landsat5tm遙感影像上太湖藍藻水華反射光譜特征研究

1、第 2 2卷 第 6期 環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù) 2 0 1 0年 l 2月· 研 究報 告 ·L a n d s a t 5T M遙感影像上太湖藍藻水華反射光譜特征研究李旭 文 ， 牛志 春 ， 姜晟 ( 江蘇省 環(huán)境監(jiān) 測 中心 ， 江 蘇 南京 2 1 0 0 3 6 )摘 要 ： 利用 E N V I 遙感軟件的 F L A A S H工具對 2 0 0 5年 1 0月 1 7日大規(guī)模 藍藻水華暴發(fā)的太湖 L

2、a n d s a t 5T M影像進行 大氣校正處理 ， 反演獲得藍藻水華和其他地物類 型的遙感 反射率圖像 ， 提 取了不同集聚程度藍 藻水華 的可見波段 至近紅外 波段反射率 數(shù)據(jù) ， 并與陸生植被 、 無藍藻水面等地物 的光譜 反射 率進行 了 比較 。研究表 明 ， 與陸生植 被 、 無藍藻 水面相 比，藍藻水華在 T M 2波段和 T M4波段具有更高 的反射率 ， 在可 見光波段整體 反射率略高于陸生植被 ， 在 T M

3、5 、 T M 7波段則 受水 的影響反射率很低 。從藍 藻水華 、 陸生植被 的細胞 生理結(jié) 構(gòu) 、 生長環(huán)境 、 復雜的遙感反射 、 散射及 透射模 型方面初 步討 論 了光譜差異 的原 因。關(guān)鍵詞 ： L a n d s a tT M； 遙 感 ； 藍藻水華 ； 大氣校正 ； F L A A S H； 反射 光譜 ； 太湖 中 圖分 類 號 ： X 8 7文 獻 標 識 碼 ： C文 章 編 號 ： 1 0 0 6 —2 0 0

4、9 ( 2 0 1 0 ) O 6— 0 0 2 5— 0 7S t u d yo fRe f l e c t a n c eS p e c t r aCh a r a c t e r i s t i c so fCy a n o - b a c t e r i c aBl o o m si nLa k eTa i huo nLa n ds a t 5The m a t i cM a p pe rI m a g e r yL IXu &

5、#183; w e n，NI UZ h i - c h u n，J I ANGS h e n g( J i a n g s uP r o v i n c i a lE n v i r o n m e n t a lMo n i t o r i n gC e n t e r ， N a n j i n g， J i a n g s u210 0 3 6， C h i n a )Ab s t r a c t ：T h eL a n d s

6、a t 5T M i ma g e r ya c q u i r e do nOc t o b e r17，2 0 0 5o nwh i c hmo n i t o r e dal a r g es c a l eo u t -b r e a ko fCy a n o — b a c t e r i ab l o o msi nt h eL a k eT a i h uwa sc h o s e nf o ra t mo s p h

7、e r i cc o r r e c t i o nb ya p p l y i n gF L AAS Ht o o lo fENVIr e mo t es e n s i n gs o f t wa r e．S u r f a c er e f le c t a n c ei ma g ewa sr e t r i e v e df orCy a no b a t e r i ab l o o msa n do t h e rt y

8、p e so fl a n d c o v e r ． S p e c i f i c a l l y ，t h es u r f a c er e f l e e t a n c e so fC y a n o b a c t e r i ab l o o msa td i f f e r e n td e g r e e so fa g g r e g a —t i o ni nt h ev i s i b l et oi n f

9、r a r e db a n d sw e r ee x t r a c t e d，a n dc o mp a r e dt ot h o s eo fl a n d · b o r n ev e g e t a t i o na n dw a t e r sw i t h o u tC y a n o b a c t e r i ab l o o ms ．T h es t u d ys h o we dC y a n o

10、b a c t e r i ab l o o msh a dh i g h e rr e f l e c t a n c e sa tT M2a n dT M4w a v e l e n g t h st h a nt h el a t t e rt wot y p e so fl a n d c o v e r ，t h eo v e r a l lr e f l e c t a n c ea tt h ev i s i b l eb

