基于泥沙因子的水深遥感反演模型

针对悬浮泥沙影响水体遥感测深精度的问题,选择长江口南港至南槽为研究区,通过对遥感测深方法研究,结合悬浮泥沙光谱特性分析,把"泥沙因子"引入到水体遥感测深反演模型中,研究表明:1)单因子非线性模型中,指数模型对0-2m的水深反演效果较好,对数模型对2-7m的水深反演较好,二次回归模型对7-14m的水深反演效果较好:2)建立的BP人工神经网络水深反演模型综合了多个波段具有的水深信息,模型的反演效果好于单因子非线性模型;3)实验构建的泥沙遥感参数综合了不同波段具有的悬沙信息,削弱了叶绿素和外界环境条件对泥沙信息的干扰,可较好地反映悬沙浓度变化特征;4)建立的BP人工神经网络泥沙因子水深反演模型削弱了悬浮泥沙对遥感测深的影响,模型实际反演能力明显优于单因子非线性模型和多因子BP人工神经网络水深反演模型.     

乌梁素海水体透明度分布及影响因子相关分析

根据2006-2008年间5-10月对乌梁素海的连续监测资料,分析了乌梁素海水体透明度的时空分布状况和季节变化规律,对影响透明度的5个理化因子,包括浊度、悬浮物、叶绿素a、氮磷比和pH值进行相关分析.三年内有监测资料的月份中,乌梁素海水体透明度变化范围在0.33-1.62m,平均值为0.93m,透明度分布的总体趋势是芦苇区及靠近芦苇区较低,西南端开阔水面区较高.从相关分析结果来看,浊度是乌梁索海水体透明度的主要影响冈素,其与透明度的关系是SD=1.48x~(-0.471)(R=0.83,N=100,P<0.0001);悬浮物是乌梁索海水体透明度的直接影响者,与透明度的关系是S~(1/4)=-3.9481nSD+12.055(R=0.65,N=100,P<0.0001):pH值和N/P对透明度的影响是间接的.     

洱海4种沉水植物叶片的光合色素组成及C、N、P化学计量特征对水深的响应

水深与水体的多个环境要素(如光照、温度等)密切关联.因而水深会影响沉水植物的生长、繁殖和生理生化特征,包括叶片的光合色素组成和C、N、P化学计量特征.本研究通过对洱海4种沉水植物苦草(Vallisneria natans)、微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)、光叶眼子菜(Potamogeton lucens)和篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus)在不同水深梯度的叶片色素组成和C、N、P化学计量特征进行分析,以阐明水深对这些指标的影响规律和机制.结果表明:水深对4种沉水植物叶片光合色素组成和C、N、P化学计量特征的影响具有种间差异性;苦草、微齿眼子菜和光叶眼子菜叶片N含量,苦草和光叶眼子菜叶片P含量都与叶片叶绿素含量呈显著正相关;苦草叶片N含量随水深增加而增加,可能是由苦草为应对深水弱光胁迫而加强光合色素和蛋白的合成导致的,而磷含量的增加可能还受其他因素的影响.     

冠层光谱的多项式分析及生化参量反演

提出了一种冠层光谱的多项式表达模型和分解方法, 并将它用于反演冠层多角度光谱数据获取生化参量. 首先叙述了多项式表达的基本公式, 并分析了多项式的n阶项及系数的物理意义, 在此基础上给出完整的多项式表达模型, 以及反演多项式系数的分解方法. 通过对SAILH模型模拟的冠层光谱的分解, 多项式表达不仅能很好地拟合冠层光谱, 而且揭示了冠层的每一次散射对总反射的贡献. 以一次散射系数a₁₀和a₀₁为例, 可以看到多项式系数很好地反映了冠层光谱中的热点现象及观测角度、叶面积指数和叶倾角的影响. 利用多项式表达与叶片模型PROSPECT的耦合, 建立了冠层生化参量反演模型. 分别利用两种不同的冠层模型(SAILH模型和4-SCALE模型)模拟了冠层多角度光谱数据, 然后以多项式表达+PROSPECT模型反演, 以提取生化参量, 都取得了理想的结果. 在此基础之上, 利用实测的玉米冠层多角度光谱数据, 也获得了较为准确的叶绿素含量反演结果. 说明多项式分析提供了不依赖于特定冠层模型而反演生化参量的一条新思路.     

