一种岸基造礁石珊瑚光谱测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种岸基造礁石珊瑚光谱测量方法。具有黑色不透明的缸体，在缸体的下端设有入水口、上端设有出水口，在缸体中放置黑色的铁架台，海水从入水口进入，出水口溢出，保持海水流动，然后将造礁石珊瑚样品块放入盛有海水的缸体中的铁架台上，然后采用光源照射造礁石珊瑚样品块，并采用光谱仪测量造礁石珊瑚样品块的光谱反射率，测量时将光谱仪探头垂直于造礁石珊瑚样品块表面，多次测量取平均值。本发明以岸基实验室为依托，通过岸基实验室内模拟野外测量环境，测量造礁石珊瑚光谱反射率。这样可以节省大量的野外观测时间，并且对于偏远地区等不易到达的造礁石珊瑚区，只要带回部分活体样本，即可完成测量，大大节省了野外调查的时间和经济成本。
【专利说明】
一种岸基造礁石珊瑚光谱测量方法
技术领域
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[0001]本发明属于造礁石珊瑚样本的光谱反射率测量领域，具体涉及一种岸基造礁石珊瑚光谱测量方法。
【背景技术】
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[0002]珊瑚礁生态系统具有非常重要的生态服务、社会、经济和文化价值。然而，海水表面温度上升、海洋酸化、海水污染以及人类活动加剧等因素变化直接影响到珊瑚礁健康状况，全球珊瑚礁生态系统受到破坏\大规模珊瑚白化死亡事件频现。遥感技术具有实时、大面积监测特性，能够促进珊瑚礁生态系统的监测与管理。开展珊瑚礁底质光谱反射率特征识别是珊瑚礁遥感技术的难点，同时也是当今研究的热点。实施珊瑚礁生态系统全面、实时监测与保护，对于珊瑚礁生态保育具有非常重要的意义。传统的方法无法获得大面积的观测数据，尤其难以了解偏远地区珊瑚礁生态健康状况。遥感技术具有全面、实时监测等特点，可以满足珊瑚礁生态系统监测的需求。遥感研究的基础是根据不同珊瑚礁底质光谱特征进行反演，对比反演结果和现场数据研究珊瑚礁底质状况。
【发明内容】
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[0003]本发明的目的是解决现有测试方法无法获得大面积观测数据的局限，以及难以了解偏远地区珊瑚礁生态健康状况的技术问题，而提供一种能大大节省了野外调查的时间和经济成本的岸基造礁石珊瑚光谱测量方法。
[0004]本发明的岸基造礁石珊瑚光谱测量方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0005]具有黑色不透明的缸体，在缸体的下端设有入水口、上端设有出水口，在缸体中放置黑色的铁架台，海水从入水口进入，出水口溢出，保持海水流动，然后将造礁石珊瑚样品块放入盛有海水的缸体中的铁架台上，然后采用光源照射造礁石珊瑚样品块，并采用光谱仪测量造礁石珊瑚样品块的光谱反射率，测量时将光谱仪探头垂直于造礁石珊瑚样品块表面，多次测量取平均值。
[0006]优选，所述的光源的光照强度为lOlmol/WVs。进一步，所述光源包括波长为400?700nm的可见光。
[0007]优选，所述的保持海水流动，其海水温度为26°C?28°C，其海水流速为0.5L/min
[0008]优选，所述的黑色不透明的缸体为在内壁粘贴黑色壁纸、底壁铺设覆盖黑色尼龙布的玻璃缸，所述的黑色的铁架台为黑色电工胶布包缠的铁架台
[0009]优选，所述的采用光谱仪测量造礁石珊瑚样品块的光谱反射率，其测量时的波长间隔为0.5?Inm，且平滑3次。
[0010]优选，所述的采用光谱仪测量造礁石珊瑚样品块的光谱反射率，测量时将光谱仪探头垂直于造礁石珊瑚样品块表面，当采用光谱仪探头视场角为25°时，造礁石珊瑚样品块的直径多50mm，或当测试时为全视野时，造礁石珊瑚样品块的直径多100mm，所述的光谱仪探头与造礁石珊瑚样品块的距离为5cm。
[0011]本发明利用野外光学实验的特点，就珊瑚礁底质光谱测量设计成一套成熟方法。通过设定特殊装置在有常流海水的条件下，通过岸基实验室模拟野外现场造礁石珊瑚光谱反射率测量，从而获得大量各类造礁石珊瑚光谱反射率信息，为今后进一步的研究和保护工作打下理论基础和现实依据。
