從水色遙感業務應用潛力和用戶的實際需求出發，我們基于PIE-Basic 遙感圖像基礎處理軟件，研發了水色遙感數據處理，水色、水溫反演與分析工具，實現了基于遙感衛星數據反演葉綠素濃度a、顆粒有機碳濃度、浮游植物碳濃度、水體固有光學特性等20多種水質因子含量，以及海洋表面溫度反演等功能，為海洋生態環境評估與監測、海洋資源勘探與開發、海洋污染與防控、養殖業管理等多場景下的精準決策提供技術支撐。其主要功能介紹如下：

提供水色數據的數據可視化功能

軟件界面友好便捷

PIE-Basic為水色數據提供了便捷高效的可視化平臺支持。支持科學數據集(.nc,.hdf)的加載，可查看數據集和波段的元數據信息。支持用戶自定義添加波段到數據面板，快速加載與瀏覽相關數據。軟件支持用戶根據影像的像素值范圍自定義分類區間和渲染方案，進行成果數據的偽彩色渲染，以提升數據分析和應用效率。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

▲默認加載效果

▲偽彩色加載效果

支持多種水質因子反演

水色水溫反演模塊提供多種水色反演工具進行業務化的水色產品生產，包括葉綠素a（chlor_a）、490nm漫反射衰減系數（Kd490）、顆粒有機碳（POC）、顆粒無機碳（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）、水質指數多項式分數（QWIP）、固有光學特性（IOP）、浮游植物碳濃度(carbon_phyto)、PIC-顏色指數（calcite_ci2）。其中，固有光學特性產品包括：所有可見波長的總體吸收系數（a）、可見光波長下的總后向散射系數（bb）、浮游植物在443nm處的吸收系數（aph）、443nm處非藻類物質及CDOM的吸收系數（adg）、443nm處粒子的后向散射系數（bbp）、adg的指數光譜斜率（sdg）、bbp的冪律斜率(sbp)等固有光學特性產品。

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、海表狀態以及反演算法等多方面因素的影響。該功能采用改進的云檢測算法和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海表面溫度產品

提供了多種海洋水色

水溫數據的分析工具

該分析模塊包括直方圖統計工具、時間序列分析工具等。可用于分析水色水溫數據的分布情況和變化趨勢。時序數據趨勢率計算器通過輸入同一地區多時相的水色產品，可綜合計算該時間范圍內某項水色因子的變化率，變化率的正負指示參量的增長或減少，數值大小可指示變化的速率，因此基于變化率可為該地區的水質監測提供科學依據。例如針對葉綠素a濃度顯著增加的地區，有可能存在水華爆發現象。

▲某地區葉綠素a濃度趨勢率計算圖

支持反演成果快速制圖及導出功能

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，通過增加標題、格網以及圖例等多種制圖要素，可用于水色、水溫相關產品的專題地圖制作。

以下是基于MODIS L2數據生成的葉綠素濃度a 專題圖。數據時間2021年10月2日，地理范圍115.079~145.440,23.652~44.965。葉綠素a濃度通常結合水體中的總氮、總磷、氨氮、硝酸鹽氮、pH、總有機碳等，用于水體富營養化評估。中國國家環境保護標準《地表水環境質量標準》中規定了湖泊和水庫葉綠素a的限值，分別為10μg/L和25μg/L。美國環保總署（USEPA）也發布了相關標準，具有一定的參考意義：葉綠素濃度a低于4mg/m^3,水體貧營養化；葉綠素濃度a低于10mg/m^3,高于4mg/m^3，水體中營養化；葉綠素濃度a高于10mg/m^3，水體富營養化。圖中近海地區葉綠素a濃度偏高，符合人類活動與海洋的作用影響機制。

▲葉綠素a濃度專題圖