珠江口水体叶绿素荧光特性研究

1 材料与方法
11 1 研究海区及实验数据 本文选取珠江口海域为研究区域。本海域介于
21b08c- 22b45cN、112b50c- 114b20cE 之间, 是典 型的近岸二类水体环境[ 13] 。2003 年 1 月和 2004 年 1 月, 科技部中英科技合作项目小组在该海区开展
了现场观测, 得到了 37 个站点的实测遥感反射率 和叶绿素浓度, 观测站位见图 1。遥感反射率用美 国 OOI 公司的 SD2000 光谱仪观测, 叶绿素浓度用 荧光法测得, 有关测量方法见文献[ 3] ; 野外测量 和 数 据 质 量 控 制 均 按 照 《海 洋 调 查 规 范》 ( GB12763- 91) 和 《海洋监 测规范》 ( GB173781998) 的要求执行。实测叶绿素浓度范围为01 830 ) 2201 142mg # m- 3 , 其中 2003s7b 站点( 221 538bN , 1131 764bE ) 水 体 叶 绿 素 浓 度 达 到 2201 142m g # m- 3 , 明显高于其它站点, 且水色为暗红色, 似发 生水华, 因此该站点数据没有代表性, 统计分析过 程中予以剔除。
图 1 2003 年 1 月( a) 和 2004 年 1 月( b) 珠江口 海域观测站位图
F ig1 1 Sampling sites in Zhujiang Riv er estuar y in Jan. 2003 ( a) and Jan. 2004 ( b)
M ERIS 是搭载 在 ENV ISAT- 1 极轨对地观测 卫星上专门进行水色遥感的传感器, 共设 15 个波 段, 波 谱 范 围 412 ) 1 050nm , 星 下 点 分 辨 率
率数据, 叶绿素荧光峰的高度与叶绿素浓度之间存在良好的线性 关系, 叶绿素 荧光峰位置 与叶绿素浓 度之间不 存
在明显的相关关系, 但可作为叶绿素浓度数量级的有效探针。利用 2006 年 5 月和 8 月的珠江口 实测遥感反射率和
叶绿素浓度对拟合结果进行了检验, 结果表明其精度较高, 说明叶绿 素荧光特 征在探测叶 绿素浓度时 效果良好 且
M ERIS 数据在近岸二类水体叶绿素M ERI S; 荧光峰位置; 荧光峰高度; 遥感反射率
中图分类号: T P79; P 7311 14
文献标识码: A
文章编号: 1009- 5470( 2007) 04- 0015- 06
Research on chlorophyll fluorescence properties of water in Zhujiang River estuary
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热带海洋学报
第 26 卷
叶绿素浓度是衡量浮游植物分布、水体初级生 产力和富营养化状况的一个基本指标。准确探测海 水叶绿素浓度并分析其时空分布变化特征, 对海洋 生态研究、海洋- 大气系统中碳循环研究、全球变 化研究、海洋生物资源评价、海洋动力过程研究、 海洋环境监测、海洋渔业管理和赤潮灾害监测等都 具有重要意义。
目前海水叶绿素浓度的常规测定方法有分光光 度法[ 1] 、荧光法[ 2, 3] 、气相色谱法和高效液相色谱 法[ 4] 等。用遥感方法估算海水叶绿素浓度, 国内外 学者已经做了大量的研究, 广泛应用的算法有经验 统计算法[ 5, 6] 和基于模式的算法[ 7] 。这些算法存在 一个共同的特点, 即用于提取开阔大洋水体( 一类 海水) 的叶绿素浓度时精度较高, 而用于提取近岸 水体( 二类海水) 的叶绿素浓度时精度较低, 主要是 受算法的区域性限制和二类水体环境多变的水动力 条件及复杂的水体光谱特性的影响。因此, 二类水 体环境的叶绿素浓度的提取是遥感探测叶绿素浓度 的难点和重点。
Y A N G Jin- kun1 , CH EN Chu- qun1 , T A N G Sh-i lin1 , L IU Da- zhao1, 2
( 1. L ED , S ou th Chi na Se a I nsti t ute of Oc eanol ogy , Chi nese A cad emy of Sc ienc es, Gu angz hou 510301, Chi na; 2. Guang dong O cean Uni v er sit y , Zhanj i ang 524088, Ch ina)
Abstract: Based on the in- sit u remo te sensing ref lect ance co llect ed in t he Zhujiang River est uary in Jan. 2003 and Jan. 2004, t he red and infrared r em ot e sensing r ef lect ance spectr a w it h 1nm bandw idt h and MERIS w av ebands 6 to 12 w ere calculated. Combining w it h t he synchro nous in- situ chlo rophy ll co ncent rat ions, t he co rrelat ion r elat ionships bet w een chlorophyll fluorescence pr opert ies