华南沿海赤潮灾害应急监测与预警方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种赤潮水体分析方法，具体设及一种赤潮灾害应急监测与预警的方 法。
【背景技术】
[0002] 基于卫星遥感影像M0DIS反演的水质参数分布数据产品可W用于分析赤潮爆发几 率判别，水体富营养化情况W及初级生产力水平等。赤潮爆发的准确判别对研究海水水质、 渔业资源、旅游业等发展有着重要的意义。
[0003] 近年来，随着人类无节制的经济活动对自然界产生的禪合效应，我国沿岸赤潮呈 频发势态，给当地渔业造成了重大损失。2010年中国沿海共发生赤潮69次，累计面积10892 平方公里。南海14次，累计面积223平方公里。2011年我国沿海共发生赤潮55次，累计面积 6076平方千米。南海11次，累计面积190平方千米。2012年，我国沿海共发现赤潮73次，12次 造成灾害，直接经济损失20.15亿元，其中南海区10次。2013年，我国沿海共发现赤潮46次， 其中有毒赤潮7次。2013年最大面积大于等于100平方千米。2014年南海区共监测到赤潮16 次，赤潮累计面积约684平方千米，赤潮生物种类为夜光藻、球形栋囊藻、红色赤潮藻、多纹 膝沟藻、中肋骨条藻、赤潮异弯藻和条纹环沟藻。2014年两次较大面积的赤潮均发生在广东 湛江港附近海域，赤潮种类为中肋骨条藻和夜光藻。从2001年W来南海区赤潮调查报告来 看，2014年赤潮发生的面积较大，次数较多。赤潮直接威胁着人类的生存环境，已经成为我 国目前主要的海洋灾害之一。因此，南海海域的赤潮监测研究工作已经迫在眉睫。赤潮监测 预警体系亟需完善，赤潮防治、应急处理能力有待提高。
[0004] 研究表明，利用遥感影像进行赤潮水体判别，可W即时地对赤潮灾害进行预警W 及采取及时有效地灾害决策。因此，基于遥感反演数据产品对赤潮水体进行有效判别，是进 一步提高海域资源管理的主要发展方向。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种赤潮水体判别方法，用于华南沿海赤潮灾害应急监测与 预警，该方法基于多因素综合分析，提高了赤潮判别的时效性，能够进一步提高赤潮应急灾 害管理效率。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供W下技术方案：
[0007] -种华南沿海赤潮灾害应急监测与预警方法，其步骤包括：
[000引A:按照所需时间、区域测量得到相应水体光谱数据后计算得到相应水体的反射率 数据；
[0009] B:利用步骤A所得反射率数据计算巧光高度（FLH)，其中化Η的计算采用667nm、 678nm、748nmS个波段进行比值计算;计算FLH的具体方法如下式（1)所示：
[0010]
[0011] C:利用步骤A所得反射率数据采取6波段算法提取海水颗粒物后向散射系数，具体 步骤如下：
[0012] 步骤A得到的已经过大气校正的反射率数据。S表达为：
[001引
口）
[0014] 其中gi、g2分别为0.0949和0.0797 ;a是海水总吸收系数，bb是海水总后向散射系 数；
[0015] 其中a包含纯海水吸收、CDM吸收和浮游植物吸收的总和；其中浮游植物吸收可W 表达为：
[0016] aph(^) =a*[ch]J(3)
[0017]其中，a请叶绿素比吸收系数(mVmg);khu是叶绿素浓度(mg/m3);(运里，a嘴 412，443，488，531，555，667nm)，参数选取参见表 1 [001引表1:模型参数
[0019]
[0020] CD0M吸收与波长存在一个指数关系，表达为：
[0021] ΒΕθΜ(λ) =acDM(443)exp[-S(A-443) ] (4)
[0022] S是acDM光谱斜率，可W通过反射率比值计算得出：
[0023]
約
[0024] 所述的海水总后向散射系数由纯水后向散射与颗粒物后向散射系数计算得出，其 中颗粒物后向散射系数通过下式计算得出：
[002引 1^ρ(λ)=?Λρ(λ0)(λ/λ0)-Υ (6)
[0026] Υ是后向散射光谱指数，在运里取常数1(λ〇 = 443ηπι)
[0027] 固定参数S与Υ，将式(3)-(6)代入式(2)，解非线性方程，估算出叶绿素浓度[chi]、 M443)和acDM(443);
[0028] D:将步骤C中提取得到的bbp(443)作为输入参数，同时固定S，将所述的式(3)-(6) 再次代入式(2)，再次解非线性方程，估算出叶绿素浓度^}11]'、曰》1(443)'和￥'；
