专利名称：利用modis水色遥感数据的海洋赤潮藻种判别方法
技术领域：
本发明涉及一种利用水色遥感数据判别藻种方法，尤其涉及一种利用MODIS(中分辨率成像光谱仪/moderate-resolution imaging spectroradiometer)水色遥感数据的海洋赤潮藻种判别方法。
背景技术：
赤潮是水体中藻类短期内大量聚集或爆发性增殖引起的一种海洋现象，英文表示为Algal Bloom或red tide。当赤潮发生在近岸,危害到渔业、养殖业、旅游业甚至人类社会的经济和生命安全时，则定义为有害赤潮(Harmful Algal Bloom)。通常我们所关注的赤潮即为近岸海域有害赤潮。赤潮的危害主要体现在，大量藻类的增殖会遮蔽阳光，藻类细胞堵塞鱼鳃，藻类死亡分解时耗尽水体中溶氧使鱼类等窒息而死；有毒藻种还可分泌神经性、麻痹性、或腹泻性毒素等，毒素富集于贝类等体内被人类误食而发生中毒事件等等。 赤潮是海洋主要海洋灾害之一。赤潮常规监测手段主要是，建立赤潮监控区，对赤潮发生、发展和消亡过程的水体生化参数、赤潮物种等进行采样测量与分析，实现对赤潮事件的监测；除此之外，对沿海赤潮的观测记录主要来自于海监飞机、渔民、志愿者等及时发现与上报。这些监测手段容易受到赤潮爆发不确定性以及时间空间等的诸多限制，且产生的费用也通常较高。相比之下，卫星遥感具有覆盖范围广、重复率高、成本低廉等优势，近年来已是赤潮监测不可或缺的重要手段。建立准确的遥感赤潮提取方法是对其及时有效的监测，降低危害的重要前提。目前海洋赤潮的遥感提取方法主要是叶绿素浓度异常或直接的光谱(表观光学量)方法。海洋赤潮高发区水体光学性质复杂，受水体有色溶解有机物、悬浮颗粒等的干扰，已有的赤潮光谱提取方法在该海域的应用往往失效。为有效提取该海域的赤潮，需要结合赤潮藻类粒径、生理特性等，从固有光学量角度对水体性质进行分析，以实现对该海域赤潮水体的有效提取。固有光学量能够直接反映水体物质的生理生化特性，随水体物质的变化而表现出差异，具有有效排除近岸水体物质干扰，实现赤潮水体与非赤潮水体的有效区分和赤潮藻种识别方面有着巨大的潜力。因此，从水体固有光学量入手，对海洋的赤潮与非赤潮水体，以及甲藻和硅藻赤潮进行分析，建立适用于该海区的赤潮提取方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种利用MODIS水色遥感数据的海洋赤潮藻种判别方法，该方法利用水色遥感数据中的不同波段之间的信息，简洁明了地给出海洋区域赤潮疑似区域及疑似藻种。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种利用MODIS水色遥感数据的海洋赤潮藻种判别方法，包括以下步骤(I)获取MODIS水色遥感二级产品数据；
( 2 )计算光谱相对高度指数；(3)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；(4)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；(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。
本发明的有益效果是，本发明利用固有光学量能够直接反映水体物质的生理生化特性，随水体物质的变化而表现出差异，在有效排除近岸水体物质干扰，实现赤潮水体与非赤潮水体的有效区分和赤潮藻种识别方面有着巨大的潜力。从水体固有光学量入手，对海洋的赤潮与非赤潮水体，以及甲藻和硅藻赤潮进行分析，利用水色遥感数据中的不同波段之间的信息，简洁明了地给出海洋区域赤潮疑似区域及疑似藻种的判别。
图I是卫星遥感归一化遥感反射率光谱曲线；图2是海洋各类水体实测归一化遥感反射率488nm相对高度示意图；图3海洋典型赤潮与非赤潮水体样本的色素吸收对水体总吸收贡献比示意图；图4是利用MODIS水色遥感数据的海洋赤潮藻种判别方法的流程图。
具体实施例方式本发明利用固有光学量能够直接反映水体物质的生理生化特性，随水体物质的变化而表现出差异，在有效排除近岸水体物质干扰，实现赤潮水体与非赤潮水体的有效区分和赤潮藻种识别方面有着巨大的潜力。因此从水体固有光学量入手，对海洋的赤潮与非赤潮水体，以及甲藻和硅藻赤潮进行分析，建立适用于海洋海区的赤潮提取方法。如图4所示，本发明利用MODIS水色遥感数据的海洋赤潮藻种判别方法，包括以下步骤步骤I、获取MODIS水色遥感二级产品数据；用户登录美国NASA海洋水色网站(OceanColor Web)，进入MODIS水色遥感二级产品数据获取的网址(http: //oceancolor. Rsfc. nasa. rov/CRi/browse. pl sen=am),通过CHL (海水叶绿素)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(41211111，44311111，46911111，48811111，53111111，547nm, 555nm, 645nm, 667nm, 678nm)的遥感反射率(Rrs)数据和海水叶绿素浓度(Chla)数据。其中5个波段(41211111，44311111，48811111，55511111，66711111)的遥感反射率数据和海水叶绿素浓度(Chla)数据是后面步骤中要使用到的。步骤2，计算光谱相对高度指数RH (RelativeHeight)；高叶绿素的赤潮水体与其他水体的一个重要区别(图I)是，赤潮水体在443飞55nm之间存在一个反射谷，且反射谷的深度随叶绿素浓度的增加而增大，相比之下，在此波段范围内近岸高浑浊水体信号基本上随波长增加而线性递增，而清洁水体则存在一个反射峰，即443飞55nm波段范围内最大反射谷的相对深度与叶绿素浓度呈正相关关系。根据这个关系我们建立了光谱相对高度指数RH来识别疑似赤潮清洁水体，其计算公式如下
权利要求
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I、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 Rre 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
全文摘要
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。
文档编号G01N21/31GK102914505SQ201210369618
公开日2013年2月6日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日
发明者朱乾坤, 毛志华, 徐晓辉, 陈建裕, 陶帮一, 雷惠 申请人:国家海洋局第二海洋研究所