Інверсія канцэнтрацыі хларафіла а ў возеры Хунцзэ
Агляд
Хларафіл а — асноўны фотасінтэтычны пігмент фітапланктону, які часта выкарыстоўваецца ў якасці індыкатара біямасы фітапланктону, што робіць яго важным кампанентам кіравання водным асяроддзем. Канцэнтрацыя хларафіла а (ChlA) — ключавы індыкатар для ацэнкі ступені эўтрафікацыі вадаёмаў і вывучэння кругавароту вугляроду ў водным асяроддзі; яго хуткае і дакладнае атрыманне мае вырашальнае значэнне для кіравання экалогіяй возера.
Традыцыйныя метады ацэнкі трафічнага стану возера ў асноўным абапіраюцца на адбор і аналіз проб на месцы. Аднак гэты метад уразлівы да мясцовых умоў надвор'я і ўздзеяння навакольнага асяроддзя, а працэс адбору проб і тэставання з'яўляецца працаёмкім, працаёмкім і дарагім, што ўскладняе маніторынг эўтрафікацыі возера ў дробных прасторава-часавых маштабах. Наадварот, тэхналогія дыстанцыйнага зандзіравання прапануе такія перавагі, як шырокі ахоп, хуткі збор дадзеных і кароткі час апрацоўкі, пераадольваючы многія недахопы традыцыйнага адбору проб якасці вады. Таму яна шырока ўжываецца для маніторынгу воднага асяроддзя азёр і воднай экалогіі.
дадзеныя
Крыніца дадзеных:
(1) Дадзеныя пунктаў адбору проб: У гэтым даследаванні было сабрана і прааналізавана ў агульнай складанасці 19 дакладных дадзеных пунктаў адбору проб. Гэтыя пункты адбору дадзеных былі строга правераны і кантраляваны па якасці, каб забяспечыць дакладнасць і надзейнасць наступнага аналізу.
(2) Дадзеныя дыстанцыйнага зандзіравання: У якасці асноўнай крыніцы даных дыстанцыйнага зандзіравання выкарыстоўваўся стандартны прадукт узроўню 2A, які прадастаўляецца мультыспектральным прыборам Sentinel-2 (MSI). Гэты прадукт даных ахоплівае 10 ключавых спектральных дыяпазонаў, у тым ліку дыяпазоны ад B1 да B9 і дыяпазон B8A, якія дазваляюць усебакова ахапіць спектральныя характарыстыкі паверхневых вадаёмаў. Усе даныя дыстанцыйнага зандзіравання былі эфектыўна атрыманы і апрацаваны з дапамогай платформы Google Earth Engine.
Апрацоўка дадзеных:
(1) Ачыстка дадзеных: спачатку выдаліце кропкі дадзеных з канцэнтрацыяй хларафіла а (Chl-a) меншай або роўнай 0 і адсутныя значэнні, каб забяспечыць дакладнасць і дакладнасць дадзеных.
(2) Вылучэнне вадаёма: выкарыстоўваецца нармалізаваны індэкс вады (NDWI), а формула разліку выглядае наступным чынам: (B3 - B8) / (B3 + B8). Маска вадаёма ствараецца шляхам усталявання парога большага за 0,1, што дазваляе дакладна вылучыць плошчу вадаёма і ліквідаваць перашкоды пікселяў, якія не адносяцца да вадаёма.
(3) Апрацоўка прасторава-часавага супастаўлення: прасторава здабываецца сярэдняе значэнне адлюстравання акна 3x3 пікселя вакол кожнай кропкі выбаркі, каб паменшыць уплыў шуму на ўзроўні пікселяў і прасторавай неаднароднасці; часова дакладнае супастаўленне выконваецца на аснове фактычнай даты выбаркі, каб гарантаваць высокую ўзгодненасць дадзеных дыстанцыйнага зандзіравання і дадзеных палявых назіранняў у часе, тым самым паляпшаючы прасторава-часавую дакладнасць аналізу.
тэхнічны маршрут

Малюнак 1. Тэхналагічная дарожная карта
метад
На падставе існуючых вымераных дадзеных і дадзеных спадарожнікавых здымкаў у гэтым даследаванні параўноўваюцца каэфіцыенты карэляцыі розных асобных палос і іх камбінацый. Камбінацыя палос з найвышэйшай карэляцыяй выкарыстоўваецца ў якасці незалежнай зменнай, а параметр якасці вады — канцэнтрацыя хларафіла а — у якасці залежнай зменнай. Для атрымання дадзеных аб якасці вады пабудавана статыстычная рэгрэсійная мадэль. Дакладнасць мадэлі правяраецца з выкарыстаннем каэфіцыента дэтэрмінацыі R2 у якасці стандарту ацэнкі, і атрымліваецца канчатковая мадэль атрымання.
Вынікі і аналіз
На падставе вышэйзгаданай інверсійнай мадэлі была атрымана карта размеркавання канцэнтрацыі хларафіла а ў вадзе возера Хунцзэ ў пунктах адбору проб у гэты дзень:

Малюнак 2.Канцэнтрацыя хларафіла а ў возеры Хунцзэ (мг/л)
Як паказана на малюнку, агульная канцэнтрацыя хларафіла а (Хл-а) у возеры Хунцзэ, атрыманая на аснове інверсіі Sentinel-2, знаходзіцца на нізкім трафічным узроўні, з максімальнай канцэнтрацыяй усяго 0,0145 мг/л. Гэта адпавядае сезоннай характарыстыке падаўлення біямасы фітапланктону нізкімі тэмпературамі і слабым асвятленнем зімой. Прасторава вылучаецца выразная неаднародная карціна, якая характарызуецца размеркаваннем па схеме «нізкая канцэнтрацыя ў цэнтры возера і высокая канцэнтрацыя па краях»: адкрытыя воды ў цэнтры возера звычайна дэманструюць нізкую канцэнтрацыю Хл-а, што сведчыць аб адносна чыстай вадзе; у той час як уздоўж берага, асабліва ў вусцях рэк і ў плыткіх залівах паблізу бліжэйшых гарадоў, з'яўляюцца лакалізаваныя ўчасткі з высокім утрыманнем, што сведчыць аб частай дзейнасці чалавека і патэнцыйным уплыве на эўтрафікацыю. У цэлым, інверсія адбылася ў студзені (зімой), калі тэмпература вады ў возеры Хунцзэ была нізкай, што падаўляла агульныя тэмпы росту водарасцяў. У выніку канцэнтрацыя Хл-а ў асноўнай частцы возера была на нізкім узроўні на працягу ўсяго года. Аднак берагавая лінія пацярпела ад уплыву «кропкавых крыніц» наземнага паступлення, што ўсё яшчэ ўтварала мясцовую зону высокай каштоўнасці. Гэта адпавядае сезоннаму размеркаванню канцэнтрацыі хла ў возеры Хунцзэ, якая «высокая каля берага зімой і вясной і нізкая ў цэнтральнай частцы».

