HJ 1098-2020 水華遙感與地面監測評價(jià)技術(shù)規范（試行）

1 適用范圍

      本標準規定了淡水水體藍藻水華遙感監測方法、地面監測方法和水華程度評價(jià)方法等內容。甲藻、硅藻及其他藻類(lèi)水華監測與評價(jià)可參考使用本標準。

      本標準適用于我國淡水湖庫水華監測、評價(jià)與管理。其他淡水水體的水華監測與評價(jià)可參考使用本標準。

2 規范性引用文件

      本標準內容引用了下列文件或其中的條款。凡是不注明日期的引用文件，其最新版本適用于本標準。

      GB/T 14950 攝影測量與遙感術(shù)語(yǔ)

      GB/T 30115 衛星遙感影像植被指數產(chǎn)品規范

3 術(shù)語(yǔ)和定義

      GB/T 14950 和GB/T 30115 界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本標準。

3.1

      水華 algal bloom

淡水水體中藻類(lèi)大量繁殖的一種自然生態(tài)現象，表觀(guān)特征為水體表面有藻類(lèi)聚集或藻類(lèi)顆粒懸浮在水體當中。

3.2

      藻密度 algal density

      單位體積水樣中藻類(lèi)的細胞個(gè)數。單位：個(gè)/L。

3.3

      水華面積 algal bloom area

      藻類(lèi)漂浮在水面時(shí)覆蓋水體的面積。

3.4

      水華面積比例 algal bloom area proportion

      水華面積占監測水體面積的比例，百分比（%）。

3.5

      水華程度 algal bloom level

      反映水華發(fā)生的強弱特征，根據水體中藻密度的高低或水華面積比例的大小進(jìn)行判定。

3.6

      標準假彩色合成圖像  standard false color composite image

      根據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、藍濾光系統合成產(chǎn)生的彩色圖像。

3.7

      空間分辨率 spatial resolution

      指像元代表的地面范圍的大小。

3.8

      時(shí)間分辨率 temporal resolution

      傳感器能夠重復獲得同一地區影像的最短時(shí)間間隔。

3.9

      輻射定標 radiometric calibration

      根據遙感器的定標方程和定標系數，將其記錄的量化數字灰度值轉換成對應現場(chǎng)的表觀(guān)輻亮度的過(guò)程。

3.10

     幾何校正 geometric correction

      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

      大氣校正 atmosphere correction

      消除或減弱衛星遙感影像獲取時(shí)在大氣傳輸中因吸收或散射作用引起的輻射畸變。

3.12

      數字灰度值 digital number（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。

3.13

      表觀(guān)輻亮度 apparent radiance

      大氣層頂輻亮度，衛星遙感器入瞳處的輻射亮度。

3.14

      表觀(guān)反射率 apparent reflectance

      表觀(guān)輻亮度與無(wú)大氣水平場(chǎng)景絕對白體假設下遙感器應獲得入瞳輻亮度之間的比值。

3.15

      地表反射率 surface reflectance

      地物表面反射能量與到達地物表面的入射能量的比值。

3.16

      歸一化植被指數 normalized difference vegetation index（NDVI）

      近紅外波段與可見(jiàn)光紅波段數值之差和這兩個(gè)波段數值之和的比值。

3.17

      數字灰度值歸一化植被指數 normalized difference vegetation index of digital number（NDVIDN）

      基于數字灰度值（DN）計算得到的歸一化植被指數。

3.18

      大氣層頂歸一化植被指數 normalized difference vegetation index of top of atmospheric reflectance（NDVITOA）

      利用大氣層頂表觀(guān)反射率計算得到的歸一化植被指數。

3.19

      大氣層底歸一化植被指數 normalized difference vegetation index of bottom of atmospheric reflectance（NDVIBOA）

      利用經(jīng)過(guò)大氣校正的地表反射率計算得到的歸一化植被指數。

3.20

      常規監測 routine monitoring

      以系統掌握監測水體藻類(lèi)狀況為目的的例行監測行為。

3.21

      預警監測 warning monitoring

      在水華敏感期，以及時(shí)掌握監測水體藻類(lèi)生長(cháng)和發(fā)展狀況，判斷水華發(fā)生風(fēng)險為目的的監測行為。

3.22

      應急監測 emergency monitoring

      在水華暴發(fā)期，以跟蹤掌握監測水體藻類(lèi)水華狀況為目的的監測行為。

4 水華遙感監測

4.1 監測目的

      采用衛星遙感影像數據開(kāi)展水體的藍藻水華監測，獲得水體中藍藻水華的空間分布位置， 計算藍藻水華面積及其所占水體面積比例，據此評價(jià)水華程度。

4.2 監測原理

      采用衛星遙感影像數據監測藍藻水華主要是基于正常水體光譜與發(fā)生水華水體光譜的差異。藍藻水華暴發(fā)時(shí)，藻類(lèi)聚集在水體表面，因其對紅光波段的強吸收導致產(chǎn)生的紅光波段反射率較低，在近紅外波段具有類(lèi)似于植被光譜曲線(xiàn)特征的“反射峰平臺效應”，近紅外波段反射率較高。而正常水體對近紅外波段有強烈的吸收作用，導致反射率較低。因此，通過(guò)計算植被指數可以區分水華和正常水體。

4.3 監測內容

      水體面積、藍藻水華面積和空間分布位置。

4.4 監測頻次

      根據實(shí)際工作需要確定監測頻次，條件允許時(shí)建議每天開(kāi)展監測。

4.5 監測技術(shù)流程

      水華遙感監測技術(shù)流程如圖 1 所示。

圖 1 基于衛星遙感影像數據監測藍藻水華技術(shù)流程

4.6 監測方法

4.6.1 遙感數據選擇

      選取具有紅光（630 nm～690 nm）和近紅外（760 nm～900 nm）波段的衛星遙感影像數據?？臻g分辨率應取決于監測水體的大小，水體面積越小，空間分辨率要求越高。遙感影像數據至少覆蓋監測水體 90%以上面積；在監測水體內，云覆蓋率小于 50%。水陸掩膜、云掩膜、水草掩膜及觀(guān)測幾何條件等輔助數據坐標系及投影應與遙感影像數據保持一致。

4.6.2 幾何校正

      基于參考影像或空間幾何信息，開(kāi)展影像幾何精度校正和空間投影轉換，精度控制在 1個(gè)像元內。

4.6.3 空間裁剪

      依據監測水體區域的左上角和右下角經(jīng)緯度，對所選取的遙感影像進(jìn)行空間裁剪，范圍要略大于水體區域。

4.6.4 輻射定標

      輻射定標根據遙感器的定標公式及各波段定標系數進(jìn)行。輻射定標公式的一般形式為：

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