11、 a n d so fT M wa ss l i g h t l yh i g h e rt h a nl a n d — b o r n ev e g e t a t i o n ．T h er e f l e c t a n c e sa tT M5a n dT M7w a v e l e n g t h sw e r ee x t r e me l yl o wd u et ot h es t r o n ga b s o r

12、p t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fwa t e r ． F i n a l l y ，t h ec a u s e so ft h er e f l e c t a n c ed i f f e r e n c ew ' e r ed i s c u s s e df r o mt h ea s p e c t so fp h y s i o l o g i c a ls t r

13、u c t u r eo fC y a n o b a c t e r i ab l o o m a n dl a n d - b o r n ev e g e t a t i o n，t h el i v i n ga mb i e n c e ， a n dt h emo d e lo fr a d i a t i o nr e f le c t i o n，s c a t t e r i n ga n dt r a n s mi

14、 s s i o n．Ke ywo r d s ：L a n d s a tT M ； Re mo t es e n s i n g ； C y a n o - b a c t e r i ab l o o m ； At mo s p h e r i cc o r r e c t i o n； F L AAS H ； Re f l e c -t a n c es p e c t r a；Ta i h u2 0 0 7年 5月 太 湖 藍

15、 藻 暴 發(fā) 事 件 以后 ， 衛(wèi) 星 遙 感 技術(shù)成 為 環(huán)保部 門快 速 監(jiān) 測 藍 藻 水 華 的 重要 手 段 。當前 ， 主 要 利 用 美 國 地 球 觀 測 系 統(tǒng) ( E O S ) 的 T E R R A 和 A Q U A 衛(wèi) 星 的 中 分 辨 率 成 像 光 譜 儀 ( M O D I S ) ( E O S—MO D I S ) 、 L a n d s a t 、 國產(chǎn) 環(huán) 境 一 號 ( H J一1 ) 衛(wèi)星

16、 等遙 感 數(shù) 據(jù) 進 行 動態(tài) 監(jiān) 測 藍 藻 分布 面積 、 空 間 范 圍 ， 利 用 藍 藻 水 華 富 含 C h l a 、 與 陸 面 收稿 日期 ： 2 0 1 0—0 9—1 0 ； 修訂 日期 ： 2 0 1 0—1 0—0 8基金項 目： 國家水環(huán)境 監(jiān)測技 術(shù)體 系研究 與示范 基金 資助項 目( 2 0 0 9 Z X 0 7 5 2 7— 0 0 6 ) ； 國家科技 支撐 計劃 “ 基 于環(huán)境 一號 等 國

17、產(chǎn)衛(wèi)星的環(huán)境遙感監(jiān)測應(yīng) 用技術(shù)集 成與示范 研究 ” 基 金資助 項 目( 2 0 0 8 B A C 3 4 B 0 7一 O 1 )作 者 簡 介 ： 李 旭 文 ( 1 9 6 6 一 ) ， 男 ， 江 西 寧 都 人 ， 教 授 級 高 級 工 程 師 ， 碩士 ， 從事環(huán)境信息化建設(shè)和遙感應(yīng)用工作。第 2 2卷 第 6期 李旭 文等 ． L a n d s a t 5T M 遙感影像上太湖藍 藻水 華反射光譜特征研究 2

18、 0 1 0年 1 2月中緯 度 夏 季 ( Mi d — L a t i t u d eS u m me r ， M L S ) 模 式 ； 氣 溶 膠模式 則 分別 選 取 鄉(xiāng) 村 ( R u r a 1 ) 和 城 市 ( U r b a n )兩 種模 式 進 行 比較 。計 算 發(fā) 現(xiàn) ， 在 R u r a l 模 式 下 ，反 演得 到能 見 度 只 有 1 0 ． 1 1k m， 水 體 在 可 見 光 波 段 反射 率

