基于CASI航空高光谱数据和MODIS卫星数据的大襟岛周边海域水环境监测方法研究

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随着珠江三角洲经济的高速发展,生活污水和工业废水的排放量急剧增加,水环境污染日益加重,对珠江河口区大襟岛海域的水体造成了严重污染,大大影响了大襟岛海域的养殖业和捕鱼业,而且危害了中华白海豚的生存环境,对其生存造成了直接威胁。本研究以珠江口大襟岛中华白海豚栖息海域为研究区,选取了悬浮泥沙质量浓度、叶绿素a浓度、透明度以及Kd(490)为对象,通过开展其定量反演研究,对大襟岛海域的水环境进行了监测。取得的成果和认识如下:1)基于CASI数据的单波段指数模型可以较好地反演出研究海域的悬浮泥沙质量浓度,其质量浓度为0.48-12.15 mg/L,相对平均误差为11.16%,此外单波段指数模型也可以较好的应用在MODIS数据上,相对平均误差为15.18%。通过对MODIS数据反演结果的分析,发现大襟岛海域悬浮泥沙主要输入来源为黄茅海西岸的陆源输入。基于反演获得的悬浮泥沙质量浓度,本文利用经验模型对大襟岛海域的透明度进行了反演,结果表明:研究海域的透明度为0.53 m-4.64m,陆源输入是影响该海域水环境质量的重要因素。大襟岛西南海域受到来自陆源的污染少,水体更为清洁,水质更好。2)基于CASI数据的波段比值模型可以较好地反演出研究海域的叶绿素a浓度,含量为0.1-4.4μg/L,相对平均误差为14.77%,此外波段比值模型也可以较好的应用在MODIS数据上,相对平均误差为16.62%。大襟岛海域整体叶绿素a浓度的分布比较均匀,而且含量较低,基于叶绿素a浓度计算获得卡尔森营养状态指数,对研究海域的富营养状况进行评价,结果发现整个研究海域的处于贫富营养化和中营养化水平。大襟岛海域北部蚝排养殖业发达,但是蚝排养殖对研究海域造成的污染比较小。3)利用经验模型对研究海域的Kd(490)进行了反演,结果发现大襟岛海域Kd(490)值的分布范围为:0.16-2.94 m-1,Kd(490)的分布特征与悬浮泥沙分布特征一致,说明大襟岛海域的Kd(490)值主要受到悬浮泥沙质量浓度的影响。大襟岛东北方向海域的Kd(490)值高于西南,说明西南方向海域透光能力强,水生植物的光合作用强,而且相对更适宜于依靠可见光捕食的鱼类生存,更加适宜于捕鱼业的发展。基于反演获得的Kd(490)值计算得到Kd(532)值并对研究海域的激光测深能力进行了评估,通过研究海域激光可探测深度与水深反演结果进行对比,结果显示可以通过激光测深对大襟岛海域的进行水深的测量。通过本次研究,在大襟岛海域形成了以卫星遥感提供大面积背景信息,由机载航空遥感开展针对特定区域精细化观测的多平台联合观测态势,有助于该海域生态环境业务化实时监控的全方位立体观测网络模式的建立,也为在全国海岸带开展业务化的水体立体快速监测提供了思路。此外,研究结果也可以帮助进一步了解与评价中华白海豚选择大襟岛海域作为栖息地的原因,为预测其分布范围和寻找其潜在的重要栖息地提供了依据,并且有助于对中华白海豚的保护和管理,为相关机构的科学决策提供依据。
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