華南沿海赤潮災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測與預(yù)警方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種赤潮水體分析方法，具體設(shè)及一種赤潮災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測與預(yù)警的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于衛(wèi)星遙感影像M0DIS反演的水質(zhì)參數(shù)分布數(shù)據(jù)產(chǎn)品可W用于分析赤潮爆發(fā)幾 率判別，水體富營養(yǎng)化情況W及初級生產(chǎn)力水平等。赤潮爆發(fā)的準(zhǔn)確判別對研究海水水質(zhì)、 漁業(yè)資源、旅游業(yè)等發(fā)展有著重要的意義。
[0003] 近年來，隨著人類無節(jié)制的經(jīng)濟(jì)活動對自然界產(chǎn)生的禪合效應(yīng)，我國沿岸赤潮呈 頻發(fā)勢態(tài)，給當(dāng)?shù)貪O業(yè)造成了重大損失。2010年中國沿海共發(fā)生赤潮69次，累計面積10892 平方公里。南海14次，累計面積223平方公里。2011年我國沿海共發(fā)生赤潮55次，累計面積 6076平方千米。南海11次，累計面積190平方千米。2012年，我國沿海共發(fā)現(xiàn)赤潮73次，12次 造成災(zāi)害，直接經(jīng)濟(jì)損失20.15億元，其中南海區(qū)10次。2013年，我國沿海共發(fā)現(xiàn)赤潮46次， 其中有毒赤潮7次。2013年最大面積大于等于100平方千米。2014年南海區(qū)共監(jiān)測到赤潮16 次，赤潮累計面積約684平方千米，赤潮生物種類為夜光藻、球形棟囊藻、紅色赤潮藻、多紋 膝溝藻、中肋骨條藻、赤潮異彎藻和條紋環(huán)溝藻。2014年兩次較大面積的赤潮均發(fā)生在廣東 湛江港附近海域，赤潮種類為中肋骨條藻和夜光藻。從2001年W來南海區(qū)赤潮調(diào)查報告來 看，2014年赤潮發(fā)生的面積較大，次數(shù)較多。赤潮直接威脅著人類的生存環(huán)境，已經(jīng)成為我 國目前主要的海洋災(zāi)害之一。因此，南海海域的赤潮監(jiān)測研究工作已經(jīng)迫在眉睫。赤潮監(jiān)測 預(yù)警體系亟需完善，赤潮防治、應(yīng)急處理能力有待提高。
[0004] 研究表明，利用遙感影像進(jìn)行赤潮水體判別，可W即時地對赤潮災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警W 及采取及時有效地災(zāi)害決策。因此，基于遙感反演數(shù)據(jù)產(chǎn)品對赤潮水體進(jìn)行有效判別，是進(jìn) 一步提高海域資源管理的主要發(fā)展方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種赤潮水體判別方法，用于華南沿海赤潮災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測與 預(yù)警，該方法基于多因素綜合分析，提高了赤潮判別的時效性，能夠進(jìn)一步提高赤潮應(yīng)急災(zāi) 害管理效率。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供W下技術(shù)方案：
[0007] -種華南沿海赤潮災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測與預(yù)警方法，其步驟包括：
[000引A:按照所需時間、區(qū)域測量得到相應(yīng)水體光譜數(shù)據(jù)后計算得到相應(yīng)水體的反射率 數(shù)據(jù)；
[0009] B:利用步驟A所得反射率數(shù)據(jù)計算巧光高度（FLH)，其中化Η的計算采用667nm、 678nm、748nmS個波段進(jìn)行比值計算;計算FLH的具體方法如下式（1)所示：
[0010]
[0011] C:利用步驟A所得反射率數(shù)據(jù)采取6波段算法提取海水顆粒物后向散射系數(shù)，具體 步驟如下：
[0012] 步驟A得到的已經(jīng)過大氣校正的反射率數(shù)據(jù)。S表達(dá)為：
