铜绿微囊藻生物光学特性和遥感识别

摘要：近几十年来,随着我国工农业的迅速进展,水体受到污染,导致水体富营养化日趋严重,巢湖、滇池和太湖几乎每年都暴发蓝藻水华,水华暴发的藻种以蓝藻门的微囊藻为优势藻种。由此迫切需要准确的提取水体微囊藻含量,为水华遥感预警提供依据。本探讨选取了中国内陆湖泊中常见的藻种铜绿微囊藻、普通小球藻和梅尼小环藻进行实验室培养,测定了在实验室培养条件下单种藻类及按照不同比例混合藻类的生物光学参数,浅析了铜绿微囊藻与其他两种藻类的表观光学特性和固有光学特性的差别；同时,利用铜绿微囊藻与普通小球藻吸收特性的差别,提取其识别特点波段,并结合混合藻类的吸收特性,建立了铜绿微囊藻实验室条件下的识别方式；进而利用该识别方式结合太湖野外数据,实现了太湖水体铜绿微囊藻比例的识别,并浅析了其分布特点。论文得到以下结论：1.铜绿微囊藻与普通小球藻和梅尼小环藻的生物光学特性差别比较浅析了铜绿微囊藻与其他两种藻的吸收特性,最大差别在于铜绿微囊藻在620nm附近具有吸收峰,普通小球藻和梅尼小环藻在该波段并未出现吸收峰,这是由其所含特有的色素藻蓝蛋白引起的。在散射方面,铜绿微囊藻与其他两种藻的散射峰与谷的位置具有较大差别,铜绿微囊藻的散射光谱特点较为单一,随着浓度的增加,在410nm附近具有散射峰,而普通小球藻在525nm处具有散射峰,在435nm和675nm具有散射谷,梅尼小环藻则在690nm处有散射谷。以后向散射特点看,普通小球藻和梅尼小环藻的光谱曲线特点相似,在440nm、532nm和676nm处具有显著的后向散射峰；铜绿微囊藻只有在440nm处有显著的后向散射峰,在510nm处有着一个后向散射次峰,在510-715nm波段随着波长增加而递减。此外,在反射率光谱特点上也有着较大差别,铜绿微囊藻在440nm和675nm处具有反射谷,在550nm和700nm附近有反射峰,这与普通小球藻的反射率光谱相近,而梅尼小环藻的反射峰则出现在700nm和800nm附近,反射谷则出现在500nm和660nm附近,铜绿微囊藻和其他两种藻的最显著的差别主要是在620nm处具有显著的反射谷。2.实验室条件下铜绿微囊藻识别方式利用铜绿微囊藻和普通小球藻的吸收光谱曲线,计算获取它们的平均标准化吸收系数,浅析了铜绿微囊藻与普通小球藻的识别特点波段,结合不同比例混合藻吸收光谱曲线,利用多元线性回归建立了铜绿微囊藻的识别方式,取得了较高的识别精度。3.太湖水体铜绿微囊藻比例识别及其分布特点利用太湖实测不同湖区及梅梁湾不同深度的吸收光谱曲线,进行了铜绿微囊藻比例识别,得到铜绿微囊藻比例的空间分布和垂直剖面分布。在空间分布上看,铜绿微囊藻比例最低值出现在南部沿岸区,最高值在湖心区,此外,竺山湖和贡湖的铜绿微囊藻平均比例都较高,都达到了90%以上,而同样位于北部湖区的梅梁湾铜绿微囊藻的比例较低,平均比例只有56.41%,另外,在沿岸湖区中,南部沿岸区和东部沿岸区的铜绿微囊藻比例较低,平均比例分别为28.59%和34.44%,而在西部沿岸区微囊藻的比例较高,平均值为77.93%。同时,浅析了铜绿微囊藻比例在垂直剖面上的差别,大部分样点比例最低出现在120cm深度,而最高值往往出现在40cm或80cm深度,另外,平均微囊藻比例由水体表层至水体底层,呈先增加后降低的走势,在40cm深度达到最高,在120cm处比例最低。关键词：生物光学特性论文铜绿微囊藻论文识别论文太湖论文

摘要5-7

ABSTRACT7-10

目录10-12

图目录12-13

表目录13-14

第1章 绪论14-19

1.1 选题背景与探讨作用14-15

1.2 国内外探讨进展15-16

1.2.1 藻类生物光学特性探讨近况15

1.2.2 藻类识别探讨近况15-16

1.3 探讨目标和内容16-17

1.3.1 探讨目标16-17

1.3.2 探讨内容17

1.3.3 拟解决的关键不足17

1.4 技术路线17-18

1.5 论文组织结构18-19

第2章 实验设计与数据采集19-25

2.1 实验设计19-20

2.1.1 藻种选择与培养19-20

2.1.2 实验案例20

2.2 藻类光学参数及水体组分浓度的采集策略20-25

2.2.1 遥感反射率(Rrs(λ))20-22

2.2.2 藻类吸收系数(a_(ph)(λ))22

2.2.3 藻类散射系数(b_p(λ))22-23

2.2.4 藻类后向散射系数(b_(bp)(λ))23-24

2.2.5 叶绿素a浓度(C_(cha))24-25

第3章 铜绿微囊藻生物光学特性浅析25-38

3.1 铜绿微囊藻固有光学特性浅析25-34

3.1.1 铜绿微囊藻吸收特性浅析25-29

3.1.2 铜绿微囊藻散射特性浅析29-31

3.1.3 铜绿微囊藻后向散射特性浅析31-34

3.2 铜绿微囊藻表观光学特性浅析34-37

3.2.1 铜绿微囊藻遥感反射率特点浅析35-37

3.3 小结37-38

第4章 铜绿微囊藻识别方式的建立38-49

4.1 识别原理38-39

4.2 铜绿微囊藻与普通小球藻识别39-47

4.2.1 混合藻类吸收特点39-40

4.2.2 藻类吸收系数标准化40-41

4.2.3 识别特点提取41-44

4.2.4 结果浅析44-47

4.3 小结47-49

第5章 太湖水体铜绿微囊藻识别及其分布特点49-56

5.1 材料与策略49-52

5.1.1 太湖藻类组成和湖区分区49

5.1.2 采样点分布49-50

5.1.3 数据浅析50-52

5.2 太湖藻类分布特点52-56

5.2.1 空间分布特点52-53

5.2.2 垂直分布特点53-56

第6章 结论与展望56-58

6.1 结论56-57

6.2 论文中的革新与不足之处57

6.2.1 革新之处57

6.2.2 不足之处57

6.3 展望57-58