水深对沉水植物苦草(Vallisneria natans)和穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)生长的影响

水深是影响浅水湖泊沉水植物生长的主要因素之一.莲座型苦草（Vallisneria natans）和冠层型穗花狐尾藻（Myriophyllum spicatum）是我国长江中下游浅水湖泊中常见的沉水植物种类,二者在形态特征上具有较大的差异.在自然水体中,水深变化对这两种植物的生长以及竞争格局的影响还有待研究.本文设计了3个水深梯度（水深0.5、1.5、2.5 m）,探讨混栽条件下苦草和穗花狐尾藻生长和竞争格局对水深变化的响应.结果显示在实验系统内,中水深（1.5 m）处理组对两种植物的生长均最有利,表现为两种植物的相对生长率和生物量均最高.低水深（0.5 m）处理组苦草的生物量和相对生长率均显著低于高水深（2.5 m）处理组;穗花狐尾藻则相反,高水深对其生长的抑制作用更大.2种沉水植物在高水深胁迫时均表现出地上部分（叶长或茎长）增加,地下部分（根长）减少的形态响应特征.此外,随着水深由高到低,苦草与穗花狐尾藻生物量之比逐渐减小,表明苦草在两种植物中的竞争优势逐渐降低.研究表明湖泊水深变化不仅能够影响沉水植物的丰度,同时还可能会影响沉水植物的群落结构,而在我国浅水湖泊的生态修复实践中,在通过水位调控恢复沉水植物时,调控范围应考虑目标植物（如苦草）的光合特征.     

乌梁素海湖冰晴天反照率日变化特征的统计模型比较和分析

乌梁素海湖冰晴天反照率日变化具有双峰特征,利用当地太阳高度角同经纬度和儒历的关系,归一化到北京时,依此表达湖冰反照率日变化规律.基于具有指数函数形式的拉普拉斯、高斯、耿贝尔和柯西4种概率密度分布函数建立线性组合模型,对日出后到日落前太阳高度角大于5°时段内的反照率日变化数据进行拟合,发现拉普拉斯密度分布函数组合是最佳统计模型.它既能拟合太阳高度角大于5°时间范围内反照率日变化曲线的双峰特征,又能反映太阳高度角大于15°时间范围内反照率日变化曲线双峰之间的U型分布.该模型不仅形式简单,而且意义明确：尺度参数约为日长的一半,双峰位置与日出时刻关系密切;同时能体现2个反照率峰值的不对称性.为发展不同地区湖冰反照率日变化参数化方案奠定基础.     

环境因子对乌梁素海水体营养状态的影响:基于2013-2018年监测数据的分析

为探明寒旱区浅水型湖泊乌梁素海水环境因子对水体营养状态的影响程度,以2013-2018年1月和7月湖泊水环境监测数据为基础,对具有典型代表性监测点的水体营养状态与水环境因子(盐度、pH值和水深)之间建立向量自回归模型(VAR)模型,通过方差分解方法分析水环境因子对水体营养状态的贡献水平,同时界定出水体营养状态处于最佳水平条件下的水环境因子的适宜范围.结果表明:水环境因子对水体营养状态的方差贡献初期表现显著而后趋于稳定,且盐度、pH值和水深指标的综合方差贡献率最高可达66.62%;并以全湖94.4%的水体面积不呈现富营养化状态作为标准界定出乌梁素海水体处于最佳营养状态水平条件下盐度、pH值和水深指标的适宜范围,分别为0.06～2.68 g/L、7.50～8.63和1.76～3.50 m,且湖泊在此营养水平条件下全湖盐度、pH值和水深指标的均值分别为1.55 g/L、8.15和2.33 m.因此,可以通过人类活动调控湖泊水环境因子值,并实施以水养湖的策略来推动湖泊水体营养状态向良性发展.     

城区河流中沉水植物分布特征及其影响因素分析——以宁波城区内河为例

以宁波城区内河为研究对象,调研沉水植物在154条河中的分布情况,实测63个代表样点的水环境指标,分析秋、冬季沉水植物群落变化及生理变化.研究发现：宁波城区内仅有8条河流单一地生长有沉水植物轮叶黑藻（Hydrilla verticillata）、苦草（Vallisneria natans）和金鱼藻（Ceratophyllum demersum）中的1种;3种沉水植物分布与溶解氧、氧化还原电位和pH均呈显著正相关,与水深、氨氮（NH₃-N）和总磷（TP）浓度均呈显著负相关;有沉水植物分布的河道水深较浅（约0.9 m）、水质更优（普遍优于V类）;与秋季相比,冬季3种植物的群落盖度均下降,轮叶黑藻和苦草体内丙二醛、过氧化氢含量升高,暗示植物细胞受损;而3种沉水植物均具有一定耐低温胁迫能力,主要表现为体内抗氧化酶活性、可溶性蛋白和可溶性糖含量升高.结果表明,水深、NH₃-N、TP、溶解氧以及低温可能会影响城区内河沉水植物的生长与分布.     

