การวิเคราะห์เชิงปริมาณของคลอโรฟิลล์เอในน้ำทะเลสาบโดยใช้การสำรวจระยะไกล

ภาพรวม

ในการศึกษาเบื้องต้น ได้มีการสร้างแบบจำลองการผกผันฟังก์ชันเชิงเส้นแบบไบนารี โดยใช้ข้อมูลจากจุดเก็บตัวอย่างในทะเลสาบ 20 จุด เมื่อวันที่ 15 มกราคม 2569 รวมถึงข้อมูลดาวเทียม Sentinel-2 ที่โคจรผ่านในช่วงเวลาเดียวกัน โดยใช้การผสมผสานของแถบคลื่นความถี่ที่แตกต่างกัน

โดยใช้ข้อมูลจากดาวเทียม Sentinel-2 ที่โคจรผ่านในช่วงเวลาเดียวกัน ข้อมูลดังกล่าวได้รับการวิเคราะห์สำหรับทะเลสาบหลัวมาและทะเลสาบเฉาหูทะเลสาบไท่ผิงการศึกษานี้มุ่งเน้นไปที่ทะเลสาบหลงกาน ทะเลสาบต้ากวน ทะเลสาบกู่เฉิง และทะเลสาบวาบู โดยเก็บรวบรวมข้อมูลความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์เอ (Chl-a) จากสถานีต่างๆ ณ วันที่ 15 มกราคม 2569 (ตารางที่ 1) ใช้ผลิตภัณฑ์ Sentinel-2 multispectral analyzer (MSI) Level-2A ซึ่งครอบคลุม 10 แถบคลื่น (B1~B9 รวมถึง B8A) ข้อมูลได้มาจาก...Google Earth Engineรับ.

ในกระบวนการจับคู่เชิงพื้นที่ระหว่างผลลัพธ์การผกผันจากการสำรวจระยะไกลและข้อมูลสถานีที่วัดได้ จะใช้หน้าต่างขนาด 3×3 พิกเซลสำหรับการสกัดร่วมกัน เพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการตรวจสอบและลดความไม่แน่นอนที่เกิดจากผลกระทบของขนาด

ขั้นตอนการดำเนินการโดยละเอียดมีดังต่อไปนี้:

(1) หน้าต่างตำแหน่งและการสกัดโดยใช้พิกัดของสถานีตรวจวัดเป็นจุดศูนย์กลาง ค้นหาพิกเซลข้างเคียงที่ใกล้ที่สุดในภาพ และดึงค่าผกผันของคลอโรฟิลล์เอทั้งหมดภายในหน้าต่างขนาด 3×3 ที่มีจุดศูนย์กลางอยู่ที่พิกเซลนั้น

(2) การควบคุมคุณภาพและสถิติ:

ลบค่าที่ไม่ถูกต้องภายในหน้าต่าง (เช่น เครื่องหมายมาสก์เมฆ พิกเซลพื้นดิน ค่าผกผันที่เกินช่วงที่สมเหตุสมผลทางกายภาพ เป็นต้น)

จำนวนพิกเซลที่ถูกต้องต้องมีอย่างน้อย 5 พิกเซล มิฉะนั้น ข้อมูลสำหรับไซต์นั้นจะถูกทำเครื่องหมายว่า "ไม่พบการจับคู่" และถูกลบออก

ค่าเฉลี่ยเลขคณิตของพิกเซลที่มีประสิทธิภาพที่เหลืออยู่จะถูกคำนวณและใช้เป็นค่าตัวแทนการผกผันการสำรวจระยะไกลขั้นสุดท้ายสำหรับสถานีที่ทำการวัด

แบบจำลองที่เหมาะสมที่สุดซึ่งได้มาจากงานวิจัยก่อนหน้านี้ถูกนำไปประยุกต์ใช้กับทะเลสาบอื่นๆ โดยตรง และได้ประเมินความสามารถในการใช้งานโดยทั่วไปโดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์การกำหนด (R²), ค่าความคลาดเคลื่อนกำลังสองเฉลี่ย (RMSE) และค่าความคลาดเคลื่อนสัมบูรณ์เฉลี่ย (MAE)

ค่าสัมประสิทธิ์การกำหนด (R²):

ค่าความคลาดเคลื่อนกำลังสองเฉลี่ยราก (RMSE):

