取樣難,預測精度也較低;(2)經(jīng)驗/半經(jīng)驗模型,即通過實地進行,這種方法費時費力,且只能了解監(jiān)測斷面水體的實測光譜曲線,選擇不同波段處的葉綠素光

4、上的水質(zhì)狀況,對于整個水體而言,這些測點數(shù)據(jù)只譜特征的反射率值與實測的葉綠素濃度進行統(tǒng)計回具有局部和典型的代表意義。利用遙感快速、大范歸,建立回歸方程獲取葉綠素濃度,使用的參數(shù)主要圍和周期性的特點,可以有效地解決這種點數(shù)據(jù)意有葉綠素特征吸收峰和反射峰所在波段的反射[6)10][6,7]義的局限性,節(jié)省人力物力財力。遙感方法測定水比、特征反射峰的位置、690nm附近反射率[9,11,12]體中葉綠素含量的核心問題是建立遙感數(shù)據(jù)和葉綠的一階微分值等,但是不同的水體,同一水體素含量的定量關(guān)系,該關(guān)系由兩個部分組成:(1

5、)水在不同的季節(jié),由于水中物質(zhì)含量以及組成細胞的體葉綠素和水面光譜反射率的關(guān)系;(2)大氣中的水不同,估測葉綠素濃度所使用的參數(shù)和方法就會有面和遙感器光譜反射率的關(guān)系。前者是后者研究的所差別,建立的模型也不同,其精度和適用性等都值基礎。在水體葉綠素和水面光譜反射率關(guān)系的研究得研究。方面,尤其對于內(nèi)陸湖泊水體的研究,眾多學者已經(jīng)太湖是中國5大淡水湖之一,同時也是中國富作了大量工作,建立了不同的葉綠素遙感估測模型,營養(yǎng)化較為嚴重的湖泊之一。實地測試的光譜曲線[1)5]大致可以分為兩類:(1)理論/半分析模型,即首是太

6、湖水體物質(zhì)的綜合反應,影響因素大致可分為[13]先根據(jù)水體光學特性確定吸收系數(shù)、后向散射系數(shù)3類:(1)黃色物質(zhì),主要是由黃腐酸,腐殖酸組成以及表面反射率的理論關(guān)系,然后根據(jù)實測的反射的溶解性有機物;(2)懸浮物質(zhì),主要是浮游植物死率計算實際吸收系數(shù)與后向散射系數(shù),聯(lián)系葉綠素亡產(chǎn)生的有機碎屑以及陸生或湖體底泥再懸浮而產(chǎn)收稿日期:2003-07-15;修訂日期:2004-01-15基金項目:中國科學院領域前沿項目(CXNIGLAS-A02-014),中國科學院南京地理與湖泊研究所所長基金(NIGLAS220445)

7、;江蘇省自然科學基金青年科技創(chuàng)新人才學術(shù)帶頭人項目(BK2004422)。作者簡介:馬榮華(1972)),男,山東費縣人,博士,南京大學城市與資源學系地圖學與地理信息系統(tǒng)專業(yè)畢業(yè),目前主要從事水質(zhì)遙感、GIS數(shù)據(jù)挖掘的認知理論研究,發(fā)表論文20余篇。第1期馬榮華等:應用實測光譜估測太湖梅梁灣附近水體葉綠素濃度79生的無機、有機懸浮顆粒,對于太湖而言,底泥的再ProFR便攜式分光輻射光譜儀,波長范圍350)2500懸浮占了很大比重;(3)浮游植物,主要是各種浮游nm,采樣時間10次/秒,波長精度:+/-1nm,35

8、0)藻類?？疾烊~綠素的光譜特征需要統(tǒng)籌考慮上述31050nm范圍內(nèi)光譜分辨率3.5nm,其他范圍內(nèi)種物質(zhì)的相互作用。本文通過太湖梅梁灣附近水體10nm;1m長標準光纖探頭,25b前視場。測量時間在的實測光譜和水質(zhì)采樣分析,在光譜特征分析的基2003年3月27日13)15點以及6月15日10)15礎上,運用不同方法,尋找估測太湖梅梁灣附近水體點,測量時間內(nèi)天空基本無云,風力