基于modies影像的藍藻的提取與研究

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p>　　基于MODIES影像的藍藻的提取與研究EEEEECFBP KFG</p><p>　　Extraction and cyanobacteria based on MODIS imagesExtraction and cyanobacteria based on MODIS imagesEEEE&l

2、t;/p><p>　　Extraction and cyanobacteria based on MODIS imagesExtraction and cyanobacteria based on MODIS imagesExtraction and cyanobacteria based on MODIS images</p><p>　　EXTRACTION AND CYANOBACTER

3、IA BASED ON MODIS IMAGES</p><p><b>　　學(xué)院（部）：</b></p><p><b>　　專業(yè)班級： </b></p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師：</b></

4、p><p>　　基于MODIS影像的藍藻提取與研究</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　湖泊、河流等水資源遭到污染的事實正在一步步加重，對于水資源的保護已經(jīng)日益成為不容忽視的社會問題。而藍藻瘋長是導(dǎo)致湖泊水華現(xiàn)象從而造成水資源污染的一個主要性因素。本次研究將利用具有高分辨率特點的MODIS影像數(shù)據(jù)進行太湖水域藍藻的提取與分

5、析，正確統(tǒng)計太湖水域各區(qū)的藍藻爆發(fā)頻次的變化，分析太湖藍藻水華現(xiàn)象的爆發(fā)強度，爆發(fā)的主要地點和爆發(fā)的遷移過程，以及藍藻水華在空間與時間上的分布規(guī)律，為藍藻爆發(fā)提供正確的預(yù)警服務(wù)，以幫助有關(guān)部門進行藍藻治理。</p><p>　　關(guān)鍵詞：藍藻水華，太湖，遙感，MODIS，時空分布</p><p>　　EXTRACTION AND CYANOBACTERIA BASED ON MODIS IM

6、AGES</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Water lakes, rivers and other contaminated fact is a step increase, for the protection of water resources has increasingly become a social prob

7、lem can not be ignored. The blue-green algae blooms soaring phenomenon leading to the lake water pollution causing a major factor. This study will use high resolution MODIS image data extraction and analysis of the chara

8、cteristics of blue-green algae in Taihu Lake, the correct statistical outbreak of blue-green algae in Taihu Lake districts frequency chan</p><p>　　KEYWORDS：Cyanobacteria blooms，Taihu , Remote sensing , MODIS

9、 , Spatial and temporal distribution</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　基于MODIES影像的藍藻的提取與研究EEEEECFBP KFG1</p><p><b>　　摘要2</b></p><p>　　ABSTRACT3<

10、/p><p><b>　　緒論 5</b></p><p>　　1 研究區(qū)域的基本情況7</p><p>　　1.1 研究區(qū)域的選擇-太湖7</p><p>　　1.2 藍藻水華的危害性7</p><p>　　1.3 太湖藍藻水華的治理情況8</p><p>　　1.

11、4 現(xiàn)階段太湖藍藻水華采用的治理方法9</p><p>　　2 MODIS影像數(shù)據(jù)的獲取與處理12</p><p>　　2.1 MODIS影像數(shù)據(jù)的概況12</p><p>　　2.2 MODIS影像數(shù)據(jù)的獲取13</p><p>　　2.3 MODIS影像數(shù)據(jù)的處理14</p><p>　　2.3.1 MO

12、DIS影像數(shù)據(jù)的預(yù)處理14</p><p>　　2.3.2 太湖水域中島嶼與干擾區(qū)域的去除15</p><p>　　2.4 太湖水域藍藻水華信息的提取16</p><p>　　2.4.1 藍藻提取的NDVI計算16</p><p>　　2.4.2 藍藻提取闕值的確定16</p><p>　　2.5藍藻覆蓋區(qū)域

13、爆發(fā)強度的計算17</p><p>　　3 藍藻水華現(xiàn)象爆發(fā)的時空分布規(guī)律18</p><p>　　3.1 太湖藍藻水華發(fā)生風險性的估算18</p><p>　　3.2藍藻覆蓋區(qū)域水華等級的劃分19</p><p>　　3.3 藍藻水華爆發(fā)頻次空間分布規(guī)律19</p><p>　　3.4藍藻水華爆發(fā)在不同湖區(qū)

14、上的分布規(guī)律22</p><p>　　3.5藍藻水華爆發(fā)頻次時間分布規(guī)律23</p><p>　　3.6 2010年太湖水華現(xiàn)象年內(nèi)變化特征25</p><p>　　4 太湖藍藻信息研究的展望28</p><p>　　4.1 太湖藍藻的精確提取28</p><p>　　4.2 太湖溫度的反演28</p

15、><p>　　4.3 太湖藍藻水華的監(jiān)測與預(yù)警29</p><p><b>　　參考文獻：30</b></p><p>　　致謝：錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　湖泊的富營養(yǎng)化是我國淡水湖近年來所面臨的一個普遍環(huán)境污染問題，

16、水體富營養(yǎng)化的主要表現(xiàn)在污染水域藍藻的國度生長引起嚴重的水華現(xiàn)象，這個現(xiàn)象在人口居住密度大、生活密集區(qū)更為突出。太湖是長江中下游五大淡水湖之一，位于今江蘇省南部，太湖流域人口居住密集，城市城鎮(zhèn)化程度高，近年來，地區(qū)經(jīng)濟飛速發(fā)展的同時也導(dǎo)致了水體污染的加重，湖泊富營養(yǎng)化的問題越來越引起人們的擔憂。造成湖泊水體富營養(yǎng)化的原因是水體本身受到污染使水體中的N、P元素過高。而N、P元素是植物生長需要的營養(yǎng)元素，富含N、P元素湖泊水體會使水生植物比

17、如藍藻得到充分的營養(yǎng)從而瘋狂生長。再者，夏天的湖水的溫度相對于其他季節(jié)較高，而較高的湖水溫度會有利于藍藻的生長環(huán)境。所以在藍藻瘋長不加控制的情況下，瘋長的藍藻會覆蓋整個湖面，消耗水中的氧氣，從而導(dǎo)致湖泊中的其他水體動植物的死亡，因此，瘋狂生長的藍藻破壞了太湖原有的生態(tài)系統(tǒng)，打破了太湖水域生態(tài)系統(tǒng)的平衡，而生態(tài)系統(tǒng)一旦遭到破壞就會影響太湖水域水體的各項健康指標，最后嚴重的污染太湖流域的水，最后對周邊居民的生活、國民經(jīng)濟的發(fā)展造成不利影響。

18、</p><p>　　遙感是1960年發(fā)展起來的對地觀測技術(shù)，是指運用探測儀器不和探測目標相接觸，從遠處把地物的電磁波譜信息記錄下來，通過對地物電磁波譜的分析，得出所研究區(qū)域所監(jiān)測的地物的光譜特征信息，從而為研究提供可靠的用于分析的數(shù)據(jù)。遙感在資源與環(huán)境方面的監(jiān)測相對與傳統(tǒng)的方法有著巨大顯著的優(yōu)點：首先，遙感采用的是高空成像，從高空上拍攝出所要監(jiān)測的地物目標，具有宏觀性的特點，使大面積的同步觀測成為可能。其次，遙

19、感監(jiān)測的速度快，周期短，傳統(tǒng)的監(jiān)測方法完成一次監(jiān)測需要耗費大量的時間與精力，往往完成一次監(jiān)測后會影響第二次監(jiān)測的最佳時期，尤其是對于具有時令性質(zhì)的植物而言，但是采用遙感成像技術(shù)，對目標區(qū)域監(jiān)測一遍的時間很短，有的高時相分辨率的遙感可以每天都過境一次，這樣短的時間間隔會大大提高遙感監(jiān)測的效益，對于提供強有力析論證具有重大的現(xiàn)實意義。</p><p>　　本次研究是研究太湖藍藻的水華爆發(fā)情況，采用MODIS影像來進行

