蓝藻，是地球上最古老的原核生物之一。蓝藻水华是在富含营养盐的水体中，蓝藻细胞在适宜的气象条件下，大量繁殖聚集并漂浮在水面，从而危害水体环境的一种现象。
蓝藻水华严重影响水体生物多样性、水体景观、旅游业和饮用水安全。卫星遥感是蓝藻水华动态监测的有效途径，但是常用的光谱指数阈值分割方法仍然存在一些问题，例如常用光谱指数存在高度浑浊水体误判问题，缺少稳健的阈值自动化确定算法。此外，漂浮在水面的蓝藻水华具有高度的动态性，因此进行蓝藻水华的高频监测至关重要。针对上述问题，中国科学院空天信息创新研究院研究团队深入对比高度浑浊水体、蓝藻水华和清洁水体的光谱曲线（图1），并基于三种地物光谱特征，提出一种可以降低高度浑浊水体影响的蓝藻水华监测光谱指数，即抗悬浮物干扰藻华指数（ATBI）。ATBI定义为红光基线（RBL）与浮藻指数（FAI）之和。
图1 抗悬浮物干扰藻华指数（ATBI）构建原理示意图之后，基于计算机图形学领域中的三角形阈值分割法，将其优化成适用于蓝藻水华提取的迭代三角形法（图2），构建了一种稳健的阈值自动化确定算法。
图2 迭代三角形法原理示意图为验证该算法，研究团队随机选择1216景MODIS影像，目视解译蓝藻水华分布作为真值进行算法精度评价，并与其它常用算法（固定阈值法、梯度众数法、大津法）进行对比。结果显示，ATBI及迭代三角形法提取的研究区蓝藻水华面积与目视解译结果的拟合系数达到了0.81至0.92，明显高于其它算法（图3）。图3 不同算法提取的蓝藻水华面积与目视解译蓝藻水华面积的散点图在此基础上，将该算法应用至2000-2022年中国三个大型湖泊（巢湖、太湖、呼伦湖）的MODIS双星（上午星Terra和下午星Aqua）影像上，分析其蓝藻水华时空变化规律，完成时间分辨率达0.5天的高时频、长时序的蓝藻水华监测。结果显示：在空间分布上，巢湖与太湖的蓝藻水华主要集中在西北部沿岸区域，呼伦湖蓝藻水华的分布相对分散（图4）。在年际变化上，巢湖和太湖的蓝藻水华暴发频率分别以2018年和2017年为拐点呈现先上升后下降的趋势，而呼伦湖的蓝藻水华暴发频率呈持续上升的趋势（图5）。图4 中国三个大型湖泊2000-2022年间蓝藻水华暴发频率空间分布图5 中国三个大型湖泊2000-2022年间蓝藻水华暴发频率演变趋势最后，研究团队对上述中国大型湖泊蓝藻水华时空规律的形成进行影响因子分析，并进一步对比了MODIS单颗星与双星组合应用的结果，表明了双星组合应用对蓝藻水华监测的优势与潜力。研究成果以“Monitoring cyanobacterial blooms in China’s large lakes based on MODIS from both Terra and Aqua satellites with a novel automatic approach”为题，近期发表于地球科学1区TOP期刊《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation》。空天院在读硕士生都怡辰为第一作者，中国科学院青促会会员、空天院研究员李俊生和研究员张兵为共同通讯作者。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金及龙计划等项目资助。论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1569843224001845语引导语引导语导语引导语引导语
以上内容由数字地球院重点实验室李俊生提供。
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