松花湖水體葉綠素a含量與反射光譜特征關(guān)系初探

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1、第25卷第1期遙感技術(shù)與應(yīng)用￡．25No．12010年2月REMOTESENSINGTECHN0L0GYANDAPPIICATI()NFeb．2O1O松花湖水體葉綠素a含量與反射光譜特征關(guān)系初探杜嘉，張柏，宋開山，王宗明，李方，徐靜萍(1．中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，吉林長春130012；2．中國科學(xué)院研究生院，北京100049)摘要：根據(jù)2008年7月在松花湖實(shí)測的水體反射光譜及實(shí)驗(yàn)室分析得到的葉綠素濃度數(shù)據(jù)，對松花湖水體反射光譜特征與葉綠素濃度之間的關(guān)系進(jìn)行探討與分析。研究結(jié)果表明：水體葉綠素濃度與各波長點(diǎn)處反射率相關(guān)性均較好，并選擇700Flm處反射率建立單波

2、段模型。而700rim和677nm波長處反射率比值、685nlil處光譜一階微分、700nm波長處波峰幾何特征具有較好的相關(guān)性，給出了松花湖水體葉綠素濃度估算模型，為松花湖水體葉綠素濃度反演監(jiān)測提供了一定的理論基礎(chǔ)與參考。關(guān)鍵詞：松花湖；葉綠素；反射光譜；高光譜遙感；回歸分析中圖分類號：P237．9文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1004—0323(2010)O1—0050—071引言度的反演提供理論參考。2研究區(qū)概況隨著工業(yè)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，大量污染物被排放到內(nèi)陸湖泊，有機(jī)污染物引起水體的富松花湖位于吉林省東部山地西側(cè)，松花江上游，營養(yǎng)化，導(dǎo)致大量藻類物質(zhì)的繁殖。藻類物質(zhì)

3、中都42。58～43。48N，126。41～127。18E，松花湖位置包含葉綠素，因此通常利用葉綠素濃度這一參數(shù)進(jìn)如圖1所示。流域面積42500km2，回水全長120km，行水體富營養(yǎng)化程度的監(jiān)測評定。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室分析南北長約77km，東西(湖面兩側(cè)山脊分水嶺以內(nèi))方法耗費(fèi)大量人力物力，不能適應(yīng)大范圍水體富營寬約94km，最大水深75m，水面寬約10km，庫容養(yǎng)化快速監(jiān)測的需要。遙感技術(shù)作為一種區(qū)域性水108億m。，主要人湖河流14條。松花湖座落于古環(huán)境凋查和監(jiān)測手段，日益受到重視，北美和歐洲的林市轄區(qū)內(nèi)，跨樺甸、蛟河、豐滿3個縣(市、區(qū))。20一些國家早已開展了利用航空遙感

4、數(shù)據(jù)監(jiān)測湖泊群世紀(jì)7O年代以前盲目發(fā)展，人口大量流人，導(dǎo)致森內(nèi)葉綠素分布的研究l_】。林被毀，坡耕地增加，對松花湖區(qū)的環(huán)境質(zhì)量及資源研究水體葉綠素濃度與反射光譜特征的關(guān)系是開發(fā)都產(chǎn)生了不利的影響，水質(zhì)狀況不容樂觀l5J。進(jìn)行葉綠素濃度遙感監(jiān)測的基礎(chǔ)，通過兩者之間的3數(shù)據(jù)獲取關(guān)系建立計算葉綠素濃度反演算法]。高光譜分辨率傳感器提供了數(shù)十到數(shù)百波段的影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)2008年7月在松花湖水域采集26個水體樣了連續(xù)光譜信息的搜集f4]。利用高光譜數(shù)據(jù)，結(jié)合本，樣本點(diǎn)覆蓋區(qū)域較廣，分布較均勻，具有一定的葉綠素濃度反演算法，可以快速準(zhǔn)確地對研究區(qū)域典型代表性，采樣點(diǎn)位置如圖1所示。獲取

5、樣本時葉綠素濃度進(jìn)行監(jiān)測。本研究選取松花湖作為研究進(jìn)行同步反射光譜的測量工作，并采用Promark2區(qū)域，利用樣本的葉綠素濃度數(shù)據(jù)和同步反射光譜差分GPS系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)采樣點(diǎn)的精確定位(定位精度數(shù)據(jù)，研究兩者之間的關(guān)系，為松花湖水體葉綠素濃在0．3～3m之間)。水體反射光譜的測量使用美收稿日期：2009—0114；修訂日期：201001—22基金項目：中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重要方向項目(KZCX3一SW一356)；中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所知識創(chuàng)新工程領(lǐng)域前沿項目(C08Y46)。作者簡介：杜嘉(1980一)，男，博士研究生，主要從事定量遙感和蒸散遙感估算研究。E—ma

6、il：horrizon@126．CO1TI。52遙感技術(shù)與應(yīng)用第25卷劇下降。一501，29x一】．／008(1)4．2葉綠素濃度與各波長點(diǎn)反射率的相關(guān)性其中：為葉綠素濃度，r為700nm處反射率，確定對葉綠素濃度與各波長點(diǎn)反射率作相關(guān)分析結(jié)系數(shù)為0．7885，顯著性水平P<0．01，說明二者之果如圖3所示。間相關(guān)性尚可。同圖3可見，相關(guān)系數(shù)最大為0．8674左右，表對于檢驗(yàn)樣本點(diǎn)，估測模型的均方根誤差明水體各波長點(diǎn)的反射率與葉綠素濃度相關(guān)性較(RMSE)為3．1679“g·I，小于樣本的極值差好。相關(guān)性曲線在700nm附近出現(xiàn)一個波峰，表(24．2753～0．45l7肚g

7、·I_。)。圖5顯示了模型驗(yàn)明該處是一個較好的相關(guān)位置，反射率與葉綠素濃證結(jié)果，決定系數(shù)稍低。，矗越蜷早J副辭4208n42O圖3光譜反射率和葉綠素a濃度相關(guān)系數(shù)圖5單波段法估測模型驗(yàn)證Fig．5ResultofestimationmodelbysinglebandmethodFig．3Correlationbetweenspectralreflectanceandchlorophyll’“content4．4葉綠素濃度與反射率比值的相關(guān)性度成正比關(guān)系，這是因?yàn)槿~綠素在該波長附近存在水體波段反射比值較易測算，可大大