基于高光谱遥感的长江口叶绿素a浓度反演推算

为了解长江口的水质状况,现场测量叶绿素a浓度,结合高光谱遥感影像,运用波段比值模型、一阶微分模型和水体叶绿素a提取指数(Water Chlorophyll-a Index, WCI)对整个研究区域叶绿素a浓度进行反演推算,并进行空间分布评价;利用实测数据和遥感影像的关系建立反演模型,并结合相关系数、均方根误差和平均相对误差分析和评价反演效果。结果显示,波段比值模型和叶绿素a浓度的相关性达到0.91,均方根误差为1.79,平均相对误差为9.09%;一阶微分模型的相关性为0.95,均方根误差为2.21,平均相对误差为15.31%;WCI模型的相关性高达0.98,均方根误差为1.44,平均相对误差为6.20%。利用WCI模型对整个研究区域的叶绿素a浓度进行模拟,可见研究区域的中间部分叶绿素a含量较低,从中间到两边逐渐增大,南部出现最大值,造成此差异的原因可能是因为北接居民生活区,南邻上海青草沙水库,并且附近存在植被。研究表明,WCI模型的反演效果优于波段比值模型和一阶微分模型,是一种计算简单、精度较高的方法,可以有效地提取水体叶绿素a的浓度,未来可广泛应用于水体环境质量监测。     

4种机器学习模型反演太湖叶绿素a浓度的比较

基于太湖实测叶绿素a浓度数据以及同步HJ-1B卫星CCD多光谱影像,综合比较4种机器学习模型(随机森林,RF;支持向量回归,SVR;反向传播人工神经网络,BPANN;深度学习,DL)反演太湖叶绿素a浓度的精度、稳定性及鲁棒性。利用11种波段组合分别建立基于RF、SVR、BPANN和DL的反演模型,筛选出最佳波段组合模型用于验证和评价。结果表明,模型精度方面,DL(决定系数R2=0.91,均方根误差RMSE=3.458μg/L,相对预测偏差RPD=3.13)和SVR(R2=0.88,RMSE=3.727μg/L,RPD=2.90)具有较优的验证精度;模型稳定性方面,DL模型不易受模型校正样本数影响,稳定性较好,而RF模型稳定性较差;模型鲁棒性方面,DL模型不易受噪声影响,鲁棒性较好,其次是SVR、BPANN和RF模型。综合4种模型的验证精度、稳定性和鲁棒性,DL模型在太湖叶绿素a浓度的反演具有较大应用潜力,能为研究湖泊水色参数提供借鉴。     

基于Sentinel-2卫星遥感影像的巢湖及南淝河叶绿素a浓度反演

叶绿素a是反映水生态环境污染状况的重要指标。定量反演叶绿素a浓度有助于及时监测水体营养状态变化，对富营养化水体治理具有重要意义。以巢湖及南淝河支流下游为研究区域，利用Sentinel-2卫星遥感数据源，构建其叶绿素a浓度反演模型，探究叶绿素a浓度的时空变化规律。结果显示，构建的深度神经网络（DNN）模型反演精度较高（R2=0.96，MRE=31.62%，RMSE=24.4 μg/L）。通过减少训练样本量对DNN模型精度的影响分析，发现训练样本较少时，模型仍具有较高的精度；根据其精度的敏感模型训练样本个数，将训练集按组等分，模型呈现较好的稳定性并具有一定的适用性。分析表明，研究区叶绿素a浓度在时间上呈现夏秋季上升、春冬季下降的规律，在空间上呈现湖区西高东低、局部近岸区分布较高的特点。     

利用MODIS遥感数据探测长江口及邻近海域赤潮初步研究

针对2004年6月11日和2005年5月25日发生在长江口及邻近海域的赤潮,利用EOS/MODIS遥感数据进行监测研究。采用海表温度19°C及叶绿素a浓度6mg/m3经验数据作为阈值,结合多波段差值比值法对MODIS遥感图像中长江口及邻近海域的赤潮进行综合检验。研究结果表明,利用MODIS遥感数据探测赤潮是可行的,并建立了运用多波段差值比值法、海表温度及叶绿素a浓度的阈值综合判定法对赤潮灾害进行探测的方法。     