20、藍藻的提取與處理，眾所周知，MODIS衛(wèi)星提供的影像在全球范圍內(nèi)可以免費接收，這一方面為太湖藍藻監(jiān)測降低了成本，另一方面MODIS衛(wèi)星是一顆高時相的衛(wèi)星，這顆衛(wèi)星的回訪周期短，并且衛(wèi)星監(jiān)測覆蓋的范圍廣闊，其衛(wèi)星的波段涵蓋了可見光、近紅外、遠紅外幾乎所有的波段范圍，再者，MODIS衛(wèi)星提供有1KM、500m、100m分辨率以及用于幾何糾正的標準分辨率的影像，所以，總體來看，選擇MODIS衛(wèi)星來對太湖水域進行藍藻水華現(xiàn)象的監(jiān)測與分析是一種符

21、合監(jiān)測指標，滿足監(jiān)測要求，得出的監(jiān)測結(jié)果亦具有相當程度的可靠性。</p><p>　　近年來，運用遙感手段用于太湖藍藻水華爆發(fā)規(guī)律的研究技術(shù)已經(jīng)相當成熟，具體的研究成果也相當豐富，可以參考的資料也很豐富，典型的用于太湖藍藻水華爆發(fā)現(xiàn)象研究的主要有：利用多源衛(wèi)星遙感影像的的建立模式，利用建立的模式成功地獲取了天氣晴好條件下研究區(qū)域水華面積和藍藻的空間分布特征，這種模式在太湖水域得到了很好的應(yīng)用，其應(yīng)用的結(jié)果也取得了

22、很好的效果，監(jiān)測的結(jié)果分析了近幾年來年來太湖藍藻水華暴發(fā)的大致時間段以及出現(xiàn)藍藻水華現(xiàn)象的主要區(qū)域，以及區(qū)域的遷移狀況；結(jié)合遙感圖像處理中植被指數(shù)的算法，對短期內(nèi)藍藻發(fā)生區(qū)域的變化予以反映；再者有利用免費提供的MODIS影像 數(shù)據(jù)開展了研究區(qū)域藍藻水華時間、空間分布規(guī)律的探索，當然，根據(jù)溫度對藍藻水華現(xiàn)象的影像，利用MODIS影像的熱紅外波段來反演藍藻的光譜發(fā)射特性，，再利用影像上的光譜反射特性來分析出太湖水域不同湖區(qū)的藍藻分布情況以及

23、藍藻水華的爆發(fā)頻率。總之，利用遙感MODIS影像在藍藻水華方面的研究都 取得了預(yù)期的效果，達到了用于藍藻水華治理防治的目的。</p><p>　　遙感技術(shù)用于藍藻信息提取方面的應(yīng)用取得進步是讓人欣慰的，但是遙感技術(shù)在較短時間的范疇內(nèi)以期獲得藍藻隨時間變化規(guī)律的監(jiān)測效果卻是不盡人意，因此研究者為了獲取在一段時間范疇內(nèi)的太湖湖區(qū)的藍藻水華變化信息就需要采用一段較長時間序列的MODIS影像，來分別進行處理達到預(yù)期的效果

24、。因此，本次研究為了通過研究得出近幾年太湖水域藍藻水華現(xiàn)象爆發(fā)的變化，以及太湖各湖區(qū)發(fā)生藍藻水華現(xiàn)象面積的變化，本次研究將采取一段時間序列的MODIS影像用于研究，將其結(jié)果運用于相關(guān)藍藻治理部門的預(yù)警與決策。</p><p>　　1 研究區(qū)域的基本情況</p><p>　　1.1 研究區(qū)域的選擇-太湖</p><p>　　伴隨著中國現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)一體化的迅速發(fā)展，城鎮(zhèn)

25、化進程的不斷加快，再人民群眾環(huán)保意識的落后，每年全國各地都有大量的工業(yè)廢水、生活污水、以及農(nóng)業(yè)灌溉廢水等污染水大量流入河流、湖泊、海洋。2007年4月份，中國第三大淡水湖太湖出現(xiàn)嚴重的藍藻水華現(xiàn)象，5月28日，位于太湖湖區(qū)的貢湖水域的城市飲用水水源地受到污染，使得自來水出現(xiàn)惡劣的惡臭現(xiàn)象，為太湖附近的居民用水帶來極大的不便。太湖藍藻水華事件之后不久，位于安徽境內(nèi)的巢湖又出現(xiàn)大面積的藍藻水華現(xiàn)象。</p><p>

26、　　中國是一個湖泊資源豐富的國家，在中國境內(nèi)存在大大小小的湖泊約20000多個，中國的湖泊數(shù)量約占世界湖泊數(shù)量的1/10。據(jù)統(tǒng)計，面積超過1KM²的湖泊數(shù)量約有2300個，面積超過71KM²的湖泊數(shù)量約占全國陸地面積的0.80%，根據(jù)環(huán)保部門的資料顯示：對中國境內(nèi)的25個大中型湖泊的調(diào)查，水體富營養(yǎng)化而受到藍藻影響的約占92%，可謂中國湖泊受藍藻水華的污染程度已經(jīng)到了刻不容緩的地步。</p><p

27、>　　本次對藍藻水華現(xiàn)象的研究，選擇的研究水域是太湖水域。近年來，受到藍藻水華影響典型的湖泊水域主要是滇池、巢湖、洪澤湖、太湖、洞庭湖、白洋淀等等，其中太湖發(fā)生的嚴重的水華現(xiàn)象是在2007年的4月份，而本文的研究重點是藍藻水華的預(yù)警與防治，太湖水域發(fā)生藍藻水華現(xiàn)象后，國家和政府部門組織有效力量來用于太湖藍藻水華的治理，因此選用太湖作為研究區(qū)域一方面是因為太湖水域具有較大的面積，在處理太湖地區(qū)的影像數(shù)據(jù)提取太湖湖區(qū)是方便操作，另一方

28、面是因為太湖發(fā)生水華現(xiàn)象距今時間不長，監(jiān)測太湖的藍藻水華現(xiàn)象的變化可以有助于評估太湖藍藻水華現(xiàn)象的治理效果。再者，針對于太湖藍藻水華現(xiàn)象的研究已經(jīng)成為環(huán)境保護方面研究的熱點，這方面研究取得成果很豐富，所以選用太湖作為研究區(qū)域開展研究有著豐富的理論和技術(shù)可供參考。</p><p>　　1.2 藍藻水華的危害性</p><p>　　一方面，藍藻水華的瘋狂生長，會使得整個的湖面都會被藍藻覆蓋，使

29、得水中的氧氣溶解量降低，水中氧氣溶解量的降低，會使得原本在水中生存的生物例如：魚類、蝦類等因為缺氧而死亡。每一個湖泊中都存在著經(jīng)過生物進化形成的完善的生物鏈，而藍藻的生長致使湖泊中魚蝦等一些生物的死亡，最終會引起湖水中生物鏈的破壞，使得湖泊中原有生物的循環(huán)、能量的流動遭到影響，最終使得水域中的生物物種單一，水體的功能破壞。另外，大量的浮游生物在每一年的凋亡期會產(chǎn)生大量的尸體，尸體在外界生物作用下腐爛后會沉積湖底，造成湖底水平面的上升，使

30、得湖泊隨著時間的推移逐漸的變淺，陸地化現(xiàn)象加重。</p><p>　　其次，大量的湖泊表面存在著厚重的藍藻，會使得原本清澈見底的湖面變得混濁，水體的可見度下降，造成的感官性下降，使得其原本具有的美學(xué)價值降低。有些區(qū)域的湖區(qū)，具有很好的旅游開發(fā)價值，能為當?shù)厝说纳顜碡S厚的改善，可是這些水域一旦被藍藻水華覆蓋，就會使當?shù)氐穆糜螛I(yè)癱瘓，水上的娛樂項目必須停止，造成的旅游效益的損失也就是無可估量。</p>