层间多次波模拟与影响分析

有效模拟层间多次波是压制层间多次波或分析层间多次波影响的基础.基于点震源的球面波理论,采用反射率法有效模拟了层间多次波.基于三层介质地质模型,利用本文方法模拟了考虑层间多次波条件下地震波传播特征,对多种层间多次波进行了有效识别,验证了方法的有效性.基于实际油田条件研究了煤层产生的多次波对下伏低速气层顶界面的一次波AVO(振幅随偏移距变化)的影响.模型模拟计算结果表明,利用本文研究的反射率法可以得到地震波场的完全解,包括地震波在地层中传播时形成的一次波、多次波和转换波信息,层间多次波的存在可以改变目标层的反射波波形特征、地震资料的频谱特征,并影响目标层AVO变化规律,从而很大程度上降低油气藏识别精度,增加钻探风险.     

单层/双层地壳物理参数对重力数据反演海底地形影响分析

针对利用海面重力数据构建海底地形模型质量受诸多地壳地球物理参数影响现状,以重力异常反演海底地形的频率域算法模型为基础,讨论了不同地球物理参数对单层/双层地壳仿真结构和不同均衡补偿模式下导纳函数各频段影响程度,推导给出了不同地球物理参数及其组合对海底地形反演结果影响的定量数学表达.仿真试验结果表明,单层地壳的密度变化导致单层导纳函数和双层导纳函数明显分离;双层地壳仿真结构中海山载荷密度对导纳函数影响显著且几乎为全频段影响;因此,建议应用解析法开展数值试验分析时,重点考虑海山载荷密度(双层地壳)或者地壳密度(单层地壳)变化.就当前海底地形反演精度而言,运用相关解析算法建立海底地形数值模型时,应重点关注有效弹性厚度、平均海深、海山和海水密度差异参数取值准确性,特别是顾及地壳均衡补偿恢复海底地形,岩石圈有效弹性厚度(通过有效弹性厚度可获取挠曲刚度)取值准确程度将较大程度影响最终海底地形模型效能高低.     

2006-2017年乌梁素海夏季水体营养状态及影响因子

为探明草型湖泊乌梁素海水体营养状态及演变趋势,明确水体富营养化的关键影响因子,本文采用2006-2017年每年7月份湖泊水质监测数据,利用综合营养指数法评价了湖泊不同区域监测点的水体营养状态,模拟分析了湖泊水体营养状态的演变过程及趋势特征,定性分析了湖泊富营养的关键影响因子.研究结果表明：乌梁素海湖区北部、西部和南部监测点处于轻度富营养状态的极限概率分别为0.588、0.633和0.329,而湖泊的中部和东部监测点处于中营养状态的极限概率分别为0.810和0.536,说明乌梁素海湖区北部、西部和南部区域夏季水体营养状态将呈现向轻度富营养化演变的趋势,而湖区中部和东部区域则呈现向中营养化演变的趋势.水环境因子中水体理化指标对湖泊富营养化起决定性作用,且盐度指标响应概率高达55%,是水体理化指标中第1位影响因子,同时pH值与水深指标也是影响乌梁素海水体富营养化程度的重要因子.     

1960年以来太湖水生植被演变

太湖的富营养化污染日益严重,针对太湖水生植被的研究工作非常重要,然而全面的太湖水生植被调查已经有将近二十年未见报道.基于2014年夏季全湖水生植被调查结果,结合历史资料,比较分析1960年以来太湖水生植被演变情况.结果表明,1960年以来,共有23种水生植物从太湖消失,其中1981、1997和2014年分别消失7、4和12种.从分布区面积来看,1960年以来太湖水生植被总体呈北部湖区水生植被消失,东北部、东部及南部湖区水生植被分布区面积持续扩张的态势,1981年全湖水生植被分布区面积占8%,到2014年已经有33.82%的水面有水生植被分布.从生物量组成来看,太湖水生植被先升后降,从1960年的10×10⁴ t,持续上升到1988年的44.72×10⁴ t,1997年下降到36×10⁴ t,2014年进一步下降到29.09×10⁴ t.但挺水植被以外的水生植被,尤其是浮叶植被的生物量一直保持上升态势.总生物量的下降与东太湖挺水植被大面积消失有关,到2014年全湖挺水植被生物量比重仅占5.15%,东太湖沼泽化问题已不复存在.从群落组成变化情况来看,苦草（Vallisneria natans）群落分布区面积锐减,马来眼子菜（Potamogeton malaianus）和荇菜（Nymphoides peltatum）分布区持续扩张.目前太湖水生植被管理面临的主要问题是北部湖区水生植被恢复和东部湖区水生植被过量生长.     