基于GOCI的东海叶绿素a浓度3种反演算法的对比及其昼变化分析

叶绿素a浓度是一种表征水体富营养化程度的重要参数,其已经成为水体水质评价的重要指标,它的研究对赤潮、绿潮等的监测预报具有重要意义。基于GOCI卫星获取的水色遥感资料,先对L1B数据进行了大气校正等影像预处理,然后利用OC2、OC3G和YOC 3种叶绿素反演算法反演了东海叶绿素a浓度,并用实测资料对3种反演算法结果进行验证分析,通过反演值与实测值之间的平均绝对误差、平均相对误差和相关系数对3种算法反演精度进行了比较,其中YOC算法的平均绝对误差为0.39 mg·m-3,平均相对误差为42.47%,相关系数为0.88,是3种算法中平均绝对误差和平均相对误差最小、相关系数最高的,因此确定YOC算法反演东海叶绿素a浓度是最优的。进而,利用YOC算法从GOCI卫星获取的高时间分辨率水色遥感信息反演了2011-2017年的东海叶绿素a浓度,并分析叶绿素a浓度的昼变化特征,基本上表现为:一日内从08∶30到15∶30,叶绿素a浓度先升高再降低,在10∶30左右达到峰值,此结果与藻类气泡调节浮力机制理论基本吻合。     

洋山深水港区域夏季叶绿素a分布及年际变化

根据2001年、2003年~2006年8月对洋山深水港工程建设项目所在地周边海域进行的生态调查,对该区域叶绿素a变化情况进行了研究分析。调查区域叶绿素a平均浓度呈现先下降后上升的趋势,最大值为2001年的2.61 mg/m3,最小值为2004年的1.27 mg/m3;港区、航道区变化趋势与全区相一致,大桥区略有不同,2003年至2005年叶绿素a浓度呈下降趋势,2006年出现回升;同一区域,表层叶绿素a浓度变化幅度小于底层;受工程施工的影响,底层下降快且恢复缓慢;2001年底层叶绿素a浓度高于表层,而2003~2006年则是表层浓度较高;叶绿素a浓度年际变化与网采浮游植物丰度变化相一致,但其相关性不明显。     

泼河水库叶绿素a的分布特征与环境因子的关系

本实验在2012年9月~2013年9月期间,每季节采样一次,测定泼河水库叶绿素a(chl.a)的浓度,分析泼河水库叶绿素a的分布特征及其与总氮(TN)及总磷(TP)等环境因子的相关性。结果发现,泼河水库叶绿素a浓度的季节分布由高至低为夏季春季秋季冬季;空间分布为春季和夏季河流入库口叶绿素a的浓度高于其他水域;因子相关性分析表明,春季和夏季泼河水库叶绿素a浓度与水体中总磷的浓度相关,其中夏季相关性极其显著。     

夏季和冬季辽东湾海域水体中叶绿素a含量分布特征

为研究辽东湾海域水体中叶绿素a含量的分布特征,于2013年8月(夏季)和12月(冬季)在辽东湾设置38个站位,分别采集了表、中、底层的海水样品,检测夏季和冬季两个航次水体中叶绿素a的含量,分析该海域叶绿素a的季节分布与空间变化特征。同时利用相关性统计分析的方法,将各水质因子对叶绿素a含量影响的差异显著性进行了分析。结果显示,调查海域夏季的叶绿素a平均质量浓度为6.90μg/L,冬季为1.26μg/L,时间分布上夏季质量浓度明显高于冬季;空间水平分布上,夏季辽东湾湾口的平均叶绿素a质量浓度明显高于湾内的平均质量浓度,而冬季则越靠近湾口处叶绿素a的平均质量浓度越低,与夏季规律正好相反;空间垂直分布上,夏季表层叶绿素a的质量浓度最高,10m层次之,底层的质量浓度最低;而冬季的叶绿素a质量浓度则呈现10m层最高,底层次之,表层质量浓度最低的趋势。说明辽东湾叶绿素a含量存在明显的时间和空间分布特征;结合同期的温度、盐度、溶解氧等环境因子的调查结果,统计分析结果表明调查海域中环境因子温度、盐度、溶解氧和营养盐的季节性变化是导致叶绿素a含量趋势变化的最可能原因之一。     