and chloro phyll co ncent rat ions w er e concret ely analy zed and t hen t est ed by t he in- situ r em ot e sensing r ef lect ance and chlo rophy ll concent rat ions collect ed in t he Zhujiang River est uary in M ay and Aug. 2006. Go od linear r elat ionships bet w een t he f luorescence line heig ht s and chloro phyll concentrat ions w ere fo und bot h based on t he in- sit u ref lect ance spect ra wit h 1 nm bandw idt h and based o n t he simulat ed MERIS r em ot e sensing ref lect ance spect ra, w ith r2 of 01 896 and 01 898, and averag e relative erro rs o f 01 089 and 01 086, respect ively. A goo d exponent ial relat io nship bet w een f luorescence peak positions and chlo rophy ll concent rat ions w as fo und based on t he in- sit u reflectance spect ra w it h 1nm bandw idt h, wit h r2 of 01 902 and average relat iv e erro r of 01 042, respectively. No out standing correlation relationship between chlorophyll concentrations and fluorescence peak posit ions was f ound based on the simulated MERIS ref lectance spectra, but the MERIS peak posit ion could be taken as an effective magnitude index of chlorophyll concentration. It is indicated that chlorophyll fluorescence properties are effective in det ecting chlorophyll concent ration, and MERIS data is good at retrieving chlorophyll concent ration and monit oring w at er quality in coast al and inland environment s. Key words: chlo rophy ll concent ration; M ERIS; f luorescence peak posit ion; f luor escence line heig ht; rem ot e sensing ref lect ance spect rum
收稿日期: 2006- 12-15; 修订日期: 2007- 02-08。孙淑杰编辑 基金项目: 国家 973 项目( 2001CB409708) ; 广东省重点基金项目( 06105018) 作者简介: 杨锦坤( 1980 ) ) 男, 河北省沧县人, 硕士研究生, 主要从事海洋水色遥感研究。E-m ail: yangjk80529@ 1261 com * 感谢广州市海洋与渔业局史合印同志及其同仁在 2006 年 5 月和 8 月实验数据的测量和处理方面给予的大力帮助。
第26卷第4期 2007 年7月
热带 海 洋学 报
JOU R NA L OF T RO PICA L O CEAN O GRA PH Y
Vo l1 26, N o. 4 July , 2 0 0 7
珠江口水体叶绿素荧光特性研究*
杨锦坤1 , 陈楚群1 , 唐世林1 , 刘大召1, 2
( 1. 中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境动力学重点实验室, 广东 广州 510301; 2. 广东海洋大学, 广东 湛江 524088)
本文利用珠江口海域 2003 年 1 月和 2004 年 1 月现场实测的 300 ) 875nm 范围内的 01 38nm 带宽 ( 即光谱分辨率) 的遥感反射率, 通过光谱重采样分 别积分计算得到了 600 ) 800nm 范围内 1nm 带宽 和模拟中分辨率成像光谱仪 MERIS ( Medium Reso lut ion Imaging Spect romet er) 6 ) 12 波段的遥 感 反射率光谱数据。分别分析了基于 1nm 带宽光谱 数据时叶绿素荧光峰的高度和位置与叶绿素浓度之 间的关系, 并分析了基于模拟 M ERIS 光谱数据时 荧光高度法探测叶绿素浓度的效用。