一種岸基造礁石珊瑚光譜測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種岸基造礁石珊瑚光譜測量方法。具有黑色不透明的缸體，在缸體的下端設(shè)有入水口、上端設(shè)有出水口，在缸體中放置黑色的鐵架臺，海水從入水口進(jìn)入，出水口溢出，保持海水流動，然后將造礁石珊瑚樣品塊放入盛有海水的缸體中的鐵架臺上，然后采用光源照射造礁石珊瑚樣品塊，并采用光譜儀測量造礁石珊瑚樣品塊的光譜反射率，測量時將光譜儀探頭垂直于造礁石珊瑚樣品塊表面，多次測量取平均值。本發(fā)明以岸基實驗室為依托，通過岸基實驗室內(nèi)模擬野外測量環(huán)境，測量造礁石珊瑚光譜反射率。這樣可以節(jié)省大量的野外觀測時間，并且對于偏遠(yuǎn)地區(qū)等不易到達(dá)的造礁石珊瑚區(qū)，只要帶回部分活體樣本，即可完成測量，大大節(jié)省了野外調(diào)查的時間和經(jīng)濟成本。
【專利說明】
一種岸基造礁石珊瑚光譜測量方法
技術(shù)領(lǐng)域
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[0001]本發(fā)明屬于造礁石珊瑚樣本的光譜反射率測量領(lǐng)域，具體涉及一種岸基造礁石珊瑚光譜測量方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)具有非常重要的生態(tài)服務(wù)、社會、經(jīng)濟和文化價值。然而，海水表面溫度上升、海洋酸化、海水污染以及人類活動加劇等因素變化直接影響到珊瑚礁健康狀況，全球珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)受到破壞\大規(guī)模珊瑚白化死亡事件頻現(xiàn)。遙感技術(shù)具有實時、大面積監(jiān)測特性，能夠促進(jìn)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測與管理。開展珊瑚礁底質(zhì)光譜反射率特征識別是珊瑚礁遙感技術(shù)的難點，同時也是當(dāng)今研究的熱點。實施珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)全面、實時監(jiān)測與保護(hù)，對于珊瑚礁生態(tài)保育具有非常重要的意義。傳統(tǒng)的方法無法獲得大面積的觀測數(shù)據(jù)，尤其難以了解偏遠(yuǎn)地區(qū)珊瑚礁生態(tài)健康狀況。遙感技術(shù)具有全面、實時監(jiān)測等特點，可以滿足珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測的需求。遙感研究的基礎(chǔ)是根據(jù)不同珊瑚礁底質(zhì)光譜特征進(jìn)行反演，對比反演結(jié)果和現(xiàn)場數(shù)據(jù)研究珊瑚礁底質(zhì)狀況。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有測試方法無法獲得大面積觀測數(shù)據(jù)的局限，以及難以了解偏遠(yuǎn)地區(qū)珊瑚礁生態(tài)健康狀況的技術(shù)問題，而提供一種能大大節(jié)省了野外調(diào)查的時間和經(jīng)濟成本的岸基造礁石珊瑚光譜測量方法。
[0004]本發(fā)明的岸基造礁石珊瑚光譜測量方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0005]具有黑色不透明的缸體，在缸體的下端設(shè)有入水口、上端設(shè)有出水口，在缸體中放置黑色的鐵架臺，海水從入水口進(jìn)入，出水口溢出，保持海水流動，然后將造礁石珊瑚樣品塊放入盛有海水的缸體中的鐵架臺上，然后采用光源照射造礁石珊瑚樣品塊，并采用光譜儀測量造礁石珊瑚樣品塊的光譜反射率，測量時將光譜儀探頭垂直于造礁石珊瑚樣品塊表面，多次測量取平均值。
