东海赤潮高发区水体光谱吸收特性分析

赤潮是海洋中一种复杂的生态异常现象。赤潮的爆发、不仅严重影响近海景观,破坏水产养殖,危害人体健康,还对海洋生态平衡造成破坏,给人类造成惨重经济损失。近年来,在我国的赤潮观测记录中,赤潮的年发生次数逐渐增加,且面积不断增大,因此,对赤潮的发生发展机理及预测治理研究是科学家刻不容缓的研究课题。 赤潮发生时,赤潮生物大量聚集,使水体颜色发生明显变化,进而赤潮水体的光谱特征发生变化,且存在差异,使利用水色遥感监测赤潮成为可能,还可以用来区分赤潮种类的不同。水体光谱的变化特性(包括吸收与散射特性)是水色赤潮遥感监测的基础,是水色遥感生物光学算法开发的重要组成部分。因此对赤潮水体进行光谱吸收特性的分析研究对于发展研究海区的水色遥感生物光学算法及赤潮遥感监测方法都有重要意义。     

东海海域典型赤潮水体反射光谱模拟研究

东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense Lu)是我国东海海域的典型赤潮藻种,其在水体中通常呈垂直非均匀分布,并存在季节性和日内的垂直迁移现象。本文通过量化垂直迁移过程中东海原甲藻的分布状态,利用Hydrolight软件数值模拟各状态下的水体反射光谱,研究其光谱特征和变化规律。利用叶绿素浓度高斯垂向模型表征东海原甲藻在水体中的垂直分布,结合东海近岸海域二类水体的生物光学模型,模拟得到垂直迁移过程中东海原甲藻赤潮水体的反射光谱。对比分析叶绿素浓度垂向分布参数(背景叶绿素浓度、甲藻主体水层厚度、水体总生物量和叶绿素浓度峰值深度)对水体反射光谱的影响。研究结果表明,在东海原甲藻从次表层向表层垂直向上迁移过程中,水体反射光谱数值在蓝绿波段(400—570nm)减小,在黄红波段(570—720nm)增大,特别是在叶绿素荧光效应波段(680nm)处的变化尤为明显。     

东海试验区水体光谱特性现场测量与数据分析

星载水色遥感器 Ｓｅａ Ｗｉ Ｆ Ｓ 已业务化地为海洋学家提供高质量的海洋水色遥感数据。要有效地利用水色遥感数据,需要经常地对遥感器进行定标,并对测得的离水辐射率以及导出的生物—光学特性进行真实性检验。１９９８ 年５ 月, 我们在东海试验区,应用多光谱剖面／ 表面辐射仪（ Ｓ Ｐ Ｍ Ｒ／ Ｓ Ｍ Ｓ Ｒ） ,进行了光谱测量。本文介绍了现场测量的方法,以及根据我国海区的特点对实测数据的处理结果     

光照对东海赤潮高发区春季硅藻生长的影响

2005年3月在东海赤潮高发区的ZA3和ZC18b站通过现场培养探讨了光照对东海硅藻生长和演替的影响。培养期间,ZA3站优势种为中肋骨条藻,没有发生演替现象;ZC18b站,当光照低于6.7MJ.m-2.d-1,由角毛藻演替为中肋骨条藻,光照高于6.7MJ.m-2.d-1,角毛藻为第一优势种,浮动弯角藻为第二优势种。Logistic生长模型可以很好地描述不同光照下硅藻的生长状况,其拟和系数为0.92±0.03。终止生物量以及优势种生长速率与光照的关系表明,温度13.0℃左右,中肋骨条藻的最适生长光照为5.0MJ.m-2.d-1,角毛藻sp.和浮动弯角藻的最适生长光照均为6.7MJ.m-2.d-1。在富营养化条件下,光照是影响硅藻生长和演替的因子。     