[0012]本发明的有益效果是:目前现有技术中野外测量造礁石珊瑚光谱反射率不仅需要大量的人力物力，而且耗时也较长，此外，尤其难以充分了解偏远地区珊瑚礁健康状况。本发明以岸基实验室为依托，通过岸基实验室内模拟野外测量环境，测量造礁石珊瑚光谱反射率。这样可以节省大量的野外观测时间，并且对于偏远地区等不易到达的造礁石珊瑚区，只要带回部分活体样本，即可完成测量，大大节省了野外调查的时间和经济成本。
[0013]本发明可用于造礁石珊瑚样本的光谱反射率岸基实验室采集工作。
【附图说明】
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[0014]图1为实施例1的造礁石珊瑚样品块的照片；
[0015]图2为实施例1的造礁石珊瑚样品块的光谱反射率图；
[0016]图3为实施例2的造礁石珊瑚样品块的照片；
[0017]图4为实施例2的造礁石珊瑚样品块的光谱反射率图；
[0018]图5是本发明测量时候的结构示意图；
[0019]其中1、玻璃缸;2、入水口；3、出水口；4、铁架台；5、光源;6、光谱仪;7、光谱仪探头；
8、造礁石珊瑚样品块。
【具体实施方式】
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[0020]以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
[0021]实施例1:
[0022]本实施例的岸基造礁石珊瑚光谱测量方法，具体是按照以下步骤进行的:
[0023]—、如图5所示，在玻璃缸I的内壁粘贴黑色壁纸，并在玻璃缸内铺设黑色尼龙布，玻璃缸的下端设有入水口 2、上端设有出水口 3，在缸体中放置铁架台4，铁架台事先用黑色的电工胶布紧密缠绕，海水由入水口通入、出水口流出，然后将造礁石珊瑚样品块8放入盛有海水的玻璃缸的铁架台上，控制海水流速为0.5L/min，通入海水温度为26-28°C，保持海水常流；
[0024]二、采用光强度为lOtmol/WVs的光源5照射步骤一玻璃缸内的造礁石珊瑚样品块，并采用光谱仪6测量造礁石珊瑚样品块的光谱反射率，测量时将光谱仪探头7垂直于造礁石珊瑚样品块表面，光谱仪探头7与造礁石珊瑚样品块8的距离为5cm，10次测量取平均值，完成岸基珊瑚光谱测量方法。
[0025]本实施例步骤一中的造礁石珊瑚样品块为块状珊瑚，直径为60mm，造礁石珊瑚的采集地点为中国海南三亚湾鹿回头珊瑚礁区海域；
[0026]步骤二中照射光源的光谱包括波长为400?700nm的可见光，每次样品测量前测量暗电流，采用的光谱仪为美国海洋光学光谱仪(USB2000+)，其测量范围200nm-850nm，分辨率1.5歷，光谱采样间隔0.611111，且平滑3次，探头视场角为25°0
[0027]本实施例的造礁石珊瑚样品块的照片如图1所示；
[0028]本实施例造礁石珊瑚样品块的光谱反射率图如图2所示。
[0029]实施例2:
[0030]本实施例的岸基珊瑚光谱测量方法，具体是按照以下步骤进行的:
[0031 ] 一、如图5所示，在玻璃缸I的内壁粘贴黑色壁纸，并在玻璃缸内铺设黑色尼龙布，玻璃缸的下端设有入水口 2、上端设有出水口 3，在缸体中放置铁架台4，铁架台事先用黑色的电工胶布紧密缠绕，海水由入水口通入、出水口流出，然后将造礁石珊瑚样品块8放入盛有海水的玻璃缸中的铁架台4上，控制海水流速为0.5L/min，通入海水温度为26°C ；
[0032]二、采用光强度为lOtmol/WVs的光源5照射步骤一玻璃缸内的造礁石珊瑚样品块，并采用光谱仪6测量造礁石珊瑚样品块的光谱反射率，测量时将光谱仪探头7垂直于造礁石珊瑚样品块表面，光谱仪探头7与造礁石珊瑚样品块8的距离为5cm，10次测量取平均值，完成岸基珊瑚光谱测量方法。
[0033]本实施例步骤一中的造礁石珊瑚样品块为枝状珊瑚，直径为65mm，造礁石珊瑚的采集地点为中国三亚鹿回头海域；
[0034]步骤二中照射光源的光谱包括波长为400?700nm的可见光，每次样品测量前测量暗电流，采用的光谱仪为美国海洋光学光谱仪(USB2000+)，其测量范围200nm-850nm，分辨率1.5歷，光谱采样间隔0.611111，且平滑3次，探头视场角为25°0
[0035]本实施例的造礁石珊瑚样品块的照片如图3所示；
[0036]本实施例的造礁石珊瑚样品块的光谱反射率图如图4所示。
