本發明提供富營養化湖泊水華藍藻類群定量識別方法，包括：基于純藻種實驗室培養和室內光學控制實驗，通過水華藍藻的固有光學特性對比，甄別不同水華藍藻的吸收光譜的特征吸收波段，擬合出不同水華藍藻在特征吸收波段上的吸收系數隨葉綠素a濃度變化的曲線，將水華藍藻的特征吸收波段吸收系數的加和作為限制條件，將水華藍藻的葉綠素a濃度的加和與總葉綠素a濃度的差值作為目標函數，構建了微囊藻、魚腥藻和束絲藻三種水華藍藻類群的定量識別模型，實現水華藍藻類群的定量識別。本發明的方法可實現對湖泊水華藍藻類群結構變化的遙感動態監測，準確獲取富營養化湖泊不同類群的水華藍藻的年際、月際變化規律及其空間分布。

技術領域

本發明涉及遙感技術領域，尤其涉及大型富營養化湖泊水華藍藻類群定量識別方法。

背景技術

藍藻的類群識別涉及生物學、光譜分析等多個學科領域，傳統藻類識別方法大都是利用藻類的細胞形態特征以及藍藻體內內含物(DNA、色素)的差異性進行區分(盧璐,2007)。這些傳統識別方法均基于野外采樣和實驗室內分析，難以快速獲取大范圍水域上藻種的時空變化特征，因此利用遙感技術開展對不同水華藍藻的識別具有十分重要實踐意義和應用價值。

水體的遙感反射比是其吸收和后向散射系統的函數，因此了解水體中浮游植物的固有光學特性是開展藻類遙感識別的理論基礎。目前，針對海洋中的綠藻、褐藻、紅藻以及赤潮藻等國內外學者開展了大量的吸收光譜以及熒光光譜方面的研究，為遙感開展門類間識別奠定了重要的理論基礎；針對富營養化水體，馬萬泉等(2012)、戴紅亮等(2013)、呂恒等(2013；2014)和王瑜等(2014)基于室內控制試驗及模擬試驗，開展了內陸湖泊藍藻門(銅綠微囊藻，Microcystis aeruginosa)、綠藻門(小球藻，Chlorella vulgaris)、硅藻門(梅尼小環藻，Cyclotella meneghiniana)以及隱藻門(卵形隱藻，Cryptomonas ovata)的生物光學特性研究，并探索性地建立了藻種門類間比例遙感估算方法。但是，水華藍藻類群結構的遙感定量識別還未見相關研究報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種富營養化湖泊水華藍藻類群定量識別方法。

為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

一種富營養化湖泊水華藍藻類群定量識別方法，包括以下步驟：

1)基于水華藍藻純藻實驗室培養和室內光學控制實驗，選取水華藍藻的特征吸收波段，作為定量識別水華藍藻類群的主要特征吸收波段；

2)在室內光學控制實驗基礎上，獲取步驟1)選取的特征吸收波段上葉綠素a濃度與不同水華藍藻單位葉綠素a濃度下吸收系數的定量關系，擬合出不同水華藍藻在特征吸收波段上的單位葉綠素a濃度下吸收系數數隨葉綠素a濃度變化的曲線；

3)構建基于吸收特性的水華藍藻類群定量識別模型；

將水華藍藻的特征吸收波段吸收系數的加和作為限制條件，將水華藍藻的葉綠素a濃度的加和與總葉綠素a濃度的差值作為目標函數，采用線性最優規劃方法實現水華藍藻類群的定量識別。

本發明的方法，所述水華藍藻指微囊藻(Microcystis)、魚腥藻(Dolichospermum)、束絲藻(Aphanizomenon)；選取葉綠素a的特征吸收波段440nm和675nm，以及藻藍素的特征吸收波段620nm作為水華藍藻的特征吸收波段。所述水華藍藻的吸收系數是基于吸收-衰減儀AC-S通過室內光學控制實驗獲取。

進一步的，在440nm、620nm和675nm上葉綠素a濃度與其單位葉綠素a濃度吸收系數的定量關系如下：