东海典型水体的黄色物质光谱吸收及分布特征

水体中的有色可溶性有机物(又称"黄色物质")是遥感监测水质分类的主要参数之一,研究其光谱吸收性质具有重要的实际意义。东海海区受长江冲淡水等陆源输入的影响,水体浑浊,光学性质复杂,以往对该区域CDOM吸收特征的研究相对较少。利用"九○八"我国近海海洋光学调查航次数据,获得了2006-2007年四个季节东海水体样品CDOM的光谱吸收数据,建立了包括杭州湾高浑浊水体、长江冲淡水、外海水体等东海不同水体类型的CDOM光谱模型及其典型波段的吸收系数分布情况。发现近岸受陆源输入影响大的海区其光谱性质与外海有明显区别,主要体现为近岸尤其在杭州湾附近站点短波段吸收系数值非常高,而且随波长增加吸收系数曲线衰减迅速,同时还有一定的季节变化,外海站点短波段吸收值则明显要低。这反映了CDOM的陆源输入特性,愈向外受到海水的混合稀释作用愈显著,验证了CDOM可以作为近岸海水水质监测的重要参数。对该海区内CDOM的实测荧光性质进行了相关分析,结果表明CDOM荧光与吸收系数之间有很好的线性相关关系,可以作为荧光方法遥感监测该海区CDOM的有价值的参考。     

最优插值法在东海赤潮高发区赤潮生消过程数值模拟中的应用

将最优插值法与赤潮数值模型相结合,针对时空分辨率不统一的卫星遥感数据及海洋常规调查数据,进行了东海赤潮高发区海表温度场及海表营养盐浓度场的数据同化研究,并在此基础上进行了该海区春季赤潮过程的数值模拟研究。数据同化结果显示,最优插值数据同化方法不仅在一定程度上修正了海表温度场模拟结果的误差,尤其体现在对赤潮藻的生长影响较大的温度区段18—20℃等值线的南移,而且较为明显地优化了研究海域海表营养盐浓度场,使模拟结果更加接近观测值。对比赤潮过程数值模拟结果发现,在未加同化情况下,海区赤潮藻并未形成大规模赤潮,并且消散较快;而在加入同化后,研究海域交替出现了硅藻及甲藻的大范围赤潮,赤潮生消过程与现场调查数据分析结果较为一致。耦合了最优插值数据同化方法的赤潮数值模型,由于具有改进海洋环境背景场的优势,因此可以在赤潮预报预警工作中得到较好应用。     

东海赤潮高发区COD的平面分布特征及其影响因素

以2002—2003年4个季节(2002年5,8,11月和2003年2月)对东海赤潮高发区化学耗氧量(COD)的调查为依据,研究了该海区COD平面分布特征及其影响因素。结果表明,4个季节COD平面分布特征基本相同,主要表现为近岸高、外海低,由沿岸向离岸方向呈逐渐降低的趋势,主要污染区域位于长江口与杭州湾附近。COD与盐度之间呈良好的负相关,与叶绿素a及悬浮颗粒物(TSP)之间呈正相关,说明COD浓度分布主要受陆源输入、浮游植物密度及悬浮颗粒物的影响。     

东海赤潮高发区营养盐时空分布特征及其控制要素

东海长江口、舟山渔场附近海域是我国近海赤潮爆发严重的区域之一。在影响该海域营养盐分布的水团中 ,长江冲淡水向表层输入了大量的氮、磷、硅营养盐 ,台湾暖流主要对底层和长江口外上升流区有贡献 ,苏北沿岸水、闽浙沿岸水主要影响近岸区域。同时 ,营养盐在海水 -沉积物界面的交换作用 ,大气湿沉降作用等也影响着该海域营养盐的时空分布。结合2002年4月～2003年3月对29°00′～32°00′N、122°00′～124°00′E海域四季航次调查的营养盐分布规律 ,该海域可分为三片区域 ,由岸边向外海分别为高营养盐、低浮游植物区 ,较高营养盐、高浮游植物区和较低营养盐、低浮游植物区。随着近年来营养盐输入通量的增加 ,富营养化程度加大 ,受化学、物理、生物等因素综合作用 ,高浮游植物区赤潮爆发频率和规模逐年增加 ,已为中国近海典型的赤潮高发区     

