叶绿素a浓度是估算浮游植物生物量的重要指标,连续小波变换是一种重要的多尺度光谱分析方法。本文以粤西、珠江口为案例区,基于地面高光谱和实测叶绿素a的浓度数据,选取10种不同的母小波基函数对高光谱反射率数据进行连续小波变换。运用偏最小二乘回归(PLSR)方法构建叶绿素a浓度的反演模型,分析比较了不同小波变换系数对建模结果的影响。研究结果表明:采用经过多种小波变换后的小波系数与实测叶绿素a浓度进行相关性分析,相关性均高于原始光谱;基于不同的小波变换系数进行建模,反演精度差异较大,其中,基于sym6小波系数的偏最小二乘回归模型的精度最高(决定系数R²=0.732,均方根误差为6.457 μg/L,相对分析误差为2.600),相较于基于光谱特征的传统反演方法精度明显提升。本研究为今后进行二类水体叶绿素a浓度模型构建过程中的小波基优选提供了参考。

基于532 nm脉冲激光器,搭建了船载三通道海洋激光雷达系统。利用该系统对叶绿素a浓度进行了测量,将所得到的测量结果与商业化叶绿素荧光计的测量结果进行了对比,结果显示,二者的相关系数高达0.84,即表现出良好的线性相关性。为了测试和评估该系统对表层海水叶绿素a浓度的探测性能,开展了初步现场走航实验,并获取了走航路径上表层海水的叶绿素a浓度的分布状况。结果表明,基于激光雷达探测数据反演的表层海水的叶绿素a浓度与商业化叶绿素荧光计同步探测得到的表层海水的叶绿素a浓度的相关系数可达0.69。

叶绿素a浓度(Chlorophyll-a: Chl-a)是内陆水体重要的水质参数之一, 遥感数据为其提供了大范围、 多时相的监测信息, 然而由于内陆湖泊水色要素复杂的光学性质及较大的时空差异, 传统的遥感影像及单一的Chl-a反演模型在应用中存在着局限性。 因此本研究以太湖为研究区, 时间分辨率1小时的静止海洋水色卫星Geostationary Ocean Color Imager(GOCI)为数据源, 在基于层次聚类法实现归一化实测光谱反射率分类的基础上, 利用光谱角测距匹配实现2012年5月6日(08:16—15:16) 8景GOCI太湖影像的水体分类; 并针对不同水体类型分别建立基于GOCI影像的Chl-a反演模型, 实现不同类型水体的Chl-a浓度反演。 结果表明, 太湖水体光谱可分为四类, 类型1光谱体现出漂浮藻类的特征, 可将其作为蓝藻水华的判定依据; 类型2—4体现的特征分别为水体含有较高Chl-a浓度、 较高悬浮物浓度及相对较低Chl-a较低悬浮物浓度; 并且类型2—4与分类前相比, 其分类模型估算的Chl-a浓度误差均得到了不同程度的提高, 平均相对误差分别降低了7%, 12.3%和15.9%; 此外, GOCI影像反演结果不仅可以很好地反映Chl-a浓度的空间分布状况, 也能反映出太湖Chl-a浓度的日变化差异及规律, 表现出了其在富营养化污染动态监测及预警中的应用潜力。 该方法在GOCI影像中的应用, 在提高Chl-a浓度反演精度的同时也提高了模型在实际应用中的适用性, 为日后太湖水体不同时刻Chl-a浓度的精确估算提供了基础。

利用2008年太湖蓝藻爆发的5—8月实测的27个站点水体光谱反射率和水质参数, 分析了不同叶绿素a浓度等级下太湖水体光谱的荧光特征。 结果表明, 荧光峰位置和荧光峰高度都与叶绿素浓度呈显著正相关, 且荧光峰峰值位置和半宽度与叶绿素a浓度的拟合度要高于基线荧光峰高度和归一化荧光峰高度。 荧光峰特性用于二类水体中高浓度叶绿素探测较传统的蓝绿光波段比值有很大的改进, 而宽通道卫星遥感所采用的叶绿素浓度近红外红光波段比值法本质上与归一化荧光峰高度一致。 这为今后进一步利用荧光特征提高太湖叶绿素a浓度反演精度提供了研究基础。