三峡水库小江回水区叶绿素a与环境因子时空变化

于2013年1-12月在小江水华暴发的敏感区域高阳断面开展了水文、营养盐、叶绿素a等指标长期、定点监测,分析库湾水体叶绿素a及环境因子的时空变化特征及其相互关系。结果表明高阳断面水体在1月、10-12月处于混合状态,3-8月则处于弱分层到稳定分层状态。水体在混合状态时各理化因子、营养盐及叶绿素a分层变化不显著；而处于分层状态时,各层水体氮磷营养盐呈现较显著差异,时间分布上冬季略高于夏季,干流倒灌对高阳断面营养盐的季节分布影响显著。叶绿素a浓度呈现明显的夏季高、冬季低的趋势,水体分层对叶绿素a垂向分布影响显著,当水体处于分层状态时,表层叶绿素浓度明显高于中、底层。高阳断面各层水体叶绿素a浓度与硝氮和可溶性磷酸盐呈显著负相关,表明营养盐是小江高阳叶绿素变化的限制因素。表层水体叶绿素a与硝氮、磷酸盐、溶解氧、透明度、水温、表底温差等呈显著相关(P<0.01),表明表层叶绿素a与环境因子相关性较强；中层叶绿素a与硝氮、总氮、总磷、磷酸盐、水温、透明度、水深、水体稳定系数等呈显著相关(P<0.01),表明水体的扰动是影响中层水体叶绿素a增长的关键因素之一；底层水体叶绿素a与硝氮(P<0.01)、磷酸盐(P<0.05)、水深(P<0.05)呈显著相关。     

近岸Ⅱ类水体叶绿素浓度遥感反演的算法综述

由于具有明显的时间与空间分辫率优势，遥感方法成为近岸Ⅱ类水体叶绿素浓度（Chl-a）信息提取研究的重要技术之一。本文回顾了国内外叶绿素浓度遥感反演算法研究概况，分析其优缺点，并介绍了利用卫星光学遥感数据反演叶绿素浓度的算法研究成果。并提出加强地面水文光谱实验研究，建立多光谱叶绿素反演定量模式，以高分辫率和高光谱遥感融合数据为基础的叶绿素浓度定量遥感是今后的发展趋势。     

深沪湾海域春、秋季叶绿素a含量的分布及特征

本文就1998年5月和9月深沪湾海域的环境监测资料,着重对深沪湾海域海水中叶绿素a含量的季节分布进行分析和探讨。结果表明,春季和秋季之间叶绿素a的含量存在着较大的差异。在春季和秋季叶绿素a含量都与浮游植物的生物量及溶解氧呈正相关关系,并与无机磷及活性硅酸盐呈负相关关系。     

影响香溪河库湾不同时期叶绿素a浓度的相关因子分析

三峡上游梯级水库蓄水发电后,三峡水库支流库湾水华情势有显著不同。为弄清新情势下影响三峡水库支流库湾水华的影响因素,于2015年对香溪河库湾开展了为期一年的跟踪监测研究。结果表明：叶绿素a浓度季节性变化显著,夏季最高,春秋季次之,冬季最低,全年平均值为14.38μg/L,变化范围为0.36μg/L ~108.00μg/L；春季,叶绿素a浓度与水温、pH、混合层深度表现为正相关,与浊度总氮、总氮溶解性硅、真光层深度表现为负相关；夏季,叶绿素a浓度与水温、pH、滞留时间、混合层深度表现正相关,而与总氮表现为负相关；秋季,叶绿素a浓度与水温、混合层深度表现正相关,与浊度、溶解性硅、真光层深度表现负相关；冬季,叶绿素a与溶解性硅表现为负相关,与其他环境因子具有一定的相关性,但相关性不显著。总氮、总磷和叶绿素a的浓度水平均指示香溪河水体处于富营养化状态。     