2004年春季东海赤潮高发区COD分布及其与赤潮关系的初步研究

2004年4～5月初在东海赤潮高发区暴发的特大规模原甲藻赤潮前期和暴发初期对该海域进行的现场调查,并对该海域COD的分布特征进行了探讨。结果表明,赤潮暴发前COD为0．295-1.836mg／L,主要受陆源输入影响。根据其在局部海区底层出现的异常升高结合其他参数分析可对特定海区潜在赤潮暴发的可能性进行评估。赤潮暴发时COD为0．36～3．14mg／L,表层和中层与叶绿素存在显著正相关关系,表明其主要受生物影响。富营养化指数表明赤潮暴发前近一半海域已经处于富营养化状态,但COD对富营养化的贡献不如营养盐重要。     

基于光谱差异的东海赤潮提取算法

赤潮是最严重的海洋灾害之一,它不仅破坏海洋渔业生产、恶化海洋环境、影响滨海旅游业,而且还会影响人类健康。东海是我国赤潮灾害的“高发区”,赤潮发生次数和面积均明显高于其它海区。遥感是赤潮监测的最有效的手段之一,从光谱曲线可以看出,赤潮水体和非赤潮水体光谱曲线有明显的区别,前者呈现出2个吸收峰和2个反射峰,而后者不具备该特征。基于光谱差异,本文提出了1种新的赤潮提取算法:R_rs555/R_rs488>1.5且R_rs678-R_rs667>0。该算法能有效地确定卫星数据中赤潮的位置,与公报的赤潮位置吻合得较好。因此,该算法适用于卫星数据的东海赤潮信息提取。     

夏季台湾暖流的水文化学特性及其对东海赤潮高发区影响的初步探讨

依据2006年夏季对东海区水文化学数据的现场调查, 对台湾暖流的水文化学特性进行了初步分析, 并对台湾暖流自身的水文化学特性对东海赤潮高发区的影响进行了初步探讨。结果表明, 夏季, 台湾暖流水具有台湾海峡水和黑潮次表层涌升水两个来源, 分别构成台湾暖流的表层水和深层水。通过亚硝酸盐含量的多少能够对表层水和深层水进行明显的区分。此外, 通过对台湾暖流水文特征的分析, 发现夏季台湾暖流在浙江沿海出现的上升流给赤潮生物提供了适宜的温度。并通过对台湾暖流的营养盐含量进行分析, 发现相对于硝酸盐含量, 台湾暖流含有较高的磷酸盐浓度, 能够缓解海区“过剩氮”导致的磷限制。     

氢氧化镁共沉淀测定低浓度磷方法在东海赤潮高发区的应用

2003年5月将Karl and Tien(1992)提出的Mg(OH)2共沉淀方法应用于东海赤潮高发区水体中磷酸盐的调查。本实验条件下方法的检测限为0.004μmol/L。将该方法与传统的磷钼兰方法进行对比,常规磷钼兰法高于共沉淀法。说明水体中可能存在大量酸性条件下不稳定的磷化合物,且其不能被Mg(OH)2共沉淀,如1-磷酸核糖。此时,共沉淀法的测定值更接近水体中真实的正磷酸盐含量。共沉淀法可为赤潮爆发过程中低磷阶段的样品分析提供较可靠数据。用共沉淀法提供的测定数据分析赤潮爆发过程中水体中磷酸盐的变化,长江口磷酸盐总的分布趋势是沿岸含量较高,向外海逐渐递减。赤潮爆发过程中,随着赤潮藻类增殖,水体中磷酸盐被大量消耗,表层磷酸盐浓度迅速降低;赤潮消亡阶段,表层水体磷酸盐浓度逐渐回升,而底层由于藻类死亡后逐渐沉降磷酸盐浓度升高。     