31、<p>　　另一方面，藍藻帶來的直接影響就是藍藻會毒害水生生物，影響水源地水源。藍藻中含有大量的藻毒素，其藍藻死亡腐爛后會使得藍藻中富含的藻藍素融入水體中，水中的生物長期活動在含有藻藍素的水體中致使其死亡。另外，微囊藻毒素中含有的MCs是一種常見的環(huán)狀七肽肝毒素，能夠誘發(fā)肝癌的發(fā)生，，MCs的存在會對水體的健康指標造成嚴重的威脅。在國際上，1996年的巴西，大約有100多人誤飲用含有MCs的水而導(dǎo)致急性的肝功能障礙，其中5

32、0多人因為情況嚴重而為此喪失寶貴的生命，這起事件引起全球多個國家的強烈關(guān)注，科學(xué)研究表明，居民生活飲用水中含有的MCs的含量與居民發(fā)生肝癌的概率成正比。再者，含有藻藍素的水體不僅會在湖泊中大量的繁殖藍藻，還會在自來水公司建立的自來水供水設(shè)備中大量繁殖藍藻，引起水源的二次污染，情況十分嚴峻。</p><p>　　綜上所述，研究藍藻的生長特性，掌握藍藻水華的爆發(fā)規(guī)律以抑制藍藻的瘋狂生長具有十分重大的意義。</p

33、><p>　　1.3 太湖藍藻水華的治理情況</p><p>　　湖泊富營養(yǎng)化是當今世界中環(huán)境所遭到威脅的主要原因之一，而湖泊富營養(yǎng)化的最終結(jié)果就是水流域的藍藻瘋長，太湖的水污染的主要原因就是藍藻瘋長引發(fā)嚴重的水華現(xiàn)象導(dǎo)致太湖水質(zhì)的破壞。夏天大量生長的藍藻堆積在一起，在溫度、光照和生物存在的情況下，大量淤積的藍藻會逐漸的腐爛，腐爛后的藍藻堆積在湖面上會引發(fā)強烈的惡臭，2007年太湖附近的居民使

34、用的自來水中帶有濃烈的腥臭味，其真正原因就是城市居民飲用水的水源離藍藻堆積區(qū)比較近，藍藻的腐爛對飲用水的水源造成污染，引發(fā)了城市生活居民的“水荒”現(xiàn)象。</p><p>　　當前，用于藍藻治理的研究理論成功很是豐富，2007年太湖藍藻水華現(xiàn)象發(fā)生后，引起了當?shù)卣陀嘘P(guān)環(huán)保、水利部門的高度關(guān)注，甚至是國務(wù)院溫家寶總理也就這個太湖藍藻治理問題作出重要批示，此后，大量的研究人員、部門人員就太湖藍藻治理展開專項的立案研

35、究。所以，至此，太湖藍藻水華現(xiàn)象的研究理論成果已經(jīng)相當成熟，本次研究也是基于太湖藍藻水華現(xiàn)象的產(chǎn)生、遷移、擴散的研究，但是，真正有效用于太湖藍藻治理的方法卻很少，盡管有不少的專家、學(xué)者提出利用物理、化學(xué)、生物的方法來殺死藍藻以抑制其瘋長。但是，利用這些方法殺死藍藻，會產(chǎn)生藻毒素，藻毒素是一種有毒的元素，長期飲用含有藻毒素的水會嚴重影響人的生命安全。并且，融入水體的藻毒素相對覆蓋在湖面的藍藻治理起來更加的困難。雖然這種治理方法減少了湖面上

36、覆蓋的藍藻量，但這無疑是將藍藻的治理問題轉(zhuǎn)嫁到藻毒素的治理問題上，絲毫沒有質(zhì)的改變。</p><p>　　1.4 現(xiàn)階段太湖藍藻水華采用的治理方法</p><p>　　以上分析可知，采用物理、化學(xué)、生物的方法來治理太湖的藍藻的方法不盡人意，并且采用這些方法來進行藍藻的治理會消耗大量的人力、物力和財力，其治理效果也不是能真正意義上斷絕藍藻的生長。我們清楚的知道，造成藍藻水華現(xiàn)象屢禁不止的主要

37、原因是太湖水域為藍藻的生長提供了絕佳的生長環(huán)境。因此，最為有效的治理方法就是從源頭上控制太湖湖水中的N、P元素的含量，瓦解太湖中適合藍藻瘋狂生長的水體環(huán)境，從源頭上杜絕藍藻水華現(xiàn)象。相關(guān)資料顯示，歷年來，太湖湖水中的N元素、P元素含量久高不下，因此，即使從源頭上抑制了太湖水體中N、P元素的增加，湖區(qū)水體中原有的含量豐富的N、P元素足夠支撐很長一段時間太湖藍藻的瘋長，短時間內(nèi)也將很難杜絕藍藻水華現(xiàn)象的發(fā)生。</p><

38、p>　　如上，即使很好的杜絕了太湖中N、P元素的增加，等湖底淤泥中的N、P元素消耗完也需要經(jīng)歷很長的時間，如果不做任何處理與應(yīng)急對付依然會對太湖居民的用水、生活帶來惡劣的影響。因此，在等待太湖湖底淤泥中富含的N、P元素消耗殆盡的同時，我們要做好藍藻降解區(qū)附近水源的防護工作，所以通過研究來認識藍藻水華形成的規(guī)律和判斷出藍藻水華主要的發(fā)生區(qū)與降解區(qū)的位置對水源保護很有必要。對已經(jīng)確定距離藍藻降解較近的水源要及時的做好水源供水的濾化和水

39、質(zhì)的監(jiān)測，對不合格的飲用水及時地進行處理。</p><p>　　藍藻死亡后會浮在太湖的上面，其死亡的藍藻的枝枝蔓蔓會失去原有的附著力，因此死亡藍藻會隨著湖面的情況發(fā)生移動，比如：風向的變化和湖面波的推移都會影響藍藻的降解地點，因此，如果能夠監(jiān)測處太湖湖底的淤泥中N、P元素含量的分布，這勢必為藍藻的治理，控制水源的清潔提供最為有用的幫助。</p><p>　?。?）機械化打撈治理</p

40、><p>　　機械化打撈藍藻治理就是利用機械設(shè)備對太湖水域中的藍藻進行打撈，機械化打撈在太湖藍藻水華現(xiàn)象治理中的實踐表明：機械化藍藻打撈是治理藍藻水華現(xiàn)象標本兼治的有效方法。從2007年太湖發(fā)生強烈的藍藻水華現(xiàn)象開始，截止2010年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，對太湖水域進行藍藻的打撈，很大程度上減少了太湖水體中的N、P元素的含量，這從根本上講就是遏制了太湖水體富營養(yǎng)化的速度。機械化打撈藍藻是治理太湖藍藻水污染的一項技術(shù)創(chuàng)新。機械

41、化打撈藍藻的治理系統(tǒng)包括：藍藻的機械化打撈、打撈上來的藍藻藻水的分離、資源的轉(zhuǎn)型利用?，F(xiàn)在，在太湖周邊地區(qū)，已經(jīng)建立了大大小小的化肥生產(chǎn)基地，利用打撈上來的藍藻作為原料進行化肥的生產(chǎn)，用于植物的培育，收益頗豐。機械化打撈藍藻的方法今后應(yīng)該仍是藍藻治理的主要方法，應(yīng)該加大投入。</p><p><b>　?。?）生態(tài)調(diào)水治理</b></p><p>　　生態(tài)調(diào)水治理是最

