结合高光谱数据反演吉林石头口门水库悬浮物含量和透明度

水中悬浮物含量是评价水环境质量的一个重要参数,它可影响水体透明度、混浊度、水色等光学性质,决定太阳光照在水下的分布和浮游植物对光照的利用,并最终影响水体的初级生产力.本文利用长春市石头口门水库的高光谱实测数据和水质采样分析数据,尝试通过一阶微分法建立悬浮物估测模型,再用估测结果反演透明度信息.结果表明:用590nm处的一阶微分光谱值建立的悬浮物估测模型的决定系数R2和均方根误差(RMSE)分别为0.76、9.09 mg/L,验证模型的R2和RMSE分别为0.79、7.15 mg/L;石头口门水库上游严重的水土流失导致透明度受悬浮物含量影响较大,两者存在明显的指数关系,相关系数r为-0.80,用悬浮物含量建立的透明度估测模型的R2和RMSE分别为0.79和0.12 m,验证模型的R2和RMSE分别为0.82、0.11 m.显著水平均为p＜0.01.研究结果表明,该方法用于石头口门水库悬浮物含量和透明度的定量遥感结果较理想.     

淮河流域周村水库夏季CDOM吸收光谱特征、空间分布及其来源分析

基于2015年8月采集的24个淮河流域以周村水源水库为代表的表层水样的有色溶解性有机物(CDOM)吸收系数数据,研究了CDOM吸收光谱的空间分布特征,考察了CDOM的吸收系数与水质参数的相关关系,同时探讨了周村水库夏季CDOM的潜在来源.结果显示:依据CDOM的吸收光谱空间分布特性及采样点分布特征,周村水库分为入库口、过渡区和主库区3个特征水域;CDOM的吸收系数沿入库口到主库区依次递减,S值呈现相反的趋势;分析发现S240~500与a(355)和a*(355)呈极显著负相关(R~2=0.98、0.88);CDOM吸收系数a(355)与溶解性有机碳(DOC)浓度具有良好的线性相关,有利于建立DOC遥感反演模型;同时,CDOM吸收系数a(355)与a_(ph)(440)存在极显著正线性相关,表明浮游植物的新陈代谢及其降解产物是夏季周村水库CDOM的潜在来源.综上,通过对夏季周村水库水体CDOM的研究,丰富了关于水源水体CDOM的调查资料,可为日后水库的管理提供技术支撑.     

淀山湖有色可溶性有机物的光谱吸收特性

探讨了淀山湖水体中有色可溶性有机物(CDOM)的光谱吸收特性,CDOM与叶绿素a、浊度和COD等水质参数的关系,以及不同波段范围内CDOM光谱吸收形状(指数函数斜率S值)的变化.结果表明:淀山湖CDOM吸收系数不高,在355 nm波长处的吸收系数变化范围是6.95-10.28 m-1,而且湖南区高于湖北区;CDOM吸收系数和叶绿素a、浊度、COD等水质参数的相关性都不高,证明湖中的CDOM主要来自于城镇生活污水和工业废水的排放;CDOM吸收系数在300-500 nm范围内随着波长的增加呈指数递减,超过500 nm之后呈线性递减,在300-500 nm波段范围内指数函数的曲线斜率S为11.7-14.8 μm-1,在501-750 nm波段范围内波长每增1 nm,CDOM的吸收系数减小0.0021 m-1.     

长春市石头口门水库颗粒物光谱吸收特性

针对东北地区水体,以长春市重要水源地石头口门水库为例,分别于2008年6月13日和9月23 日对该水库进行了水体颗牲物吸收特性研究.结果显示:2008年6月水库悬浮物含量高于9月,而叶绿素a含量低于9月:总颗粒物的吸收光谱曲线类似于非色素颗粒物,非色素颗粒物吸收对其的贡献明显大于浮游植物色素,9月份浮游植物吸收对其的贡献略有增加,吸收曲线在440nm左右能明显看到浮游植物引起的吸收峰;非色素颗粒物在440nm的吸收系数与悬浮物浓度存在较好的函数关系,而与叶绿素a浓度的相关性较弱;浮游植物色素吸收系数较低,色素组成中叶绿索a占主导地位,浮游植物在440nm和675nm的吸收系数与叶绿素a含量均存在较好的指数函数关系;6月浮游植物比吸收系数在440nm和750nm的均值分别为0.0483m2/mg和0.0263m2/mg,而9月份的均值分别为0.0337m2/mg和0.01 87m2/mg.     

