近日，中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一款陸基高光譜遙感監(jiān)測(cè)儀及原位高頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了藻類水華連續(xù)、精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。研究成果發(fā)表于Journal of Hazardous Materials雜志。
水華是發(fā)生在淡水中，由水體中氮磷含量過高導(dǎo)致藻類、 細(xì)菌或浮游生物突然性過度增殖的一種自然現(xiàn)象，同時(shí)也是一種二次污染。水華會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)下降發(fā)臭，威脅飲用水源安全，破壞水體生態(tài)平衡，還會(huì)產(chǎn)生藻類毒素影響人體健康。在污水排放和氣候變暖的影響下，各地湖泊、水庫等水體水華頻發(fā)。太湖藍(lán)藻暴發(fā)前幾年更是多次見諸報(bào)端，受到廣泛關(guān)注。
藍(lán)藻水華防控工作是水污染防控的重點(diǎn)內(nèi)容。由于藍(lán)藻水華生消過程快，出現(xiàn)和消失呈現(xiàn)較大的時(shí)空差異，因此精準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是水華預(yù)測(cè)、預(yù)警和有效管控的關(guān)鍵。目前水華監(jiān)測(cè)主要有現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、水下自動(dòng)監(jiān)測(cè)和衛(wèi)星遙感反演三種方式。這三者各有缺陷，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且做不到連續(xù)監(jiān)測(cè)；水下自動(dòng)監(jiān)測(cè)探頭易受到水中物質(zhì)侵蝕，且維護(hù)費(fèi)用高昂；衛(wèi)星遙感的時(shí)間分辨率低且受大氣影響較大。為彌補(bǔ)現(xiàn)有方法的不足，研究團(tuán)隊(duì)基于水色遙感原理，研發(fā)了一款陸基高光譜遙感監(jiān)測(cè)儀及原位高頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
該系統(tǒng)主要包括高光譜測(cè)量?jī)x器、數(shù)據(jù)處理平臺(tái)和遠(yuǎn)程訪問控制、顯示和存儲(chǔ)平臺(tái)等三部分。其運(yùn)行原理為：高光譜測(cè)量?jī)x測(cè)定的水體光譜反射率信號(hào)，通過嵌入AI芯片處理器(數(shù)據(jù)處理平臺(tái))的反演算法，轉(zhuǎn)化為葉綠素a信息。光譜反射率和葉綠素a數(shù)據(jù)通過無線傳輸設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問控制、顯示和存儲(chǔ)。
與現(xiàn)有的幾種監(jiān)測(cè)方法相比，該系統(tǒng)能夠低成本、環(huán)保的方式實(shí)時(shí)、連續(xù)地提供藻類水華的高頻數(shù)據(jù)；水體信號(hào)不受大氣影響，不需要校正；適用于中小型河流、湖泊的藻類水華動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；嵌入的AI芯片支持算法快速替換和升級(jí)以及遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)訪問。
在實(shí)地監(jiān)測(cè)中，太湖2021年8月發(fā)生的兩次藻類水華形成過程都被系統(tǒng)清晰捕捉。目前該系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于廣東、四川、江蘇、浙江、北京等地的重要水體水質(zhì)監(jiān)測(cè)中。據(jù)了解，該系統(tǒng)不僅能監(jiān)測(cè)水華的形成過程，還可以同時(shí)獲取水體透明度、懸浮物、總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)、藻密度等多個(gè)水生態(tài)環(huán)境參數(shù)，可以為研究水華的發(fā)生與控制提供詳細(xì)數(shù)據(jù)。
(資料來源： 南京地理與湖泊研究所)
原標(biāo)題：高光譜遙感監(jiān)測(cè)水華 水環(huán)境保護(hù)有新工具
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