[0037]通过上述实施例1和2的对三亚鹿回头海域所采集的块状珊瑚与枝状珊瑚，光谱反射率采集，并对其在可见光波段内的光谱反射率进行分析，结果表明，块状珊瑚与枝状珊瑚光谱反射率在波形上变化相似，均出现珊瑚光谱反射率的3个波峰特征与Hochberg报道的野外测量所得结果相一致(Hochberg et al，2000)，同样在675nm处也出现了由于叶绿素吸收的波谷，但块状珊瑚光谱反射率高于枝状珊瑚光谱反射率，块状珊瑚光谱反射率与枝状珊瑚光谱反射率存在一定的差异性。块状珊瑚与枝状珊瑚光谱反射率一阶导数在537nm-700nm波段内波形变化相一致，难以对块状珊瑚与枝状珊瑚光谱反射率进行区分，然而在短波段范围内430nm-479nm波段内块状珊瑚高于枝状珊瑚光谱反射率，可以对块状珊瑚与枝状珊瑚进行区分。块状珊瑚与枝状珊瑚二阶导数在可见光波段内波形变化差异不明显，但在483nm，498nm和514nm处可以对块状珊瑚与枝状珊瑚进行区分。因此，光谱反射率可以在一定程度上对块状珊瑚与枝状珊瑚进行区分，此结论与Hedley等人所认为块状珊瑚与枝状珊瑚光谱反射率可以进行区分的结论相一致(Hedley et al ,2004)。而与Holden等人所认为珊瑚的形态对珊瑚光谱反射率影响不大的结论不一致(Holden et al，1999)。同时，通过块状与枝状珊瑚光谱反射率一阶导数与块状珊瑚与枝状珊瑚二阶导数分析，可知光谱反射率一阶导数能够更好的对两者差异性进行区分。
[0038]对比实验:
[0039]本对比实验为携带光纤长度为25米的光谱仪于野外测量，具体为开快艇到达所要测量造礁石珊瑚样品所在海域，其中一人在船上操作光谱仪，一人或两人潜水找到目标珊瑚样品，将光谱仪探头调整垂直于野外造礁石珊瑚样品表面，测量光谱反射率。测量时间必须限定在晴天中午的12::00-14:00之间，测量期间潜水员尽量减少对水体的扰动，尽量不带对周围光场有影响的器具。由于需要潜水，测量展开起来相对困难，比如海况不好的情况下不能测量，阴天、多云等天气情况也不能够测量，不仅费时费力，有些地方还不能完成测量。
[0040]本发明可以使得光谱反射率测量脱离自然条件限制，不论多么偏远的海域，只要能带回样品即可完成实验室测量。经过多次对比相同品种造礁石珊瑚样品光谱反射率特征谱线基本一致，在保证测量质量的前提下极大地提高了效率。
【主权项】
1.一种岸基造礁石珊瑚光谱测量方法，其特征在于，包括以下步骤: 具有黑色不透明的缸体，在缸体的下端设有入水口、上端设有出水口，在缸体中放置黑色的铁架台，海水从入水口进入，出水口溢出，保持海水流动，然后将造礁石珊瑚样品块放入盛有海水的缸体中的铁架台上，然后采用光源照射造礁石珊瑚样品块，并采用光谱仪测量造礁石珊瑚样品块的光谱反射率，测量时将光谱仪探头垂直于造礁石珊瑚样品块表面，多次测量取平均值。2.根据权利要求1所述的岸基造礁石珊瑚光谱测量方法，其特征在于，所述的光源的光照强度为 1 6μ??01 /m2 / s。3.根据权利要求2所述的岸基造礁石珊瑚光谱测量方法，其特征在于，所述光源包括波长为400?700nm的可见光。4.根据权利要求1所述的岸基造礁石珊瑚光谱测量方法，其特征在于，所述的保持海水流动，其海水温度为26 °C?28°C，其海水流速为0.5L/min。5.根据权利要求1所述的岸基造礁石珊瑚光谱测量方法，其特征在于，所述的黑色不透明的缸体为在内壁粘贴黑色壁纸、底壁铺设覆盖黑色尼龙布的玻璃缸，所述的黑色的铁架台为黑色电工胶布包缠的铁架台。6.根据权利要求1所述的岸基造礁石珊瑚光谱测量方法，其特征在于，所述的采用光谱仪测量造礁石珊瑚样品块的光谱反射率，其测量时的波长间隔为0.5?lnm，且平滑3次。7.根据权利要求1所述的岸基造礁石珊瑚光谱测量方法，其特征在于，所述的采用光谱仪测量造礁石珊瑚样品块的光谱反射率，测量时将光谱仪探头垂直于造礁石珊瑚样品块表面，当采用光谱仪探头视场角为25°时，造礁石珊瑚样品块的直径多50mm，或当测试时为全视野时，造礁石珊瑚样品块的直径多100mm，所述的光谱仪探头与造礁石珊瑚样品块的距离为 5cm。
【文档编号】G01N21/31GK105891131SQ201610211499
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月5日
【发明人】陈永强, 陈标, 谢强, 黄晖, 雷新明, 郭明兰, 杨剑辉, 张浴阳
【申请人】中国科学院南海海洋研究所