周村水库汛期暴雨中溶解有机物(DOM)的光谱特征及来源解析

运用三维荧光光谱（EEMs）技术结合平行因子分析法（PARAFAC）,对周村水库夏季两场暴雨不同降雨历时以及分子量的溶解有机物光谱特征和来源进行分析.结果表明：周村水库不同暴雨荧光光谱中出现了5种组分,分别为类腐殖质（C1、C2）、可见区富里酸（C3）和类蛋白（C4、C5）;相关性分析显示C1与C2、C3、C4以及C5具有显著的相关性,C2与C3具有显著的相关性,C3与C4以及C5具有显著的相关性;同一分子量下的雨水有机质总荧光强度以及各组分荧光强度随着降雨历时的增加均呈下降趋势,并且在各个历时和分子量间差异明显;同一降雨历时下,第一场暴雨总荧光强度随着分子量的减少而增加,第二场暴雨总荧光强度随着分子量的减少而减少;两场暴雨都呈现自生源的特征,其中第一场暴雨具有以陆源输入为主的特征;组分C1和C3与水质参数硝态氮、氨氮、总氮以及有机碳呈显著相关性.通过对暴雨在不同降雨历时以及分子量DOM光谱特征研究,可以进一步分析水库外源输入的天然有机质特征,为水库水质管理提供技术支持.     

太湖梅梁湾有色可溶性有机物的空间分布及光学行为

2004年3月对太湖梅梁湾有色可溶性有机物(CDOM)的吸收和荧光等光学行为进行研究,并由此探讨了CDOM的空间分布．结果表明,溶解性有机碳(DOC)的浓度在10．48-19．72 mg／L间变化,其均值为13．20±2．79 mg／L;CDOM在280 nm,355 nm和440 nm的吸收系数分别为18．73-31．91 m-1(平均值23．19±4．36 m-1)、4．63-7．14 m-1(平均值5．76±0．91 m-1)、1．45-2．99 m-1(平均值1．92±0．40 m-1);355 nm波长处CDOM的比吸收系数为0．34-0．57 L／(mg·m),平均值0．44±0．06 L/(mg·m);表征CDOM分子大小的比值a(250)／a(365)变化范围为5．05-7．55;355 nm的激发波长、450 nm的发射波长处的荧光值的变化范围0．79-3 04 nm-1(平均值1．69±0．77 nm-1)．CDOM吸收系数、DOC浓度、荧光强度的分析显示CDOM浓度呈现从河口往湾内、湾口递减的趋势．CDOM吸收与DOC浓度的相关性随波长的降低而增加,在短波部分存在明显的正相关．355 nm处的荧光值、DOC浓度与CDOM吸收系分别存在如下显著性正相关关系:Fn(355)=0．692(±0．135)a(355)-2．297(±0．786),a(355)=0．233(±0．061)DOC 2．690(±0．816)．280 -500 nm、280-360 nm、360-440 nm指数函数斜率S值分别为13．86±0．91、18．54±1．11、12．93±0．92μm-1,S值与比吸收系数之间存在显著的负线性相关关系,而与a(25)／a(365)值则存在显著的正线性关系．比吸收系数越大,a(250)／a(365)值和S值就越小,对应的CDOM分子量就越大,腐质酸的比例就越高．     

