2020水華遙感與地面監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）

水華遙感與地面監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）ii目 次前言 ii適范圍 1規(guī)性用件 1術(shù)和義 1水遙監(jiān)測(cè) 3水地監(jiān)測(cè) 7水程評(píng)價(jià) 911水華遙感與地面監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范GB/T14950 GB/T30115 GB/T14950和GB/T30115界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。3.1水華 algalbloom淡水水體中藻類大量繁殖的一種自然生態(tài)現(xiàn)象，表觀特征為水體表面有藻類聚集或藻類顆粒懸浮在水體當(dāng)中。3.2藻密度 algaldensity單位體積水樣中藻類的細(xì)胞個(gè)數(shù)。單位：個(gè)/L。3.3水華積 algalbloomarea藻類漂浮在水面時(shí)覆蓋水體的面積。3.4水華積例 algalbloomareaproportion3.5水華度 algalbloomlevel反映水華發(fā)生的強(qiáng)弱特征，根據(jù)水體中藻密度的高低或水華面積比例的大小進(jìn)行判定。223.6標(biāo)準(zhǔn)彩合圖像 standardfalsecolorcompositeimage根據(jù)加色法彩色合成原理，將遙感圖像的近紅、紅、綠波段分別通過(guò)紅、綠、藍(lán)濾光系統(tǒng)合成產(chǎn)生的彩色圖像。3.7空間辨率 spatialresolution指像元代表的地面范圍的大小。3.8時(shí)間辨率 temporalresolution傳感器能夠重復(fù)獲得同一地區(qū)影像的最短時(shí)間間隔。3.9輻射標(biāo) radiometriccalibration根據(jù)遙感器的定標(biāo)方程和定標(biāo)系數(shù)，將其記錄的量化數(shù)字灰度值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的表觀輻亮度的過(guò)程。3.10幾何正 geometriccorrection為消除影像的幾何畸變而進(jìn)行的投影變換和不同波段影像的套合等校正工作。3.11大氣正 atmospherecorrection消除或減弱衛(wèi)星遙感影像獲取時(shí)在大氣傳輸中因吸收或散射作用引起的輻射畸變。3.12數(shù)字度值 digitalnumber（DN）由遙感器各波段獲取的反射或輻射能量量化而成的灰度等級(jí)。3.13表觀亮度 apparentradiance大氣層頂輻亮度，衛(wèi)星遙感器入瞳處的輻射亮度。3.14表觀射率 apparentreflectance表觀輻亮度與無(wú)大氣水平場(chǎng)景絕對(duì)白體假設(shè)下遙感器應(yīng)獲得入瞳輻亮度之間的比值。3.15地表射率 surfacereflectance地物表面反射能量與到達(dá)地物表面的入射能量的比值。3.16歸一植指數(shù) normalizeddifferencevegetationindex（NDVI）近紅外波段與可見光紅波段數(shù)值之差和這兩個(gè)波段數(shù)值之和的比值。333.17數(shù)字灰度值歸一化植被指數(shù)normalized differencevegetationindexofdigitalnumber（NDVIDN）基于數(shù)字灰度值（DN）計(jì)算得到的歸一化植被指數(shù)。3.18大氣層頂歸一化植被指數(shù)normalizeddifferencevegetationindexoftopofatmosphericreflectance（NDVITOA）利用大氣層頂表觀反射率計(jì)算得到的歸一化植被指數(shù)。3.19大氣層底歸一化植被指數(shù) normalizeddifferencevegetationindexofbottomofatmosphericreflectance（NDVIBOA）利用經(jīng)過(guò)大氣校正的地表反射率計(jì)算得到的歸一化植被指數(shù)。3.20常規(guī)測(cè) routinemonitoring以系統(tǒng)掌握監(jiān)測(cè)水體藻類狀況為目的的例行監(jiān)測(cè)行為。3.21預(yù)警測(cè) warningmonitoring3.22應(yīng)急測(cè) emergencymonitoring在水華暴發(fā)期，以跟蹤掌握監(jiān)測(cè)水體藻類水華狀況為目的的監(jiān)測(cè)行為。采用衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)藍(lán)藻水華主要是基于正常水體光譜與發(fā)生水華水體光譜的水體面積、藍(lán)藻水華面積和空間分布位置。44根據(jù)實(shí)際工作需要確定監(jiān)測(cè)頻次，條件允許時(shí)建議每天開展監(jiān)測(cè)。衛(wèi)星遙感影像DN值遙感影像預(yù)處理（衛(wèi)星遙感影像DN值遙感影像預(yù)處理（大氣校正，NDVI計(jì)算）歸一化植被指數(shù)歸一化植被指數(shù)（NDVI或NDVINDVI）水體區(qū)域的NDVI影像水體面積水華面積比例水華面積水華二值圖，0,1閾值分割水草掩膜云掩膜水體掩膜圖1 基衛(wèi)遙影數(shù)據(jù)測(cè)藻華術(shù)程（630nm～690nm）（760nm～900nm）90%基于參考影像或空間幾何信息，開展影像幾何精度校正和空間投影轉(zhuǎn)換，精度控制在1個(gè)像元內(nèi)。輻射定標(biāo)根據(jù)遙感器的定標(biāo)公式及各波段定標(biāo)系數(shù)進(jìn)行。輻射定標(biāo)公式的一般形式為：55LGain

（1）LDN——

-2s·r-1·μm-1；Gan·Os——·

-2s·r-1·μm-1；-2s·r-1·μm-1，空缺值0。遙感器不同波段各有其定標(biāo)系數(shù)。隨著遙感器的老化和功能衰退，定標(biāo)系數(shù)會(huì)有所改變。根據(jù)輻射定標(biāo)獲得的各波段表觀輻亮度，按照公式（2）計(jì)算各波段表觀反射率：0 LD2TOA F0

（2）O——（；（L（1D——

-2s·r-1·μm-1；F0——平均日地距離處的大氣層頂太陽(yáng)譜照度，單位為W·m-2·μm-1；θs——太陽(yáng)天頂角。LF0Dθs6SFlaash進(jìn)ρBOA。???????????(??)=????????+??(??)