[0006]優(yōu)選，所述的光源的光照強度為lOlmol/WVs。進(jìn)一步，所述光源包括波長為400?700nm的可見光。
[0007]優(yōu)選，所述的保持海水流動，其海水溫度為26°C?28°C，其海水流速為0.5L/min
[0008]優(yōu)選，所述的黑色不透明的缸體為在內(nèi)壁粘貼黑色壁紙、底壁鋪設(shè)覆蓋黑色尼龍布的玻璃缸，所述的黑色的鐵架臺為黑色電工膠布包纏的鐵架臺
[0009]優(yōu)選，所述的采用光譜儀測量造礁石珊瑚樣品塊的光譜反射率，其測量時的波長間隔為0.5?Inm，且平滑3次。
[0010]優(yōu)選，所述的采用光譜儀測量造礁石珊瑚樣品塊的光譜反射率，測量時將光譜儀探頭垂直于造礁石珊瑚樣品塊表面，當(dāng)采用光譜儀探頭視場角為25°時，造礁石珊瑚樣品塊的直徑多50mm，或當(dāng)測試時為全視野時，造礁石珊瑚樣品塊的直徑多100mm，所述的光譜儀探頭與造礁石珊瑚樣品塊的距離為5cm。
[0011]本發(fā)明利用野外光學(xué)實驗的特點，就珊瑚礁底質(zhì)光譜測量設(shè)計成一套成熟方法。通過設(shè)定特殊裝置在有常流海水的條件下，通過岸基實驗室模擬野外現(xiàn)場造礁石珊瑚光譜反射率測量，從而獲得大量各類造礁石珊瑚光譜反射率信息，為今后進(jìn)一步的研究和保護(hù)工作打下理論基礎(chǔ)和現(xiàn)實依據(jù)。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:目前現(xiàn)有技術(shù)中野外測量造礁石珊瑚光譜反射率不僅需要大量的人力物力，而且耗時也較長，此外，尤其難以充分了解偏遠(yuǎn)地區(qū)珊瑚礁健康狀況。本發(fā)明以岸基實驗室為依托，通過岸基實驗室內(nèi)模擬野外測量環(huán)境，測量造礁石珊瑚光譜反射率。這樣可以節(jié)省大量的野外觀測時間，并且對于偏遠(yuǎn)地區(qū)等不易到達(dá)的造礁石珊瑚區(qū)，只要帶回部分活體樣本，即可完成測量，大大節(jié)省了野外調(diào)查的時間和經(jīng)濟成本。
[0013]本發(fā)明可用于造礁石珊瑚樣本的光譜反射率岸基實驗室采集工作。
【附圖說明】
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[0014]圖1為實施例1的造礁石珊瑚樣品塊的照片；
[0015]圖2為實施例1的造礁石珊瑚樣品塊的光譜反射率圖；
[0016]圖3為實施例2的造礁石珊瑚樣品塊的照片；
[0017]圖4為實施例2的造礁石珊瑚樣品塊的光譜反射率圖；
[0018]圖5是本發(fā)明測量時候的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]其中1、玻璃缸;2、入水口；3、出水口；4、鐵架臺；5、光源;6、光譜儀;7、光譜儀探頭；
8、造礁石珊瑚樣品塊。
【具體實施方式】
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[0020]以下實施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是對本發(fā)明的限制。
[0021]實施例1:
[0022]本實施例的岸基造礁石珊瑚光譜測量方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0023]—、如圖5所示，在玻璃缸I的內(nèi)壁粘貼黑色壁紙，并在玻璃缸內(nèi)鋪設(shè)黑色尼龍布，玻璃缸的下端設(shè)有入水口 2、上端設(shè)有出水口 3，在缸體中放置鐵架臺4，鐵架臺事先用黑色的電工膠布緊密纏繞，海水由入水口通入、出水口流出，然后將造礁石珊瑚樣品塊8放入盛有海水的玻璃缸的鐵架臺上，控制海水流速為0.5L/min，通入海水溫度為26-28°C，保持海水常流；
