太湖蓝藻水华的遥感监测研究

第一作者:刘建萍,女,1984年生,硕士研究生,研究方向为环境规划与管理。#通讯作者。＊国家重点基础研究发展计划资助项目(No.2008CB418003);江苏省自然科学基金资助项目(No.BK2007151);江苏省人事厅“六大人才高峰”项目(No.2006327)。太湖蓝藻水华的遥感监测研究＊刘建萍张玉超#钱新钱瑜(污染控制与资源化研究国家重点实验室,南京大学环境学院,江苏南京210093)摘要随着太湖蓝藻水华的日益严重,实现藻类的时空动态监测成为湖泊水质保护亟待解决的问题。利用遥感技术可以快速、直观地获取整个水域水质的时空变化情况,为实现藻类的动态监测提供了有效的途径。在太湖蓝藻水华遥感监测研究结果的基础上,总结分析了现有研究中所使用的遥感数据源、遥感监测方法以及遥感反演的水质参数,讨论了现有研究中存在的问题,并对将来的发展趋势进行了展望。关键词太湖蓝藻水华叶绿素a藻蓝素遥感监测ReviewofcyanobacteriaremotesensinginTaihuLakeLiuJianping,ZhangYuchao,QianXin,QianYu.(StateKeyLaboratoryofPollutionControlandResourceReuse,SchooloftheEnvironment,NanjingUniversity,NanjingJiangsu210093)Abstract:WiththeincreasinglysevereofcyanobacteriabloominTaihuLake,dynamicmonitoringofTaihualgaeinthetemporalandspatialscalesbecomesthekeyissueforthepreservationofwaterqualityinTaihuLake.Remotesensingprovidesaneffectiveapproachforthelivelymonitoringofalgae,bywhichthespace-timechangeofwaterqual-ityofthewholewaterareacanbemonitoredfleetlyandintuitively.BasedonthestudyresultsofcyanobacteriabloomremotesensinginTaihuLake,thispaperreviewedtheremotesensingdata,retrievalmethodsandretrievedwaterqualityparametersusedincurrentresearches,discussedtheexistingproblems,andproposedthefuturedevelopmenttendency.Keywords:TaihuLake;cyanobacteriabloom;chlorophylla;phycocyanin;remotesensingmonitoring太湖蓝藻水华的连年暴发以及蓝藻潜在的有害作用已经引起了环境保护部门、水资源管理部门以及普通公众的广泛关注,实现藻类的时空动态监测成为湖泊水质保护亟待解决的问题。常规的人工现场采集水样进行水质分析的方法,监测结果较准确,但采样频次有限、成本高、耗时长,对于大型浅水湖泊难以获得整个水体的水质情况[1];而遥感技术监测范围广、成本低,可以快速、实时地监测水体表面水质参数的长期动态变化[2,3]。遥感图像不仅可以直观、全面地提供整个湖泊的蓝藻水华分布情况,还可以通过对蓝藻浓度的连续动态监测,实现蓝藻水华的预警[4]。20世纪90年代,遥感技术开始应用于太湖的藻类监测,通过对实测的藻类生物量和一定波段反射率的相关分析建立了简单的藻类反演算法[5]。随着研究的深入,叶绿素a浓度的反演成为实现藻类监测的重点,国内外学者对其光谱特征和反演算法均开展了广泛的研究[6-8]。笔者在太湖蓝藻水华遥感监测研究结果的基础上,总结分析了现有研究中所使用的遥感数据源、遥感监测方法以及遥感反演的水质参数,讨论了现有研究中存在的问题,并对将来的发展趋势进行了展望。1遥感数据源遥感数据来自于搭载在各种遥感平台上的传感器,按照遥感平台距地高度可分为地面遥感数据、航空遥感数据和航天遥感数据。地面遥感平台的距地高度为100m以下,搭载的传感器通常有地物波谱仪、分光光度计等,最常用的是野外非成像光谱仪。刘剋等[9]、马荣华等[10,11]利用美国ASD公司生产的FieldSpec地物波谱辐射计对太湖水体的反射波谱进行了研究,进而构建了藻类叶绿素a的反演模型。地面遥感数据的优点是光谱分辨率高,但它不能成像,而是以图形等形式记录各种地物的光谱反射率、透射率