42、近幾年研究出的太湖藍藻治理的方法，生態(tài)調(diào)水是指通過調(diào)出太湖中的污水、引入清潔干凈的好水來改善水環(huán)境以減輕太湖水體的污染程度，減少災(zāi)害。目前，國內(nèi)生態(tài)調(diào)水方面的技術(shù)不是十分成熟，發(fā)展的空間還是十分宏大，典型的生態(tài)調(diào)水方法是“引江濟太”和梅梁湖的泵站組合調(diào)水系統(tǒng)。調(diào)進好水、調(diào)出差水，關(guān)閉梅梁湖的泵站阻止污水流入太湖，這種方法的目的是為了提高太湖水體的水環(huán)境的最大容量，增強水體的自凈能力。并且，生態(tài)調(diào)水系統(tǒng)的運用可以一改原本是一湖死水的太湖，

43、使水體能夠流動起來，流動的太湖水流一方面能夠帶走一部分懸浮在水表面的藍藻，另一方面也會增加水體中的含氧量，可以減少太湖的水生物因為缺氧而死亡，從某種程度上保護了生物的多樣性。當然，這種生態(tài)調(diào)水的方法成功實踐的前提是有一個合理的調(diào)水路徑，如果生態(tài)調(diào)水路徑不合適，那么取得的效果就會不明顯。</p><p>　　（3）生態(tài)淤泥清理治理</p><p>　　生態(tài)淤泥清理顧名思義就是清理掉太湖底下的

44、淤泥。當然，太湖是我國面積第三大的淡水湖，湖區(qū)整體面積龐大，清理掉湖區(qū)底面的所有淤泥這無疑是天方夜譚，另外即使耗費巨大的人力、物力清除干凈湖底的淤泥，也會造成太湖其他生物系統(tǒng)的破壞。生態(tài)淤泥清理能夠減弱遏制太湖藍藻的水華現(xiàn)象是因為湖底的淤泥中存在有藍藻生長的生長養(yǎng)分，為藍藻生長提供了豐厚的地理條件，清理掉淤泥，從某種程度來說會控制藍藻的瘋長，另一方面，淤泥中含有含量較高的N、P營養(yǎng)元素，清理走淤泥也會帶走很大一部分的N、P成分，起到了凈

45、化水體的作用。當然，淤泥的清理程度肯定是越徹底越好，但是考慮到工程量的難度與可行性，所以，采用生態(tài)淤泥清理的方法來治理太湖的藍藻水華問題必須要有針對性，選擇清理淤泥的地點必須經(jīng)過反復(fù)的實地考證，湖區(qū)湖底的淤泥清理還是選擇在一些自來水的水源地、藍藻死亡的沉積區(qū)、和河道的入水口處等一些重點區(qū)域為好。</p><p><b>　?。?）生態(tài)修復(fù)治理</b></p><p>

46、　　生態(tài)修復(fù)治理是一種眼光長遠的太湖藍藻水華的治理方法，生態(tài)修復(fù)就是指在太湖區(qū)域的一些比較嚴重的生態(tài)退化區(qū)（生態(tài)環(huán)境被嚴重破壞，水體污染程度比較嚴重，藍藻水華現(xiàn)象比較惡劣）重新植入一些植物甚至是動物、微生物等來改善該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)，已達到環(huán)境保護的作用。對于藍藻爆發(fā)的區(qū)域，常用于改善生態(tài)系統(tǒng)的主要有:紫根水葫蘆、鳳眼蓮、菱、人工生態(tài)水草、仿生植物等等,這些植物都具有很強的凈水功能、抑藻功能。采取生態(tài)修復(fù)治理的手段來進行藍藻水華的治理是一

47、項時間跨度比較長的治理手段，太湖流域水藻的面積大，污染物的類型種類繁多，這種治理手段的實施是一個長期的過程，其治理效果的顯示也不同于機械化打撈那么明顯迅速，也是一個漫長的過程。當然，在生態(tài)修復(fù)治理被破壞的生態(tài)系統(tǒng)的同時，也要保證人工修復(fù)與自然修復(fù)同步結(jié)合完成，治理好一片區(qū)域，就要保護好一批區(qū)域，要有規(guī)章地一片片治理，不能顧此失彼。</p><p>　?。?）攔源截污防護治理</p><p>

48、;　　攔源截污的方法主要思想是減少太湖水域的水體在原有基礎(chǔ)上不再繼續(xù)破壞。試想一番，如果以上采用的方法用于太湖藍藻治理均取得很好的治理效果，而在太湖的另一邊大量的富含N、P元素的生活污水毫無節(jié)制的流入太湖，這樣便出現(xiàn)了一邊治理一邊破壞的格局，從總體上來講，絲毫沒有治理的意義。所以，為了徹底消滅太湖藍藻帶來的深重災(zāi)難，我們必須控制不達標的生活廢水、工業(yè)污水流入太湖，確保使太湖的污染物含量由既有的一個定值隨著治理的不斷進行，水質(zhì)一步步變好，

49、最終實現(xiàn)太湖治理工作的總目標。還社會一個碧波蕩漾的太湖。</p><p>　　2 MODIS影像數(shù)據(jù)的獲取與處理</p><p>　　2.1 MODIS影像數(shù)據(jù)的概況</p><p>　　MODIS即中分辨率成像光譜儀，是一種搭載在TERRA和AQUA衛(wèi)星上面的一種探測儀器，MODIS探測器用于海洋、陸地方面的監(jiān)測效果顯著，一方面是因為MODIS的監(jiān)測光譜的覆蓋范圍

50、廣，從可見光到熱紅外的所有波段。另一方面，MODIS衛(wèi)星每天過境四次，白晝和黑夜各過境兩次，其高時間分辨率彌補了空間分辨率方面的缺陷，MODIS衛(wèi)星一共擁有36個通道，其中第一、第二波段的分辨率為250M，第三到第七波段的分辨率在500M，第八波段到第三十六波段的分辨率為1KM，MODIS數(shù)據(jù)具有適宜的空間分辨率和波段書，以及衛(wèi)星的波段范圍寬，數(shù)據(jù)的更新頻率高，全球用戶可以免費接收的特點，使得MODIS衛(wèi)星提供的數(shù)據(jù)受到研究者的青睞。&

51、lt;/p><p>　　圖1 MODIS衛(wèi)星的技術(shù)指標參數(shù)</p><p>　　2.2 MODIS影像數(shù)據(jù)的獲取</p><p>　　本次研究所獲取的MODIS影像數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院地理與資源研究所官方網(wǎng)站所提供的MODIS影像，遙感監(jiān)測主要是根據(jù)地物的光譜反射特性，不同的光譜反射特性在遙感上顯示的內(nèi)容會有所不同。本次藍藻水華爆發(fā)現(xiàn)象研究的區(qū)域選擇太湖，是因為太湖是我

52、國的第三大淡水湖，今年來太湖藍藻污染的情況逐步引起人們的關(guān)注，太湖總體的水域范圍大，在遙感圖像上能夠很好地提取，太湖分為許多的湖區(qū)，不同的湖區(qū)其藍藻的生長爆發(fā)情況不同，選取太湖作為研究區(qū)域具有較好的對比作用。</p><p>　　根據(jù)藍藻的生長特性可知，在水體富含N元素、P元素是引起藍藻水華瘋狂爆發(fā)的主要原因，湖區(qū)的水溫升高會增加藍藻水華爆發(fā)的頻率，因此本次研究以期獲得太湖區(qū)域藍藻水華的時空爆發(fā)規(guī)律，就必須利用遙