太湖贡湖湾水生植被分布现状(2012年)

贡湖湾是无锡和苏州两市的重要水源地,随着近些年太湖水质的急速恶化,贡湖湾蓝藻暴发现象日益严重,危及饮水安全.为提供贡湖湾水资源管理的理论依据,于2012年开展贡湖湾水生植被野外调查.对8个断面进行为期5天的调查,结果表明:(1)共记录贡湖湾水生植物20科27属34种,单子叶植物和沉水植物分别为优势分类群和生态型;(2)贡湖湾水生植被分布区面积占总水域面积的45.35%,为典型半草型湖泊;(3)共有8种水生植物群落分布,其中马来眼子菜群落分布区面积和生物量最大;(4)贡湖湾水生植被总体表现出北部无水生植被分布,东部生物量高、群落及物种组成复杂,其他区域生物量小、群落组成单一的分布格局.水质恶化和插网捕鱼对贡湖湾水生植被分布现状存在影响,过度清淤可能是造成北部水域裸露的原因.结合贡湖湾水生植被分布现状分析结果,建议在贡湖湾水生植被管理中要开展北部裸水区植被修复,促进湾口区域马来眼子菜群落生长,加强对"引江济太"工程上游来水和贡湖湾水质的监测,并注重外来入侵植物尤其是水盾草群落的监测.     

Effect of submerged aquatic vegetation on turbulence induced by an oscillating grid

In wetlands wind-induced turbulence significantly affects the bottom boundary, and the interaction between turbulence and plant canopies is therefore particularly important. The aim of this study is to advance understanding of the impact of this interaction in submerged aquatic vegetation (SAV)¹ on vertical mixing in a fluid dominated by turbulence. Wind-generated turbulence was simulated in the laboratory using an oscillating grid. We quantify the vertical distribution of turbulent kinetic energy (TKE)² above and within different types of vegetation, measured by an acoustic Doppler velocimeter. Experimental conditions are analysed in two canopy models (rigid and semi-rigid) with seven solid plant fractions (SPFs)³, three stem diameters (d)⁴ and three oscillation grid frequencies (f)⁵ and four natural SAVs (Cladium mariscus, Potamogeton nodosus, Myriophyllum verticillatum and Ruppia maritima).     

Optical remote sensing of submerged aquatic vegetation: Opportunities for shallow clearwater streams

Remote sensing has rarely been used as a tool to map and monitor submerged aquatic vegetation (SAV) in rivers, due to a combination of insufficient spatial resolution of available image data and strong attenuation of light in water through absorption and scattering. The latter process reduces the possibility to use spectral reflectance information to accurately classify submerged species. However, increasing availability of very high resolution (VHR) image data may enable the use of shape and texture features to help discriminate between species by taking an object based image analysis (OBIA) approach, and overcome some of the present limitations.This study aimed to investigate the possibility of using optical remote sensing for the detection and mapping of SAV. It firstly looked at the possibilities to discriminate submerged macrophyte species based on spectral information only. Reflectance spectra of three macrophyte species were measured in situ across a range of submergence depths. The results showed that water depth will be a limiting factor for the classification of species from remote sensing images. Only Spiked Water Milfoil (Myriophyllum spicatum) was indicated as spectrally distinct through ANOVA analysis, but subsequent Jeffries–Matusita distance analysis did not confirm this. In particular Water Crowfoot (Ranunculus fluitans) and Pondweed (Potamogeton pectinatus) could not be discriminated at 95% significance level. Spectral separability of these two species was also not possible without the effect of an overlying water column.Secondly, the possibility to improve species discrimination, using spatial and textural information was investigated for the same SAV species. VHR image data was acquired with a Near Infrared (NIR) sensitive DSLR camera from four different heights including a telescopic pole and a Helikite UAS. The results show that shape and texture information can improve the detection of the spectrally similar Pondweed and Water Crowfoot from VHR image data. The best performing feature ‘length/width ratio of sub-objects’ was obtained through expert knowledge. All of the shape and texture based features performed better at species differentiation than the spectrally based features.In conclusion this study has shown that there is considerable potential for the combination of VHR data and OBIA to map SAV in shallow stream environments, which can benefit species monitoring and management.     

