蒙古高原典型湖泊藻华光学特性与遥感监测技术研究——以乌梁素海为重点研究区

Inland lakes are the important part of the Terrestrial hydrosphere, and play significant roles on the regional economic development, climate and ecological balance. Lake algae bloom has become one of the world's major environmental problems. The algae bloom phenomenon has begun to appear in the Mongolian Plateau lakes in recent years with the growth of population and rapid development of industry and agriculture especially in the WuliangsuHai Lake. The WuliangsuHai Lake has appeared algae bloom from 2008 called Huang Tai. It not only cause widespread ecological system damage, but also pose a serious threat to drinking, tourism, production and human live. .The optical properties and remote sensing monitoring research of algal bloom will be carried out in the WuliangsuHai Lake. The Huang Tai algae bloom identification method will be constructed in this project, and the discussion of the early warning of Huang Tai bloom will also be carried out. Successful implementation of this project will offer technical support to revealing the mechanism of spatial and temporal pattern of Huang Tai algae bloom. At the same time, the project will have an important significance on monitoring and protection of the Mongolian Plateau lakes environment.

湖泊是陆地水圈的重要组成部分，对地区的经济发展、气候和生态平衡起着重要的作用。湖泊藻华发生是目前全世界共同面临的重大环境问题之一。蒙古高原湖泊众多，随着人口增长、工农业的快速发展，近几年开始出现藻华现象，其中最为严重的是乌梁素海。乌梁素海是世界同纬度最大淡水湖、自从2008年开始连年暴发藻华现象，称为黄苔藻华，不仅影响生态环境系统，而且对人们的饮水、旅游、生产和生活造成极大的威胁。.本项目以内蒙古乌梁素海为研究区，研究黄苔藻华水体光学性质及其机制，发展黄苔藻华遥感判别方法，探索黄苔藻华暴发前兆。本项目的研究可为揭示黄苔暴发的时空分布特征与机理提供技术支撑，对于蒙古高原湖泊水体环境监测与保护具有重要的现实意义。

蒙古高原湖泊众多，对北方干旱和半干旱地区的经济发展、气候和生态平衡起着重要的作用。随着工农业的发展，开始造成这些区域内陆水体的污染，其中最为严重的是乌梁素海。乌梁素海是我国八大淡水湖之一，由于长期受农田灌溉排水、工业废水和生活污水的影响，引起水体重度污染，湖水开始出现大量漂浮在水面的团块状黄色藻类，称为“黄苔”。大面积黄苔对湖区野生鸟类栖息和鱼类生存造成极大威胁。因此，乌梁素海黄苔藻华暴发的监测、预警、控制、治理已成为人们关注的重要环境问题。.项目组在研究区实地调查得到的实测数据主要包括叶绿素a浓度、总氮总磷、溶解固体等水质参数和水深、透明度、水温等环境参量；不同类型水体的遥感反射率光谱和对应的现场照片和录像资料；遥感数据主要为Landsat-5 TM/ETM+和Landsat-8 OLI数据。.基于乌梁素海的实测数据和遥感数据，开展了叶绿素a为主水体、悬浮物为主水体和水生植被或黄苔水域的光学性质研究。改进已有的大气校正模型，开展Landsat-8 OLI数据的大气校正工作，对乌梁素海不同遥感数据的大气校正工作提供理论和技术支撑。建立了悬浮物浓度和总溶解固体含量的经验算法，进而分析其时空分布特征和影响因素，可知水下植物对水质参数反演的影响很大。因此基于非线性最优化算法，计算出水柱和底质对离水反射率的贡献，并模拟固有光学量、叶绿素a浓度和悬浮物浓度。此算法无需训练样本，并且能够同时获取多种生物光学参量，然而只适合于高光谱数据，而且在乌梁素海沉水植物区的适用性差，需要改进。基于现场观测的光谱数据和照片录像资料，检验了不同水体指数在乌梁素海区域的适用性，结果表明单一的指数并不能区分不同水体类型，然而结合不同指数区分水生植物、黄苔和开阔水体是可行的。