衛星遙感解譯湖泊藍藻水華的幾個關鍵問題探討*

馮 煉

(南方科技大學環境科學與工程學院，深圳 518055)

藍藻水華(cyanobacterial bloom，簡稱藻華)被公認為全球最嚴重的湖泊水環境問題之一[1]，其主要危害包括三類：第一，藍藻在水面聚集影響湖泊的整體景觀，并釋放難聞氣味；第二，大量藍藻富集能耗盡水中的溶解氧、阻擋光的向下傳輸路徑，擠占其它水生生物的生存空間；第三，產生的藍藻毒素(cyanotoxins)能直接影響魚類及人畜的健康[2]. 藍藻能通過改變自身浮力來調整其水深分布[3]，因而在水平與垂直空間上，都可能呈現顯著的異質性. 因此在藻華暴發時，現場船舶調查通常難以全面捕獲水華影響范圍等關鍵信息. 衛星遙感具有大范圍、周期性觀測等特點，正好能彌補常規手段的不足，從而實現藻華的暴發范圍、程度、持續時間等信息的快速準確獲取[4-5]，如圖1所示.

圖1 Landsat 8 OLI真彩色合成影像顯示太湖(A)、 洱海(B)與巢湖(C)的藍藻水華暴發 (湖泊中綠色為藍藻水華暴發區)Fig.1 Landsat 8 OLI true color composite for Lake Taihu (A), Lake Erhai (B) and Lake Chaohu (C) show cyanobacterial blooms (greenish slicks)

大量浮游藻類在水體表面聚集并能被衛星遙感識別的主要理論依據是：一方面，葉綠素在綠光波段存在反射峰，綠光波段在可見光范圍反射最強，藻華將水體染成墨綠色(圖1)；另外，藻華暴發時水體在近紅外波段(near-infrared)反射較強，使得藻華水體具有陸地植被類似的紅邊(red edge)反射特征[6](圖2). 因此從理論上來講，通過基于單一波段的反射率或構建相關的光譜指數，就能較好地對藻華區域進行判別. 目前，被常用于藍藻水華識別的光譜指數包括近紅外/綠光比值指數[7]、歸一化……