巢湖蓝藻卫星遥感监测研究与应用.pdf

巢湖蓝藻卫星遥感监测研究与应用 张爱民 荀尚培 黄 勇 摘要本文介绍了利用极轨气象卫星遥感资料监测巢湖蓝藻的主要研究成果及其在业务中的 应用情况。在多次星地同步观测试验基础上，建立了巢湖蓝藻和水温的遥感监测模型，分析了巢 湖蓝藻发生分布特征。研制了巢湖蓝藻监测预警系统软件和信息发布平台，并面向政府和社会公 众开展了卓有成效的巢湖蓝藻监测预警服务。 关键词蓝藻；卫星遥感；监测；预警 1 前言 湖泊的富营养化是我国淡水湖面临的一个普遍的生态环境问题，尤其是位于人口稠密地 区的湖泊，这个问题更加突出。巢湖作为我国五大淡水湖之一，具有为城市供水、农业灌溉、 航运、水产养殖和旅游等多种功能。巢湖湖区面积760km2，流域总面积1．35万km2，承接合 肥城市工业和生活废水，以及流域内大量的农业面源污染。随着区域人口增长和经济发展， 巢湖水污染上世纪八十年代后日趋严重，巢湖水质呈富营养化。湖泊富营养化的一个重要特 征是藻类物质的大量繁殖。因此，巢湖蓝藻的滋生乃至爆发已成为越来越严重的区域生态问 题，受到各级政府和社会公众的广泛关注和重视。对蓝藻及时准确的监测和预警是政府应对 生态问题、化解生态危机的重要基础性工作。 随之卫星遥感技术的发展，对于大面积水体水况的遥感监测研究日益受到重视。国内外 不少学者在利用卫星遥感技术估算水体叶绿素含量、监测水环境方面开展了研究工作[1-6J。 海水叶绿素含量估算模型。余丰宁等[2]利用TM资料对湖泊水体叶绿素含量进行估算。安 徽省气象部门上世纪90年代初在省政府的支持下，建立了极轨气象卫星接收处理系统，可实 FY一1／CAVHRR三个系列的极轨卫星遥感资料。并先后针对巢湖水环境，重点是蓝藻的卫 星遥感监测预警技术开展了多项课题研究，并及时将研究成果应用于业务工作中，及时为省 委省政府、有关部门提供巢湖蓝藻遥感监测分析报告，得到省委省政府领导和有关部门的高 度重视，社会效益显著。本文对我省气象部门近年来的巢湖蓝藻遥感监测研究的主要成果及 其应用情况作简要介绍。 31 2主要研究内容和方法 藻类属低等浮游植物，靠细胞中的叶绿素进行光合作用，其光谱特征类似于陆地植物。 在藻类污染严重(叶绿素含量较高)时，湖水水面的光谱反射特性曲线显现出绿色植物的特 性。纯净水体的反射率在可见光波段随波长增大而线性减小，在近红外波段反射率则非常 700 小；而植物叶绿素的光谱特性在不同波段差异甚大，在500 nm波段有较强的吸收而使 1000 反射率曲线出现波谷，在700 nm波段反射率迅速增加出现明显波峰。因此对于水体 蓝藻的监测主要根据卫星相应波段的通道数据来进行分析判断的。 个探测通道，也分布于可见光和红外波段。这两个系列卫星的空间分辨率均为1．1km左右 (可见光0．62～O．67、近红外0．841--0．876“m)的空间分辨率为250m，5个可见光、远红外 通道空间分辨率为500m，其余29个通道空间分辨率为1km。该系列星分上午星和下午星， 每天也可以获得两次本地探测资料。 巢湖是深水湖泊，湖面包括湖边没有芦苇、水草等水生植物，从而为卫星监测提供了较好 的下垫面条件。我们应用上述三种卫星遥感资料，根据不同卫星探测波段的特性，研究建立 巢湖蓝藻卫星遥感监测方法；通过星地观测资料的对比分析和统计分析，建立蓝藻(主要是水 体叶绿素浓度)遥感监测模型，以及巢湖水面温度卫星遥感监测模型；分析巢湖蓝藻发生发展 的时间和空间规律，进行蓝藻的遥感动态跟踪监测和预警；并开发了巢湖蓝藻卫星遥感监测 系统软件和信息发布平台，将研究成果应用于业务。 3主要研究结果 3．1 星地同步观测试验分析 为了建立巢湖蓝藻卫星遥感监测模型，我们于1999--2008年间开展了多次星地同步观 酸盐、溶解氧、叶绿素a、氨氮、总磷、总氮、温度)，湖区大气光学厚度，湖面气象参数(风向、风 速、温度、气压)等。使用的仪器包括光谱辐射计、地物光谱仪、太阳光度计、水质监测仪、水样 采集系统、GPS和常规气象观测仪器等。同时还收集了巢湖常规污染监测资料。利用这些观 测试验资料，我们研究了巢湖水体光谱特征，确定了不同卫星监测水体叶绿