[0024]二、采用光強度為lOtmol/WVs的光源5照射步驟一玻璃缸內(nèi)的造礁石珊瑚樣品塊，并采用光譜儀6測量造礁石珊瑚樣品塊的光譜反射率，測量時將光譜儀探頭7垂直于造礁石珊瑚樣品塊表面，光譜儀探頭7與造礁石珊瑚樣品塊8的距離為5cm，10次測量取平均值，完成岸基珊瑚光譜測量方法。
[0025]本實施例步驟一中的造礁石珊瑚樣品塊為塊狀珊瑚，直徑為60mm，造礁石珊瑚的采集地點為中國海南三亞灣鹿回頭珊瑚礁區(qū)海域；
[0026]步驟二中照射光源的光譜包括波長為400?700nm的可見光，每次樣品測量前測量暗電流，采用的光譜儀為美國海洋光學(xué)光譜儀(USB2000+)，其測量范圍200nm-850nm，分辨率1.5歷，光譜采樣間隔0.611111，且平滑3次，探頭視場角為25°0
[0027]本實施例的造礁石珊瑚樣品塊的照片如圖1所示；
[0028]本實施例造礁石珊瑚樣品塊的光譜反射率圖如圖2所示。
[0029]實施例2:
[0030]本實施例的岸基珊瑚光譜測量方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0031 ] 一、如圖5所示，在玻璃缸I的內(nèi)壁粘貼黑色壁紙，并在玻璃缸內(nèi)鋪設(shè)黑色尼龍布，玻璃缸的下端設(shè)有入水口 2、上端設(shè)有出水口 3，在缸體中放置鐵架臺4，鐵架臺事先用黑色的電工膠布緊密纏繞，海水由入水口通入、出水口流出，然后將造礁石珊瑚樣品塊8放入盛有海水的玻璃缸中的鐵架臺4上，控制海水流速為0.5L/min，通入海水溫度為26°C ；
[0032]二、采用光強度為lOtmol/WVs的光源5照射步驟一玻璃缸內(nèi)的造礁石珊瑚樣品塊，并采用光譜儀6測量造礁石珊瑚樣品塊的光譜反射率，測量時將光譜儀探頭7垂直于造礁石珊瑚樣品塊表面，光譜儀探頭7與造礁石珊瑚樣品塊8的距離為5cm，10次測量取平均值，完成岸基珊瑚光譜測量方法。
[0033]本實施例步驟一中的造礁石珊瑚樣品塊為枝狀珊瑚，直徑為65mm，造礁石珊瑚的采集地點為中國三亞鹿回頭海域；
[0034]步驟二中照射光源的光譜包括波長為400?700nm的可見光，每次樣品測量前測量暗電流，采用的光譜儀為美國海洋光學(xué)光譜儀(USB2000+)，其測量范圍200nm-850nm，分辨率1.5歷，光譜采樣間隔0.611111，且平滑3次，探頭視場角為25°0
[0035]本實施例的造礁石珊瑚樣品塊的照片如圖3所示；
[0036]本實施例的造礁石珊瑚樣品塊的光譜反射率圖如圖4所示。
[0037]通過上述實施例1和2的對三亞鹿回頭海域所采集的塊狀珊瑚與枝狀珊瑚，光譜反射率采集，并對其在可見光波段內(nèi)的光譜反射率進(jìn)行分析，結(jié)果表明，塊狀珊瑚與枝狀珊瑚光譜反射率在波形上變化相似，均出現(xiàn)珊瑚光譜反射率的3個波峰特征與Hochberg報道的野外測量所得結(jié)果相一致(Hochberg et al，2000)，同樣在675nm處也出現(xiàn)了由于葉綠素吸收的波谷，但塊狀珊瑚光譜反射率高于枝狀珊瑚光譜反射率，塊狀珊瑚光譜反射率與枝狀珊瑚光譜反射率存在一定的差異性。塊狀珊瑚與枝狀珊瑚光譜反射率一階導(dǎo)數(shù)在537nm-700nm波段內(nèi)波形變化相一致，難以對塊狀珊瑚與枝狀珊瑚光譜反射率進(jìn)行區(qū)分，然而在短波段范圍內(nèi)430nm-479nm波段內(nèi)塊狀珊瑚高于枝狀珊瑚光譜反射率，可以對塊狀珊瑚與枝狀珊瑚進(jìn)行區(qū)分。塊狀珊瑚與枝狀珊瑚二階導(dǎo)數(shù)在可見光波段內(nèi)波形變化差異不明顯，但在483nm，498nm和514nm處可以對塊狀珊瑚與枝狀珊瑚進(jìn)行區(qū)分。因此，光譜反射率可以在一定程度上對塊狀珊瑚與枝狀珊瑚進(jìn)行區(qū)分，此結(jié)論與Hedley等人所認(rèn)為塊狀珊瑚與枝狀珊瑚光譜反射率可以進(jìn)行區(qū)分的結(jié)論相一致(Hedley et al ,2004)。而與Holden等人所認(rèn)為珊瑚的形態(tài)對珊瑚光譜反射率影響不大的結(jié)論不一致(Holden et al，1999)。同時，通過塊狀與枝狀珊瑚光譜反射率一階導(dǎo)數(shù)與塊狀珊瑚與枝狀珊瑚二階導(dǎo)數(shù)分析，可知光譜反射率一階導(dǎo)數(shù)能夠更好的對兩者差異性進(jìn)行區(qū)分。
