[發(fā)明專利]海表漂浮大型藻類覆蓋度的遙感估算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710022667.5
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106814035B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邢前國;吳靈靈;魏振寧;李琳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院煙臺海岸帶研究所
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/31
• 代理公司: 亳州速誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34157
• 代理人: 張輝

本發(fā)明基于實測的漂浮大型藻類??綠藻、馬尾藻及水體端元光譜，采用光譜線性混合法模擬、分析了NDVI、DVI及VB?FAH三種指數(shù)對海表漂浮大型藻類覆蓋度的響應(yīng)特征。并基于此特征表現(xiàn)，建立了相應(yīng)的覆蓋度估算模型?；谀Ｐ捅旧硖卣鞯牟町?，為在實際的海表漂浮大型藻類覆蓋度遙感估算工作中，提供了更有效的估算模型，即相對簡潔的基于DVI、VB‐FAH及類似指數(shù)的線性估算模型。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海洋環(huán)境領(lǐng)域，具體涉及海表漂浮大型藻類覆蓋度的遙感估算方法。

背景技術(shù)

海洋大型藻類泛濫，且影響范圍逐步變大，比如常見的綠潮現(xiàn)象，就是在特定的環(huán)境條件下，由海水中某些大型綠藻，如滸苔，爆發(fā)性增殖或高度聚集而引起水體變色的一種有害生態(tài)現(xiàn)象，引起海洋災(zāi)害。由大型藻類大量繁殖、聚集形成的異常海洋生態(tài)現(xiàn)象，在全球范圍內(nèi)對海洋生態(tài)及人類活動帶來的影響也日益受到重視。自2007年來連年發(fā)生在中國黃海、由大型漂浮綠藻(Ulva spp.)爆發(fā)導致的綠潮事件，是世界上目前規(guī)模最大的大型海洋藻類暴發(fā)事件。馬尾藻在墨西哥灣及大西洋海域近年也是大規(guī)模爆發(fā)。近年，中國近海的漂浮馬尾藻規(guī)模亦有增加的趨勢。這些漂浮大型藻類爆發(fā)事件對當?shù)亟?jīng)濟與生態(tài)環(huán)境帶來重要影響，藻類被卷到海岸不僅破壞海岸景觀，還對海洋生態(tài)系統(tǒng)帶來損害，大量藻類的覆蓋遮蔽陽光，影響海底藻類的生長；死亡的藻類也會消耗海水中的氧氣，同時腐敗后產(chǎn)生有害氣體。

通過對大型藻類的科學分析，進而治理、清除是人們急需要解決的，獲取海藻在海面上的分布情況是治理防控的基礎(chǔ)。漂浮海表的大型藻類分布的區(qū)域面積巨大，衛(wèi)星遙感是目前最有效的識別與分布評估手段。漂浮海表的大型藻類會聚集突出水面，并改變水面本身的粗造度，因此，具有全天候觀測能力的微波遙感技術(shù)可用于漂浮滸苔的監(jiān)測(如蔣興偉等,2009；Shen et al.,2014)；但對于小面積滸苔，其粗糙度與水面背景近似時，微波則難于識別。類似于海表漂浮油膜(如Xing et al.,2015c)，大型藻類有不同于水體的熱發(fā)射率，熱紅外遙感技術(shù)也可用于其遙感識別；但熱紅外受云與水汽的影響較大，且滸苔含水量高時，滸苔熱紅外信號不明顯，監(jiān)測效果較差。比較而言，光學遙感是目前大型藻類常規(guī)衛(wèi)星監(jiān)測與信息回溯中最常用的手段。

大型藻類具有與高等植物葉片相似的光譜特征，一些陸地植被的遙感算法可用于大型藻類的識別，如廣泛運用的歸一化植被指數(shù)NDVI(Liu et al.,2009；Cui et al.,2012)。針對NDVI在實際應(yīng)用中的不足，如對氣溶膠、海表耀光的變化較為敏感等，新的算法也被推薦用于漂浮藻類遙感識別，如漂浮藻類指數(shù)FAI(Hu,2009；Wang and Hu,2016；Xu etal.,2016)、漂浮藻類虛擬基線高度指數(shù)VB‐FAH(Xing and Hu,2016)。

目前對漂浮大型藻類的遙感應(yīng)用，主要在對大型藻類的識別，給出的量化數(shù)據(jù)，主要表現(xiàn)為大型藻類所影響的區(qū)域面積、及以像元為單位的覆蓋面積。由于大型藻類在遙感影像上存在像元混合的現(xiàn)象，近年，面向生物量估算的需要，面向像元混合的大型藻類覆蓋度的估算越來越受到重視，很多學者均在不同程度上對大型藻類的覆蓋進行研究分析。丁一等人(2015)基于遙感圖像模擬，評估了像元真實滸苔覆蓋度對基于NDVI指數(shù)提取綠潮面積的影響。但是丁一的分析方法在建模過程中把30米分辨率遙感影像上的綠潮像元均視為了純像元，這與像元混合的實際不符，從而產(chǎn)生了較大的估算誤差。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中對于遙感影像中像元覆蓋度評估中存在誤差大的問題，本發(fā)明提供了海表漂浮大型藻類覆蓋度的遙感估算方法，建立有效精準的大型藻類覆蓋度估算模型，計算漂浮的大型藻類在遙感影像中的覆蓋度，從而估算漂浮的大型藻類生物量。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

采集實際的大型藻類及海水光譜作為端元光譜，模擬、分析現(xiàn)有的主要藻類指數(shù)對大型藻類的海表覆蓋度的響應(yīng)規(guī)律，建立其相應(yīng)的估算模型，并以實際的衛(wèi)星遙感影像進行試驗與評估，其具體建模過程如下：