專利名稱：利用modis水色遙感數(shù)據(jù)的海洋赤潮藻種判別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用水色遙感數(shù)據(jù)判別藻種方法，尤其涉及一種利用MODIS(中分辨率成像光譜儀/moderate-resolution imaging spectroradiometer)水色遙感數(shù)據(jù)的海洋赤潮藻種判別方法。
背景技術(shù)：
赤潮是水體中藻類短期內(nèi)大量聚集或爆發(fā)性增殖引起的一種海洋現(xiàn)象，英文表示為Algal Bloom或red tide。當(dāng)赤潮發(fā)生在近岸,危害到漁業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)甚至人類社會(huì)的經(jīng)濟(jì)和生命安全時(shí)，則定義為有害赤潮(Harmful Algal Bloom)。通常我們所關(guān)注的赤潮即為近岸海域有害赤潮。赤潮的危害主要體現(xiàn)在，大量藻類的增殖會(huì)遮蔽陽光，藻類細(xì)胞堵塞魚鰓，藻類死亡分解時(shí)耗盡水體中溶氧使魚類等窒息而死；有毒藻種還可分泌神經(jīng)性、麻痹性、或腹瀉性毒素等，毒素富集于貝類等體內(nèi)被人類誤食而發(fā)生中毒事件等等。 赤潮是海洋主要海洋災(zāi)害之一。赤潮常規(guī)監(jiān)測(cè)手段主要是，建立赤潮監(jiān)控區(qū)，對(duì)赤潮發(fā)生、發(fā)展和消亡過程的水體生化參數(shù)、赤潮物種等進(jìn)行采樣測(cè)量與分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)赤潮事件的監(jiān)測(cè)；除此之外，對(duì)沿海赤潮的觀測(cè)記錄主要來自于海監(jiān)飛機(jī)、漁民、志愿者等及時(shí)發(fā)現(xiàn)與上報(bào)。這些監(jiān)測(cè)手段容易受到赤潮爆發(fā)不確定性以及時(shí)間空間等的諸多限制，且產(chǎn)生的費(fèi)用也通常較高。相比之下，衛(wèi)星遙感具有覆蓋范圍廣、重復(fù)率高、成本低廉等優(yōu)勢(shì)，近年來已是赤潮監(jiān)測(cè)不可或缺的重要手段。建立準(zhǔn)確的遙感赤潮提取方法是對(duì)其及時(shí)有效的監(jiān)測(cè)，降低危害的重要前提。目前海洋赤潮的遙感提取方法主要是葉綠素濃度異?；蛑苯拥墓庾V(表觀光學(xué)量)方法。海洋赤潮高發(fā)區(qū)水體光學(xué)性質(zhì)復(fù)雜，受水體有色溶解有機(jī)物、懸浮顆粒等的干擾，已有的赤潮光譜提取方法在該海域的應(yīng)用往往失效。為有效提取該海域的赤潮，需要結(jié)合赤潮藻類粒徑、生理特性等，從固有光學(xué)量角度對(duì)水體性質(zhì)進(jìn)行分析，以實(shí)現(xiàn)對(duì)該海域赤潮水體的有效提取。固有光學(xué)量能夠直接反映水體物質(zhì)的生理生化特性，隨水體物質(zhì)的變化而表現(xiàn)出差異，具有有效排除近岸水體物質(zhì)干擾，實(shí)現(xiàn)赤潮水體與非赤潮水體的有效區(qū)分和赤潮藻種識(shí)別方面有著巨大的潛力。因此，從水體固有光學(xué)量入手，對(duì)海洋的赤潮與非赤潮水體，以及甲藻和硅藻赤潮進(jìn)行分析，建立適用于該海區(qū)的赤潮提取方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用MODIS水色遙感數(shù)據(jù)的海洋赤潮藻種判別方法，該方法利用水色遙感數(shù)據(jù)中的不同波段之間的信息，簡(jiǎn)潔明了地給出海洋區(qū)域赤潮疑似區(qū)域及疑似藻種。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種利用MODIS水色遙感數(shù)據(jù)的海洋赤潮藻種判別方法，包括以下步驟(I)獲取MODIS水色遙感二級(jí)產(chǎn)品數(shù)據(jù)；
( 2 )計(jì)算光譜相對(duì)高度指數(shù)；(3)利用MODIS水色二級(jí)產(chǎn)品反演吸收系數(shù)和后向散射系數(shù)并計(jì)算光譜比值；(4)采用光譜相對(duì)高度指數(shù)和固有光學(xué)量的指數(shù)法識(shí)別赤潮水體區(qū)域；(5)結(jié)合單位對(duì)數(shù)色素比重、葉綠素比吸收系數(shù)和后向散射比率判斷藻種。
本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明利用固有光學(xué)量能夠直接反映水體物質(zhì)的生理生化特性，隨水體物質(zhì)的變化而表現(xiàn)出差異，在有效排除近岸水體物質(zhì)干擾，實(shí)現(xiàn)赤潮水體與非赤潮水體的有效區(qū)分和赤潮藻種識(shí)別方面有著巨大的潛力。從水體固有光學(xué)量入手，對(duì)海洋的赤潮與非赤潮水體，以及甲藻和硅藻赤潮進(jìn)行分析，利用水色遙感數(shù)據(jù)中的不同波段之間的信息，簡(jiǎn)潔明了地給出海洋區(qū)域赤潮疑似區(qū)域及疑似藻種的判別。