[0029] E:根据步骤B所得的巧光高度值和步骤D所得的叶绿素浓度值判读赤潮爆发几率， 具体包括：
[0030] E1.根据步骤B得到的结果做第一级判读:FLH大于等于0.05mWcm-2ynfisr^i的区 域判别为高度疑似，反之判别为低度疑似；
[0031] E2.根据步骤D得到的叶绿素浓度khl]'值对步骤F1判别为高度疑似的区域进一 步做第二级判读：[chi]'值高于5mg/L的区域判别为赤潮爆发几率高，反之判别为赤潮爆发 几率低。
[0032] 本发明所述的方法中，步骤A所述的测量得到相应水体光谱数据的测量方法可W 是实地测量方法，也可W是遥感测量方法;本发明优选遥感测量方法。
[0033] 本发明一种优选的方案中，步骤A的具体方法是按照所需时间、区域获取相应光学 遥感数据，对其进行福射定标和几何校正，W及大气校正处理;然后提取已经过大气校正的 反射率数据。
[0034] 进一步优选的方案中，所述的光学遥感数据是M0DISL1遥感影像数据，经过福射 定标、几何校正、W及大气校正处理后得到经过大气校正的M0DISL2反射率数据。
[0035] 更进一步优选的方案中，步骤B计算巧光高度前先利用所述的经过大气校正的 M0DISL2反射率数据采用ENVI软件进行强化真彩影像合成化RGB)，其中红色波段选取 555皿(R)波段，绿色波段选取488皿(G)波段，蓝色波段选取443皿(B)波段;且步骤E1在做所 述第一级判读前先根据强化真彩影像合成结果做第零级判读:合成的影像中呈现黑褐色的 区域判别为赤潮疑似，未呈现黑褐色的区域判别为非赤潮疑似。
[0036] 本发明优选的另一种方案中，进一步将步骤C得到的443nm颗粒物后向散射系数bbp (443)和步骤B得到的巧光高度(化Η)进行比较，计算bbp/FLH的值，记作"赤潮爆发几率判别 指数"；并根据bbp/FLH的值对步骤F3判别为赤潮爆发几率高的情况做进一步判读:bbp/FLH 小于0.2mW^cm2ymnfisr的判别为赤潮爆发几率很高，反之判别为赤潮爆发几率略高。
[0037] 本发明的方法运用多因素的综合分析手段对于海水赤潮爆发几率进行判读，具体 通过对巧光高度(FLH)、叶绿素浓度反演山}11)、后向散射系数反演(bbp)、赤潮水体判别指数 bbp/化Η运些不同角度、不同表达方式的因素进行综合分析，最终实现了对水体赤潮爆发几 率的综合地、准确地判别。该方法中的指标选择、数据处理和判读标准都是建立在对大量的 实践经验和自然规律的总结的基础上，保证了判断水体赤潮爆发几率的高效性和准确性， 特别是在运用遥感技术获取遥感影像数据的方案中还有效地利用了遥感数据，进一步利用 强化真彩数据合成化RGB)技术为提高水色遥感反演算法提供了技术支持。
【附图说明】
[0038] 图1为本发明实施例1中步骤C得到的巧光高度计算结果图。
[0039] 图2为本发明实施例1中步骤E得到的叶绿素浓度khl]'反演结果图。
[0040] 图3为本发明实施例1中步骤F4得到的bbp/FLH的遥感影像数据分析结果图。
[0041] 图4体现了本发明实施例2的6波段法对叶绿素浓度的反演精度。
[0042] 图5是本发明实施例3步骤A得到的观测样本水体反射率光谱曲线图。
[0043] 图6是本发明实施例3步骤B得到的观测样本水体FLH分布图。
[0044] 图7是本发明实施例3步骤的寻到的观测样本水体叶绿素浓度分布图。
[0045] 图8是本发明实施例3步骤E3得到的观测样本水体bbp/FLH分布图。
【具体实施方式】
[0046] W下结合实施例及附图对本发明进行详细的描述。
[0047] 实施例1
[004引本实施W2014年11月24日发生在粤西近海发生的赤潮事件为例，WMODISUb数据 作为遥感影像，详细说明利用所述方法进行华南沿海赤潮水体判别的流程。所述方法包括 W下步骤：
[0049] A:接收2011年11月24日的M0DISL1数据，利用定标参数对其进行福射定标和几何 校正，W及大气校正处理;利用Matlab软件通过h壯头文件参数对M0DISUb数据进行转换 处理，估算大气分子瑞利散射。
[(K)加]
[0051] F日(λ)是大气层外对应不同波长的太阳福照度，其大小随着日地距离而变化，μ和μ〇 分别是太阳天顶角W及卫星天顶角的余弦，cii和ατ，分别表示入射光和反射光的散射相位 角，Pr(〇i)是入射光的散射相函数，Pr(〇T)反射光的散射相函数，ΤθΖ(λ)为经过臭氧校正的大 气透过率。ττ(λ)是瑞利光学厚度。
[0052] W氧气与水汽吸收波段组合进一步估算大气气溶胶散射。
[0053] ε(λη,Anir) =exp[C(Anir-Ah) ] (8)
[0054]