[发明专利]利用MODIS水色遥感数据的海洋赤潮藻种判别方法

摘要

本发明公开了一种利用MODIS水色遥感数据的海洋赤潮藻种判别方法，该方法首先获取MODIS水色遥感二级产品数据计算光谱相对高度指数，然后利用MODIS水色二级产品反演吸收系数和后向散射系数并计算光谱比值，再采用光谱相对高度指数和固有光学量的指数法识别赤潮水体区域，最后结合单位对数色素比重、叶绿素比吸收系数和后向散射比率判断藻种。本发明利用水色遥感数据中的不同波段之间的信息差异，简洁明了地判定给出海洋区域赤潮疑似区域及疑似藻种。

主权项

1.一种利用MODIS水色遥感数据的海洋赤潮藻种判别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、获取MODIS水色遥感二级产品数据；登录美国NASA海洋水色网站，进入MODIS水色遥感二级产品数据获取的网址，通过CHL标签获取检测时间的包含海洋的MODIS水色遥感二级产品数据。MODIS水色遥感二级产品数据里包含了MODIS的10个波段（412nm，443nm，469nm，488nm，531nm，547nm，555nm，645nm，667nm，678nm）的遥感反射率数据R_rs和海水叶绿素浓度数据Chla。步骤2，计算光谱相对高度指数RH：通过光谱相对高度指数RH来识别疑似赤潮水体，其计算公式如下：RH=(Rrs(555)-Rrs(443))×(488-443)(555-443)+Rrs(443)-Rrs(448)Rrs(488)×100%;]]>式中，R_rs(555)，R_rs(443)和R_rs(488)为由步骤1中得到的波长为（555nm，443nm和488nm）遥感反射率数据。步骤3、利用MODIS水色二级产品反演总吸收系数和后向散射系数并计算光谱比值；该步骤由以下子步骤来实现：（3.1）先计算某一参考波段λ₀（选取555nm）的总吸收系数a_T(λ₀)，然后再推广到其他波段：aT(λ0)=aw(λ0)+10-1.146-1.366χ-0.468χ2;---(1)]]>式中，a_W为水分子的吸收系数，对于每个波段a_W是常数分别为a_W(412)=0.004641、a_W(443)=0.007098、a_W(488)=0.01458、a_W(555)=0.05965和a_W(667)=0.4339。χ由下列公式得到：χ=log(rrs(443)+rrs(488)rrs(λ0)+5rrs(667)rrs(488)rrs(667));---(2)]]>式中，r_rs是水面之下0米处的遥感反射率，可以通过R_rs计算的到：rrs(λ)=Rrs(λ)0.53+1.7Rrs(λ);---(3)]]>为了避免R_rs(667)的不确定性对短波段固有光学参量（IOP）的影响，R_rs(667)的值要进行限制。上限：R_rs(667)=20.0(R_rs(555))1.5，下限：R_rs(667)=0.9(R_rs(555))1.7；如果R_rs(667)超出范围，则R_rs(667)使用下面的算式进行估算：R_rs(667)=1.27(R_rs(555))1.47+0.0018(R_rs(488)/R_rs(555))-3.19；（4）（3.2）基于波长λ的颗粒总散射系数b_b(λ)和总吸收系数a_T(λ)的模型代数计算：u(λ)=bb(λ)aT(λ)+bb(λ)=-0.0895+0.008+0.499rrs(λ)0.249;---(5)]]>b_b(λ)的模型一般表达如下：bb(λ)=bbw(λ)+bbp(λ0)(λ0λ)Y;---(6)]]>式中，b_bw和b_bp分别是纯水和颗粒物的后向散射系数。对于每个波段b_bw是常数分别为b_bw(412)=0.003327、b_bw(443)=0.002438、b_bw(488)=0.001611、b_bw(555)=0.0009299和b_bw(667)=0.0004251。当λ=λ₀时，把公式（6）的b_b(λ)代入公式（5）计算出b_bp(λ₀)：bbp(λ0)=(-0.0895+0.008+0.499rrs(λ0)0.249aT(λ0)1.0--0.0895+0.008+0.499rrs(λ0)0.249)-bbw(555);---(7)]]>把b_bp(λ₀)代入公式（6）中，可以计算获得其他任意波长的散射比后向散射系数b_b(λ)。再把b_b(λ)公式（5）就可以计算其他任意波长总吸收系数a(λ)：aT(λ)=(1--0.0895+0.008+0.499rrs(λ)0.249)/bb(λ)-0.0895+0.008+0.499rrs(λ)0.249;---(8)]]>式中，r_rs(λ)为水面之下的遥感反射比，b_b(λ)为颗粒总散射系数；而颗粒物的后向散射系数b_bp(λ)由下式计算得到：b_bp(λ)＝b_b(λ)-b_bw(λ)；（9）式中，b_b(λ)为颗粒总散射系数，b_bw(λ)是纯水的后向散射系数。（3.3）由上一步中计算获得的a_T(412)和a_T(443)来分解a_T(λ)，从而得到浮游植物吸收系数a_ph(λ)和有色溶解和颗粒有机物吸收系数a_dg(λ)。在这个过程中先要估算两个参数，一个是光谱比值a_ph(412)/a_ph(443)（由ζ来表示），另一个是光谱比值a_dg(412)/a_dg(443)（由ξ来表示）。ζ是通过下式（10）计算得到的：ζ=aph(412)aph(443)=0.74+0.20.8+rrs(443)/rrs(555);---(10)]]>ξ可以通过下式（11）计算得到：ξ=adg(412)adg(443)=EXP(S(443-412));---(11)]]>其中：S=0.015+0.0020.6+rrs(443)/rrs(555);---(12)]]>当a_T(412)、a_T(443)、ζ和ξ已知时a_ph(443)和a_dg(443)可以由下式得到：adg(443)=(aT(412)-ζ×aT(443))ξ-ζ-(aw(412)-ζ×aw(443))ξ-ζ,---(13)]]>a_ph(443)=a_T(443)-a_dg(443)-a_W(443)；（14）当a_T(λ)、a_dg(443)、S已知时，由下式可以得到a_dg(λ)：a_dg(λ)=a_dg(443)EXP(-S(λ-443))；（15）最后得到a_ph(λ)：a_ph(λ)＝a_T(λ)-a_dg(443)e^-S(λ-443)-a_W(443)。（16）步骤4、由步骤3获得的光谱相对高度指数和固有光学量的指数法识别赤潮水体区域：首先根据光谱相对高度指数RH≥15%判别出疑似赤潮水体，再利用a_ph(λ)/a_T(443)≥30%和b_bp(443)/a_T(443)≤10%的交集判别出赤潮水体。步骤5、结合单位对数色素比重、叶绿素比吸收系数和后向散射比率判断藻种；其中，单位对数色素比重为叶绿素比吸收系数为后向散射比率为R_b_bp(443)＝10^{-1.3576+0.3107*LOG(bbp(443))}，满足a^*_ph(443)＞0.025和R_b_bp(443)＞0013中2个或2个条件以上的为硅藻，满足a^*_ph(443)≤0.025和R_b_bp(443)≤0.013中2个或2个条件以上条件的为甲藻。