53、感對該研究區(qū)域進行長時間的動態(tài)監(jiān)測，選取一定時間段的MODIS影像用于研究是本次研究的基礎(chǔ)，所以，就必須要求MODIS影像數(shù)據(jù)能夠滿足時間分辨率、空間分辨率、輻射分辨率等指標的要求，這樣才能得出有價值的研究結(jié)果。</p><p>　　MODIS數(shù)據(jù)是波段范圍覆蓋了可見光、近紅外和遠紅外的36個波段的影像數(shù)據(jù), 光譜范圍在0. 4～14.4m之間,掃描寬度2330km,其中第1個、第2個波段的空間分辨率為250m,

54、波段3～波段7的空間分辨率500m,波段8～波段36的空間分辨率為1000m。MODIS衛(wèi)星每天過境2次,上午下午分別過境一次。因為MODIS衛(wèi)星具有較高分辨率的特性使其在監(jiān)測自然災(zāi)害、生態(tài)環(huán)境、全球氣候變化等方面有著廣闊的應(yīng)用前途。本次研究擬采用MODIS數(shù)據(jù)波段1～波段7數(shù)據(jù)進行實驗研究。</p><p>　　表1 用于研究的部分MODIS數(shù)據(jù)的屬性信息</p><p>　　2.3 M

55、ODIS影像數(shù)據(jù)的處理</p><p>　　2.3.1 MODIS影像數(shù)據(jù)的預(yù)處理</p><p>　　對獲取的MODIS影像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理是為了能夠較為準確的提取所需要的信息，以便為所研究的太湖藍藻水華等現(xiàn)象提供可靠的決策支持與預(yù)警工作。 </p><p>　　獲取的MODIS影像由于在成像過程中受到大氣折射的影響，攝像傳感器自身因素的影響，地面狀況的影響等

56、造成了MODIS影像自身的誤差，為了進一步減弱MODIS影像誤差的影響需要對獲取的MODIS影響作出預(yù)處理以進行誤差糾正。本次對于太湖藍藻水華爆發(fā)現(xiàn)象的研究使用的遙感軟件是ENVI4.8，該軟件功能強大，適用于遙感影像的處理，該軟件中提供的GEOREFERENCE MODIS模塊對下載的MODIS遙感影像進行幾何校正處理和BOW-TIE現(xiàn)象的去除十分有效，對MODIS影像的幾何校正采用GEOGRAPHIC LAT/LAN投影，參考基點為

57、WGS-84。</p><p>　　再者，由于MODIS影像是在高空進行成像作用獲得影像，因此對太湖區(qū)域拍攝的一景影像包含的區(qū)域范圍大大超過了太湖水域本身的范圍，因此為了減少影像數(shù)據(jù)的處理容量，需要對獲取的影像進行研究區(qū)域的裁剪，通過圖像的裁剪去除大量的冗余數(shù)據(jù)，從而簡化藍藻信息的提取與研究，具體裁剪范圍可參考表2： </p><p>　　表2：太湖水域的地理范嗣 <

58、;/p><p>　　圖像裁剪可以在幾何校正與BOW-TIE去除的同時進行，裁剪后的圖像文件以HDF（層次數(shù)據(jù)格式）文件格式保存，對所獲影像進行研究區(qū)域額裁剪一方面可以減少節(jié)省大量的磁盤空間，另一方面可以簡化圖像的處理，很大程度地提高MODIS影像的處理效率。</p><p>　　圖2 圖像處理流程圖</p><p>　　2.3.2 太湖水域中島嶼與干擾區(qū)域的去除<

59、;/p><p>　　綜合考慮太湖水域的總體情況可知，本次研究太湖藍藻水華現(xiàn)象的研究區(qū)域?qū)⒉话ㄌ秴^(qū)域和湖中島嶼區(qū)域。太湖水域中的東太湖區(qū)域?qū)儆诓菪秃?，生長著大量的水生植物，該地區(qū)生長的水生植物與藍藻水華在遙感影像上引起的光譜特性不一致，因此，在研究太湖區(qū)域藍藻水華爆發(fā)現(xiàn)象中，東太湖區(qū)域應(yīng)該剔除在研究區(qū)域范圍之外，東太湖的遙感監(jiān)測結(jié)果不等同與藍藻的監(jiān)測結(jié)果，這一點在時間或者空間的延續(xù)上更是顯示出顯著的差異，太湖

60、水域湖體中的島嶼分布如圖 2 所示。</p><p>　　圖3 太湖水域中湖區(qū)分布</p><p>　　2.4 太湖水域藍藻水華信息的提取</p><p>　　2.4.1 藍藻提取的NDVI計算</p><p>　　MODIS數(shù)據(jù)對于藍藻水華信息的提取方法有很多。歸一化植被指數(shù)是最常用的植被提取算法，NDVI( Normalized Dif

61、ference Vegetation Index )是目前應(yīng)用于植被提取領(lǐng)域取得良好效果的算法之一。已經(jīng)得到證實的理論成果表明，藍藻水華的光譜特征與植被的光譜特征很是相似，所以根據(jù)NDVI植被提取算法能夠有效地提取藍藻水華信息。NDVI算法被定義為紅光波段和近紅外波段兩波段歸一化比值，即：</p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　式中NIR和R

62、ED分別代表著近紅外波段和紅光波段的光譜反射率，對用于本次研究的MODIS影像而言，分別代表著第2和第l波段。</p><p>　　2.4.2 藍藻提取闕值的確定</p><p>　　由于藍藻水華爆發(fā)強度在太湖湖區(qū)的不同位置爆發(fā)強度不一樣。因此太湖各區(qū)的藍藻生長情況在遙感影像上的光譜特征也是不同的，本次研究將參照往年的資料，對所獲取的時間段的影像進行比值運算，并對比值運算得到結(jié)果進行統(tǒng)計分

63、析，對于本次對于太湖藍藻水華爆發(fā)的研究，本文將采用0.8-1.0作為太湖水域藍藻提取的闕值。 </p><p>　　2.5藍藻覆蓋區(qū)域爆發(fā)強度的計算</p><p>　　為了能夠更為精確的形容表達太湖藍藻水華現(xiàn)象爆發(fā)的情況，本次研究將引入描述藍藻水華情況的新概念“藍藻水華爆發(fā)強度”，其計算公式為：</p><p><b>　?。?）</b>&

64、lt;/p><p>　　藍藻水華的爆發(fā)面積是指太湖水域的某個研究分區(qū)內(nèi)出現(xiàn)水華的面積，亦即藍藻水華在遙感圖像上的闕值大于0.8以上的范圍，太湖湖區(qū)的總面積就是指所選擇的研究區(qū)除了長有水生植物的東太湖及相關(guān)區(qū)域的所有分區(qū)的面積之和。提出“藍藻水華爆發(fā)強度”的概念更形象具體的揭示了太湖水域藍藻爆發(fā)的具體情況，有助于得出更為可靠的分析結(jié)果，提供給有關(guān)部門更為有用的藍藻治理方面的信息。</p><p>

65、;　　3 藍藻水華現(xiàn)象爆發(fā)的時空分布規(guī)律</p><p>　　3.1 太湖藍藻水華發(fā)生風險性的估算</p><p>　　傳統(tǒng)的地面調(diào)查監(jiān)測是過去對太湖水域藍藻水華現(xiàn)象進行監(jiān)測的主要方法之一，隨著遙感技術(shù)的不斷成熟與一系列遙感圖像處理軟件功能的一步步強大，類似于這種傳統(tǒng)的地面調(diào)查監(jiān)測方法用于太湖藍藻水華現(xiàn)象的研究既費時費力并且還缺乏宏觀性和可靠性。與現(xiàn)代的高新技術(shù)完全不相符，所得的研究結(jié)果也

