從水色遙感業(yè)務(wù)應(yīng)用潛力和用戶的實(shí)際需求出發(fā)，我們基于PIE-Basic 遙感圖像基礎(chǔ)處理軟件，研發(fā)了水色遙感數(shù)據(jù)處理，水色、水溫反演與分析工具，實(shí)現(xiàn)了基于遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)反演葉綠素濃度a、顆粒有機(jī)碳濃度、浮游植物碳濃度、水體固有光學(xué)特性等20多種水質(zhì)因子含量，以及海洋表面溫度反演等功能，為海洋生態(tài)環(huán)境評估與監(jiān)測、海洋資源勘探與開發(fā)、海洋污染與防控、養(yǎng)殖業(yè)管理等多場景下的精準(zhǔn)決策提供技術(shù)支撐。其主要功能介紹如下：

提供水色數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)可視化功能

軟件界面友好便捷

PIE-Basic為水色數(shù)據(jù)提供了便捷高效的可視化平臺支持。支持科學(xué)數(shù)據(jù)集(.nc,.hdf)的加載，可查看數(shù)據(jù)集和波段的元數(shù)據(jù)信息。支持用戶自定義添加波段到數(shù)據(jù)面板，快速加載與瀏覽相關(guān)數(shù)據(jù)。軟件支持用戶根據(jù)影像的像素值范圍自定義分類區(qū)間和渲染方案，進(jìn)行成果數(shù)據(jù)的偽彩色渲染，以提升數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用效率。還具備亮度、對比度等顯示控制和自動拉伸等功能，可提升對圖像的渲染效果。

▲MODIS 加載與顯示

▲SeaWIFS 加載與顯示

▲默認(rèn)加載效果

▲偽彩色加載效果

支持多種水質(zhì)因子反演

水色水溫反演模塊提供多種水色反演工具進(jìn)行業(yè)務(wù)化的水色產(chǎn)品生產(chǎn)，包括葉綠素a（chlor_a）、490nm漫反射衰減系數(shù)（Kd490）、顆粒有機(jī)碳（POC）、顆粒無機(jī)碳（PIC）、光合有效輻射（PAR）、瞬時光合有效輻射（iPAR）、表觀可見光波長（AVW）、歸一化熒光線高度（nFLH）、水質(zhì)指數(shù)多項(xiàng)式分?jǐn)?shù)（QWIP）、固有光學(xué)特性（IOP）、浮游植物碳濃度(carbon_phyto)、PIC-顏色指數(shù)（calcite_ci2）。其中，固有光學(xué)特性產(chǎn)品包括：所有可見波長的總體吸收系數(shù)（a）、可見光波長下的總后向散射系數(shù)（bb）、浮游植物在443nm處的吸收系數(shù)（aph）、443nm處非藻類物質(zhì)及CDOM的吸收系數(shù)（adg）、443nm處粒子的后向散射系數(shù)（bbp）、adg的指數(shù)光譜斜率（sdg）、bbp的冪律斜率(sbp)等固有光學(xué)特性產(chǎn)品。

支持海洋表面溫度反演

水色水溫反演模塊提供了海洋表面溫度的反演功能。海洋表面溫度反演精度受到云檢測精度、水汽含量、海表狀態(tài)以及反演算法等多方面因素的影響。該功能采用改進(jìn)的云檢測算法和NLSST(Nonlinear Least Squares Spectral Tuning),較大程度提高了海洋表面溫度的反演精度。

▲11μm海表面溫度產(chǎn)品

提供了多種海洋水色

水溫數(shù)據(jù)的分析工具

該分析模塊包括直方圖統(tǒng)計(jì)工具、時間序列分析工具等。可用于分析水色水溫數(shù)據(jù)的分布情況和變化趨勢。時序數(shù)據(jù)趨勢率計(jì)算器通過輸入同一地區(qū)多時相的水色產(chǎn)品，可綜合計(jì)算該時間范圍內(nèi)某項(xiàng)水色因子的變化率，變化率的正負(fù)指示參量的增長或減少，數(shù)值大小可指示變化的速率，因此基于變化率可為該地區(qū)的水質(zhì)監(jiān)測提供科學(xué)依據(jù)。例如針對葉綠素a濃度顯著增加的地區(qū)，有可能存在水華爆發(fā)現(xiàn)象。

▲某地區(qū)葉綠素a濃度趨勢率計(jì)算圖

支持反演成果快速制圖及導(dǎo)出功能

PIE-Basic 具備大量的制圖工具可為水色反演模塊做專題制圖的支撐，通過增加標(biāo)題、格網(wǎng)以及圖例等多種制圖要素，可用于水色、水溫相關(guān)產(chǎn)品的專題地圖制作。

以下是基于MODIS L2數(shù)據(jù)生成的葉綠素濃度a 專題圖。數(shù)據(jù)時間2021年10月2日，地理范圍115.079~145.440,23.652~44.965。葉綠素a濃度通常結(jié)合水體中的總氮、總磷、氨氮、硝酸鹽氮、pH、總有機(jī)碳等，用于水體富營養(yǎng)化評估。中國國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定了湖泊和水庫葉綠素a的限值，分別為10μg/L和25μg/L。美國環(huán)保總署（USEPA）也發(fā)布了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具有一定的參考意義：葉綠素濃度a低于4mg/m^3,水體貧營養(yǎng)化；葉綠素濃度a低于10mg/m^3,高于4mg/m^3，水體中營養(yǎng)化；葉綠素濃度a高于10mg/m^3，水體富營養(yǎng)化。圖中近海地區(qū)葉綠素a濃度偏高，符合人類活動與海洋的作用影響機(jī)制。

▲葉綠素a濃度專題圖