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，并嚴重危及人類的健康。因此，對微囊藻毒素的監(jiān)測顯得至關重要。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因子進行分析，并以此為基礎對太湖野外采樣點微囊藻毒素濃度與對應生物光學指標進行分析，然后遴選相關的光學指標對微囊藻毒素濃度進行建模，進而將模型應用于哨兵-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特征的關系
　　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進行相關性分析可以得知微囊藻毒素濃度與葉綠素a濃度的相關性最高。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、藍藻生物量均成負相關，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，葉綠素a和藻藍蛋白濃度存在于細胞內(nèi)，藍藻生物量與藻類數(shù)量有關，而測量的微囊藻毒素濃度為胞外藻毒素，只有在細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、藍藻生物量等成負相關。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。
　　光學模型的研究中，微囊藻毒素濃度與光學指標（遙感反射率、吸收系數(shù)、后向散射系數(shù)等）相關性研究發(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，從400-680nm，微囊藻毒素與后向散射系數(shù)相關性逐漸減小，從680-800nm，藻毒素與后向散射系數(shù)相關性逐漸增大，680-750nm出現(xiàn)陡坡，相關系數(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。在這三個光學指標中，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，將此估算因子應用于