[001引
口）
[0014] 其中g(shù)i、g2分別為0.0949和0.0797 ;a是海水總吸收系數(shù)，bb是海水總后向散射系 數(shù)；
[0015] 其中a包含純海水吸收、CDM吸收和浮游植物吸收的總和；其中浮游植物吸收可W 表達(dá)為：
[0016] aph(^) =a*[ch]J(3)
[0017]其中，a請葉綠素比吸收系數(shù)(mVmg);khu是葉綠素濃度(mg/m3);(運(yùn)里，a嘴 412，443，488，531，555，667nm)，參數(shù)選取參見表 1 [001引表1:模型參數(shù)
[0019]
[0020] CD0M吸收與波長存在一個指數(shù)關(guān)系，表達(dá)為：
[0021] ΒΕθΜ(λ) =acDM(443)exp[-S(A-443) ] (4)
[0022] S是acDM光譜斜率，可W通過反射率比值計算得出：
[0023]
約
[0024] 所述的海水總后向散射系數(shù)由純水后向散射與顆粒物后向散射系數(shù)計算得出，其 中顆粒物后向散射系數(shù)通過下式計算得出：
[002引 1^ρ(λ)=?Λρ(λ0)(λ/λ0)-Υ (6)
[0026] Υ是后向散射光譜指數(shù)，在運(yùn)里取常數(shù)1(λ〇 = 443ηπι)
[0027] 固定參數(shù)S與Υ，將式(3)-(6)代入式(2)，解非線性方程，估算出葉綠素濃度[chi]、 M443)和acDM(443);
[0028] D:將步驟C中提取得到的bbp(443)作為輸入?yún)?shù)，同時固定S，將所述的式(3)-(6) 再次代入式(2)，再次解非線性方程，估算出葉綠素濃度^}11]'、曰》1(443)'和￥'；
[0029] E:根據(jù)步驟B所得的巧光高度值和步驟D所得的葉綠素濃度值判讀赤潮爆發(fā)幾率， 具體包括：
[0030] E1.根據(jù)步驟B得到的結(jié)果做第一級判讀:FLH大于等于0.05mWcm-2ynfisr^i的區(qū) 域判別為高度疑似，反之判別為低度疑似；
[0031] E2.根據(jù)步驟D得到的葉綠素濃度khl]'值對步驟F1判別為高度疑似的區(qū)域進(jìn)一 步做第二級判讀：[chi]'值高于5mg/L的區(qū)域判別為赤潮爆發(fā)幾率高，反之判別為赤潮爆發(fā) 幾率低。
[0032] 本發(fā)明所述的方法中，步驟A所述的測量得到相應(yīng)水體光譜數(shù)據(jù)的測量方法可W 是實(shí)地測量方法，也可W是遙感測量方法;本發(fā)明優(yōu)選遙感測量方法。
[0033] 本發(fā)明一種優(yōu)選的方案中，步驟A的具體方法是按照所需時間、區(qū)域獲取相應(yīng)光學(xué) 遙感數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行福射定標(biāo)和幾何校正，W及大氣校正處理;然后提取已經(jīng)過大氣校正的 反射率數(shù)據(jù)。
[0034] 進(jìn)一步優(yōu)選的方案中，所述的光學(xué)遙感數(shù)據(jù)是M0DISL1遙感影像數(shù)據(jù)，經(jīng)過福射 定標(biāo)、幾何校正、W及大氣校正處理后得到經(jīng)過大氣校正的M0DISL2反射率數(shù)據(jù)。
[0035] 更進(jìn)一步優(yōu)選的方案中，步驟B計算巧光高度前先利用所述的經(jīng)過大氣校正的 M0DISL2反射率數(shù)據(jù)采用ENVI軟件進(jìn)行強(qiáng)化真彩影像合成化RGB)，其中紅色波段選取 555皿(R)波段，綠色波段選取488皿(G)波段，藍(lán)色波段選取443皿(B)波段;且步驟E1在做所 述第一級判讀前先根據(jù)強(qiáng)化真彩影像合成結(jié)果做第零級判讀:合成的影像中呈現(xiàn)黑褐色的 區(qū)域判別為赤潮疑似，未呈現(xiàn)黑褐色的區(qū)域判別為非赤潮疑似。
[0036] 本發(fā)明優(yōu)選的另一種方案中，進(jìn)一步將步驟C得到的443nm顆粒物后向散射系數(shù)bbp (443)和步驟B得到的巧光高度(化Η)進(jìn)行比較，計算bbp/FLH的值，記作"赤潮爆發(fā)幾率判別 指數(shù)"；并根據(jù)bbp/FLH的值對步驟F3判別為赤潮爆發(fā)幾率高的情況做進(jìn)一步判讀:bbp/FLH 小于0.2mW^cm2ymnfisr的判別為赤潮爆發(fā)幾率很高，反之判別為赤潮爆發(fā)幾率略高。
