[发明专利]一种海岸河口富营养化高光谱遥感监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海岸河口富营养化高光谱遥感监测方法，属于遥感技术应用领域。 

背景技术

传统的海岸河口地区水质监测，通常经过在该地区观测点的定期采样来进行水质分析，水质采样点主要布设在易接近地点，这常常限制了偏远及不易接近地区的水质采样，造成了水质采样空间覆盖不连续和时间覆盖不规律的问题。这种即时点采样的水质监测方法，所获取的数据经常存在测量的营养物质浓度和测量的富营养化等级状况之间较差相关性的问题，例如叶绿素a浓度低并不一定表示没有发生水体富营养化。特别是采样间隔太大，而无法捕捉低一级生态尺度上发生的重要变化，例如日季的营养物质输入变化等。因此在海岸河口地区，需要采用适当的时空分辨率来监测潮汐、昼夜洋流、阶段性径流等过程水中营养物质浓度的变化。如果满足此监测要求进行地面采样，需要花费大量的人力物力，而且也不可能长期运行。 

发明内容

为解决上述问题，即如何利用高光谱遥感技术有效监测湿地植被氮素浓度，进而达到时空连续准确监测海岸河口区水体富营养化状况的目的，是本发明所要解决的技术问题。本发明提供一种海岸河口富营养化高光谱遥感监测方法，通过监测水体富营养化产生的后果来获知营养物质排入径流变化，即可以通过监测海岸河口地区湿地植被氮素浓度来获得该地区水体富营养化状况。 

在海岸河口地区，湿地植被可以看作是一个缓冲区，吸收并降低了水体中氮磷等营养物质的浓度。随着湿地植被吸收随径流排入的营养物质量的差异变化，湿地植被中氮素浓度的响应变化也不同。另外，与即时水质采样获取的总氮（TN）浓度数据不同，湿地植被器官组织内的氮素浓度是经历一段时期的累积结果，氮素浓度累积量与滞留时间和养份的延迟使用相关，这包括易被不连续水质采样所忽视的随径流排入的营养物质脉冲效应。因此，一些研究认为海岸河口湿地植被可以被作为表征水体富营养化时相变化的生物指示剂。 

高光谱遥感可以提取湿地植被细微变化的生物物理特性。相比多光谱遥感，高光谱遥感器可以获取湿地水体、植被和土壤较为真实的连续光谱，其精细的光谱分辨率可以反映出湿地植被光谱丰富细微的特征并反映光谱间的细微差别。高光谱遥感在湿地植被识别、将植被的光谱特性与环境影响因素相关联、探测营养物质吸收与储存的时空变化等方面具有较大的潜力。因此高光谱遥感影像可以用于探测海岸河口水体的富营养化状况，并能够提供湿地植被的养份状况信息、湿地植被吸收水体中的营养物质后产生的波谱响应信息、湿地植被细微的光谱偏移对比信息、高光谱数据获取前对过去一段时间水质变化的综合响应等信息。 

技术内容 

        一种海岸河口富营养化高光谱遥感监测方法，其步骤包括：

步骤一、海岸河口监测区野外实验，采集监测方法中需要使用的地面实测数据；

步骤二、采用WR方法消除反演湿地植被氮素浓度时植被所含水分的影响；

步骤三、改进湿地植被氮素浓度反演中所用的光谱植被指数；

步骤四、湿地植被叶片尺度和冠层尺度氮素浓度反演；

步骤五、海岸河口监测区水体富营养化状态评价。

一种海岸河口富营养化高光谱遥感监测方法，在海岸河口监测区进行野外实验，采集监测方法中需要使用的地面实测数据的步骤中，测量内容主要包括：湿地植被叶片尺度和冠层尺度光谱测量；湿地植被氮素浓度测量；湿地植被干物质和含水量测量；海岸河口监测区水质叶绿素a、总氮、总磷浓度测量。 

一种海岸河口富营养化高光谱遥感监测方法，在采用WR方法消除反演湿地植被氮素浓度时植被所含水分的影响的步骤中，主要采用非线性最小二乘光谱匹配方法，根据叶片水分光谱曲线和干物质光谱曲线的非线性组合来获取鲜叶片光谱曲线。计算测量的反射率和模拟的反射率的误差曲线，即为消除湿地植被所含水分影响的光谱曲线。 

一种海岸河口富营养化高光谱遥感监测方法，改进湿地植被氮素浓度反演中所用的光谱植被指数的步骤中，通过引入θ_SAVI指数和NDWI指数，以降低来自背景土壤及水体反射光的影响，构建湿地植被氮浓度反演模型所用的改进光谱指数ACCCI。