[0038]對比實驗:
[0039]本對比實驗為攜帶光纖長度為25米的光譜儀于野外測量，具體為開快艇到達(dá)所要測量造礁石珊瑚樣品所在海域，其中一人在船上操作光譜儀，一人或兩人潛水找到目標(biāo)珊瑚樣品，將光譜儀探頭調(diào)整垂直于野外造礁石珊瑚樣品表面，測量光譜反射率。測量時間必須限定在晴天中午的12::00-14:00之間，測量期間潛水員盡量減少對水體的擾動，盡量不帶對周圍光場有影響的器具。由于需要潛水，測量展開起來相對困難，比如海況不好的情況下不能測量，陰天、多云等天氣情況也不能夠測量，不僅費時費力，有些地方還不能完成測量。
[0040]本發(fā)明可以使得光譜反射率測量脫離自然條件限制，不論多么偏遠(yuǎn)的海域，只要能帶回樣品即可完成實驗室測量。經(jīng)過多次對比相同品種造礁石珊瑚樣品光譜反射率特征譜線基本一致，在保證測量質(zhì)量的前提下極大地提高了效率。
【主權(quán)項】
1.一種岸基造礁石珊瑚光譜測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 具有黑色不透明的缸體，在缸體的下端設(shè)有入水口、上端設(shè)有出水口，在缸體中放置黑色的鐵架臺，海水從入水口進(jìn)入，出水口溢出，保持海水流動，然后將造礁石珊瑚樣品塊放入盛有海水的缸體中的鐵架臺上，然后采用光源照射造礁石珊瑚樣品塊，并采用光譜儀測量造礁石珊瑚樣品塊的光譜反射率，測量時將光譜儀探頭垂直于造礁石珊瑚樣品塊表面，多次測量取平均值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的岸基造礁石珊瑚光譜測量方法，其特征在于，所述的光源的光照強度為 1 6μ??01 /m2 / s。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的岸基造礁石珊瑚光譜測量方法，其特征在于，所述光源包括波長為400?700nm的可見光。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的岸基造礁石珊瑚光譜測量方法，其特征在于，所述的保持海水流動，其海水溫度為26 °C?28°C，其海水流速為0.5L/min。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的岸基造礁石珊瑚光譜測量方法，其特征在于，所述的黑色不透明的缸體為在內(nèi)壁粘貼黑色壁紙、底壁鋪設(shè)覆蓋黑色尼龍布的玻璃缸，所述的黑色的鐵架臺為黑色電工膠布包纏的鐵架臺。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的岸基造礁石珊瑚光譜測量方法，其特征在于，所述的采用光譜儀測量造礁石珊瑚樣品塊的光譜反射率，其測量時的波長間隔為0.5?lnm，且平滑3次。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的岸基造礁石珊瑚光譜測量方法，其特征在于，所述的采用光譜儀測量造礁石珊瑚樣品塊的光譜反射率，測量時將光譜儀探頭垂直于造礁石珊瑚樣品塊表面，當(dāng)采用光譜儀探頭視場角為25°時，造礁石珊瑚樣品塊的直徑多50mm，或當(dāng)測試時為全視野時，造礁石珊瑚樣品塊的直徑多100mm，所述的光譜儀探頭與造礁石珊瑚樣品塊的距離為 5cm。
【文檔編號】G01N21/31GK105891131SQ201610211499
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月5日
【發(fā)明人】陳永強, 陳標(biāo), 謝強, 黃暉, 雷新明, 郭明蘭, 楊劍輝, 張浴陽
【申請人】中國科學(xué)院南海海洋研究所