圖I是衛(wèi)星遙感歸一化遙感反射率光譜曲線；圖2是海洋各類水體實(shí)測(cè)歸一化遙感反射率488nm相對(duì)高度示意圖；圖3海洋典型赤潮與非赤潮水體樣本的色素吸收對(duì)水體總吸收貢獻(xiàn)比示意圖；圖4是利用MODIS水色遙感數(shù)據(jù)的海洋赤潮藻種判別方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明利用固有光學(xué)量能夠直接反映水體物質(zhì)的生理生化特性，隨水體物質(zhì)的變化而表現(xiàn)出差異，在有效排除近岸水體物質(zhì)干擾，實(shí)現(xiàn)赤潮水體與非赤潮水體的有效區(qū)分和赤潮藻種識(shí)別方面有著巨大的潛力。因此從水體固有光學(xué)量入手，對(duì)海洋的赤潮與非赤潮水體，以及甲藻和硅藻赤潮進(jìn)行分析，建立適用于海洋海區(qū)的赤潮提取方法。如圖4所示，本發(fā)明利用MODIS水色遙感數(shù)據(jù)的海洋赤潮藻種判別方法，包括以下步驟步驟I、獲取MODIS水色遙感二級(jí)產(chǎn)品數(shù)據(jù)；用戶登錄美國(guó)NASA海洋水色網(wǎng)站(OceanColor Web)，進(jìn)入MODIS水色遙感二級(jí)產(chǎn)品數(shù)據(jù)獲取的網(wǎng)址(http: //oceancolor. Rsfc. nasa. rov/CRi/browse. pl sen=am),通過CHL (海水葉綠素)標(biāo)簽獲取檢測(cè)時(shí)間的包含海洋的MODIS水色遙感二級(jí)產(chǎn)品數(shù)據(jù)。MODIS水色遙感二級(jí)產(chǎn)品數(shù)據(jù)里包含了 MODIS 的 10個(gè)波段(41211111，44311111，46911111，48811111，53111111，547nm, 555nm, 645nm, 667nm, 678nm)的遙感反射率(Rrs)數(shù)據(jù)和海水葉綠素濃度(Chla)數(shù)據(jù)。其中5個(gè)波段(41211111，44311111，48811111，55511111，66711111)的遙感反射率數(shù)據(jù)和海水葉綠素濃度(Chla)數(shù)據(jù)是后面步驟中要使用到的。步驟2，計(jì)算光譜相對(duì)高度指數(shù)RH (RelativeHeight)；高葉綠素的赤潮水體與其他水體的一個(gè)重要區(qū)別(圖I)是，赤潮水體在443飛55nm之間存在一個(gè)反射谷，且反射谷的深度隨葉綠素濃度的增加而增大，相比之下，在此波段范圍內(nèi)近岸高渾濁水體信號(hào)基本上隨波長(zhǎng)增加而線性遞增，而清潔水體則存在一個(gè)反射峰，即443飛55nm波段范圍內(nèi)最大反射谷的相對(duì)深度與葉綠素濃度呈正相關(guān)關(guān)系。根據(jù)這個(gè)關(guān)系我們建立了光譜相對(duì)高度指數(shù)RH來識(shí)別疑似赤潮清潔水體，其計(jì)算公式如下
權(quán)利要求
1.一種利用MODIS水色遙感數(shù)據(jù)的海洋赤潮藻種判別方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 步驟I、獲取MODIS水色遙感二級(jí)產(chǎn)品數(shù)據(jù)；登錄美國(guó)NASA海洋水色網(wǎng)站，進(jìn)入MODIS水色遙感二級(jí)產(chǎn)品數(shù)據(jù)獲取的網(wǎng)址，通過CHL標(biāo)簽獲取檢測(cè)時(shí)間的包含海洋的MODIS水色遙感二級(jí)產(chǎn)品數(shù)據(jù)。MODIS水色遙感二級(jí)產(chǎn)品數(shù)據(jù)里包含了 MODIS的10個(gè)波段(412nm，443nm, 469nm, 488nm, 531nm, 547nm, 555nm, 645nm, 667nm, 678nm)的遙感反射率數(shù)據(jù) Rre 和海水葉綠素濃度數(shù)據(jù)Chla。
步驟2，計(jì)算光譜相對(duì)高度指數(shù)RH :通過光譜相對(duì)高度指數(shù)RH來識(shí)別疑似赤潮水體，其計(jì)算公式如下
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用MODIS水色遙感數(shù)據(jù)的海洋赤潮藻種判別方法，該方法首先獲取MODIS水色遙感二級(jí)產(chǎn)品數(shù)據(jù)計(jì)算光譜相對(duì)高度指數(shù)，然后利用MODIS水色二級(jí)產(chǎn)品反演吸收系數(shù)和后向散射系數(shù)并計(jì)算光譜比值，再采用光譜相對(duì)高度指數(shù)和固有光學(xué)量的指數(shù)法識(shí)別赤潮水體區(qū)域，最后結(jié)合單位對(duì)數(shù)色素比重、葉綠素比吸收系數(shù)和后向散射比率判斷藻種。本發(fā)明利用水色遙感數(shù)據(jù)中的不同波段之間的信息差異，簡(jiǎn)潔明了地判定給出海洋區(qū)域赤潮疑似區(qū)域及疑似藻種。
文檔編號(hào)G01N21/31GK102914505SQ201210369618
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者朱乾坤, 毛志華, 徐曉輝, 陳建裕, 陶幫一, 雷惠 申請(qǐng)人:國(guó)家海洋局第二海洋研究所