[发明专利]面向过程的富营养化湖泊藻总量遥感估算方法

说明书

本发明涉及面向过程的富营养化湖泊藻总量遥感估算方法，所述藻总量以叶绿素a含量表征，所述方法包括：构建二叉树，对遥感影像数据的每个像元进行Chl‑a垂向分布类型判断，将像元划分为Chl‑a垂向均一分布和Chl‑a垂向幂函数分布类型；基于像元Chl‑a垂向分布类型确定像元对应的Chl‑a垂向分布函数；对Chl‑a垂向分布函数做积分计算，并结合像元大小获取每个像元对应水柱内的藻总量；所有像元的藻总量之和即为湖泊藻总量。本发明的方法构建了基于像元尺度的富营养湖泊水柱内Chl‑a垂向分布类型辨识方法，基于遥感表层Chl‑a实现Chl‑a垂向分布函数的参数化，可实现不同像元对应水柱内的藻总量遥感估算。

技术领域

本发明涉及卫星遥感技术及其应用领域，具体涉及面向过程的富营养化湖泊藻总量遥感估算方法。

背景技术

藻含量是富营养化湖泊监测的一个重要指标，能综合湖泊水质情况。在剧烈人为活动影响下，湖泊富营养化情形日益加重，浮游植物呈暴发式增多。浮游植物会降低水体透明度从而不利于水生植被生长，其分解还会消耗水体溶解氧从而恶化水质。为监测富营养湖泊藻含量，传统方法是通过设置有限采样点进行定期野外调查，遥感技术实现了高频高空间的监测湖泊表层藻含量。然而，蓝藻等在低风速时会在水柱内发生垂向移动形成表层藻华，而强风能搅动湖水使藻类在水柱内均一分布。因此，为更科学的监测湖泊富营养化情况，有必要监测水柱内藻总量。

目前，已报道的湖泊藻总量遥感方法是先根据实测数据构建表层藻含量与水柱内藻总量的经验关系式，然后由遥感反演的表层藻含量推算水柱内藻总量。本质上，这是一种面向结果的藻总量遥感方法，没有解析藻类在水柱内的垂向分布。此外，该方法用像元处水深计算经验关系式的系数，一天内不同时刻得到的系数是一致的；而表层藻含量在一天内会发生变化，会使同一天内的藻总量结果不一致；因此，已有方法存在一定局限性。

发明内容

为了遥感估算富营养湖泊藻总量，借助于不同气象条件下获取的水柱内不同深度藻含量实测数据，本发明构建了一种面向过程的富营养化湖泊藻总量遥感估算方法，即考虑了遥感像元对应水柱内的藻类垂向分布。

为实现上述技术目的，本发明根据可获取的多源数据辨识和参数化富营养化湖泊藻含量垂向分布函数，并结合遥感像元大小计算藻总量，即一定面积的水面所对应的水柱内的总藻量，所述藻总量以叶绿素a含量表征。具体方案如下：

构建二叉树，对遥感影像数据的每个像元进行Chl-a垂向分布类型判断，将像元划分为Chl-a垂向均一分布和Chl-a垂向幂函数分布类型；

基于其Chl-a垂向分布类型确定像元对应的Chl-a垂向分布函数；

对Chl-a垂向分布函数做积分计算，并结合像元大小获取每个像元对应水柱内的藻总量；所有像元的藻总量之和即为湖泊藻总量。

本发明的Chl-a垂向分布类型包括垂向均一分布类型和垂向幂函数分布类型。藻类垂向分布类型可分为均一、幂函数、指数、高斯分布，但直接应用四种类型进行划分为实际总量遥感估算带来了极大的困难，一是，像元藻类垂向分布函数的确定，现有技术虽然将像元藻类垂向分布分为四类，但最后遥感识别的每景遥感数据的藻类垂向分布其实只有两类；二是不确定参数多，对后续像元尺度参数化造成困难。本发明将均表征表层存在藻最大的幂函数、指数、高斯分布统一用幂函数表示，而得到的藻总量遥感结果也满足精度要求。

对于属于垂向均一分布的像元，以表层Chl-a浓度表征任意深度Chl-a浓度；

对于属于垂向幂函数分布的像元，用幂函数表征各深度的Chl-a浓度，即：

其中C₀为表层Chl-a浓度；z为水深，n₁、n₂为系数；