東北地理所在全球湖泊水庫藻藍(lán)蛋白遙感反演研究綜述取得新進(jìn)展
全球湖泊水庫提供了重要的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)功能，如旅游、航運、飲用和灌溉水源。可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)6.3.2的一個關(guān)鍵點是內(nèi)陸水體的質(zhì)量得到改善。內(nèi)陸藍(lán)藻大量繁殖會造成嚴(yán)重的環(huán)境問題，如飲用水供應(yīng)危機(jī)、湖泊生態(tài)系統(tǒng)破壞，甚至大象大量死亡。藻藍(lán)蛋白（PC）是藍(lán)藻的特征參數(shù)，監(jiān)測其濃度可用于藍(lán)藻水華研究。遙感以其實時高效觀測、多源動態(tài)、大時空尺度等優(yōu)勢，逐漸發(fā)展成為水環(huán)境研究的前沿和主流。雖然世界各國水色遙感領(lǐng)域的學(xué)者已經(jīng)開展了廣泛的基于單個湖泊的PC遙感反演研究，依然鮮見關(guān)于PC模型在不同地區(qū)和湖泊的適用性以及全球湖泊PC反演面臨的挑戰(zhàn)的系統(tǒng)綜述。
為了解PC遙感反演的研究進(jìn)展，分析全球不同水體PC遙感的應(yīng)用前景和面臨的挑戰(zhàn)，本研究綜述了PC遙感反演方法的分類、提出和應(yīng)用。從PC的光學(xué)機(jī)制入手，重點分析了不同類型的PC遙感反演在不同光學(xué)特性下的優(yōu)缺點、傳感器的適用性、全球湖泊PC的時空變化，并對未來全球湖泊PC遙感的發(fā)展提出了建議。這為評價構(gòu)建適用于不同類型水體的通用PC遙感反演的可行性提供了理論依據(jù)。研究概述了內(nèi)陸水體中PC的物理和光學(xué)性質(zhì)（如不同水色參數(shù)干涉狀態(tài)下的吸收、熒光和反射特性）。這為這些水體遙感反演算法的發(fā)展和完善提供了物理和化學(xué)基礎(chǔ)，也解釋了構(gòu)建復(fù)雜內(nèi)陸水體通用PC遙感反演算法所面臨的挑戰(zhàn)。基于現(xiàn)場實測光譜或多源衛(wèi)星影像，本研究系統(tǒng)匯總分析了PC反演的經(jīng)驗、半經(jīng)驗、半解析、準(zhǔn)解析和機(jī)器學(xué)習(xí)模型。概述了不同類型模型的原理和適用性，并分析了每種模型的優(yōu)缺點，以指導(dǎo)大規(guī)模多源衛(wèi)星遙感反演PC模型的選擇和改進(jìn)。最后，本研究綜合分析了主流傳感器（MODIS、Landsat系列傳感器、MERIS、OLCI、浮游生物、氣溶膠、云、海洋生態(tài)系統(tǒng)（PACE））在水色遙感研究中PC反演的優(yōu)缺點。為今后全球內(nèi)陸水體PC遙感反演研究影像篩選提供科學(xué)指導(dǎo)。此外，本研究基于2010-2023年中國內(nèi)陸水體PC數(shù)據(jù)和全球相關(guān)研究團(tuán)隊的共享數(shù)據(jù)集，系統(tǒng)分析了數(shù)據(jù)的數(shù)值范圍和空間分布，并討論了構(gòu)建全球內(nèi)陸水體PC遙感反演模型的前景和建議。
圖1 全球藻藍(lán)蛋白（PC）樣點（圖中紅色+）和頻率分布（直方圖）
該研究成果發(fā)表在國際Top期刊Water Research上，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所房沖項目副研究員為第一作者，宋開山研究員為通訊作者。該項研究得到了國家自然科學(xué)基金(U2243230,42171374,42101366)，“黑土糧倉”科技會戰(zhàn)人才專項基金和中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所青年科學(xué)家小組項目（2023QNXZ01）等共同資助。
論文信息如下：
Chong Fang,Kaishan Song*,Zhaojiang Yan,Ge Liu. Monitoring phycocyanin in global inland waters by remote sensing: Progress and future developments. Water Research,2025,275: 123176.
鏈接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123176
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