2011年春季东海赤潮高发区尿素分布特征及影响因素

2011年春季(3-5月)在东海赤潮高发区硅藻和甲藻赤潮暴发及演替过程中进行了3个航次的现场调查,通过对调查资料的分析,对该海域尿素的含量变化、平面分布特征及影响因素进行了初步探讨。结果表明:调查海域尿素的含量在检出限~6.32μmol/L范围内,平均浓度为(1.33±0.84)μmol/L,是该海域一种重要的溶解有机氮组分。其中,在DIN中所占比例8.73%~18.04%,在DON中所占比例5.63%~15.73%。赤潮的暴发对尿素含量和分布影响较大,能够影响并控制该海区尿素的实际浓度水平和分布特征。其中,硅藻赤潮暴发前后尿素和DIN含量下降百分比分别为36.67%和49.88%,甲藻赤潮暴发前后尿素和DIN含量下降百分比分别为8.78%和28.97%。硅藻赤潮期,尿素的高值区和叶绿素高值区一致,其含量明显高于正常海区;甲藻赤潮期,叶绿素的高值区对应着尿素低值区,赤潮区内尿素含量普遍降低至1μmol/L以下,尿素是一种能够被研究海区甲藻类浮游植物吸收利用的有效氮源。在调查海域大规模硅藻和甲藻赤潮暴发和演替期间,尿素的平面分布上未呈现明显的近岸低、远岸高的分布特点,与盐度数值没有明显的相关性,该时期陆源输入不是影响该海域尿素分布的主要因素。     

东海赤潮高发区春季溶解氧和pH分布特征及影响因素探讨

根据2002年4月27日-5月2日长江口邻近海域的大面调查,分析了东海溶解氧及pH值的分布特征,并对长江口外溶解氧低值区的成因及其与赤潮发生的关系进行了初步探讨.结果表明,调查海域pH值呈近岸低、外海高的分布趋势,溶解氧整体处于过饱和状态,呈近岸高、外海低的分布趋势.4月下旬在调查海区东南部底层已开始出现溶解氧低值区,面积约为15400km^2,该水域表观耗氧量AOU一般在1.50mg/L以上,并伴随有氧的亏损发生,形成原因主要是水交换较弱和有机物分解耗氧.溶解氧低值区可能是有机碎屑的沉降汇集区,随着夏季温度的升高及长江丰水期的到来,有机碎屑有可能在台湾暖流的影响下产生西、北向的爬升而造成溶解氧低值区扩大和溶解氧含量的进一步降低.     

东海赤潮高发区表层沉积物中部分脂类标记物的分布与来源

通过对2005年和2006年东海赤潮高发区表层沉积物部分脂类标记物（正构烷烃、脂肪酸等）的分析,初步探讨了表层沉积物有机物的来源。沉积物中正构烷烃的碳优势指数Icp值及姥鲛烷／植烷的质量比（Pr／Ph）普遍较低,而n-C16,n-C18的质量分数较高。分析表明,石油烃是东海赤潮高发区表层沉积物脂肪烃的主要成分。来源于细菌、海洋微藻和陆生高等植物的脂肪酸如直链饱和脂肪酸、支链饱和脂肪酸、不（多不）饱和脂肪酸等在2005～2006年间的组成和分布比较稳定：直链脂肪酸含量普遍较高,其次为支链脂肪酸和单不饱和脂肪酸,多不饱和脂肪酸含量相对较少。利用生物标记物分析表明,海洋自生生物源（细菌、海洋微藻等）是沉积物中脂肪酸的主要来源,陆源脂肪酸对东海赤潮高发区表层沉积物的贡献较小。     

东海近海赤潮水体中酯酶活性测定及其意义

测试了东海正常海水与赤潮暴发时水体中的酯酶浓度，初步研究了营养盐的变化与酯酶浓度及其赤潮暴发的关系，发现赤潮暴发时水体的酯酶浓度大大高于正常海水，表明在赤潮暴发水体中浮游植物大量裂解死亡。     