太湖有色溶解有机物对水体总吸收贡献的遥感估算

有色溶解有机物(CDOM)是决定自然水体水色的主要溶解物质,其吸光能力和光化降解产物对水体初级生产力和碳循环过程具有重要影响.以太湖为研究区,2004年10月、2008年10月、2010年4月和2011年1月和3月共5期实测数据,采集了333个有效样点,分析不同时期CDOM对水体总吸收的贡献,并利用遥感技术估算[a_CDOM/a_t](412).结果表明:不同时期[a_CDOM/a_t](412)均值变化明显,2011年[a_CDOM/a_t](412)的均值最大(0.369),高于所有样点[a_CDOM/a_t](412)均值(0.295±0.139);201004期的[a_CDOM/a_t](412)在0.046~0.455之间变化,其均值最小(0.236±0.108);200410和200810两期数据[a_CDOM/a_t](412)均值相差不大.竺山湾、梅梁湾与整个太湖相比,竺山湾[a_CDOM/a_t](412)均值较高,对太湖[a_CDOM/a_t](412)的贡献较大,而梅梁湾[a_CDOM/a_t](412)均值与整个太湖相差较小.利用多元线性模型估算[a_CDOM/a_t](412)精度较高(n=333,RMSE=34.60%).悬浮泥沙和浮游色素是影响[a_CDOM/a_t](412)遥感估算精度的主要原因,浮游色素的吸收造成[a_CDOM/a_t](412)的值被低估,而悬浮泥沙的吸收使得[a_CDOM/a_t](412)的值被高估,并且悬浮泥沙是影响CDOM吸收的主要原因.     

抚仙湖有色可溶性有机物的来源组成与时空变化

基于2017年1-12月在抚仙湖开展的逐月观测,利用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱技术探讨该湖有色可溶性有机物（CDOM）的来源组成及时空变化特征.12个月CDOM吸收值a（254）的均值为3.47±0.57 m^-1,范围为1.82~5.22 m^-1,说明CDOM丰度较低.平行因子分析结果给出了2种类酪氨酸荧光组分（C1和C3）、1种类色氨酸荧光组分（C2）、1种类腐殖质荧光组分（C4）,12个月内源组分（C1+C3）对总荧光强度的平均贡献为65.81%±15.38%,外源组分（C2+C4）的平均贡献为34.19%±15.38%;荧光指数FI的均值为1.73±0.14,腐殖化指数HIX的均值为1.02±0.37,生源化指数BIX的均值为1.23±0.27,说明CDOM主要为微生物内源产生.时空变化方面,春（3-5月）、夏（6-8月）、秋（9-11月）和冬（1、2、12月）季的a（254）分别为3.20±0.47、3.76±0.64、3.67±0.50和3.23±0.38 m^-1,夏季和秋季均显著高于冬季和春季;CDOM丰度及内外源组分的空间分布具有季节异质性,可能与流域土地利用、河流输入、降雨、温度、光辐射等因素有关.     

不同来源有色溶解性有机物光化学/微生物降解过程

城市非点源污染向水生生态系统中输入大量的溶解有机物(DOM),对生态系统健康产生重要影响.有色可溶性有机物(CDOM)是广泛分布于自然水体中的一类成分和结构复杂、含有多种高活性化学官能团的大分子聚合物,是DOM的重要组分,对水生生态系统健康、能量流动及生物地球化学循环有重要影响.光化学反应和微生物代谢过程被认为是控制水体CDOM转化、降解和循环的主要影响因素.然而,对城市化如何影响CDOM组成以及光化学和微生物如何相互作用影响城市水体CDOM动态的理解是不足的.因此,为评估光化学过程和微生物代谢对不同城市水体CDOM降解与转化的贡献,解析不同城市水体CDOM光化学/微生物降解作用机理,本研究在英国伯明翰选择3类具有典型DOM来源的水体样本,通过实验室9 d受控培养实验,对比分析光化学以及微生物影响下CDOM来源和组成的变化.结果表明:(1)城市河流由于接受上游污水排放及较短的水力滞留时间,含有丰富的芳香性碳,其CDOM光化学活性明显高于湖泊,光化学降解率为16.60%;(2)城市湖泊CDOM受人类活动影响,自生源类荧光成分富集,生物活性高,在微生物培养过程中CDOM增加了62.16%,...     