66、只能用于特定的問題分析提供幫助，并不能解決現(xiàn)代社會經(jīng)濟建設(shè)的需要。</p><p>　　傳統(tǒng)的方法研究太湖各區(qū)域發(fā)生藍藻水華現(xiàn)象主要是通過在天氣正常（無云）的情況下依次獲得太湖監(jiān)測區(qū)域每天的遙感影像，然后將從這些影像上得出的數(shù)據(jù)匯聚出藍藻聚集發(fā)生區(qū)域狀況，再根據(jù)ARCGIS提供的統(tǒng)計功能，對這些連續(xù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)予以統(tǒng)計處理，從而推斷出太湖藍藻水華發(fā)生的規(guī)律。而本文研究將提出新的一個概念“藍藻水華發(fā)生頻率指數(shù)F”，其

67、頻率指數(shù)計算公式為：</p><p><b>　　(3)</b></p><p>　　在以上公式中，T表示遙感衛(wèi)星在對該研究區(qū)域所進行有效監(jiān)測的總天數(shù)，t是指在這些有效監(jiān)測天數(shù)內(nèi)，能夠獲得太湖某一湖區(qū)累計遙感監(jiān)測到藍藻水華聚集現(xiàn)象的監(jiān)測天數(shù)，其兩者的比值即為藍藻水華的發(fā)生頻率F，也即：該區(qū)域在該時間段范疇內(nèi)發(fā)生藍藻水華的暴發(fā)頻率(暴發(fā)頻率的高低表明在這一地區(qū)實施的連續(xù)

68、每日遙感監(jiān)測中監(jiān)測到藍藻聚集現(xiàn)象的多少，該頻率即代表該地區(qū)的藍藻聚集成災(zāi)風險。頻率大則說明這個地區(qū)的藍藻水華爆發(fā)現(xiàn)象嚴重，頻率越小，則說明這個地區(qū)的藍藻水華現(xiàn)象越不嚴重）。按照這種統(tǒng)計方法，根據(jù)太湖的分區(qū)，對所監(jiān)測區(qū)域監(jiān)測到的太湖藍藻水華進行分區(qū)統(tǒng)計（如表3所示）就可以大致太湖各區(qū)域藍藻水華發(fā)生概率分布，從而為太湖藍藻水華現(xiàn)象預(yù)警提供決策支持。總體來看2002-2007年太湖藍藻的預(yù)警重點在于西部沿岸區(qū)尤其是宜興沿岸。</p>

69、;<p>　　表3 2013年太湖各湖區(qū)水華重點關(guān)注區(qū)域</p><p>　　注：風險性排序為：東太湖＜東部沿岸區(qū)＜南部沿岸區(qū)＜竺山湖＜湖心區(qū)＜梅梁湖＜西部沿岸區(qū)。</p><p>　　3.2藍藻覆蓋區(qū)域水華等級的劃分 </p><p>　　藍藻水華的等級劃分包括兩方面的內(nèi)容，第一方面是藍藻水華暴發(fā)強度的等級劃分，另一方面是藍藻

70、水華密度的等級劃分。按照藍藻水華暴發(fā)強度由小到大的順序，分為4個等級(如表4所示)。 </p><p>　　表4 藍藻覆蓋區(qū)域水華等級的劃分</p><p>　　3.3 藍藻水華爆發(fā)頻次空間分布規(guī)律</p><p>　　參考本次研究上文簡述藍藻提取的方法，輔以NDVI軟件功能提取出的太湖藍藻水華單日暴發(fā)的區(qū)域，制作出2002～2007年

71、各月份藍藻水華暴發(fā)頻次空間分布圖及總頻次圖(圖4、圖5)。</p><p>　　圖5 2002-2007年太湖藍藻水華總體爆發(fā)次數(shù)</p><p>　　由圖3和圖4可知，整個的太湖研究區(qū)域，大部分湖區(qū)都受到不同程度的藍藻水華的影像，這就更印證了監(jiān)測太湖水域藍藻水華爆發(fā)現(xiàn)象探索水華爆發(fā)現(xiàn)象的必要性與重要性。就僅僅從上面的圖來看，顏色越深的地區(qū)代表該地區(qū)藍藻水華現(xiàn)象爆發(fā)的越頻繁，受藍藻水華現(xiàn)

72、象的影響就越大。從將太湖整個湖區(qū)作為整體來看，藍藻水華的爆發(fā)頻次由東南方向向西北方向逐漸加重。初步統(tǒng)計各個地區(qū)的爆發(fā)頻次可知：梅梁灣、竺山湖、西太湖沿岸這些區(qū)域爆發(fā)的頻次在30次以上，而位于太湖湖心區(qū)北部、西南沿岸藍藻出現(xiàn)的次數(shù)均在20-30次左右，貢湖、太湖湖心區(qū)中東以及太湖南岸的爆發(fā)頻次較次，大概在10次左右，而本次研究的剔除區(qū)東太湖區(qū)域幾乎沒有出現(xiàn)藍藻水華現(xiàn)象，因此，根據(jù)不同地區(qū)發(fā)生的藍藻水華現(xiàn)象爆發(fā)頻次的不同，可以將太湖的幾個分

73、區(qū)進行藍藻爆發(fā)的等級劃分：梅梁灣、竺山湖、西太湖沿岸這些區(qū)域爆發(fā)頻次最高劃分為第一等級，而于太湖湖心區(qū)北部、西南沿岸這些地區(qū)爆發(fā)的頻次相對于第一等級區(qū)域相對略低，屬于第二等級區(qū)域，貢湖、太湖湖心區(qū)中東以及太湖南岸這些地區(qū)屬于藍藻水華現(xiàn)象偶爾爆發(fā)的區(qū)域，因此劃分為第三等級區(qū)域，東太湖地區(qū)基本上未出現(xiàn)藍藻現(xiàn)象，因此就將其劃分</p><p>　　（1）2002年出現(xiàn)藍藻水華現(xiàn)象的水域時梅梁灣和竺山湖地區(qū)，雖然這些地區(qū)

74、發(fā)生了藍藻水華現(xiàn)象，但是總體的藍藻爆發(fā)頻次不高，均在10次以下，湖心區(qū)和貢湖水域也零星有藍藻水華現(xiàn)象發(fā)生，但是其爆發(fā)頻次更少。</p><p>　?。?）2003年太湖藍藻發(fā)生的水域相對于2002年有所擴展，其藍藻爆發(fā)的頻次也在以往的基礎(chǔ)上有所提高，藍藻發(fā)生區(qū)域已向湖心區(qū)北部和西部水域擴展，太湖的西北沿岸地區(qū)也出現(xiàn)水華，但總體爆發(fā)頻次均在10-20次左右。</p><p>　?。?）200

75、4年太湖絕大部分水域都受到藍藻水華現(xiàn)象的影響，其藍藻水華的爆發(fā)次數(shù)均在10次以下，西南沿岸的水華現(xiàn)象明顯增加，整體來看，藍藻水華現(xiàn)象在太湖西北地區(qū)發(fā)生的爆發(fā)頻次要多于東南地區(qū)的爆發(fā)頻次，也就是說西北地區(qū)受藍藻水華的影響要大于東南地區(qū)。</p><p>　?。?）2005年藍藻水華現(xiàn)象進一步擴大其影響范圍，幾乎全部范圍的太湖水域都受到藍藻水華不同程度的影響，只有像東太湖等極少部分水域未出現(xiàn)藍藻水華現(xiàn)象，但是發(fā)生藍藻

76、水華的水域其藍藻水華爆發(fā)的頻次依然在10-20次左右不等。</p><p>　?。?）2006年藍藻水華的影響范圍仍然在逐漸的擴大，太湖湖區(qū)的絕大部分都受到藍藻水華現(xiàn)象的影響，與往年不同的是，這些受到不同程度影響的水域其藍藻的爆發(fā)頻次有所上升，均在20次以上，也就說明這些地區(qū)的藍藻水華爆發(fā)情況更加嚴峻。</p><p>　?。?）2007年藍藻水華爆發(fā)覆蓋了太湖的整個研究水域，太湖的西北水

