[发明专利]基于FY-3D MERSI-II数据的赤潮监测方法及装置

说明书

本发明属于环境监测技术领域，具体涉及基于FY‑3D MERSI‑II数据的赤潮监测方法及装置，本发明通过卫星地面分发系统获取实验区的光学遥感数据，并针对光学遥感数据进行数据预处理，根据现场采集的叶绿素a浓度和赤潮信息数据建立对应叶绿素a浓度反演模型和赤潮提取指数，进行实验海区叶绿素a浓度的反演和赤潮信息提取，并基于生产的叶绿素a浓度和对应的赤潮提取指数综合研判赤潮，形成叶绿素a浓度和赤潮监测结果图以及对应的专题产品，最终产品可以为海洋水质监测和赤潮生态灾害预警提供长期稳定的数据支撑和保障。

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，涉及海洋叶绿素a浓度反演和赤潮监测，具体涉及基于FY-3D MERSI-II数据的赤潮监测方法及装置。

背景技术

海洋叶绿素是海水中浮游植物含量的表征，通过叶绿素浓度的研究能够了解海水中浮游植物的生长情况，能够用来评价水体的富营养程度、水质和预测赤潮。相对于传统水质参数的现场观测，采用遥感手段通过获取海面光学（上行的离水辐亮度）经大气校正和定量反演得到叶绿素a等水体要素信息，进而实现对近海水体大范围动态监测，为近海初级生产力、赤潮生态灾害监测等提供了一种有效工具。

发明内容

本发明的目的在于解决传统现场观测手段无法实现近海二类水体大面积、高时间分辨率获取叶绿素a浓度和赤潮频发区快速监测响应的问题，提出了一种基于FY-3DMERSI-II数据的赤潮监测方法及装置，具体为基于FY-3D多光谱遥感数据进行二类水体的海表叶绿素a浓度反演和赤潮爆发区高频次监测方法，利用FY-3D MERSI-II遥感数据反演叶绿素浓度信息，为海洋初级生产力的遥感估算奠定了基础，同时有助于了解海洋碳循环，对渔业资源管理等具有重要意义；该方法还可以结合叶绿素a浓度进行赤潮的识别，能够对赤潮海洋生态灾害及时响应和处置。

本发明的技术方案是：

基于FY-3D MERSI-II数据的赤潮监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）通过卫星地面分发系统获取实验区光学遥感数据，选择覆盖海域为晴朗无云的数据；

（2）针对光学遥感数据进行数据预处理，预处理包括大气校正、几何校正、海陆掩膜和云检测，其中，MERSI-II大气校正利用辐射传输模型进行计算，从卫星影像获取的总遥感反射率中去除瑞利散射和气溶胶散射，几何校正通过经纬度数据集构建地理查找表，基于地理查找表进行几何校正，海陆掩膜利用官方发布的区域陆地矢量文件进行剔除，保留海洋区域数据，云检测通过构建的云掩膜指数进行剔除；

（3）根据现场采集的叶绿素a浓度和赤潮信息数据建立叶绿素a浓度反演模型和赤潮提取指数，结合现场实测数据，分析对叶绿素a浓度敏感的波段并结合MERSI-II数据的光谱响应函数构建叶绿素a浓度反演模型，结合赤潮藻类的特征，构建赤潮信息提取指数MRI；

（4）根据步骤（3）的叶绿素a浓度反演模型反演叶绿素a浓度，同时利用对应的赤潮信息提取指数MRI进行赤潮信息提取，选取叶绿素a浓度大于1.3 mg/m³的阈值和MRI大于4阈值共同作用提取赤潮；

（5）将提取的叶绿素a浓度和赤潮信息快速批量专题制图。

进一步的，所述步骤（1）中，采用FY-3D MERSI-II L1B数据，选择图像中海域云覆盖率30%的遥感数据。

进一步的，所述步骤（2）中，卫星接收到的大气瑞利散射为： ，

其中，为卫星接收到的瑞利散射，是MERSI-II L1B数据对应的第i波段，为瑞利光学厚度，为臭氧的透射率，为单次散射反照率（非水汽和氧气吸收带的波段近似为1），是太阳以三种不同的通道散射到卫星的概率因子，为太阳天顶角，为太阳天顶角余弦，为卫星天顶角，为卫星天顶角余弦；

计算瑞利散射校正反射率：