由吸收系数和粒度分布计算浮游植物的散射光谱特征

散射特性在水色卫星遥感模式的开发、水下光辐射传输、优势藻光谱特征的提取以及赤潮监测等方面有着重要的应用价值.在假定藻细胞为均匀球形结构的条件下,建立了浮游植物的散射正演模型.模型输入参量为实际测量的藻细胞吸收系数和粒度分布,输出参量为浮游植物的散射效率和吸收效率光谱.对短伪海链藻和威氏海链藻进行实验,模拟结果与实验结果的比较发现:该模型估箅得到的散射光谱能与实验的散射光谱得到很好的吻合,两种藻的模拟散射效率相对实验散射效率的误差分别为7%和10.6%,吸收效率的误差分别为7.4%和13.4%.模拟与实验结果的吻合表明,由吸收系数和粒度分布可以模拟出藻类的散射光谱特性.单细胞近似球形藻类散射正演模型可行.     

浮游植物活体三维荧光光谱分类判别方法研究

选取中国东海6种分属于4个门类的赤潮藻种、优势种在实验室进行扩大培养,测量了2个温度(20和15℃)、3个光照(7000,4100和1100Lux)、不同生长期浮游植物的三维激发／发射荧光光谱,对浮游植物活体三维荧光光谱分类判别方法进行了研究。结果表明：基于主成分的判别分析法是利用三维光谱数据判别浮游植物种类的有效方法,对于金藻is,绿藻pl,中肋骨条藻sk三个物种,区分识别率理想;可以将中肋骨条藻(硅藻)与甲藻al和pr分开。     

溶解有机物三维荧光光谱技术在赤潮藻识别中的应用

将赤潮藻生长过程中产生的荧光溶解有机物(fluorescent dissolved organic matter,FDOM)的三维荧光光谱与主成分分析相结合,尝试建立了我国沿海10种常见赤潮藻的识别测定技术.用主成分分析提取三维荧光光谱第一主成分载荷谱作为识别特征谱,建立了浮游植物荧光特征谱库,在此基础上利用Bayes...     

基于色素特征荧光光谱的浮游植物分类测量方法

光合作用色素组成是浮游植物分类的重要依据。通过对蓝藻、绿藻、硅藻、甲藻和隐藻等5个门类浮游植物三维荧光光谱的差异性分析,提取了与叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c、类胡萝卜素、藻蓝蛋白和藻红蛋白等光合色素相关的36个特征荧光光谱点,提出了基于色素特征荧光光谱的不同门类浮游植物分类测量方法。对铜绿微囊藻、小球藻、桅杆藻、光甲藻和卵形隐藻的实验结果表明:色素特征荧光光谱法对5种藻类纯种样品的测量误差分别为5.15%、5.63%、7.90%、4.85%、6.55%,对优势藻类(质量分数高于50%)的测量误差分别为7.96%、8.69%、5.44%、10.78%、15.57%,对劣势藻类(质量分数低于30%)的测量误差分别为18.29%、17.52%、20.01%、29.11%、20.14%,测量结果准确度达到了三维荧光光谱法水平,但数据量和计算时间仅是三维荧光光谱法的1.1%和2.2%,是一种快速有效的浮游植物分类测量方法。     

浮游植物的吸收-衰减特性及其与粒径间的关系

室内测量了十六种浮游植物的吸收-衰减光谱,及其粒径分布和叶绿素a浓度。研究结果表明,粒径和单位细胞叶绿素浓度是影响浮游植物吸收和衰减系数量值的两个重要因素;粒径是决定衰减光谱形状的重要因子之一,粒径与衰减光谱斜率之间存在非单调的变化关系;粒径不是影响浮游植物吸收光谱的蓝-红波段比和光谱斜率的决定性因子,但是,藻细胞密度与粒径平方的乘积是决定吸收光谱斜率的关键量。适用于均匀球体颗粒的Mie散射理论能对粒径与浮游植物吸收光谱和衰减光谱间的相关关系进行阐释,该文研究的藻类其非均匀球体结构并没有从根本上改变粒径与吸收—衰减光谱间存在的内在规律。     

黄渤海浮游植物种群比吸收光谱的确定及其应用

浮游植物比吸收系数是关联浮游植物生物量与吸收光谱的重要参数。对浮游植物种群比吸收系数的量化分析,可弥补黄渤海浮游植物种群比吸收光谱研究的不足,为监测浮游植物种群浓度提供新思路。结合2016年6月黄渤海航次的浮游植物吸收系数与色素浓度数据,利用CHEMTAX软件分析得到黄渤海8个优势藻种的浓度。运用留一法,对吸收系数与藻种浓度数据进行多元线性回归分析,提取各藻类比吸收光谱,重建总吸收光谱。结果显示,模型反演效果较好,重构的吸收光谱与实测光谱在蓝、红光波段具有较高的一致性。此外,分析优势藻种对浮游植物吸收系数的贡献时,发现在所有优势藻种中,定鞭藻对浮游植物的吸收贡献最大,蓝藻次之。     

