東北地理所在全球湖泊水庫藻藍蛋白遙感反演研究綜述取得新進展
全球湖泊水庫提供了重要的生態和經濟功能，如旅游、航運、飲用和灌溉水源。可持續發展目標6.3.2的一個關鍵點是內陸水體的質量得到改善。內陸藍藻大量繁殖會造成嚴重的環境問題，如飲用水供應危機、湖泊生態系統破壞，甚至大象大量死亡。藻藍蛋白（PC）是藍藻的特征參數，監測其濃度可用于藍藻水華研究。遙感以其實時高效觀測、多源動態、大時空尺度等優勢，逐漸發展成為水環境研究的前沿和主流。雖然世界各國水色遙感領域的學者已經開展了廣泛的基于單個湖泊的PC遙感反演研究，依然鮮見關于PC模型在不同地區和湖泊的適用性以及全球湖泊PC反演面臨的挑戰的系統綜述。
為了解PC遙感反演的研究進展，分析全球不同水體PC遙感的應用前景和面臨的挑戰，本研究綜述了PC遙感反演方法的分類、提出和應用。從PC的光學機制入手，重點分析了不同類型的PC遙感反演在不同光學特性下的優缺點、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遙感的發展提出了建議。這為評價構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。研究概述了內陸水體中PC的物理和光學性質（如不同水色參數干涉狀態下的吸收、熒光和反射特性）。這為這些水體遙感反演算法的發展和完善提供了物理和化學基礎，也解釋了構建復雜內陸水體通用PC遙感反演算法所面臨的挑戰。基于現場實測光譜或多源衛星影像，本研究系統匯總分析了PC反演的經驗、半經驗、半解析、準解析和機器學習模型。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缺點，以指導大規模多源衛星遙感反演PC模型的選擇和改進。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、海洋生態系統（PACE））在水色遙感研究中PC反演的優缺點。為今后全球內陸水體PC遙感反演研究影像篩選提供科學指導。此外，本研究基于2010-2023年中國內陸水體PC數據和全球相關研究團隊的共享數據集，系統分析了數據的數值范圍和空間分布，并討論了構建全球內陸水體PC遙感反演模型的前景和建議。
圖1 全球藻藍蛋白（PC）樣點（圖中紅色+）和頻率分布（直方圖）
該研究成果發表在國際Top期刊Water Research上，中國科學院東北地理與農業生態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基金(U2243230,42171374,42101366)，“黑土糧倉”科技會戰人才專項基金和中國科學院東北地理與農業生態研究所青年科學家小組項目（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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