التحليل الكمي للكلوروفيل أ في مياه البحيرة باستخدام الاستشعار عن بعد

ملخص

في العمل التمهيدي، تم إنشاء نموذج عكسي للدالة الخطية الثنائية باستخدام بيانات من 20 نقطة أخذ عينات من البحيرة في 15 يناير 2026، بالإضافة إلى بيانات القمر الصناعي Sentinel-2 التي مرت خلال نفس الفترة، من خلال مجموعات مختلفة من نطاقات الموجات.

باستخدام بيانات القمر الصناعي Sentinel-2 التي مرت خلال نفس الفترة، تم تحليل البيانات لبحيرة لوما وبحيرة تشاوهو.بحيرة تايركزت الدراسة بشكل أساسي على بحيرات لونغقان، وداغوان، وغوتشنغ، ووابو، حيث جُمعت بيانات تركيز الكلوروفيل-أ في محطات مختلفة حتى 15 يناير 2026 (الجدول 1). استُخدم منتج محلل الطيف المتعدد (MSI) من المستوى 2A التابع للقمر الصناعي Sentinel-2، والذي يغطي 10 نطاقات (من B1 إلى B9، بما في ذلك B8A). وقد جُمعت البيانات من...محرك جوجل إيرثيحصل على.

في عملية المطابقة المكانية بين نتائج عكس الاستشعار عن بعد وبيانات المحطة المقاسة، يتم استخدام نافذة 3×3 بكسل للاستخراج التعاوني لتحسين دقة التحقق وتقليل عدم اليقين الناجم عن تأثيرات المقياس.

تتمثل عملية التنفيذ المحددة فيما يلي:

(1) نافذةتحديد الموقع والاستخراجقم بتحديد أقرب بكسل مجاور لها في الصورة، واستخرج جميع قيم انعكاس الكلوروفيل أ داخل نافذة جوار 3×3 متمركزة حول هذا البكسل.

(2) مراقبة الجودة والإحصاءات:

قم بإزالة القيم غير الصالحة داخل النافذة (مثل علامات قناع السحابة، ووحدات البكسل الأرضية، والقيم المعكوسة التي تتجاوز النطاق المعقول فيزيائيًا، وما إلى ذلك)؛

يجب أن يكون عدد البكسلات الصالحة ≥ 5؛ وإلا، فسيتم وضع علامة "فشل المطابقة" على بيانات ذلك الموقع وإزالتها.

يتم حساب المتوسط ​​الحسابي للبكسلات الفعالة المتبقية واستخدامه كقيمة تمثيلية نهائية للاستشعار عن بعد للمحطة المقاسة؛

تم تطبيق النموذج الأمثل المستمد من العمل السابق مباشرة على بحيرات أخرى، وتم تقييم قابليته للتطبيق بشكل عام باستخدام معامل التحديد (R²)، ومتوسط ​​الجذر التربيعي للخطأ (RMSE)، ومتوسط ​​الخطأ المطلق (MAE).

معامل التحديد (R²):

جذر متوسط ​​مربع الخطأ (RMSE):

متوسط ​​الخطأ المطلق (MAE):

تم تطبيق نموذج الانعكاس السابق على كل بحيرة، وتم الحصول على خرائط الانعكاس التالية:

الشكل 1.صور القمر الصناعي سينتينل-2 في تشاوهو

الشكل 2.خريطة توزيع الكلوروفيل أ: نتائج الانقلاب في تشاوهو

الشكل 3.صور من القمر الصناعي Sentinel-2 لبحيرة غوتشنغ

الشكل 4.خريطة توزيع نتائج انعكاس الكلوروفيل أ في بحيرة غوتشنغ

الشكل 5.صور التقطها القمر الصناعي Sentinel-2 لبحيرة لوما

الشكل 6.خريطة توزيع نتائج انعكاس الكلوروفيل أ في بحيرة لوما

الشكل 7.صور التقطها القمر الصناعي Sentinel-2 لبحيرة تايبينغ

الشكل 8.خريطة توزيع نتائج انعكاس الكلوروفيل أ في بحيرة تايبينغ

بلغ معامل التحديد (R²) 0.7589، وبلغ متوسط ​​الجذر التربيعي للخطأ (RMSE) 0.002143، وبلغ متوسط ​​الخطأ المطلق (MAE) 0.001189، مما يعكس أن نموذج الانعكاس أظهر خصائص "ملاءمة متوسطة وتمايز إقليمي" في التحقق من صحة النموذج عبر البحيرات. كان انحياز الانعكاس صغيرًا نسبيًا في منطقة المصب والمناطق ذات التركيز المنخفض. أظهر النموذج في ثلاث محطات حساسية غير كافية في منطقة الكتلة الحيوية العالية على الشاطئ الغربي لبحيرة تشاوهو، ربما بسبب بقايا ازدهار الطحالب الشتوية وتأثير الاقتران الطيفي للمواد العالقة والكلوروفيل. انحياز التوزيع المكاني و...الخصائص البصرية للماءتتسم التدرجات بدرجة عالية من الاتساق؛ إذ يكون نظام الانعكاس ذو العكارة العالية منخفضًا بشكل منهجي، بينما يكون المسطح المائي العميق والنظيف (بحيرة تايبينغ) مستقرًا نسبيًا، مما يؤكد قاعدة الانعكاس للاستشعار عن بعد التي تنص على أن "نوع المسطح المائي هو العامل المهيمن على استجابة النموذج". وبشكل عام، يتميز النموذج بقدرة عالية على التكيف مع المناطق المتجانسة نسبيًا ذات الخلفيات البصرية للمسطحات المائية، ويتمتع بدرجة معينة من التطبيق الإقليمي في مجال الانعكاس. وتُعد النتائج ذات قيمة عملية بشكل عام.

نظراً لأن هذا الانعكاس يعتمد على بيانات محطة ليوم واحد، ولأن تركيز الكلوروفيل أ في الماء يكون منخفضاً في فصل الشتاء وتتأثر بيانات الصورة بشكل كبير بغطاء السحب، فسيتم جمع بيانات لفترات متعددة في المستقبل لزيادة حجم العينة لعمليات الانعكاس المتعددة.