沉水植物生态修复对西湖细菌多样性及群落结构的影响

沉水植物的重建是湖泊富营养化修复的关键措施之一.本研究利用在杭州西湖进行的沉水植物生态修复工程,应用基于聚合酶链式反应的变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)及分子克隆等手段,研究种植菹草和苦草对水体中细菌多样性及群落结构的影响.未进行沉水植物生态修复的湖区细菌以Bacteroidetes(42.9%)、Betaproteobacteria(30.8%)和Verru-comicrobia(14.3%)为主.而种植菹草和苦草后,Bacteroidetes所占的比例分别减少到12.7%和5.3%;Betaproteobacteria则分别提高到52.4%和59.5%;Alphaproteobacteria由4.4%分别提高到19.0%和12.8%.种植菹草后Verrucomicrobia所占比例大幅降低,而种植苦草对Verrucomicrobia的影响不大.沉水植物修复不仅可以改善水质,同时也可以显著提高水体中细菌的多样性,改变细菌的群落结构.     

抚仙湖北部沉水植被演变规律及其生态指示意义（1987—2020年）

抚仙湖有近210亿m³的优质淡水资源,具有重要战略价值,但是近年来出现水质退化的现象.沉水植被是湖泊生态系统功能维持的重要生物门类,其演变过程能反映和影响整个生态系统的变化,目前还缺乏对抚仙湖沉水植被长期连续地观测记录.本文基于Landsat遥感数据分析了抚仙湖北部沉水植被面积的动态变化,结合气候变化和水质水文要素分析发现：抚仙湖北部湖区沉水植物在1987—2020年间存在先减少后增加的变化趋势;1987—1995年,沉水植物分布面积约占北部湖区面积的1.64%;1996—2010年北部湖区沉水植被分布面积缩减,湖泊处于高水位低营养状态,水位上升是此时期沉水植物面积减少的主要原因;2011—2020年,水位降低,营养增加,营养和水位的共同作用导致抚仙湖北部湖区沉水植物面积显著增加.沉水植物覆盖度变化伴随着沉水植被以苦草为优势种群转为以穗花狐尾藻为优势种群,沉水植被结构转向耐污染性更强的属种.通过抚仙湖北部湖区沉水植被发育与营养、水位等驱动因子的关系分析,建议现阶段需要严格限制入湖氮磷排放,强化水生植被的长期动态监测,构建水量、水质、水生态一体化监测体系,并开展抚仙...     

乌梁素海水体汞的分布特征及污染风险评估

于2011年1月采集乌梁素海表层水样,对湖水中重金属Hg含量进行分析.结合Hg的空间分布特征,利用单因子指数综合污染评价指数与健康风险评价模型对Hg污染程度与风险进行评估.结果表明,乌梁素海表层水体中Hg的平均浓度为1.04μg/L,所有监测点Hg的含量都超出地表水Ⅲ类标准和国家渔业用水标准,50%的监测点超出了地表水Ⅳ类标准.水体中Hg的分布模式与流域排污口位置、入湖口及水动力条件有一定关系,高值区域分布在入湖口相对集中的西北与东北部,湖泊南部与出口处的含量相对较低,处于中等水平.乌梁素海湖水中Hg的非致癌性污染物所致的健康危害风险度介于0.75×10-9~2.15×10-9a-1之间,Hg所致的健康危害风险度的贡献率在71.43%~92.44%之间,表明Hg污染水平与健康风险都较高,应该给予特别关注.     

冰封期乌梁素海沉积物-水界面氨氮的交换特征

为揭示冰封期氨氮（NH₄⁺-N）在沉积物-水界面的迁移机制及内源性营养盐对全湖污染的贡献,于2018年2月初在乌梁素海湖区7个采样点采集了上覆水体与沉积物样品,得到了冰封期上覆水体与沉积物间隙水中的NH₄⁺-N浓度,估算了沉积物-水界面NH₄⁺-N的扩散通量.结果显示,上覆水体中NH₄⁺-N浓度变化范围为0.55~1.60 mg/L,平均值为1.05 mg/L,0~5 cm表层沉积物间隙水中NH₄⁺-N浓度是上覆水体中的10倍以上,其变化范围为6.64~18.63 mg/L,平均值为11.92 mg/L.估算沉积物间隙水NH₄⁺-N向上覆水体的扩散通量为1.282~4.269 mg/（m²·d）,表明在湖水冻结过程中,底泥沉积物接纳了大量的可溶性污染物成为内源污染源,会在冰封稳定期、融冰期和融冰后的一段时间内成为湖水的主要污染源.