基于浮标观测的东海赤潮高发区秋、冬季漫射衰减系数的反演

浮标测量的光学数据时间序列长、分辨率高, 能可靠地测量快速变化的漫射衰减系数(K_d)。东海赤潮高发区水体中的浮游植物生物量及悬浮泥沙含量存在较大的变化, 光学性质复杂。文章利用2013年9月至2014年1月的海洋光学浮标数据, 获得了该海域水体的表观光学特性, 基于K_d(490)与遥感反射比[R_rs(λ)]的相关关系建立了K_d(490)的经验算法, 并与已有7种反演算法进行了比较。结果表明, 该海域的K_d(λ)及R_rs(λ)具有显著的Ⅱ类水体光谱特征, 其中, K_d(490)的范围为0.01~4.31m^-1, 水体的浑浊程度变化大。K_d(490)与R_rs比值的相关性较好, 据此建立了以R_rs(650)/R_rs(510)、R_rs(555)/R_rs(510)作为自变量的K_d(490)双比值经验算法。将新建算法反演获得的K_d(490)与实测K_d(490)相比, 均方根误差、平均相对误差百分比和线性回归的决定系数分别为0.27m^-1、27.08%和0.77, 优于其他7种算法。算法精度的提高源于新建算法选择的R_rs能充分反映水体信息, 并适应水体组分的变化, 可为东海赤潮高发区K_d(490)的反演提供较好的选择, 并为海洋光学浮标在水体环境监测中的应用提供示例。     

东海进入赤潮高发期

国家海洋局东海分局连连通告用海单位:密切注意赤潮动态,积极采取防范措施,尽量减少灾害损失! 东海正受到赤潮频频侵袭负责东海海洋环境保护的国家海洋局东海分局,根据其“中国海监”飞机和“中国海监”船近两个月来的巡航监视、监测报告,接连向东海区的海洋管理部门及用海单位发出《通报》。     

2002年春、夏季东海赤潮高发区营养盐结构及分布特征的比较

20 0 2年 8月 2 6日— 9月 4日在东海赤潮高发区 ( 2 9°0 0′— 32°0 0′N、1 2 2°0 0′— 1 2 3°30′E)进行了夏季航次的调查 ,利用春、夏季东海赤潮高发区的调查数据 ,系统分析比较了其营养盐结构和分布特征 ,并初步探讨了夏季爆发的中肋骨条藻赤潮与营养盐的关系。与 2 0 0 2年春季相比 ,2 0 0 2年夏季调查海区中SiO3 Si、PO4 P、NH4 N、DON和PN平均浓度比春季有所增加 ,而NO3 N、NO2 N、DOP和PP浓度则有所减小。夏季各种形态磷营养盐主要由PO4 P和PP组成 ,其中PO4 P比春季明显增加 ,PP略有减少 ,DOP显著减少 ;各种氮形态营养盐主要由DIN和DON组成 ,与春季相比DON比例略有增加 ,DIN略有减少。DIN仍以NO3 N为主并有所增加 ,而NH4 N比例基本不变 ,NO2 N有所减少。主要溶解无机态营养盐 ,如SiO3 Si、PO4 P和NO3 N ,以及PP的平面分布整体上呈沿岸海域浓度高、外海浓度低的趋势 ,等值线与海岸线平行的趋势已减弱 ,甚至消失。NO2 N和NH4 N具有明显的水团分布特征 ,与春季有所不同 ;DON和PN与春季具有相同的斑点状分布趋势。另外 ,本航次调查中在 1 1站发现中肋骨条藻赤潮 ,该站表层SiO3 Si浓度较高 ,PO4 P很低 ,其余溶解态氮营养盐及PP与调查海区表层平均浓度接近 ,PN较高。营养盐结构中 1 1站表层     

黄海、东海海区水体散射特性研究

半分析模型是水色遥感反演算法的研究热点,而水体后向散射系数对建立半分析水色反演模型是非常重要的参数.通过对黄海、东海海区的水体固有光学量测量数据进行分析,得到水体总后向散射系数与水体总散射系数的关系为乘幂关系,颗粒物后向散射系数随光谱变化的指数在高低浑浊度水体有很大差异,并初步得到黄海、东海海区水体的后向散射系数与总悬浮物浓度的关系,从而为水色半分析模型建立和水光学辐射计算提供一组散射特性模型.