一種岸基造礁石珊瑚光譜測量方法
【專利摘要】本發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，在缸體的下端設有入水口、上端設有出水口，在缸體中放置黑色的鐵架臺，海水從入水口進入，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。本發明以岸基實驗室為依托，通過岸基實驗室內模擬野外測量環境，測量造礁石珊瑚光譜反射率。這樣可以節省大量的野外觀測時間，并且對于偏遠地區等不易到達的造礁石珊瑚區，只要帶回部分活體樣本，即可完成測量，大大節省了野外調查的時間和經濟成本。
【專利說明】
一種岸基造礁石珊瑚光譜測量方法
技術領域
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[0001]本發明屬于造礁石珊瑚樣本的光譜反射率測量領域，具體涉及一種岸基造礁石珊瑚光譜測量方法。
【背景技術】
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[0002]珊瑚礁生態系統具有非常重要的生態服務、社會、經濟和文化價值。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，全球珊瑚礁生態系統受到破壞\大規模珊瑚白化死亡事件頻現。遙感技術具有實時、大面積監測特性，能夠促進珊瑚礁生態系統的監測與管理。開展珊瑚礁底質光譜反射率特征識別是珊瑚礁遙感技術的難點，同時也是當今研究的熱點。實施珊瑚礁生態系統全面、實時監測與保護，對于珊瑚礁生態保育具有非常重要的意義。傳統的方法無法獲得大面積的觀測數據，尤其難以了解偏遠地區珊瑚礁生態健康狀況。遙感技術具有全面、實時監測等特點，可以滿足珊瑚礁生態系統監測的需求。遙感研究的基礎是根據不同珊瑚礁底質光譜特征進行反演，對比反演結果和現場數據研究珊瑚礁底質狀況。
【發明內容】
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[0003]本發明的目的是解決現有測試方法無法獲得大面積觀測數據的局限，以及難以了解偏遠地區珊瑚礁生態健康狀況的技術問題，而提供一種能大大節省了野外調查的時間和經濟成本的岸基造礁石珊瑚光譜測量方法。
[0004]本發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，在缸體的下端設有入水口、上端設有出水口，在缸體中放置黑色的鐵架臺，海水從入水口進入，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]優選，所述的光源的光照強度為lOlmol/WVs。進一步，所述光源包括波長為400?700nm的可見光。
[0007]優選，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]優選，所述的黑色不透明的缸體為在內壁粘貼黑色壁紙、底壁鋪設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]本發明利用野外光學實驗的特點，就珊瑚礁底質光譜測量設計成一套成熟方法。通過設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，為今后進一步的研究和保護工作打下理論基礎和現實依據。
[0012]本發明的有益效果是:目前現有技術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地區珊瑚礁健康狀況。本發明以岸基實驗室為依托，通過岸基實驗室內模擬野外測量環境，測量造礁石珊瑚光譜反射率。這樣可以節省大量的野外觀測時間，并且對于偏遠地區等不易到達的造礁石珊瑚區，只要帶回部分活體樣本，即可完成測量，大大節省了野外調查的時間和經濟成本。
[0013]本發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是本發明測量時候的結構示意圖；
[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明的進一步說明，而不是對本發明的限制。
[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行的:
[0023]—、如圖5所示，在玻璃缸I的內壁粘貼黑色壁紙，并在玻璃缸內鋪設黑色尼龍布，玻璃缸的下端設有入水口 2、上端設有出水口 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行的:
[0031 ] 一、如圖5所示，在玻璃缸I的內壁粘貼黑色壁紙，并在玻璃缸內鋪設黑色尼龍布，玻璃缸的下端設有入水口 2、上端設有出水口 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的光譜反射率進行分析，結果表明，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果相一致(Hochberg et al，2000)，同樣在675nm處也出現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數在537nm-700nm波段內波形變化相一致，難以對塊狀珊瑚與枝狀珊瑚光譜反射率進行區分，然而在短波段范圍內430nm-479nm波段內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行區分。塊狀珊瑚與枝狀珊瑚二階導數在可見光波段內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行區分。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行區分，此結論與Hedley等人所認為塊狀珊瑚與枝狀珊瑚光譜反射率可以進行區分的結論相一致(Hedley et al ,2004)。而與Holden等人所認為珊瑚的形態對珊瑚光譜反射率影響不大的結論不一致(Holden et al，1999)。同時，通過塊狀與枝狀珊瑚光譜反射率一階導數與塊狀珊瑚與枝狀珊瑚二階導數分析，可知光譜反射率一階導數能夠更好的對兩者差異性進行區分。
[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珊瑚樣品，將光譜儀探頭調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，不論多么偏遠的海域，只要能帶回樣品即可完成實驗室測量。經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，在保證測量質量的前提下極大地提高了效率。
【主權項】
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，在缸體的下端設有入水口、上端設有出水口，在缸體中放置黑色的鐵架臺，海水從入水口進入，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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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壁粘貼黑色壁紙、底壁鋪設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.根據權利要求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.根據權利要求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
【發明人】陳永強, 陳標, 謝強, 黃暉, 雷新明, 郭明蘭, 楊劍輝, 張浴陽
【申請人】中國科學院南海海洋研究所