Гиперспектралдык хлорофилл индексине негизделген Тайху көлүн талдоо учуру

Алдын ала маалымат

Спутниктик аралыктан зонддоо технологиясы ички суунун сапатын көзөмөлдөөдө чечүүчү ролду ойнойт, бул чоң аймактагы суунун сапатынын негизги параметрлерин тез жана арзан баада алууга мүмкүндүк берет. Бирок, ички суунун сапатын көзөмөлдөө спутниктик аралыктан зонддоо технологиясына да жогорку талаптарды коёт: кичинекей суу объектилери жогорку мейкиндик чечилишин талап кылат; суунун сапатынын тез өзгөрүшү жогорку убакыт чечилишин талап кылат; ал эми суу объектилеринин татаал жана өзгөрүлмө оптикалык мүнөздөмөлөрү жогорку спектрдик чечилишти талап кылат. Ошондуктан, бир эле учурда жогорку мейкиндик, жогорку убакыт жана жогорку спектрдик чечилишке жооп берген спутниктик маалыматтар ички сууларды мониторингдөөдө олуттуу артыкчылыктарга ээ.

Хлорофилл а суунун сапатынын маанилүү параметри жана балырлардагы негизги пигмент болуп саналат. Ал ар кандай балырлардын жалпы биомассасын жана таралышын чагылдырып, суу объектилериндеги эвтрофикация даражасын өлчөй алат.

Балырлардын гүлдөө мезгилинде суу объектисинин көпчүлүк аймактарында хлорофиллдин концентрациясы жалпысынан 100 мг/м³ден ашат.^-3Бул учурда, хлорофилл А концентрациясы балырлардын гүлдөшү үчүн эрте эскертүүчү индикатор катары жетишсиз болуп калат. Балырлардын гүлдөшүнө чейин же башында суу объектилериндеги хлорофилл А концентрациясын көзөмөлдөө балырлардын биомассасы жана суунун сапаты жөнүндө маалымат бере алат, бул балырлардын гүлдөшүн эрте эскертүү жана максаттуу түрдө алдын алуу үчүн чоң мааниге ээ.

Методдор жана принциптер

Бул изилдөөдө ар кандай хлорофилл индекстерин эсептөө үчүн 2025-жылдын 18-июнунда Сигуан-1 05 спутниги (Тяньсяньпей) тарабынан тартылган Тайху көлүнүн аймагынын гиперспектралдык сүрөттөрү колдонулган жана тиешелүү индекстин жыйынтыктарынын негизинде Тайху көлүнүн аймагынын суунун сапаты талданган.

1-таблица. Маалыматтарды киргизүү

Бул учурда, индексти эсептөө атмосфералык жактан оңдолгон L2C деңгээлинин чагылдыруу маалыматтарын колдонот. Конкреттүү операциялык жол-жобосу төмөнкүдөй:

1. Маалыматтарды алдын ала иштетүү

Радиометриялык калибрлөө: Радиометриялык коррекция көрүнгөн нурлануу маалыматтарын алуу үчүн нурлануу менен камсыздалган радиометриялык калибрлөө коэффициенттерин колдонуу менен чийки DN маанисинин маалыматтары боюнча жүргүзүлөт. Муну ENVIдеги Радиометриялык калибрлөө куралын колдонуу менен жасоого болот.

Атмосфералык коррекция: Атмосфералык коррекция ENVIдеги FLAASH атмосфералык коррекция куралы сыяктуу беттик чагылтуу маалыматтарын алуу үчүн 6S же MODTRAN моделдерине негизделген атмосфералык коррекция куралдарын колдонуу менен жүргүзүлөт.

Спектрдик тегиздөө: Савицкий-Голай (SG) алгоритми ENVIдеги беттик чагылдыруу маалыматтарын тегиздөө үчүн колдонулат, бул спектрдик ызы-чууну азайтат жана кийинки байланыштуу индекс эсептөөлөрүнүн ишенимдүүлүгүн жогорулатат.

Суу объектисинин маскасы: Тайху көлүнүн аймагы суу объектисинин индексин эсептөө үчүн беттин чагылдыруу санын нормалдаштыруу жана эсептөөнүн жыйынтыктарынын гистограммасына негизделген тиешелүү босогону тандоо менен алынат.

Индексти эсептөө: Спектрдик индекстерди эсептегиле.

2. Спектрдик индексти эсептөө

• ЖЕТИ

Суу объектисинин көлөмү спектрдик индекс ыкмасын колдонуу менен алынган. Тактап айтканда, нормалдаштырылган айырма суу индекси (NDWI) FLASH тарабынан иштетилген беттик чагылдыруу сүрөтүнүн негизинде эсептелген. Андан кийин, NDWI сүрөтүнүн гистограммасынын негизинде суу объектисин алууну аяктоо үчүн босого коюлган. Эсептөө формуласы төмөнкүдөй:

• Эки тилкелүү катыш индекси (BR)

705 нм жана 671 нм диапазондорундагы R аралыктан зонддоо чагылдыруусу_rs​Бул катыш хлорофилл спектриндеги айырмачылыктарды баса белгилейт жана эсептөө формуласы төмөнкүдөй:

