科研成果
岛礁珊瑚白化遥感监测技术新进展
时间：2023年09月01日
访问次数:1277
近日，我所张华国研究员团队在国际遥感领域著名期刊IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters （IF 4.8）上发表了题为“Detection of Coral Bleaching in Oceanic Islands Using Normalized Bottom Reflectance Change Index From Multispectral Satellite Imagery”的研究成果。论文第一作者为我所与上海交通大学联合培养的博士生马蕴涵，通讯作者为张华国研究员。
在全球气候变化和人类活动的综合影响下，大规模珊瑚白化事件日益频发，珊瑚礁底栖生境正在退化。底质反射率是表征底栖健康状态的重要指标，然而，大范围实测底质光谱数据获取困难、成本高、效率低，再加上浅海区域底质反射和水柱散射信号耦合程度高，难以精确提取海底反射率。针对该问题，团队基于水深和光谱参数之间的强线性关系对辐射传输模型进行全局约束，提出了一种无需实测数据支持、具备物理意义的底质反射率定量反演方法，分析评估了其在底质分类和珊瑚白化监测中的潜力（参考论文）。
在此基础上，团队基于长时序标准化的底质反射率产品，进一步构建了归一化底质反射率变化指数NBRCI，通过阈值分割技术识别珊瑚白化与恢复区域，取得一些新成果。具体流程如图1所示。
图1. 方法流程图
将该方法在太平洋两个典型岛礁区域进行了应用验证。结果表明，基于NBRCI监测到的两个研究区珊瑚白化与恢复交替出现(图2a, b和图3a, b)，NBRCI为正值代表珊瑚可能发生白化，为负值代表白化可能发生恢复(图2c, d和图3c, d)。变化周期与珊瑚白化温度产品异常能够很好地匹配，DHW超过一级预警对应的白化比例、底质反射率和NBRCI都会有所升高，表明NBRCI能够在像元尺度上有效、稳定地识别珊瑚状态的变化，对珊瑚礁底栖生态系统的保护具有重要意义。
图2. 法国护卫队浅滩: (a) 12期Landsat-8遥感影像图, (b) 底质反射率反演结果, (c) 图b红色三角前后时序计算得到的NBRCI图, (d)阈值分割后珊瑚白化、恢复识别结果, (e) 时序珊瑚白化温度产品变化、白化与恢复比例转移矩阵、底质反射率和NBRCI箱型图，虚线代表一级白化预警
图3. 库里亚岛-阿拉努卡环礁: (a) 12期Landsat-8遥感影像图, (b) 底质反射率反演结果, (c) 图b红色三角前后时序计算得到的NBRCI图, (d)阈值分割后珊瑚白化、恢复识别结果, (e) 时序珊瑚白化温度产品变化、白化与恢复比例转移矩阵、底质反射率和NBRCI箱型图，虚线代表一级白化预警
论文引用：Ma Y, Zhang H, Cao W, et al. Detection of coral bleaching in oceanic islands using normalized bottom reflectance change index from multispectral satellite imagery [J]. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 20 [2023-08-21]. DOI:10.1109/LGRS.2023.3282708.
