Pembalikan kuantitatif klorofil a dalam air tasik menggunakan penderiaan jauh
Gambaran Keseluruhan
Klorofil a Klorofil a ialah pigmen fotosintetik utama fitoplankton dan sering digunakan sebagai penunjuk biojisim fitoplankton, menjadikannya komponen penting dalam pengurusan persekitaran air. Kepekatan klorofil a (Chla) ialah penunjuk utama untuk menilai tahap eutrofikasi dalam badan air dan mengkaji kitaran karbon dalam persekitaran akuatik; pemerolehannya yang cepat dan tepat adalah penting untuk pengurusan ekologi tasik.
Kaedah tradisional untuk menilai status trofik tasik terutamanya bergantung pada persampelan dan analisis in-situ. Walau bagaimanapun, kaedah ini mudah terdedah kepada pengaruh cuaca dan persekitaran tempatan, dan proses persampelan dan pengujian memakan masa, intensif tenaga kerja, dan mahal, menjadikannya sukar untuk memantau eutrofikasi tasik pada skala spatiotemporal yang halus. Sebaliknya, teknologi penderiaan jauh menawarkan kelebihan seperti liputan yang luas, pemerolehan data yang cepat, dan masa pemprosesan yang singkat, mengatasi banyak kekurangan persampelan kualiti air tradisional. Oleh itu, ia telah digunakan secara meluas untuk pemantauan persekitaran air tasik dan ekologi akuatik.
Walau bagaimanapun, ciri-ciri optik badan air pedalaman adalah sangat serantau dan bermusim, dan pelbagai algoritma untuk penyongsangan klorofil-a masih terhad oleh musim dan lokasi geografi, mengakibatkan ketidakkonsistenan dalam model penyongsangan yang ditetapkan berdasarkan parameter kualiti air di kawasan kajian yang berbeza. Oleh itu, kertas kerja ini menggunakan model penyongsangan yang ditetapkan sebelum ini untuk tasik yang berbeza untuk menilai kesejagatannya.
data
Model penyongsangan:
Dalam kerja awal, model penyongsangan fungsi linear binari telah diwujudkan dengan menggunakan data daripada 20 titik persampelan tasik pada 15 Januari 2026, serta data satelit Sentinel-2 yang melalui tempoh yang sama, melalui kombinasi jalur gelombang yang berbeza.
Tasik Pengesahan
Menggunakan data satelit Sentinel-2 yang melalui tempoh yang sama, data tersebut telah dianalisis untuk Tasik Luoma dan Tasik Chaohu.Tasik TaipingKajian ini tertumpu terutamanya pada Tasik Longgan, Tasik Daguan, Tasik Gucheng dan Tasik Wabu, dengan mengumpul data kepekatan Chl-a dari pelbagai stesen sehingga 15 Januari 2026 (Jadual 1). Produk penganalisis multispektral Sentinel-2 (MSI) Tahap-2A telah digunakan, meliputi 10 jalur (B1~B9, termasuk B8A). Data diperoleh daripada...Enjin Google EarthDapatkan.
Kaedah penilaian
Dalam proses pemadanan ruang antara keputusan penyongsangan penderiaan jauh dan data stesen yang diukur, tetingkap 3×3 piksel digunakan untuk pengekstrakan kolaboratif bagi meningkatkan ketepatan pengesahan dan mengurangkan ketidakpastian yang disebabkan oleh kesan skala.
Proses pelaksanaan khusus adalah seperti berikut:
(1) TingkapLokasi dan PengekstrakanBerpusat pada koordinat stesen pemantauan, cari piksel jiran terdekatnya dalam imej dan ekstrak semua nilai penyongsangan klorofil-a dalam tetingkap kejiranan 3×3 yang berpusat pada piksel tersebut.
(2) Kawalan kualiti dan statistik:
Alih keluar nilai yang tidak sah dalam tetingkap (seperti penanda topeng awan, piksel tanah, nilai terbalik yang melebihi julat yang munasabah secara fizikal, dsb.);
Bilangan piksel yang sah mestilah ≥5; jika tidak, data untuk tapak tersebut akan ditanda sebagai "padanan gagal" dan dialih keluar.
Purata aritmetik bagi piksel berkesan yang tinggal dikira dan digunakan sebagai nilai perwakilan songsangan penderiaan jauh akhir untuk stesen yang diukur;
Model optimum yang diperoleh daripada kajian terdahulu telah digunakan secara langsung pada tasik-tasik lain, dan kebolehgunaannya secara amnya dinilai menggunakan pekali penentuan (R²), ralat punca min kuasa dua (RMSE), dan ralat min mutlak (MAE).
Pekali penentuan (R²):

Ralat Punca Purata Kuasa Dua (RMSE):

Ralat Mutlak Purata (MAE):

Keputusan dan Analisis
Model penyongsangan sebelumnya telah digunakan untuk setiap tasik, dan peta penyongsangan berikut telah diperolehi:

Rajah 1.Imej Sentinel-2 di Chaohu

Rajah 2.Peta taburan penyongsangan klorofil a menghasilkan Chaohu

Rajah 3.Imej Sentinel-2 bagi Tasik Gucheng

Rajah 4.Peta taburan penyongsangan klorofil a menghasilkan di Tasik Gucheng

Rajah 5.Imej Sentinel-2 bagi Tasik Luoma

Rajah 6.Peta taburan penyongsangan klorofil a menghasilkan di Tasik Luoma

Rajah 7.Imej Sentinel-2 Tasik Taiping

Rajah 8.Peta taburan penyongsangan klorofil a mengakibatkan di Tasik Taiping

Pekali penentuan (R²) ialah 0.7589, ralat punca min kuasa dua (RMSE) ialah 0.002143, dan ralat min mutlak (MAE) ialah 0.001189, menunjukkan bahawa model penyongsangan mempamerkan ciri-ciri "kepadanan sederhana dan pembezaan serantau" dalam pengesahan merentas tasik. Bias penyongsangan agak kecil di zon muara dan kawasan berkepekatan rendah. Model di tiga stesen menunjukkan kepekaan yang tidak mencukupi di kawasan biojisim tinggi di pantai barat Tasik Chaohu, mungkin berkaitan dengan sisa mekar alga musim sejuk dan kesan gandingan spektrum bahan terampai-klorofil. Bias taburan ruang dan...Sifat optik airKecerunannya sangat konsisten—sistem penyongsangan kekeruhan yang tinggi secara sistematiknya rendah, manakala jasad air yang dalam dan bersih (Tasik Taiping) agak stabil, mengesahkan peraturan penyongsangan penderiaan jauh bahawa "jenis jasad air mendominasi tindak balas model." Secara keseluruhan, model ini sangat mudah disesuaikan dengan kawasan yang agak homogen dengan latar belakang optik jasad air, dan mempunyai tahap kebolehgunaan serantau tertentu untuk penyongsangan. Hasilnya secara amnya mempunyai nilai praktikal.
Oleh kerana penyongsangan ini berdasarkan data stesen satu hari, dan kepekatan klorofil a dalam air adalah rendah pada musim sejuk dan data imej sangat dipengaruhi oleh litupan awan, pelbagai tempoh data akan dikumpulkan pada masa hadapan untuk meningkatkan saiz sampel bagi pelbagai penyongsangan.