山东省周村水库季节演替中沉积物上覆水溶解性有机物的紫外-可见与三维荧光光学特征

运用三维荧光光谱（EEMs）技术结合平行因子分析法（PARAFAC）以及紫外-可见光谱技术（UV-vis）,对周村水库季节演替过程中沉积物上覆水溶解性有机物（DOM）的紫外-可见以及三维荧光光谱特征进行分析.结果表明：周村水库上覆水的总氮、溶解性总氮、总有机碳和溶解性有机碳的季节性差异显著,并且冬季总氮浓度最高、夏秋季总有机碳浓度较高;夏秋季上覆水DOM的吸收系数a₂₅₄和a₃₅₅均高于冬春季,与有机物的分布相一致;4个季节上覆水DOM的E3/E4均大于3.5,说明DOM以富里酸为主,E2/E3（富里酸占DOM的比例）在夏秋季低于冬春季,而且各季节S_R均大于1,表明DOM主要为生物源;三维荧光通过PARAFAC解析出3种组分：类腐殖质（C1）、可见区富里酸（C2）和类蛋白（C3）;对3个组分进行相关性分析,结果显示C1、C2、C3之间具有显著的相关性;DOM的总荧光强度以及各组分的荧光强度均呈现出夏秋季高、冬春季低的特征,且各季节间差异显著;周村水库4个季节的DOM生物源指数（BIX）在0.8~1.0之间,表明水库DOM具有较强的自生源特征,与腐殖程度指标（HIX）的结果相吻合;主成分分析显示周村水库上覆水DOM的光谱特征差异明显,夏秋季的DOM光谱特征相近、冬春季的水体DOM特征相似;并且组分C1、C2、C3与DOM特征参数（a₂₅₄、SUVA₂₈₀、HIX、FI、BIX）以及溶解性有机碳呈显著相关.各荧光组分与水质参数（溶解性总氮和溶解性有机碳）的多元线性回归呈现很好的拟合,通过建立回归方程可以为以后研究周村水库水体四季的DOM光谱特征,分析水库水体的有机物污染特征,并为水库水质管理提供技术支持.     

暴雨事件对千岛湖CDOM及颗粒物吸收光谱特征的影响

为了研究暴雨事件对千岛湖有色可溶性有机物(CDOM)和颗粒物吸收光谱的影响,利用2016年暴雨前(3月1-6日)和暴雨后(4月6-11日)采集的水样,对暴雨前、后千岛湖水体CDOM、浮游藻类和非藻类颗粒物的吸收光谱特征进行分析,探讨暴雨事件对其造成的影响.结果表明:千岛湖作为典型的深水型内陆湖泊,其CDOM、浮游藻类颗粒物和非藻类颗粒物的吸收强度较太湖等浅水型湖泊弱.暴雨前,CDOM光谱吸收系数aCDOM(λ)值在0~0.6 m-1范围内变化,其光谱拟合系数SCDOM的均值为0.0158±0.00145 nm-1.暴雨前浮游藻类光谱吸收在总颗粒物中占主导,aph(λ)在0~0.35m-1范围内变化,非藻类颗粒物光谱吸收系数aNAP(λ)在0~0.15 m-1范围内变化,其光谱拟合系数SNAP均值为5.62±0.57μm-1;暴雨后CDOM光谱吸收系数aCDOM(λ)值在0~1.6 m-1范围内变化,其光谱拟合系数SCDOM的均值为0.0157±0.00101 nm-1.暴雨后浮游藻类光谱吸收系数aph(λ)在0~2.5 m-1范围内变化,非藻类颗粒物光谱吸收在部分区域已占据主导地位,aNAP(λ)在0~0.8 m-1范围内变化,其光谱拟合系数SNAP均值为5.72±0.68μm-1.由CDOM吸收特征值相对分子质量M值得出,暴雨前、后千岛湖不同区域CDOM组成都以富里酸为主,且暴雨前M值分布较均匀,暴雨后M值呈现从新安江向缓冲区、东南区递增的趋势,这说明西北区随暴雨输入的腐殖酸增加了CDOM的相对分子质量.暴雨对SNAP值影响较大的区域为西北区、西南区、东北区,对西南区影响最小.本研究为使用光学手段深入探讨暴雨事件对千岛湖水环境的影响提供重要依据.     