ค่าความคลาดเคลื่อนสัมบูรณ์เฉลี่ย (MAE):

แบบจำลองการผกผันก่อนหน้านี้ถูกนำไปใช้กับทะเลสาบแต่ละแห่ง และได้แผนที่การผกผันดังต่อไปนี้:

รูปที่ 1.ภาพถ่ายดาวเทียมเซนติเนล 2 ที่เฉาหู

รูปที่ 2.แผนที่แสดงการกระจายตัวของผลลัพธ์การผกผันของคลอโรฟิลล์เอในเมืองเฉาหู

รูปที่ 3.ภาพถ่ายจากดาวเทียม Sentinel-2 ของทะเลสาบกู่เฉิง

รูปที่ 4.แผนที่แสดงการกระจายตัวของผลลัพธ์การผกผันของคลอโรฟิลล์เอในทะเลสาบกู่เฉิง

รูปที่ 5.ภาพถ่ายจากดาวเทียม Sentinel-2 ของทะเลสาบโลมา

รูปที่ 6.แผนที่แสดงการกระจายตัวของคลอโรฟิลล์เอที่ผกผันกันในทะเลสาบลูโอมา

รูปที่ 7.ภาพถ่ายทะเลสาบไท่ผิงจากดาวเทียมเซนติเนล 2

รูปที่ 8.แผนที่แสดงการกระจายตัวของคลอโรฟิลล์เอที่ผกผันในทะเลสาบไท่ผิง

ค่าสัมประสิทธิ์การกำหนด (R²) เท่ากับ 0.7589 ค่าความคลาดเคลื่อนกำลังสองเฉลี่ย (RMSE) เท่ากับ 0.002143 และค่าความคลาดเคลื่อนสัมบูรณ์เฉลี่ย (MAE) เท่ากับ 0.001189 ซึ่งสะท้อนให้เห็นว่าแบบจำลองการผกผันแสดงลักษณะ "ความเหมาะสมปานกลางและการจำแนกตามภูมิภาค" ในการตรวจสอบความถูกต้องข้ามทะเลสาบ ความคลาดเคลื่อนของการผกผันค่อนข้างน้อยในเขตปากแม่น้ำและพื้นที่ที่มีความเข้มข้นต่ำ แบบจำลองที่สถานีทั้งสามแห่งแสดงให้เห็นถึงความไวที่ไม่เพียงพอในพื้นที่ที่มีชีวมวลสูงทางฝั่งตะวันตกของทะเลสาบเฉาหู ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับสารตกค้างจากการเจริญเติบโตของสาหร่ายในฤดูหนาวและผลกระทบของการเชื่อมโยงสเปกตรัมของสารแขวนลอย-คลอโรฟิลล์ ความคลาดเคลื่อนของการกระจายเชิงพื้นที่และ...คุณสมบัติทางแสงของน้ำค่าความชันมีความสอดคล้องกันสูง ระบบการผกผันที่มีความขุ่นสูงมีค่าต่ำอย่างเป็นระบบ ในขณะที่แหล่งน้ำลึกและสะอาด (ทะเลสาบไท่ผิง) มีค่าค่อนข้างคงที่ ซึ่งยืนยันกฎการผกผันจากการสำรวจระยะไกลที่ว่า "ประเภทของแหล่งน้ำมีอิทธิพลต่อการตอบสนองของแบบจำลอง" โดยรวมแล้ว แบบจำลองสามารถปรับตัวได้ดีกับภูมิภาคที่มีความสม่ำเสมอค่อนข้างสูง โดยมีพื้นหลังทางแสงของแหล่งน้ำ และมีความสามารถในการประยุกต์ใช้ในระดับภูมิภาคสำหรับการผกผัน ผลลัพธ์โดยทั่วไปมีคุณค่าในทางปฏิบัติ

เนื่องจากการคำนวณย้อนกลับนี้อาศัยข้อมูลสถานีเพียงวันเดียว และความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์เอในน้ำต่ำในฤดูหนาว อีกทั้งข้อมูลภาพได้รับผลกระทบอย่างมากจากเมฆปกคลุม ดังนั้นในอนาคตจะมีการเก็บรวบรวมข้อมูลหลายช่วงเวลาเพื่อเพิ่มขนาดตัวอย่างสำหรับการคำนวณย้อนกลับหลายครั้ง