NDVI方法太湖蓝藻与水质变化研究(2)
目前，国内外学者利用遥感技术对蓝藻的研究取得了一定的进展，谢国清等[3]通过研究滇池蓝藻在可见光、红外光谱的光谱特征，并利用假彩色合成法以及归一化植被指数进行了滇池蓝藻信息的遥感识别和提取；Anu Reinart等[4]结合生物-光学模型，比较了SeaWiFS、MODIS/Aqua和MERIS影像数据在识别波罗的海部分水域蓝藻中的效果，结果表明，在蓝藻爆发早期，各种影像给出的识别结果较为一致，到了蓝藻爆发的严重期，高光谱影像MERIS和MODIS表现出较好的蓝藻识别能力；Richard H Becker等[5]基于MODIS影像数据提取了10景北美洲五大湖部分研究区2004年和2005年夏季蓝藻空间分布图，与实地测定数据检核，得出这种方法提取的结果有效并能有效控制成本。
本文主要研究太湖蓝藻与水质之间的关系，以收集到的太湖蓝藻爆发相关资料和MODIS遥感数据为数据源，提取无云层覆盖下的蓝藻信息，然后根据太湖水质监测数据与蓝藻变化作相关分析，论文结果可为科学防治蓝藻污染和保护水环境做参考依据。
2 研究区概况
太湖位于长江三角洲的南缘，古称震泽、具区，又名五湖、笠泽，临界北纬30°55′40″-31°32′58″和东经119°52′32″-120°36′10″之间，横跨江、浙两省，北临无锡，南濒湖州，西依宜兴，东近苏州。根据太湖的自然形态将太湖分成9个区域[6]，如图1。随着社会经济的发展，太湖流域内的经济发展也很迅速。到2005年为止流域内人口一共有4533万人，占全国人口的3.5％左右。另外，2005年太湖流域的工农业总产值达到37999.4亿元，工业产值占98％左右，农业产值占2％左右，工业总产值占全国的18.6％。2005年太湖流域GDP达到21221亿元，占全国的11.6％左右，人均GDP46800元。
据国家卫星气象中心的观测资料统计，太湖区域春季为3至5月，夏季为6至8月，秋季为9至11月，冬季为l2月至翌年2月。一般在春末到秋初期间容易出现蓝藻爆发，并且爆发时间主要在夏季。一年中在5月和8月为太湖蓝藻爆发高峰期，6月为爆发谷期，自2003年以后太湖蓝藻出现次数越来越频繁。其中，根据卫星监测，2007年太湖蓝藻第一次出现时间和大面积爆发时间比2006年分别提前39天和22天。
在太湖水质方面，太湖现有水面积2338km2，自1950年到1990年，太湖流域水质较好，以II类为主。据太湖网太湖健康状况报告记录，从1990年到1995年，太湖水质类别下降，全湖由原来的以II类水为主变到以III类水为主。1987至2000年太湖流域水质的总磷(TP)、总氮(TN)、高锰酸盐指数(CODMn)平均质量浓度在13年间分别上升了60%、248%、65%[7-8]。从1995年至2007年，全湖平均水质下降为劣V类。
3 数据源与研究方法
为研究太湖蓝藻与水质变化之间的关系，本文首先选用不同年代的MODIS遥感图像进行几何校正，然后进行蓝藻信息提取，计算蓝藻面积，对蓝藻的变迁进行分析，数据处理的软件包括ERDAS9.2和ENVI5.0。然后依据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）对太湖流域进行水质评价，太湖湖体评价指标为高锰酸盐指数、总磷、总氮和综合营养状态指数（TLIc），水质目标考核断面评价指标为高锰酸盐指数、总磷和氨氮，因此确定太湖水质评价指标为：高锰酸盐指数（CODMn）、总氮（TN）、总磷（TP）。最后通过将蓝藻变化面积和水质参数数据利用SPSS软件做相关分析文献综述。
3.1 数据来源
MODIS的全称为中分辨率成像光谱仪，是当前世界上新一代“图谱合一”的光学遥感仪器，提供的影像在全球范围内可以免费接收，这一方面为太湖蓝藻监测降低了成本，另一方面MODIS卫星是一颗高时相的卫星，这颗卫星的回访周期很短，并且卫星监测范围广阔。所以，选择MODIS图像对太湖进行蓝藻提取与分析是符合监测指标，得出的结果也具有很大程度的可靠性。MODIS产品有44种，分为陆地、冰雪、海洋、大气四个专题数据产品，其中陆地专题的产品之一是MOD13Q1，是16d合成产品高时相大尺度数据，具有250米的空间分辨率。多时相MODIS遥感观测影像是生态环境监测、全球环境与气候变化研究重要的数据[9]，因此本文使用MOD13Q1遥感图像，数据采自中国科学院数据云，该系统提供了基于2000-2009年十年期间MODIS 数据产品MOD13Q1得出的NDVI图像。考虑到天气状况和水华的季节分布，本文选取了10期MOD13Q1遥感影像，时间分别为：2000-2006年7月、2007-2009年5月。研究区域上空无云层覆盖，影像质量良好。