基于哨兵-2(Sentinel-2)影像的藻毒素遙感估算初步研究.pdf

1、微囊藻毒素是一種在藍藻水華中出現(xiàn)頻率最高、產(chǎn)量最大、危害最嚴(yán)重的藻毒素，是一種強烈的肝臟腫瘤促進劑，并對心、腎及胃腸具有一定的毒性，能引起家畜、家禽中毒死亡，并嚴(yán)重危及人類的健康。因此，對微囊藻毒素的監(jiān)測顯得至關(guān)重要。本研究首先對室內(nèi)培養(yǎng)的銅綠微囊藻所產(chǎn)生的藻毒素與其他生物光學(xué)因子進行分析，并以此為基礎(chǔ)對太湖野外采樣點微囊藻毒素濃度與對應(yīng)生物光學(xué)指標(biāo)進行分析，然后遴選相關(guān)的光學(xué)指標(biāo)對微囊藻毒素濃度進行建模，進而將模型應(yīng)用于哨兵-2(Se

2、ntinel-2)影像上，實現(xiàn)基于哨兵-2影像的藻毒素濃度遙感估算，并分析了太湖北部微囊藻毒素濃度空間分布特征，主要得到以下結(jié)論:
　　(1)實驗室培養(yǎng)條件下微囊藻毒素濃度與生物光學(xué)特征的關(guān)系
　　通過對實驗室培養(yǎng)銅綠微囊藻在不同生長階段所產(chǎn)生的微囊藻毒素濃度與葉綠素a濃度、藻藍蛋白濃度、藻密度、Chla:PC進行相關(guān)性分析可以得知微囊藻毒素濃度與葉綠素a濃度的相關(guān)性最高。將微囊藻毒素濃度與遙感反射率、吸收系數(shù)、比吸收系數(shù)進

3、行相關(guān)性分析可以得到微囊藻毒素濃度與540nm左右、628nm左右及710nm之后及遙感反射率呈現(xiàn)較強的相關(guān)性，這些波段可以為太湖微囊藻毒素濃度的研究提供一定的依據(jù)。由微囊藻毒素濃度與總懸浮物吸收、色素顆粒物吸收相關(guān)性分析可知，在710nm以前，微囊藻毒素與總吸收、顆粒物吸收相關(guān)性均較高，在710nm處達到最大，而比吸收系數(shù)與微囊藻毒素濃度的相關(guān)性不高。
　　(2)微囊藻毒素估算模型
　　間接估算模型的研究中，微囊藻毒素濃度

4、與葉綠素a濃度、藻藍蛋白濃度、藍藻生物量均成負(fù)相關(guān)，主要是因為本研究所測的葉綠素a濃度、藻藍蛋白濃度、藍藻生物量等都與藻類顆粒物有關(guān)，葉綠素a和藻藍蛋白濃度存在于細(xì)胞內(nèi)，藍藻生物量與藻類數(shù)量有關(guān)，而測量的微囊藻毒素濃度為胞外藻毒素，只有在細(xì)胞破碎后微囊藻毒素才會釋放到水體中，這使得微囊藻毒素濃度與葉綠素a濃度、藻藍蛋白濃度、藍藻生物量等成負(fù)相關(guān)。葉綠素a濃度和藻藍蛋白濃度與微囊藻毒素濃度均成冪指數(shù)形式，葉綠素a和藻藍蛋白聯(lián)合估算微囊藻毒

5、素濃度時，對其濃度取對數(shù)并用多元線性回歸方程進行擬合，這三種估算藻毒素的間接模型中，利用葉綠素a濃度作為估算因子精度最高。
　　光學(xué)模型的研究中，微囊藻毒素濃度與光學(xué)指標(biāo)（遙感反射率、吸收系數(shù)、后向散射系數(shù)等）相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)，微囊藻毒素濃度與遙感反射率在450-500nm和678nm左右相關(guān)性最大，其次為628nm左右;在706nm左右，微囊藻毒素濃度與遙感反射率相關(guān)性最小，其次為550nm左右?？偽障禂?shù)在350-370nm、5

6、50nm及710nm之后與微囊藻毒素濃度相關(guān)性較好，在680nm達到最小，色素顆粒物吸收系數(shù)與微囊藻毒素濃度相關(guān)性在350-400nm之間呈現(xiàn)快速下降的趨勢，在400-800nm略有升高但基本保持在-0.4左右。微囊藻毒素濃度與后向散射系數(shù)在各個波段均呈正相關(guān)，從400-680nm，微囊藻毒素與后向散射系數(shù)相關(guān)性逐漸減小，從680-800nm，藻毒素與后向散射系數(shù)相關(guān)性逐漸增大，680-750nm出現(xiàn)陡坡，相關(guān)系數(shù)從0.18快速增加到0

7、.60以上，此后基本保持穩(wěn)定，在780nm左右出現(xiàn)最大值。在這三個光學(xué)指標(biāo)中，將遙感反射率波段比值Rrs(707)/Rrs(490)作為估算因子精度最高，誤差最小。
　　(3)基于哨兵-2影像對太湖微囊藻毒素濃度遙感估算
　　本研究使用前人研究較為成熟的6S大氣校正方法對哨兵-2影像進行校正。利用哨兵-2的波譜響應(yīng)函數(shù)對實測遙感反射率進行模擬，通過多個波段組合的研究，最終確定哨兵-2的B5/B2為估算因子，將此估算因子應(yīng)用于