[Применение гиперспектральных методов] Мониторинг цианобактерий в озере Тайху на основе спутниковых данных Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao)

Введение

Технология спутникового дистанционного зондирования играет решающую роль в мониторинге качества внутренних водоемов, позволяя получать ключевые параметры качества воды на больших территориях относительно быстро и с низкими затратами. Однако мониторинг качества внутренних водоемов также предъявляет высокие требования к технологии спутникового дистанционного зондирования: для небольших водоемов требуется высокое пространственное разрешение; быстро меняющееся качество воды требует высокого временного разрешения; а сложные и изменчивые оптические характеристики водоемов требуют высокого спектрального разрешения. Поэтому спутниковые данные, одновременно отвечающие требованиям высокого пространственного, временного и спектрального разрешения, обладают значительными преимуществами в мониторинге внутренних водоемов.

Фикоцианин (ФЦ) — распространённый копигмент в цианобактериях. Его пик поглощения сосредоточен в диапазоне примерно 620–650 нм, поэтому в этом диапазоне будет наблюдаться локальное снижение поглощения (или относительно низкая отражательная способность).

При наличии обильного сообщества цианобактерий на поверхности воды значение Rrs(l) в этой полосе поглощения будет относительно меньше, и обычно по обе стороны от полосы поглощение незначительно или отсутствует. На основе этого принципа «локального понижения» глубину поглощения можно количественно определить методом «высота пика/базовая линия», что служит индикатором присутствия и концентрации PC.

Методы и принципы

Для расчетов были выбраны данные об отражательной способности поверхности, полученные со спутников Sentinel-2 L2C и Xiguang-1 05 (Тяньсяньпэй), пролетевших над этим районом примерно 18 июня 2025 года. Облачность составляла менее 10%, а погода была ясной до и после пролета спутников над этим районом.

Таблица 1. Параметры спутника «Сигуан-1 05» (Тяньсяньпэй)

Таблица 2. Параметры полосы Sentinel-2.

Индекс фикоцианина (PCI)

Оптимальный гиперспектральный диапазон — 620–650 нм. В качестве базовой линии выполняется линейная интерполяция между 600 нм и 650 нм. Разница между этим базовым значением на 620 нм и фактическим значением Rrs(620) затем используется в качестве PCI. Если разница отрицательная (поглощение), для выражения «интенсивности поглощения» обычно используется абсолютное значение или противоположный знак.

Анализ результатов

В данном сравнении используются данные со спутников Xiguang-1 05 (также известного как Tianxianpei) и Sentinel-2. Результаты сравнения следующие:

Рисунок 1. Составное RGB-изображение Sentinel-2 20250616

Рисунок 2. RGB-синтез звезды Сигуан № 1 05 (Тяньсяньпэйхао) 20250618

Рисунок 3. Распределение PCI по данным Sentinel-2 (20250616)

Рисунок 4. Карта распределения PCI спутника Xiguang-1 05 (Tianxianpei) 20250618

Сравнение приведенных выше карт распределения показывает, что пространственные тенденции распределения спутников Xiguang-1 05 (Тяньсяньпэй) и Sentinel-2 PCI в целом достаточно согласованы и схожи. В западной части озера Тайху наблюдается сильное цветение цианобактерий, вероятно, из-за концентрации рек, впадающих в озеро и приносящих большое количество питательных веществ, способствующих росту водорослей, что приводит к цветению цианобактерий и повышению концентрации хлорофилла а. Центральная и восточная части озера Тайху менее затронуты, что приводит к лучшему качеству воды, чем в западной части. В восточной части озера произрастают водные растения, и концентрация хлорофилла а ниже. Центральная часть озера представляет собой крупномасштабную зону распространения цветения; если цветение происходит летом, оно охватывает большую площадь. Цветение редко встречается в юго-западной части озера, а в восточной части озера Тайху цветения практически не наблюдается, что указывает на более благоприятную среду в восточной части озера. В центральной части озера существуют некоторые различия, в основном из-за вариаций времени прохождения спутниковых сигналов; Летние цветения цианобактерий в озере Тайху демонстрируют значительные временные различия.

В целом, индекс PCI спутника Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao) демонстрирует высокую степень согласованности и применимости с результатами данных Sentinel-2.