水体红波段反射光谱对叶绿素浓度变化的响应

在不考虑叶绿素荧光效应的前提下,基于水体光学活性因子藻类叶绿素、有色可溶性有机物及非藻类颗粒物的吸收和后向散射系数,根据前向辐射传输模型模拟水面以上遥感反射率,分析了藻类叶绿素红光峰强度和波长位置随浓度的变化规律。结果发现：叶绿素浓度为1～50 μg·L-1时,红光峰强度和叶绿素浓度呈较好的线性关系,随叶绿素浓度的增加,线性关系越来越不明显。当叶绿素浓度为1～1 000 μg·L-1时,则呈现较好的对数关系;随叶绿素浓度的增加,红波段反射峰波长位置按对数规律逐渐向长波方向移动,不同水色组分的水体,其叶绿素在红波段的光谱反射特性随浓度的变化规律是一致的;此外,对比研究显示红波段反射峰特征不同于荧光光谱。     

浮游植物吸收光谱特征分析

文章选取了东海9个典型浮游植物赤潮种、优势种,在实验室2个温度(20,15 ℃)和2个光照(7 000, 1 100 lux)条件下进行培养,对不同温度、光照和生长周期条件下9种浮游植物的吸收光谱进行了研究。首先,将归一化的光谱数据组成的矩阵进行奇异值分解,采用第一特征值与所有特征值的和之比来衡量浮游植物吸收光谱的相似性,选取了25条能够表征9种浮游植物吸收光谱基本特征的代表谱。其中,等鞭金藻和柔弱角毛藻各1条,岛国大扁藻和旋链角毛藻各2条,裸甲藻3条,塔玛亚力山大藻、东海原甲藻、中肋骨条藻和聚球藻各4条。然后,进一步提取代表谱中具有较大判别能力的波长点,总共得到7个特征波长段(点),它们是340.5～420.5 nm波段、423.5～431 nm波段、440.5～525.5 nm波段和760.5,763.5,769.5,856.5 nm波长点;由此形成的特征谱,对量测光谱判别分析正确率达到80%。     

基于加权平均法的活体藻类三维荧光标准光谱构建

针对活体荧光光谱不稳定引起的蓝藻门活体藻类定量误差问题,以实验室培养的4种类6个生长期的48个蓝藻样品为研究对象,通过测量样品叶绿素a和藻蓝蛋白的含量,结合藻类活体三维荧光光谱,研究了不同藻种种类、生长期和生长环境下蓝藻细胞色素组成和色素荧光效率的差异;定量分析不同条件对藻类活体荧光光谱不稳定性的影响,获得了不同条件下的光谱不稳定性权重谱;在此基础上,构建基于加权平均方法的蓝藻门活体藻类加权荧光光谱;比较了加权荧光光谱与不同条件下归一化荧光光谱对样品集的测量结果。结果表明:加权荧光光谱能有效降低荧光测量法对藻种种类、生长期、生长环境的依赖性,提高蓝藻门叶绿素浓度的测量准确性;测量结果的相对误差为0.1%~30.4%,平均相对误差为12.8%,相对误差最大可降低104.1%。     

赤潮生消过程中的水体固有光学性质分析

在珠江口海域海洋光学浮标实验中获取一次聚生角毛藻赤潮生消过程的水体光学数据和相应的生化数据.利用该数据,分析了赤潮生消过程中水体光谱吸收和后向散射等光学性质的时间序列变化.研究发现,在赤潮生消过程中,浮游植物色素、非藻类颗粒物以及黄色物质等水体组分吸收变化显著,赤潮爆发期各组分光谱吸收增强并达到最大值,赤潮消亡期各组分...     

三维荧光光谱-小波变换-粒子群算法联用快速识别测定浮游藻群落组成方法的研究

利用三维荧光光谱(EEMs)技术测定了实验室培养的分属5个门13个属的17种中国近海常见赤潮藻的荧光性质,通过db7二维小波变换提取赤潮藻三维荧光光谱的特征参量,采用系统聚类法构建荧光特征标准谱库,并利用多元线性回归辅以粒子群算法进行参数估计建立识别技术,实现了赤潮藻在门、属水平上的识别测定。测定样品中:赤潮藻纯种培养体在门、属水平上的平均识别正确率分别为96.1%和73.6%;对于优势度分别为60%,75%,80%,90%的赤潮藻模拟混合样品,优势藻在门水平上的平均识别正确率分别为86.7%,96.9%,98.7%,99.4%,识别相对含量分别为62.6%,72.7%,76.0%,81.6%;优势藻在属水平上的平均识别正确率分别为51.0%,68.9%,72.0%,78.8%;对于优势度达75%的赤潮藻实际混合样品,优势藻在门、属水平上的平均识别正确率分别为99.4%和75.9%。将所建技术用于围隔实验水样和现场调查采集水样进行分析,有效实现了浮游藻群落组成的识别测定,尤其是硅藻和甲藻的分类识别。     

浮游植物群落组成的离散三维荧光光谱识别测定技术

从荧光分光光度计所测浮游植物三维荧光光谱中.选取12个激发波长点(400,430,450,460,470,490,500,510,525,550,570,590nm)组成离散三维荧光光游,采用db7小波技术及Bayes判别法对光谱进行特征提取,并利用多元线性回归辅以非负最小二乘建市识别技术,实现了浮游植物群落组成门、属...     

