傳統營養狀態評價方法需進行大量水質參數的測定，持續時間長、過程復雜、無法實現時空連續性監測。遙感技術的應用有效彌補傳統方法在時空連續性上的不足，但遙感提取傳統方法大都間接基于單個或多個TSI指標的遙感估算，存在著精度低、通用性差等不足。在國家自然科學基金項目等的資助下，中國科學院南京地理與湖泊研究所張運林研究小組在湖泊營養狀態指數(TSI)光學表征及遙感應用等方面取得新進展。
吸收系數是湖泊水體生物化學特性的綜合反映，也是生物光學模型反演水質參數的紐帶與橋梁。那么吸收能否定量表征水體TSI的變化？能否實現TSI的直接反演？基于全國不同區域不同營養狀態的27個湖泊定位觀測數據，研究系統分析了色素顆粒物、非色素顆粒物等不同水體組分吸收系數與TSI之間的耦合關系，遴選出表征TSI的最佳光學因子，構建了基于吸收系數的TSI的光學模型，并據此提出并驗證了TSI的遙感反演方法。結果表明，水體組分吸收系數能夠充分地反映TSI的變化且兩者存在較為穩定的定量化關系。其中，水體總吸收(除純水外，at-w(440))是表征TSI最佳光學因子，兩者定量關系為: TSI=12.14*ln(at-w(440))+45.69。利用此關系和QAA算法，構建了基于Landsat 8 OLI數據的TSI反演方法，其在千島湖、納木錯等水體的驗證精度優于78%。
該研究對于打破傳統方法的桎梏，實現湖泊營養狀態快速和實時動態監測與評價具有重要現實意義，也為水體營養狀態遙感評價通用性模型的構建提供了基礎理論依據。相關成果發表在遙感領域期刊Remote Sensing of Environment上(Shi et al., 2019, 232: 111349)。
圖1 TSI與不同水體組分吸收之間的定量化關系及驗證
圖2 基于Landsat 8 OLI數據的TSI反演方法
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中國科學院青藏高原研究所環境變化與多圈層過程團隊研究員張國慶等發現，過去30年青藏高原湖泊面積擴張超過1萬平方公里。研究預估，至21世紀末，由于降水增加和冰川融水補給，在低排放情景下，青藏高原湖泊面積......
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