基于多源遥感数据的南漪湖叶绿素a浓度反演及变化研究

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南漪湖作为皖南最大的湖泊,一直以来存在着富营养化的问题,叶绿素a浓度是监测浮游植物和水质状况的代表性指标,能够很好地评价湖泊富营养化状况。诸多监测叶绿素a浓度的方法中,遥感手段具有直观、快速等优势,在叶绿素a浓度监测方面具有极大潜力。为了探求南漪湖实测高光谱数据和高分六号卫星宽幅相机(GF-6 WFV)数据反演叶绿素a浓度最优的模型和算法,更好的分析南漪湖叶绿素a浓度时空变化特征,本研究选取2020-2021年开展的12次南漪湖走航式实验采集的147组实测高光谱数据和叶绿素a浓度数据,分析不同叶绿素a浓度条件下南漪湖实测光谱数据的变化特征,构建波段运算模型和荧光峰特征模型进行叶绿素a浓度高光谱反演,并将波段运算模型应用到GF-6 WFV影像,比较优选出精度最高的反演模型及波段组合,反演得到2019-2021年南漪湖逐月的叶绿素a浓度分布,分析其时空变化趋势。结果表明:(1)南漪湖叶绿素a荧光峰特征显著,随着叶绿素a浓度的增大,荧光峰出现明显的红移现象,叶绿素吸收谷和荧光峰分别有加深和升高的趋势,荧光峰形态特征变化能够有效反映南漪湖叶绿素a浓度变化。(2)利用叶绿素a吸收谷极小值处水平切线作为新基线建立的峰谷高度差模型和谷上峰面积模型与传统荧光基线高度模型和峰面积模型相比精度有所提升。对于南漪湖实测高光谱数据,峰谷高度差模型在所有模型中取得最优的反演精度;对于GF-6 WFV影像,以B6/B2为变量的比值模型取得了最优的反演精度。(3)南漪湖叶绿素a浓度时空变化具有显著的规律性:年际变化上,2019年叶绿素a浓度最高,2020年有显著下降趋势,2021年有略微的上升;季节变化上,叶绿素a浓度具有明显的季节分异,春夏叶绿素a浓度较高,秋冬较低;逐月变化上,叶绿素a变化趋势较为一致,4、5月和7、8月叶绿素a浓度出现双峰特征,6月出现明显谷值,其余月份叶绿素a浓度较低;对于空间变化,围垦区域叶绿素a浓度常年处于较高水平,围垦区与湖水区叶绿素a浓度具有相同的变化趋势,在有河流汇入,临近围垦区域的水域变异系数较大,叶绿素a浓度极易发生波动。
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