Дистанционный мониторинг концентрации хлорофилла — важная основа для защиты и восстановления водных ресурсов.

Внутренние водоемы являются важной составляющей природных экосистем, от которых зависит выживание и развитие человечества, играя незаменимую роль в водоснабжении, борьбе с засухами и наводнениями, транспорте и судоходстве, регулировании климата, обеспечении среды обитания для организмов и поддержании биоразнообразия. В последние годы под влиянием деятельности человека и изменения климата внутренние водные ресурсы, водная среда и водные экосистемы сталкиваются с различными проблемами и угрозами. Эвтрофикация и вызванное ею цветение водорослей являются распространенными проблемами загрязнения внутренних водоемов, и вопрос поддержания устойчивого баланса между развитием водосборного бассейна и экологической координацией постепенно привлекает внимание соответствующих ведомств.

Мониторинг концентрации хлорофилла с помощью дистанционного зондирования

В настоящее время многочисленные ученые как в стране, так и за рубежом используют данные дистанционного зондирования для мониторинга концентрации хлорофилла а во внутренних реках, крупных озерах, водохранилищах и небольших городских водоемах. Этот метод мониторинга концентрации хлорофилла а во внутренних водоемах на основе дистанционного зондирования имеет важное практическое значение для усиления управления водной средой в водосборных бассейнах, контроля источников загрязнения и построения экологической цивилизации.

Хлорофилл-а является ключевым элементом фотосинтеза у цианобактерий, и его содержание относительно стабильно в планктоне, что облегчает его очистку и анализ в лабораторных условиях.Измерение содержания хлорофилла а в водоемах позволяет провести предварительную оценку степени эвтрофикации, что, в свою очередь, способствует лучшему пониманию качества воды.Таким образом, динамический мониторинг концентрации хлорофилла а во внутренних водоемах в течение длительного периода времени является важной предпосылкой для защиты и восстановления наземных водных ресурсов.

CAS Xiguang Aerospace - Инверсия концентрации хлорофилла

Когда солнечный свет проникает на поверхность внутренних водоемов из атмосферы, на границе раздела фаз водяного пара происходят оптические явления, такие как отражение, преломление и поглощение. Спектральные характеристики водоема, в конечном итоге регистрируемые датчиком, в основном определяются его собственными оптическими свойствами, составом веществ в воде, метеорологическими условиями и углом обзора датчика. В процессе прохождения солнечного света через атмосферную среду до поверхности воды небольшая его часть рассеивается атмосферой, а большая часть достигает поверхности воды. Большая часть света, прошедшего до поверхности воды, отражается, а оставшаяся часть проникает в водоем.

Зависимость между видимым световым диапазоном и спектральной отражательной способностью воды высокой чистоты практически линейна. При наличии в чистой воде других веществ кривая отражательной способности воды изменяется.Как вещество с высокой оптической чувствительностью, хлорофилл а при изменении своей концентрации будет демонстрировать соответствующие пики или впадины на спектральной кривой воды. На основе изучения характеристического спектра хлорофилла а можно реализовать инверсионный мониторинг и прогнозирование концентрации хлорофилла а в воде.  

CAS Xiguang Aerospace - Инверсия концентрации хлорофилла

На изображении выше показаны результаты определения концентрации хлорофилла а в Бохайском заливе, полученные Сианьской аэрокосмической группой Китайской академии наук методом инверсии. Как видно из изображения,Концентрация хлорофилла а у берега значительно выше, чем в водах, расположенных дальше от берега.  

В настоящее время данные, используемые для дистанционного мониторинга концентрации хлорофилла а во внутренних водоемах, в основном поступают из традиционных источников изображений, таких как мультиспектральные и гиперспектральные изображения. По сравнению с традиционными мультиспектральными данными, гиперспектральные датчики имеют больше полос, меньшую ширину полосы и значительно улучшенное спектральное разрешение, что делает их идеальным источником данных для инверсии качества внутренних вод. С развитием спектральной теории и методов инверсии гиперспектральные изображения постепенно приобретают все большее значение и широко используются в дистанционном мониторинге качества внутренних вод.