松花湖水体叶绿素a含量与反射光谱特征关系初探

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1、第25卷第1期遥感技术与应用￡．25No．12010年2月REMOTESENSINGTECHN0L0GYANDAPPIICATI()NFeb．2O1O松花湖水体叶绿素a含量与反射光谱特征关系初探杜嘉，张柏，宋开山，王宗明，李方，徐静萍(1．中国科学院东北地理与农业生态研究所，吉林长春130012；2．中国科学院研究生院，北京100049)摘要：根据2008年7月在松花湖实测的水体反射光谱及实验室分析得到的叶绿素浓度数据，对松花湖水体反射光谱特征与叶绿素浓度之间的关系进行探讨与分析。研究结果表明：水体叶绿素浓度与各波长点处反射率相关性均较好，并选择700Flm处反射率建立单波

2、段模型。而700rim和677nm波长处反射率比值、685nlil处光谱一阶微分、700nm波长处波峰几何特征具有较好的相关性，给出了松花湖水体叶绿素浓度估算模型，为松花湖水体叶绿素浓度反演监测提供了一定的理论基础与参考。关键词：松花湖；叶绿素；反射光谱；高光谱遥感；回归分析中图分类号：P237．9文献标志码：A文章编号：1004—0323(2010)O1—0050—071引言度的反演提供理论参考。2研究区概况随着工业的发展和城市化进程的加速，大量污染物被排放到内陆湖泊，有机污染物引起水体的富松花湖位于吉林省东部山地西侧，松花江上游，营养化，导致大量藻类物质的繁殖。藻类物质

3、中都42。58～43。48N，126。41～127。18E，松花湖位置包含叶绿素，因此通常利用叶绿素浓度这一参数进如图1所示。流域面积42500km2，回水全长120km，行水体富营养化程度的监测评定。传统实验室分析南北长约77km，东西(湖面两侧山脊分水岭以内)方法耗费大量人力物力，不能适应大范围水体富营宽约94km，最大水深75m，水面宽约10km，库容养化快速监测的需要。遥感技术作为一种区域性水108亿m。，主要人湖河流14条。松花湖座落于古环境凋查和监测手段，日益受到重视，北美和欧洲的林市辖区内，跨桦甸、蛟河、丰满3个县(市、区)。20一些国家早已开展了利用航空遥感

4、数据监测湖泊群世纪7O年代以前盲目发展，人口大量流人，导致森内叶绿素分布的研究l_】。林被毁，坡耕地增加，对松花湖区的环境质量及资源研究水体叶绿素浓度与反射光谱特征的关系是开发都产生了不利的影响，水质状况不容乐观l5J。进行叶绿素浓度遥感监测的基础，通过两者之间的3数据获取关系建立计算叶绿素浓度反演算法]。高光谱分辨率传感器提供了数十到数百波段的影像数据，实现2008年7月在松花湖水域采集26个水体样了连续光谱信息的搜集f4]。利用高光谱数据，结合本，样本点覆盖区域较广，分布较均匀，具有一定的叶绿素浓度反演算法，可以快速准确地对研究区域典型代表性，采样点位置如图1所示。获取

5、样本时叶绿素浓度进行监测。本研究选取松花湖作为研究进行同步反射光谱的测量工作，并采用Promark2区域，利用样本的叶绿素浓度数据和同步反射光谱差分GPS系统来实现采样点的精确定位(定位精度数据，研究两者之间的关系，为松花湖水体叶绿素浓在0．3～3m之间)。水体反射光谱的测量使用美收稿日期：2009—0114；修订日期：201001—22基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX3一SW一356)；中国科学院东北地理与农业生态研究所知识创新工程领域前沿项目(C08Y46)。作者简介：杜嘉(1980一)，男，博士研究生，主要从事定量遥感和蒸散遥感估算研究。E—ma

6、il：horrizon@126．CO1TI。52遥感技术与应用第25卷剧下降。一501，29x一】．／008(1)4．2叶绿素浓度与各波长点反射率的相关性其中：为叶绿素浓度，r为700nm处反射率，确定对叶绿素浓度与各波长点反射率作相关分析结系数为0．7885，显著性水平P<0．01，说明二者之果如图3所示。间相关性尚可。同图3可见，相关系数最大为0．8674左右，表对于检验样本点，估测模型的均方根误差明水体各波长点的反射率与叶绿素浓度相关性较(RMSE)为3．1679“g·I，小于样本的极值差好。相关性曲线在700nm附近出现一个波峰，表(24．2753～0．45l7肚g

7、·I_。)。图5显示了模型验明该处是一个较好的相关位置，反射率与叶绿素浓证结果，决定系数稍低。，矗越蜷早J副辞4208n42O图3光谱反射率和叶绿素a浓度相关系数图5单波段法估测模型验证Fig．5ResultofestimationmodelbysinglebandmethodFig．3Correlationbetweenspectralreflectanceandchlorophyll’“content4．4叶绿素浓度与反射率比值的相关性度成正比关系，这是因为叶绿素在该波长附近存在水体波段反射比值较易测算，可大大