77、域的藍藻爆發(fā)頻次明顯增加，研究區(qū)域的湖域分區(qū)中有少部分的湖區(qū)藍藻爆發(fā)的頻次已經(jīng)超過了30次，說明了太湖藍藻水華現(xiàn)象仍舊在一步步加重，藍藻治理工作刻不容緩。</p><p>　　3.4藍藻水華爆發(fā)在不同湖區(qū)上的分布規(guī)律</p><p>　　本次研究將太湖進行分區(qū)，分區(qū)的結(jié)果見本文的上圖1，經(jīng)過監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比分析可知：受藍藻水華現(xiàn)象影響嚴重的水域主要分布在太湖的北部和西部地區(qū)，而像太湖東南部的

78、胥湖、箭湖和東太湖地區(qū)則受到藍藻水華影響較小。根據(jù)2002-2007年連續(xù)六年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我們得出結(jié)果太湖水域總共出現(xiàn)藍藻水華爆發(fā)的次數(shù)是414次。而在這414中，太湖的西部沿岸地區(qū)是受到藍藻水華影響最為惡劣的地區(qū)，一共發(fā)生藍藻水華現(xiàn)象330次約占總體爆發(fā)頻次的79.7%，而大太湖地區(qū)的藍藻水華爆發(fā)次數(shù)相對西部沿岸地區(qū)略低，其爆發(fā)頻次為320次，約占總體爆發(fā)頻次的77%，影響也是相當?shù)膰乐?，而梅梁灣、南部沿岸地區(qū)發(fā)生藍藻水華現(xiàn)象的頻次依

79、次是260次、235次，各自占太湖總體爆發(fā)頻次的62.8%、56.8%，受到藍藻的影響也是很嚴重，而竺山湖地區(qū)的藍藻爆發(fā)頻次占總體爆發(fā)頻次的44.7%，其間一共出現(xiàn)藍藻水華情況185次，貢湖地區(qū)是這些受到藍藻水華影響地區(qū)中藍藻水華爆發(fā)次數(shù)最低的一個湖區(qū)，總計爆發(fā)141次，約占總體爆發(fā)頻次的34.1%。</p><p>　　在太湖的幾個分區(qū)中，受到藍藻水華現(xiàn)象影響的區(qū)域主要有6個分區(qū)，分別為竺山湖區(qū)、梅梁灣湖區(qū)、貢

80、湖湖區(qū)、太湖的南部沿岸、大太湖湖區(qū)、太湖的西部沿岸湖區(qū)，據(jù)統(tǒng)計，不同湖區(qū)發(fā)生藍藻水華的面積見下圖5，為了描述不同湖區(qū)受藍藻水華現(xiàn)象影響的范圍，經(jīng)過計算，可知：竺山湖區(qū)的藍藻水華影響范圍約占總體藍藻爆發(fā)范圍的3.9%，梅梁灣地區(qū)受到藍藻水華影響的范圍約占總體12.8%,貢湖湖區(qū)受到藍藻水華影響的范圍約占總體面積的6.5%，南部沿岸地區(qū)受藍藻影響的范圍約占總的受影響范圍的16.6%，大太湖是受藍藻影響面積最大的區(qū)域，其發(fā)生藍藻水華的面積約占

81、總體的41%，西部沿岸地區(qū)則占總體受藍藻水華影響面積的19.2%。因此由數(shù)據(jù)分析我們得出結(jié)論：各湖區(qū)中藍藻水華發(fā)生情況分別由高到低基本上沿西北東南方向分布。</p><p>　　圖6 太湖不同湖區(qū)發(fā)生藍藻水華的面積</p><p>　　圖7 太湖不同湖區(qū)發(fā)生藍藻水華的次數(shù)</p><p>　　3.5藍藻水華爆發(fā)頻次時間分布規(guī)律</p><p>

82、;　　根據(jù)太湖水域單日監(jiān)測的數(shù)據(jù)表明：在本次研究監(jiān)測的時間段2002-2007范圍內(nèi)，在2002-2004年這三年的時間內(nèi)，監(jiān)測結(jié)果表明監(jiān)測區(qū)域的藍藻最大爆發(fā)強度一直介于10%和20%之間，沒有多大的起伏變化，而2004年之后太湖監(jiān)測區(qū)域的藍藻最大爆發(fā)強度一直呈現(xiàn)出直線上升的趨勢，由2004年的爆發(fā)率低于20%上升到2005年爆發(fā)率接近30%再到2006年的藍藻最大爆發(fā)率達到最高約為53%，盡管2006年之后，太湖監(jiān)測區(qū)域的藍藻最大爆發(fā)

83、強度有降低的趨勢，但是從2007年的最大爆發(fā)強度為38%可知，雖然爆發(fā)強度有著一定的回落，但是其最大的爆發(fā)強度依然高于2002-2005年這連續(xù)幾年的爆發(fā)強度?？梢姡{藻治理工作不容懈怠。</p><p>　　圖8 2002-2007年太湖藍藻水華爆發(fā)強度走勢圖</p><p>　　圖8給出的是2002-2007年太湖藍藻每年的最大爆發(fā)強度，而圖8顯示的是太湖藍藻水華的年平均暴發(fā)強度分布圖

84、，年平均暴發(fā)強度在數(shù)值上等于計算得出的藍藻水華暴發(fā)強度總和與一年中參與藍藻水華信息提取的天數(shù)總和的比值。從圖8給出的信息可以看出，從2002年-2007年這六年所監(jiān)測的太湖水域藍藻的平均爆發(fā)強度總體上呈現(xiàn)上升的趨勢，2005年的平均爆發(fā)強度相對于其他年份出現(xiàn)短暫的回落現(xiàn)象，但是2005年之后，太湖藍藻的平均爆發(fā)強度出現(xiàn)大幅度的上升，其上升的幅度比2002年-2004年之間上升的幅度要大的很多。2006年太湖水域的最大爆發(fā)強度遠遠大于20

85、07年的爆發(fā)強度，但是2006年的太湖水域平均爆發(fā)強度卻小于2007年的平均爆發(fā)強度，由此可以推想，2006年太湖水域藍藻的爆發(fā)率比較穩(wěn)定，而2007年太湖水域的藍藻爆發(fā)情況不均勻。</p><p>　　圖9 2002-2007年太湖藍藻水華爆發(fā)強度走勢圖 </p><p>　　3.6 2010年太湖水華現(xiàn)象年內(nèi)變化特征</p><p>　　圖14是太湖藍

86、藻水華在2010年中的月平均暴發(fā)強度（每月中出現(xiàn)藍藻水華現(xiàn)象的爆發(fā)天數(shù)與對某個湖區(qū)有效監(jiān)測的總天數(shù)之間的比值稱為該月的藍藻月平均爆發(fā)強度），從下列統(tǒng)計圖圖7中我們可以看出，1-3月份，藍藻的平均爆發(fā)強度很小，幾乎接近于0，所以在這段時間內(nèi)大部分地區(qū)未出現(xiàn)明顯的藍藻水華現(xiàn)象，而3月份之后，在每年的4月份-8月份，該研究區(qū)域的藍藻平均爆發(fā)強度連續(xù)上升，并且增加明顯，8月份藍藻的平均爆發(fā)強度達到最大值，可以說明每年的8月份，是太湖藍藻一年中爆

