近日，我所海洋声学与遥感研究室在地球科学一区TOP期刊International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation（IF=7.6）上发表了题为“Satellite retrieval of bottom reflectance from high-spatial-resolution multispectral imagery in shallow coral reef waters”的研究论文。我室陈本清研究员为论文第一作者和通讯作者，共同通讯作者为我室黄二辉副研究员，合作者包括我室杨燕明研究员、国家海洋卫星应用中心的邹斌研究员和林明森研究员以及厦门环境监测中心站的许文锋教授级高工和田永强高级工程师。

在全球变暖和人为活动干扰不断加强的背景下，珊瑚礁生态系统正经历不断退化，掌握最新的珊瑚礁底栖分布情况是珊瑚礁保护与管理的重要环节。珊瑚礁底质反射率是指示珊瑚礁底栖状态和类型变化的重要遥感参数之一。然而从卫星遥感数据中准确反演珊瑚礁多波段底质反射率仍具有挑战性。

针对挑战，研究提出了一种新颖的基于方程的分析方法（图1），通过建立两个独立于底质类型和水深的底质反射率方程，利用高分辨率多光谱卫星遥感图像，可准确反演获得珊瑚礁蓝、绿波段底质反射率数据。与以往方法相比，该方法具有无需额外辅助数据即可同时获取大面积和蓝绿两个波段珊瑚礁底质反射率数据的优点。

基于珊瑚礁水体遥感反射率模拟数据集的反演与评估结果表明，所提出的方法在蓝色和绿色波段表现良好，且不受水体深度变化的影响（图2）。除440nm波长CDOM光谱吸收系数[aCDOM (440)]为 0.1 m-1 和叶绿素浓度（CCHL）≥0.5μg/L 情况外，大多数情况下的蓝波段底质反射率反演均方根误差（RMSE）小于 0.02；当 aCDOM(440) < 0.05 m-1、非色素颗粒物浓度 (CNAP) < 0.25 mg/L 和叶绿素浓度 (CCHL) < 0.5μg/L 时，绿波段底质反射率RMSE相对较低。将该方法应用于西沙晋卿岛和瓦胡岛Kaneohe湾高分辨率多光谱卫星图像（图3-图4），反演获得的蓝绿波段底质反射率很好地校正了由于水体影响而导致的珊瑚礁反射率光谱畸变。与收集的珊瑚礁和砂质光谱反射率实测数据对比，反演得到的蓝绿波段反射率光谱幅度和形状均是准确的。研究最后讨论并分析了水体性质的空间不均匀性、用于估算总漫射衰减系数波段比的像元采样纯净度以及图像辐射校正误差等因素对底质反射率反演的影响。

目前，全球珊瑚礁底栖类型高分辨率分布数据较为稀缺，本研究能为珊瑚礁高分辨率卫星遥感监测做出贡献。

该研究主要得到国家自然科学基金项目（Grant #42176178）、自然资源部第三海洋研究所基本科研业务费（2020011，2020017）和国家高分专项（Grant 41-Y30F07-9001-20/22）等资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S156984322500130X#s0060

图1 珊瑚礁底质反射率高分辨率卫星遥感反演技术路线图

图2 基于不同组合的珊瑚礁水体遥感反射率模拟数据集获得的蓝绿波段底质反射率反演均方根误差在不同深度的分布图（左：蓝波段，右：绿波段）

图3 西沙晋卿岛珊瑚礁浅水区水面下遥感反射率（a：蓝波段，b：绿波段）和底质反射率反演结果（c：蓝波段，d：绿波段）对比图

图4 瓦胡岛Kaneohe湾珊瑚礁浅水区水面下遥感反射率（a：蓝波段，b：绿波段）和底质反射率反演结果（c：蓝波段，d：绿波段）对比图