乙醇-超声法在浮游植物叶绿素a含量测定中的应用

叶绿素测定是生物监测及水质评价中估算藻类生物量的重要指标。以超声波破碎藻细胞,以热乙醇为萃取剂测定浮游植物叶绿素a的含量,并与常规的丙酮-研磨法进行比较对照,结果证实该方法是可行的。其提取时间仅为10m in,因此尤适于快速检测。     

海水贝、鱼、芦苇生态养殖系统中叶绿素a的变化

采用海水贝、鱼、芦苇生态养殖模式,维护系统生态平衡。通过检测系统内叶绿素a含量的变化,以监测系统中各池贝类规格、数量与叶绿素a的变化关系。结果表明,系统运行过程中,叶绿素a含量从上游向下游逐渐降低;成贝对叶绿素a的日消耗量为0.3μg/L·kg-1以上,种苗的日消耗量为0.2μg/L·kg-1左右;系统消耗叶绿素a的总量大于单细胞藻类自繁产生的叶绿素a量,鱼类与贝类养殖面积匹配不平衡。     

大连地区仿刺参养殖池塘叶绿素a分布和初级生产力估算

于2007、2008年每年的3-11月,对大连沿海地区的仿刺参养殖池塘叶绿素a含量进行了调查,并对初级生产力进行了估算.结果表明,大连沿海各地区的仿刺参养殖池塘中叶绿素a年均含量为2.11～5.40 mg/m3,最高值出现在2007年8月的庄河,平均值为12.96 mg/m3,最低值出现在2007年3月的旅顺附近,平均值为0.17 mg/m3.仿刺参养殖池塘中初级生产力的年均值为111.38～272.58 mg/(m2 · d),最高值出现在2007年6月的瓦房店复州湾地区,平均值为602.72 mg/(m2 · d),最低值出现在2007年3月的旅顺附近,平均值为16.47 mg/(m2 · d).     

不同贝类对水质净化效果的比较

本试验对比了24 h内褶纹冠蚌和螺蛳对相同生物量藻类的净化效果,试验结果表明,褶纹冠蚌对水体中悬浮物的消除率为螺蛳的近3倍,而对叶绿素a的消除率螺蛳远优于褶皱冠蚌,24 h比褶纹冠蚌组高出近2倍。     

BP神经网络在太湖不同湖区叶绿素a浓度短期预测的应用初探

摘要：人工神经网络具有强大的非线性能力,能对复杂的水环境系统中非线性行为进行准确有效地预测。本文选择太湖的梅梁湾和湖心区两个典型湖区为研究对象,分别设置4个和2个采样点。通过对其2006-2008年三年的常规水质监测参数进行主成分分析,选择合适的输入因子及最优的网络参数,建立优化的BP网络模型,以实现叶绿素a浓度的月预测。结果表明,梅梁湾湖区和湖心区的预测值与实测值的平均相对误差分别为71%和39%,两者预测精度均较低,原因与太湖的水动力条件、水文气象及藻型生态系统等因素有关。     

小窑湾贝类养殖对叶绿素a及初级生产力的影响

对小窑湾双壳贝类筏式养殖海区叶绿素a、海洋初级生产力的调查时认为:贝类养殖密度对叶绿素a值影响较大,从调查站位上看,养殖密度越大,其叶绿素a值相对较低,从养殖海区的季节变化上来看,叶绿素a值与海区双壳贝类的现存量密切有关;而初级生产力除与叶绿素有关外,还与该海区养殖品种收获时的人为扰动有关。