A study of fecal coliform sources at a coastal site using colored dissolved organic matter (CDOM) as a water source tracer

Optical properties of colored dissolved organic matter (CDOM) were measured as a tracer of polluted waters in a Southern California surf-zone with consistently high levels of fecal indicator bacteria. Salinity, temperature, fecal coliform, absorbance (200-700nm) and fluorescence (lambda(excitation)=350nm; lambda(emission)=360-650nm) were measured in the creek and surf-zone during a dry and rain event. Fluorescence to absorption ratios for CDOM were used to distinguish water masses, with two distinct CDOM end-members identified as creek (flu/abs=8.7+/-0.8x10(4)) and coastal (flu/abs=2.2+/-0.3x10(4)). Waters containing the same CDOM end-member had highly variable bacterial levels during the dry event, suggesting intermittent sources of bacteria added to a uniform water source, consistent with marine birds. During the rain event, increased levels of the creek end-member and bacteria indicated a second bacteria source from runoff.     

太湖梅梁湾水体悬浮颗粒物吸收系数的分离

针对2004年7月17日梅梁湾16个采样点悬浮颗粒物的吸收系数,利用基于光谱标准的方法,将悬浮颗粒物的吸收系数分离成藻类和非藻类颗粒物两种,并将其中藻类颗粒物的吸收系数与通过甲醇浸泡法所得的结果进行分析对比．结果表明:利用甲醇浸泡提取法对藻类、非藻类吸收系数的分离,当非藻类颗粒物浓度较高时,所得的藻类吸收系数呈现出较明显的非藻类颗粒物的特征,造成藻类颗粒物吸收系数有所放大,且在短波段处体现的尤为明显;而基于光谱标准的模拟法能较好地将藻类颗粒物的吸收系数从总悬浮颗粒物吸收系数中分离出来,与甲醇浸泡法相比,藻类颗粒物在440、675 nm吸收峰处的吸收系数与叶绿素a的浓度相关性(R3)得到了较为明显的提高,分别由原来的0．66、0．75提高到了0．8964和0．8401;就甲醇浸泡法而言,总悬浮物吸收系数的谱形状对藻类吸收系数的放大程度有较大的影响,当其越接近藻类颗粒物的吸收特征时,则色素提取法造成的误差越小,相反,当其越接近非藻类颗粒物的吸收特征时,则甲醇浸泡法造成的误差越大．     

高邮湖、南四湖和东平湖有色可溶性有机物来源组成特征

高邮湖、南四湖和东平湖作为南水北调东线枢纽湖泊,其水质状况对保障调水安全起到关键性作用本文运用三维荧光光谱平行因子分析法(EEMs-PARAFAC)分析了3个湖泊在不同水文情景下有色可溶性有机物(CDOM)吸收、荧光光谱特征以及荧光组分与主要水质参数的相关性,以探究3个湖泊CDOM来源组成特征结果表明,平行因子分析法解析CDOM三维荧光图谱,得到陆源类腐殖质C1、类色氨酸C2和类酪氨酸C3不同水文情景对高邮湖CDOM来源与结构组成影响较明显,丰水期其类腐殖质荧光强度显著大于枯水期(t-test,P<0.01),并且与a(254)呈正相关(R²=0.85,P<0.01),表明类腐殖质是CDOM主要部分,该荧光组分贡献率可达50%[F_maxC1/(F_maxC1+F_maxC2+F_maxC3)×100%],高邮湖受到入湖河流来水的影响较大,丰水期入湖口附近荧光强度明显高于其他水域东平湖和南四湖CDOM来源组成特征相似,丰水期东平湖和南四湖组分C2和C3显著低于枯水期(t-t...     

太湖冬季有色可溶性有机物吸收荧光特性及遥感算法

基于2006年和2007年1月两次太湖采样,对50个点位的有色可溶性有机物(CDOM)光谱吸收、荧光、溶解性有机碳(DOE)浓度及遥感反射率进行测定与分析,探讨冬季太湖CDOM的吸收荧光特性及空间分布,建立CDOM吸收系数的遥感反演算法.结果表明,太湖冬季CDOM在355nm处吸收系数a(355)变化范围和均值分别为1...