[发明专利]一种基于遥感影像和水生态模型的叶绿素计算方法

权利要求书

1.一种基于遥感影像和水生态模型的叶绿素计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，遥感影像数据预处理；

步骤2，构建遥感水质反演模型，并将反演结果作为水生态模型计算的初值条件，具体实现如下，

步骤2-1，首先对研究区域实测光谱数据进行遥感反射率的提取，并进一步做归一化处理，选取遥感影像中具有实测遥感反演模型指标数据的采样点；

步骤2-2，建立遥感影像不同波段的运算组合，将选取的采样点实测遥感反演模型指标值与不同波段组合进行相关性分析，选择相关系数最大的波段组合，并将波段组合作为自变量，遥感反演模型指标作为因变量，构建反演模型，其中遥感反演模型指标包括水温、透明度、pH、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)、氨氮(NH₃-N)、溶解氧(DO)、生化需氧量(BOD)、叶绿素浓度共十个指标；

步骤3，将反演模型得到的遥感反演模型指标值作为初值条件，在未来气象变化条件下，通过模拟水域环境中的营养物质转化、藻类生长死亡过程，计算未来一段时间的叶绿素浓度动态变化过程，实现方式如下，

步骤3-1，建立遥感反演模型指标与水生态模型指标之间的转化关系；

步骤3-2，基于二维规则网格构建技术，构建用于叶绿素时空分布模拟的二维规则网格体系，将实测水底地形和反演模型得到的遥感反演模型指标值插值到二维规则网格中，并构建水动力学模型，得到研究区域的水动力流场；

所述步骤3-2中二维规则网格体系的构建方式为，选取研究区域的左下角和右上角，作为四边形的顶点，按照等间距的原则将四边形划分为n×n个规则网格，并将实测水底地形和反演模型得到的遥感反演模型指标值插值到每一个网格中，构建二维规则网格；

水动力模型的构建方式为，采用单宽流量q_x，q_y及水位ζ作为因变量的二维圣维南方程组模拟水动力学过程，具体方程如下，

连续方程：

动量方程：

式中，－水位(m)；h－水深(m)；u、v－沿水深平均流速在x、y方向速度分量(m/s)；f－科氏力系数；ρ－密度(kg/m³)；γ－广义涡粘性系数；P、E和q_c－单位时间内降雨强度、水面蒸发量和汇入项(m/s)；τ_bx、τ_by－床面x、y方向的切应力，应用摩阻定律有τ_bx/ρ＝C_fu(u²+v²)^1/2,τ_by/ρ＝C_fv(u²+v²)^1/2；C_f－摩阻系数，C_f＝n²g/h^1/2；n－糙率；τ_sx、τ_sy是自由表面x、y方向的风应力：

τ_bx/ρ＝γu(u²+v²)^1/2，τ_bx/ρ＝γv(u²+v²)^1/2；

步骤3-3，进一步构建守恒物质对流扩散模型；

步骤3-4，模拟水域环境中的营养物质转化、藻类生长死亡过程，根据水质成分的转化与迁移规律，构建包括浮游植物动力学子系统、磷循环子系统、氮循环子系统和溶解氧平衡子系统的水生态模型，在未来气象变化条件下，计算获得未来一段时间的叶绿素动态时空分布特征。