（3）式中：當(dāng)i為DN時(shí)，公式為基于DN值的歸一化植被指數(shù)，DN(NIR)——DN(R)——[-1，1]。當(dāng)i為ρTOA時(shí)，公式為大氣層頂歸一化植被指數(shù)，ρTOA(NIR)——近紅外波段的大氣層頂表觀反射率；ρTOA(R)——紅波段的大氣層頂表觀反射率；NDVITOA的取值范圍為[-1，1]。66當(dāng)i為ρBOA時(shí)，公式為大氣層底歸一化植被指數(shù)，ρBOA(NIR)——近紅外波段經(jīng)過(guò)大氣校正的地表反射率；ρBOA(R)——紅波段經(jīng)過(guò)大氣校正的地表反射率；NDVIBOA的取值范圍為[-1，1]。歸一化植被指數(shù)（NDVI）DNNDVINDVINDVINDVINDVIDNNDVITOA和NDVIBOANDVIDNNDVITOANDVINDVINDVINDVINDVIBOA0，NDVI00（。PA1100%A （4）式中：A1——水華面積；A（；P——17780%通過(guò)實(shí)驗(yàn)室手工檢測(cè)或便攜式儀器快速檢測(cè)的方式，獲取監(jiān)測(cè)水體水樣中藻密度、藻類群落組成以及相關(guān)輔助指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，據(jù)此評(píng)價(jià)水華程度。核心指標(biāo)為藻密度、藻類優(yōu)勢(shì)種和群落組成。注：pHa助指標(biāo)，用于水華暴發(fā)原因和發(fā)展變化趨勢(shì)分析。（（（）常規(guī)監(jiān)測(cè)頻次為每月至少1次，采樣時(shí)段原則為9:00～16:00。在實(shí)際監(jiān)測(cè)中可根據(jù)情況適當(dāng)增加或減少頻次，封凍期可停止監(jiān)測(cè)。141~39:00～16:00。應(yīng)急監(jiān)測(cè)每?jī)商熘辽?次，監(jiān)測(cè)指標(biāo)為藻密度，監(jiān)測(cè)時(shí)段原則為9:00～16:00。880～0.5m深處采集水樣1250.5m深處以20cm/s～30cm/s1min～3min1.5m3～5.0m330ml（（）1L15ml12ml）樣品濃縮：取定量1000ml水樣靜置沉淀24h后，用虹吸管小心抽掉上清液，余下20ml～25ml100ml（）10（200.010100.0110201010πr20.1ml0.1ml計(jì)數(shù)10×408×4010015%以上，99則進(jìn)行第三片計(jì)數(shù)，取其中個(gè)數(shù)相近兩片的平均值。58cm高度)，儀器參數(shù)：分辨率為0.01個(gè)相對(duì)熒光強(qiáng)度。藻類分析鑒定操作方法同5.6.1藻密度分析方法的顯微鏡計(jì)數(shù)法。（（P??=????×100% （5）?? ??式中：Pi——單位體積水樣中第i種藻類細(xì)胞所占比例；Di——第i種藻類細(xì)胞密度；1010表1 基藻度價(jià)水華程度級(jí)準(zhǔn)水華程度級(jí)別藻密度D（個(gè)/L）水華特征表征現(xiàn)象參照Ⅰ0≤D<2.0×106無(wú)水華水面無(wú)藻類聚集，水中基本識(shí)別不出藻類顆粒。Ⅱ2.0×106≤D<1.0×107無(wú)明顯水華水面有藻類零星聚集；或能夠辨別水中有少量藻類顆粒。Ⅲ1.0×107≤D<5.0×107輕度水華水面有藻類聚集成絲帶狀、條帶狀、斑片狀等；或水中可見懸浮的藻類顆粒。Ⅳ5.0×107≤D<1.0×108中度水華水面有藻類聚集，連片漂浮，覆蓋部分監(jiān)測(cè)水體；或水中明顯可見懸浮的藻類。ⅤD≥1.0×108重度水華或水中明顯可見懸浮的藻類。16個(gè)/L95%6個(gè)/L75%75%根據(jù)水華面積比例的大小評(píng)價(jià)水華程度，其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的特征描述見表2。表2 基水面比評(píng)的水華程分標(biāo)準(zhǔn)1111水華程度級(jí)別P（%）水華特征表征現(xiàn)象參照Ⅰ0無(wú)水華水面未見明顯水華；標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像中水體呈現(xiàn)藍(lán)色或藍(lán)黑色。Ⅱ0<P<10無(wú)明顯水華水面出現(xiàn)零星性水華；標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像中水體內(nèi)出現(xiàn)零星緋紅色絮狀斑塊。Ⅲ10≤P<30輕度水華水面出現(xiàn)局部性水華；標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像中水體內(nèi)局部出現(xiàn)緋紅色絮狀斑塊。Ⅳ30≤P<60中度水華水面出現(xiàn)區(qū)域性水華；標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像中水體內(nèi)出現(xiàn)區(qū)域性緋紅色絮狀斑塊。Ⅴ