87、發(fā)最為旺盛的時間，爆發(fā)強度達到了峰值。4～6月份藍藻的月爆發(fā)強度逐漸增加，可以推斷是是藍藻水華暴發(fā)的起步和增長期。每年的8月份之后，也就是每年的8月份-11月份，藍藻的平均爆發(fā)強度逐步減少，但是平均爆發(fā)強度仍舊占有很大的百分比，這些時間段的爆發(fā)強度大于1月份-3月份的爆發(fā)強度，每年的10～12月份，藍藻水華爆發(fā)逐漸減少，因此這時間段是藍藻水華的衰退和消亡期，4～6月份藍藻水華暴發(fā)的總體強度略大于10～12月，l～3月份藍藻的月平均爆發(fā)強

88、度極地接近于0，屬于基本不再有藍藻水華出現(xiàn)的時間范疇。由于藍藻屬于植物，每年的萌芽期、生長期、旺盛期和凋亡</p><p>　　(圖11、圖12、圖13 分別為2010年5月13日的MODIS影像處理結(jié)果)</p><p>　　圖11 2010年5月13日的MODIS影像的NDVI分級顯示</p><p>　　圖12 2010年5月13日的MODIS影像的分級決策樹

89、</p><p>　　圖13 2010年5月13日的MODIS影像的統(tǒng)計結(jié)果（面積）</p><p>　　圖14 2013年月平均爆發(fā)強度（%）統(tǒng)計圖</p><p>　　4 太湖藍藻信息研究的展望</p><p>　　4.1 太湖藍藻的精確提取</p><p>　　本次研究提取太湖水域的藍藻水華信息，主要是采用ND

90、VI歸一化植被指數(shù)的方法。前文提到：歸一化植被提取算法主要是計算研究對象在近紅外與可見光下的光譜發(fā)射率的比值。NDVI植被指數(shù)算法是主要用于提取植被信息的一種方法，而自2007年太湖出現(xiàn)大面積的藍藻水華現(xiàn)象引起社會各界的關(guān)注后，太湖藍藻水華現(xiàn)象得到一步步日趨完善的治理?，F(xiàn)在的太湖水域境內(nèi)，湖面生長的不僅有原本就生長的藍藻，還有治理期間新生長的一些水生植物，比如：菹草、馬來眼子菜等等，如果采用歸一化植被提取算法，則研究得出的結(jié)果會將水生植

91、被的量當成是藍藻的量，在某種程度上，擴大了太湖水華現(xiàn)象的出現(xiàn)范圍，其研究結(jié)果不能客觀公正的反映太湖這一片曾經(jīng)受過嚴重水華影響的水域的藍藻治理情況。因此為了更為精確研究出太湖水域的藍藻生長情況，需要將歸一化植被指數(shù)計算出來的結(jié)果中水生植被的量去除，以保證最后的結(jié)果如實反映太湖生長的藍藻情況。</p><p>　　Gons算法和Simis算法是用于研究浮游植物色素的吸收與其濃度遙感的反演的兩種算法。其中，Gons算法

92、是適用于浮游植物色素吸收的研究，而Simis算法適應(yīng)于藻藍素吸收的研究，而藍藻中的主要成分就是藻藍素。但是，Gons算法和Simis算法必須在水華未完全覆蓋水體的情況下進行遙感反演，一旦湖面的水華現(xiàn)象嚴重，造成藍藻完全覆蓋了太湖湖面，這兩種算法會失去作用。</p><p>　　4.2 太湖溫度的反演</p><p>　　利用傳感器接收到的地物光譜反射率來進行地面溫度的反演，從而獲得溫度對太

93、湖藍藻生長的影響。但是太湖是我國的五大淡水湖之一，其水域面積甚是遼闊，并且由于藍藻是生長在水里，在水里快速繁殖。而相對于地面，水體的傳熱性比較好，因此用于藍藻的光譜特征信息來反演湖面的溫度，在短時間內(nèi)的溫度變化不大，可以視為幾乎沒有任何的變化，因此溫度反演后的圖像在顏色上沒有明顯的變化。因此短周期的湖面反演用于太湖區(qū)域湖面溫度的研究在實際生活中沒有多大的研究意義，其研究出來的結(jié)果也沒有多大的實際價值。</p><p&

94、gt;　　但是，延長湖面溫度反演的時間周期對于太湖藍藻的研究具有現(xiàn)實意義。在每個月份，氣溫變化的幅度不是很大，其氣溫變化的范圍也只是很小的區(qū)間內(nèi)，因此，我們可以采用某個月份內(nèi)連續(xù)幾天的氣溫平均值作為這段時間的湖面溫度，然后相比較這大跨度的時間間隔內(nèi)藍藻的生長情況與湖面溫度的變換情況，以此來得出藍藻水華現(xiàn)象與湖面溫度之間的變化關(guān)系，將其結(jié)果輔助于相關(guān)部門的決策。</p><p>　　4.3 太湖藍藻水華的監(jiān)測與預(yù)警

95、</p><p>　　研究太湖藍藻的生長、遷移規(guī)律是為了能夠準確地預(yù)測出藍藻的爆發(fā)情況，及早地預(yù)防、抑制藍藻水華現(xiàn)象給人民的生活帶來的不便。所以，為了建立有效的藍藻水華預(yù)警機制，首先需要考慮到太湖目前的藍藻生長狀況以及藍藻在不同湖區(qū)的分布情況；其次要根據(jù)相關(guān)的生物資料來確定藍藻的生長速率；再者需要考慮到湖區(qū)溫度、太陽光的輻射強度對藍藻生長的影響；當然，水中N、P等營養(yǎng)元素的含量也會對藍藻的生長造成影響，考慮到這些

96、因素的同時，我們也應(yīng)該考慮到湖面的風向、風速等會影響湖面漂浮的藍藻的運動方向，從而影響藍藻的沉積降解的位置。再綜合考慮到這些因素后，利用這些參數(shù)來建立藍藻水華的爆發(fā)強度與爆發(fā)方向，從而對太湖藍藻水華進行準確的預(yù)報。</p><p>　　太湖藍藻水華預(yù)警機制對太湖藍藻進行預(yù)警，其周期不能太長，如果根據(jù)目前的資料參數(shù)來預(yù)警接下來10天或者更長時間內(nèi)的藍藻生長情況，這是不科學(xué)的，由于藍藻水華預(yù)測是一項時效性很強的工作,

97、因此在預(yù)測過程中,從數(shù)據(jù)采集到模型運算,以及最后的預(yù)測報告的編制、報送與發(fā)布,形成了一規(guī)范的工作流程,這對預(yù)測工作的順利進行十分重要，耗費的時間也是比較上，所以利用預(yù)警機制來預(yù)測接下來幾個小時的藍藻生長情況，這種做法預(yù)警的速度是達不上的，太湖藍藻預(yù)警機制需要綜合考慮到多方面的因素的影響，經(jīng)過復(fù)雜的處理運算后才能得出可靠的預(yù)警結(jié)果。因此，綜合考慮，根據(jù)當下的水質(zhì)、水溫、水文資料來對以后接下來三天的藍藻生長進行預(yù)報，得到的效果是準確度相對較

98、高的，也是符合科學(xué)根據(jù)的。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] OLIVER R L GANG G G. Freshwater blooms [C] The Ecology of Cyanobacteria. The Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 2000.</p>

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100、t;p>　　[5] 馬榮華,孔繁翔,段洪濤,等.基于衛(wèi)星遙感的太湖藍藻水華時空分布規(guī)律認識[J].湖泊科學(xué)2008.</p><p>　　[6] 周立國,馮學(xué)智,王春紅,等.太湖藍藻水華的MODIS衛(wèi)星監(jiān)測[J].湖泊科學(xué)2008.</p><p>　　[7] 王得玉,馮學(xué)智,周立國,等.太湖藍藻爆發(fā)與水溫的關(guān)系MODIS遙感[J]. 湖泊科學(xué)2008.</p><

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