• Нормалдаштырылган Дихлорофилл индекси (NDCI)

705 нм жана 671 нм тилкелеринин ортосундагы чагылуу коэффициентинин нормалдаштырылган айырмасын хлорофиллге байланыштуу жер үстүндөгү өзгөчөлүктөр (мисалы, балырлар жана өсүмдүктөр) жөнүндө маалымат алуу үчүн колдонсо болот. Эсептөө формуласы төмөнкүдөй:

• Үч тилкелүү индекс (TBI)

671 нм жана 705 нм тилкелериндеги чагылышуунун өз ара айырмасын бириктирип, андан кийин аны 731 нм тилкесиндеги чагылышууга көбөйтүү, лай суудагы лайлуулуктун өзгөрүүлөрүн же айырмачылыктарын белгилөө үчүн колдонулушу мүмкүн. Эсептөө формуласы төмөнкүдөй:

Жыйынтыктарды көрсөтүү

1-сүрөт. Чыныгы түстөгү курама сүрөт (Xiguang-1 05 спутниги (Tianxianpei), 20250618)

Тайху көлүнүн аймагындагы SG чыпкалоосуна чейин жана андан кийинки спектрдик ийри сызыктарды салыштыруу (чагылышуу 10 000 эсеге жогорулаган, Сигуан-1 05 спутниги (Тяньсяньпей), 20250406)

2-сүрөт. SG чыпкалоодон мурун жана кийин спектрдик ийри сызыктарды салыштыруу.

Жогоруда айтылган сууну алуу жана индексти эсептөө Сигуан-1 05 спутнигинде (Тяньсяньпей) жүргүзүлүп, төмөнкү натыйжалар алынган:

3-сүрөт. Эки тилкелүү катыш индексинин (BR) бөлүштүрүлүшү (Xiguang-1 05 спутниги (Tianxianpei), 20250618)

4-сүрөт. Нормалдаштырылган дихлорофилл индексинин (NDCI) бөлүштүрүлүшү (Сигуан № 1 05 спутниги (Тяньсяньпей), 20250618)

5-сүрөт. Үч тилкелүү индекстин (TBI) бөлүштүрүлүшү (Xiguang-1-05 спутниги (Tianxianpei), 20250618)

Жогорудагы сүрөттөрдө көрсөтүлгөн жыйынтыктар BR жана TCDI индекстеринин жалпы бөлүштүрүлүшү жагынан салыштырмалуу ырааттуу, ал эми TBI бөлүштүрүлүшү айрым айырмачылыктарды көрсөтүп турат. Жалпысынан алганда, Тайху көлүнүн батыш аймагында балырлардын гүлдөшү катуу байкалат, гүлдөгөн жерлердин жанында хлорофиллдин А концентрациясы жогору. Себеби Тайху көлүнүн батыш бөлүгүндө дарыялар көлгө куюп, көп өлчөмдөгү азык заттарды алып келип, балырлардын тез өсүшүнө жана ошону менен цианобактериялардын гүлдөшүнө жана хлорофиллдин А концентрациясынын жогорулашына алып келет. Тайху көлүнүн борбордук жана чыгыш аймактары аз жабыркаган, бул батыш Тайху көлүнө караганда суунун сапатын жакшыртат. Көлдүн чыгыш бөлүгүндө суу өсүмдүктөрү өсөт, ал эми хлорофиллдин А концентрациясы төмөн.

Тарыхый маалыматтарды талдоо көрсөткөндөй, Тайху көлүнүн түндүк-батыш булуңдары, анын ичинде Жушань булуңу жана Мэйлян булуңу цианобактериялардын гүлдөөсү эң көп кездешкен аймактар ​​болуп саналат жана бул үч аймакта эң катуу гүлдөө байкалат. Жер үстүндөгү балырлар шамал жана толкундардын таасирине кабылат. Бир жагынан, алар агым менен кошо жылып, булуң аймактарында топтолуп, гүлдөрдү пайда кылат. Экинчи жагынан, жай мезгилинде Тайху көлүнүн аймагында басымдуулук кылган шамалдар чыгыш жана түштүк-чыгыш болгондуктан, цианобактериялар жер бетине чыкканда, алар шамалдын таасири астында көлдүн түндүгүнө жана батышына жылып, бул аймактардагы бар цианобактериялар менен биригип, катуу гүлдөөлөрдү пайда кылат.

Борбордук көл аймагы балырлардын кеңири таралган аймагы болуп саналат. Жай мезгилинде борбордук көл аймагында балырлар гүлдөгөндөн кийин, ал чоң аймакты ээлейт. Тарыхый жактан алганда, борбордук көл аймагында башка суу аймактарындагы балырлардын гүлдөө диапазонунан ашып түшкөн ири масштабдагы балырлар гүлдөгөн. Ал эми, түштүк-батыш көл аймагында балырлар сейрек кездешет, ал эми Тайху көлүнүн чыгыш аймагында балырлар дээрлик эч качан гүлдөгөн эмес, бул Тайху көлүнүн чыгыш аймагынын экологиясы салыштырмалуу жакшы экенин көрсөтүп турат.