19、反 演 結(jié) 果很 低 ， 在 2 ． 2 2m 的 T M7波 段 甚 至極少 部分 像元 的反 射率 出現(xiàn) 負 值 ， 在 U r b a n模 式 則 沒 有 出 現(xiàn) 此 現(xiàn) 象 ， 反 演 得 到 的 能 見 度 僅 1 4． 1 2k m ?？紤] 到太 湖地處 長 三角核 心 區(qū)域 ， 城鎮(zhèn) 化程 度 高 ， 經(jīng) 濟發(fā) 達 ， 人 口稠 密 ， 工業(yè) 和生 活排 放 的大氣 污 染物 強度 高 ， 近 1 0年 區(qū)域 灰霾 天氣

20、 現(xiàn)象 十 分普 遍 ，故 以 U r b a n模 式進 行 大 氣 校 正 符 合 太 湖 地 區(qū) 的實 際狀 況 。設(shè) 置 的參 數(shù)見 表 1 。表 1太 湖 地 區(qū) L a n d s a t 5T M 影 像 F L A A S H大 氣 校 正 主 要 參 數(shù) 設(shè)置 T a b l e1T h em a j o rp a r a m e t e r su s e di nF L A A S Ha t m o s p h e

21、r i cc o r r e c t i o na l g o r i t h m f o rLa nd s a t5TM i ma g eo fLa k eTa i h ua r e a李 國硯 等 利 用 MO D I S影像 研究 太 湖藍 藻 時 也 采用 了 U r b a n模式 。R u r a l 和 U r b a n模 式 得 到 的 地物 反射 率 圖像 ， 在分析 藍 藻水華 與 其他 地物 類 型 的光譜 差

22、 異時 ， 總 體 規(guī) 律完 全 一 致 ， 不 影 響太 湖 藍 藻水華 光譜 特征 的識 別 。 因此 ， 以 U r b a n模式 反 演 的結(jié)果 進 行分析 ， 獲 得太 湖藍 藻水 華及 其他 地 物類 型 的地 面 反射率 。處 理 流程見 圖 1 。1 ． 2藍 藻 水華光 譜特 征數(shù) 據(jù) 統(tǒng)計 使 用 E N V I的 R O I ( R e g i o n — O f — I n t e r e s t ) 樣 區(qū)選

23、 取 工具 ， 在地 面反 射率 影像 上對 位于 太湖 不 同湖 面 圖 1太 湖地 區(qū) T M 影 像 大 氣 校 正 獲 得 地 物 真 實反 射 率 的 數(shù) 據(jù) 處 理 流 程 F i g ． 1D a t ap r o c e s s i n gf l o wf orr e t r i e v i n gg r o u n dt r u t hr e f le c t a n c eb ya p pl y i n ga t m

24、o s ph e r i cc o r r e c t i o na l g o r i t h m t oTM i ma g eo fL a keTa i h ur e g i o n的藍藻 水華 樣 區(qū)采 集 ， 計算 得 到對 應(yīng) 的 T M 各波 段 遙 感反 射率 。 為 了比較光 譜特 征 的差 異 ， 同時也 選 擇 了典 型 的山地 、 農(nóng) 田 區(qū)植 被 ， 以及 遙 感 影 像 上 未 見 藍藻 的水 面 ， 進行

25、遙 感 反 射 率 信 息 提 取 ， 不 同地 物 樣 區(qū)的分 布見 圖 2 。l l 9。 5 Or 0l 2 O 。1 00 ” E l 2 0。 3 Or 0 r 1 11 9 ”J 1 J ”l 2o u 兒 r U ” E1 2 0~ 30 “ 0” E 圖 22 0 0 5年 1 0月 1 7 日 L a n d s a t 5T M 影像 上太 湖 藍 藻水 華 反 射 光 譜 研 究 樣 區(qū)分 布 Fi g ． 2D

26、i s t r i bu t i o no fs a mpl ea r e a so nLa n ds a t 5TM i ma g ea c qu i r e do nOc t o be r17，2 0 05f ors t u dy i n gCy a n o — ba c t e r i abl o o m r e f le c t a nc es p e c t r a圖 2中標 注 的太 湖 藍 藻水 華 及 其他 典 型 地