FY3A/MERSI影像在太湖蓝藻监测中的应用
摘要
太湖位于我国经济发达的长江三角洲地区南缘,是我国第三大淡水湖,是集饮用、农灌、航运、旅游、水产养殖和工业用水于一体的多功能水体,在流域工农业生产、人民生活等方面地位十分重要。蓝藻水华是太湖蓝藻暴发的重要特征。大范围、长时间持续的蓝藻水华会对太湖水质、景观等产生影响,更严重影响工业生产和人民生活。利用卫星遥感技术可以获取蓝藻水华范围、程度等信息,有效地监测湖泊中大范围蓝藻水华的动态变化。风云三号卫星是实现全球、全天候、三维、定量、多光谱遥感的我国第二代极轨气象卫星系列,风云三号A 星(FY3A)是该系列的首发星,于2008 年5 月27 日成功发射,已经投入业务试运行。FY3A 搭载的 MERSI(Medium Resolution Spectral Imager,中分辨率光谱成象仪)的设计性能与MODIS 相似,其数据具有波段丰富、时间分辨率高等优点,为业务上进行太湖蓝藻监测提供了优质的数据源。本文利用黑暗像元法对MERSI 数据进行快速的大气校正,并对比分析大气前后的NDVI 值。分析表明,大气校正前后NDVI 的变化趋势基本上相同,但大气校正后的NDVI 动态范围更大,大气校正在一定程度上有效地降低了大气对遥感影像的影响,达到了增强信息的目的。使用ENVI 对MERSI 数据进行大气校正方便快捷、可操作性强,方便在业务中使用。根据分析藻类的光谱特性,将MERSI 数据1、2、3 通道进行组合,建立蓝藻指数(CI), CI 的波段组合可以增强光谱信号,由于辐射亮度值直接敏感于吸收系数和后向散射系数,对于一定的藻类浓度而言,这些量的变化可达到2 倍以上,而光谱比值法实际上可以消除它的影响,还可以大大减少水体反射率二向反射问题。在湖泊中悬浮物对光学性质也有较大影响,由于太湖区域相对不大,气溶胶变化不大,因此蓝藻指数可以在一定程度上削弱定标、大气和太阳角影响,减小黄色物质和悬浮物的干扰,排除水草的影响,从而把蓝藻的特性表现出来。最后,本文综合NDVI 提取太湖蓝藻信息的有效性和蓝藻指数剔除水草的优势,建立了一套基于MERSI 数据的太湖蓝藻判识方法。通过2009 年8 月18 日基于MERSI 数据的太湖蓝藻监测结果分析得出,将NDVI 和CI 相结合,能够有效地获取蓝藻空间分布和强度信息,但对于蓝藻和水草的完全区分,还存在一定困难。