[0037] 本發(fā)明的方法運(yùn)用多因素的綜合分析手段對于海水赤潮爆發(fā)幾率進(jìn)行判讀，具體 通過對巧光高度(FLH)、葉綠素濃度反演山}11)、后向散射系數(shù)反演(bbp)、赤潮水體判別指數(shù) bbp/化Η運(yùn)些不同角度、不同表達(dá)方式的因素進(jìn)行綜合分析，最終實(shí)現(xiàn)了對水體赤潮爆發(fā)幾 率的綜合地、準(zhǔn)確地判別。該方法中的指標(biāo)選擇、數(shù)據(jù)處理和判讀標(biāo)準(zhǔn)都是建立在對大量的 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和自然規(guī)律的總結(jié)的基礎(chǔ)上，保證了判斷水體赤潮爆發(fā)幾率的高效性和準(zhǔn)確性， 特別是在運(yùn)用遙感技術(shù)獲取遙感影像數(shù)據(jù)的方案中還有效地利用了遙感數(shù)據(jù)，進(jìn)一步利用 強(qiáng)化真彩數(shù)據(jù)合成化RGB)技術(shù)為提高水色遙感反演算法提供了技術(shù)支持。
【附圖說明】
[0038] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中步驟C得到的巧光高度計算結(jié)果圖。
[0039] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中步驟E得到的葉綠素濃度khl]'反演結(jié)果圖。
[0040] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中步驟F4得到的bbp/FLH的遙感影像數(shù)據(jù)分析結(jié)果圖。
[0041] 圖4體現(xiàn)了本發(fā)明實(shí)施例2的6波段法對葉綠素濃度的反演精度。
[0042] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例3步驟A得到的觀測樣本水體反射率光譜曲線圖。
[0043] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例3步驟B得到的觀測樣本水體FLH分布圖。
[0044] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例3步驟的尋到的觀測樣本水體葉綠素濃度分布圖。
[0045] 圖8是本發(fā)明實(shí)施例3步驟E3得到的觀測樣本水體bbp/FLH分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046] W下結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0047] 實(shí)施例1
[004引本實(shí)施W2014年11月24日發(fā)生在粵西近海發(fā)生的赤潮事件為例，WMODISUb數(shù)據(jù) 作為遙感影像，詳細(xì)說明利用所述方法進(jìn)行華南沿海赤潮水體判別的流程。所述方法包括 W下步驟：
[0049] A:接收2011年11月24日的M0DISL1數(shù)據(jù)，利用定標(biāo)參數(shù)對其進(jìn)行福射定標(biāo)和幾何 校正，W及大氣校正處理;利用Matlab軟件通過h壯頭文件參數(shù)對M0DISUb數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換 處理，估算大氣分子瑞利散射。
[(K)加]
[0051] F日(λ)是大氣層外對應(yīng)不同波長的太陽福照度，其大小隨著日地距離而變化，μ和μ〇 分別是太陽天頂角W及衛(wèi)星天頂角的余弦，cii和ατ，分別表示入射光和反射光的散射相位 角，Pr(〇i)是入射光的散射相函數(shù)，Pr(〇T)反射光的散射相函數(shù)，ΤθΖ(λ)為經(jīng)過臭氧校正的大 氣透過率。ττ(λ)是瑞利光學(xué)厚度。
[0052] W氧氣與水汽吸收波段組合進(jìn)一步估算大氣氣溶膠散射。
[0053] ε(λη,Anir) =exp[C(Anir-Ah) ] (8)
[0054]