基于水体光谱特性的赤潮分布信息MODIS遥感提取

赤潮监测对于赤潮治理、预防,减少赤潮危害有着重要作用.通过分析东海赤潮多发区域实测遥感反射率曲线,比较赤潮水体与非赤潮水体的光谱特性差异,发展了一种针对MODIS传感器的赤潮水体分布信息遥感提取方法.应用实测资料对提取方法进行验证,发现在119组实测数据中,只有一组不能正确识别.将算法应用于MODIS卫星资料,对200...     

基于小波变换的藻类显微光谱成像分类技术

通过显微成像光谱技术对淡水藻类进行成像光谱的测量,并试图同时从形貌和化学成分两个方面给出藻类识别的综合方法。首先利用显微图像技术对单个藻种进行观察测量,进行形貌学分类,再通过成像光谱仪获得藻类的吸收光谱立方体,然后利用小波变换对光谱进行处理,得到区分形貌相近的不同藻类的光谱特征参数,在化学成分上将其区分。本方法对准确进行藻类识别具有重要的指导意义。     

基于三维荧光的产麻痹性贝毒藻浓度监测研究

近年来,我国沿海赤潮发生的次数和面积持续增加,经济损失严重。根据赤潮的毒性特点,通常分为三类,分别为无毒赤潮、鱼毒性赤潮和有毒赤潮。其中有毒赤潮产生的毒素主要是麻痹性贝毒,其由于分布广,毒性强成为危害最大的生物毒素之一。根据麻痹性贝毒的摄入量不同,人类误食染毒的贝类后,身体各部位会出现刺痛或灼热的感觉,然后全身麻痹,严重者甚至在短时间内死亡。近年来,多地出现人类误食染毒的贝类后死亡的事件。麻痹性贝毒的摄入量主要取决于产麻痹性贝毒藻的浓度,因此,对产麻痹性贝毒藻浓度的监测就显着尤为重要。提出了用三维荧光光谱结合化学计量学方法建立产麻痹性贝毒藻定量分析模型。首先,利用F-4600荧光光度计采集微小亚历山大藻（Alexandrium minimum）、链状裸甲藻（Gymnodinium catenatum）和太平洋亚历山大藻（Alexandrium pacificum）三种典型的产麻痹性贝毒藻类三维荧光光谱数据,获取藻类样本的三维荧光光谱等高线图,并进行图谱分析;然后,利用不同激发波长下的发射光谱数据建立产麻痹性贝毒藻三维荧光光谱的串行表示模型,提取新的特征;最后,将新的特征数据分别作为粒子群优化最小二乘支持向量机算法（particle swarm optimization-least squares support vector machine, PSO-LSSVM）和偏最小二乘回归（partial least squares regression, PLSR）的输入,建立产麻痹性贝毒藻的定量分析模型。结果表明,运用粒子群优化最小二乘支持向量机算法建立的产麻痹性贝毒藻的定量分析模型普遍优于偏最小二乘回归算法。当激发波长选择460和530 nm,发射波长选择650～750 nm作为PSO-LSSVM的输入数据,建立的产麻痹性贝毒藻的定量分析模型效果最好,结果显示R_c=0.999 9,RMSEC=0.017 1,R_p=0.949 2,RMSEP=0.291 0。这体现出三维荧光光谱结合PSO-LSSVM定量分析模型可有效地监测活体产麻痹性贝毒藻的浓度数值,为产麻痹性贝毒藻浓度检测提供了一种在线检测的新方法。     

基于SVM方法的赤潮生物优势种航空高光谱识别

赤潮生物优势种的航空高光谱识别可为快速鉴别赤潮及其毒性提供技术基础,为赤潮灾害程度的定级提供支持。文章提出了基于支持向量机(SVM)的赤潮生物优势种航空高光谱识别模型,并以2001年7月16日,2001年8月19日和8月25日的赤潮高光谱数据为例,开展了识别模型的实验应用。识别结果表明：在参考光谱具有较大动态范围的前提下,发展的赤潮生物优势种航空高光谱识别模型不仅能够获得较高的分类精度,而且不受高光谱数据维数高的限制。     

赤潮生物监测荧光成像系统背景光源改进

介绍了一种海洋赤潮生物监测荧光成像系统,该系统的背景光源为海洋赤潮生物监测荧光成像系统的重要组成部分,赤潮生物监测荧光成像系统背景光源选择是否合理将直接影响着藻类成像清晰度,由于各种赤潮藻含有不同的特征纹理,其纹理特征将决定是否能准确识别出藻类并对其进行分类,进而影响到对赤潮的准确预报。为了解决赤潮藻图像的清晰度等问题,作者利用自行设计的荧光成像系统,对不同成像光源的成像效果进行了分析和比较。实验证明,近红外光源可以有效地获得清晰的藻类纹理信息,使得后继的图像处理工作更加容易,从而解决了藻类图像暗黑以至于图像处理起来较为困难等问题。