基于无人机影像识别冰封水库CH4冒泡分布热区

2025-06-30 30 1.43M 0

  摘要:冒泡作为湖库等淡水生态系统中温室气体甲烷(Methane:CH4)排放的主要方式,存在着高度时空异质性。水库库尾浅水区沉积物易产生CH4,并以冒泡的形式释放,但是在开放水体中很难捕捉到CH4冒泡的排放热区。冰封水库在冰的生长过程中会冻结捕捉由沉积物产生并上浮富含CH4的气泡,在冰面上形成一定规模的“冰封气泡”,这使得基于冰封气泡特征识别CH4冒泡分布热区的规模、空间分布成为可能。本研究以我国东北地区大型水库-东风水库为调查对象,基于冬季水库冰面的无人机影像与现场冰封气泡特征调查,结合面向对象的分类方法构建了冰封气泡影像提取分割方法,利用空间自相关分析探究冰封气泡空间分布模式,识别冰封气泡聚集的热点区域。研究结果表明:(1)东风水库库尾冰封气泡直径的范围为1~10 cm,无人机15 m飞行高度空间分辨率为0.4 cm,能够满足识别冰封气泡的质量要求,形态学顶帽变换方法能够有效改善光照不均的图像,显著提高正射影图片资料的合成质量。(2)利用气泡、冰裂纹在长宽比、亮度、密度等特征值的差异性能够进行冰封气泡的有效提取分类,受调查的3个气泡区分类总体提取精度均为0.8以上,显示了较高的冰封气泡提取效果。(3)3个冰封气泡密集区域总气泡面积占库尾总面积的0.24%,3个区域内部共10个调查样带的气泡面积占比分布范围为2.6%~7.8%,冰封气泡空间分布均呈现显著的聚集模式,被划分为冒泡分布热点的区域占库尾总面积的0.9%,说明在整个水库范围内,CH4冒泡热区可能仅存在于有限的区域内。研究成果对于揭示湖库甲烷排放热区分布特征具有重要的指示意义。



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