浒苔和马尾藻的生消与海表面温度的相互影响研究

温度是影响藻类生长繁殖的一个重要因素。本文针对2013年6月在黄海海域出现的大量浒苔和马尾藻事件,基于MODIS(Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer)卫星遥感数据,分析了此次事件中浒苔和马尾藻生消过程与海表面温度之间的关系。首先根据浒苔、马尾藻和水体的光谱特征曲线,本文利用大型浮游藻类指数(Macroalgae Index,MI)对浒苔和马尾藻进行了识别,并且对浒苔和马尾藻生消过程中的MI值和对应的海表面温度进行了分析,结果表明:在此次事件中,海水温度是影响浒苔和马尾藻生长繁殖的重要环境因子,浒苔和马尾藻处的海表面温度比周围水体的海表面温度高1~2℃,浒苔和马尾藻爆发的适宜温度范围为23~26℃。     

黄海典型漂浮大型藻类光谱特征分析

利用实测高光谱和多光谱相机数据对在黄海海域采集的浒苔和马尾藻样本进行光谱特征分析。结果显示:漂浮大型藻类的高光谱反射率均值(Rmean_H)与多光谱反射率均值(Rmean_M)、高光谱藻类指数(VB-FAHH)与多光谱藻类指数(VB-FAHM)之间的相对误差小于15.6%,说明这两种数据具有较好的一致性;基于光谱特征波长的反射率建立比值光谱指数,其中浒苔和马尾藻的差异最为明显的是R640/R554指数;基于多光谱相机计算反射谷深度指数(T-depth),采用阈值法来区分浒苔和马尾藻,T-depth阈值的区分精度分别为69.6%±30.0%和69.6%±24.3%,稍优于虚拟基线漂浮藻类指数(VB-FAH)阈值的区分精度。     

不同产地浒苔对幼刺参生长、消化和非特异性免疫的影响

为探究不同产地浒苔型饵料对幼刺参生长、消化和非特异性免疫的影响,本实验将青岛浒苔与宁波浒苔的干粉与海泥分别按一定质量比例混合,开展刺参饲喂实验,并与刺参天然饵料马尾藻进行对比。结果表明,青岛浒苔饵料和马尾藻饵料喂养的刺参的粗蛋白含量分别为14.31%±0.10%和15.43%±1.41%,显著高于宁波浒苔饵料(11.17%±0.63%),粗脂肪和灰分含量无显著差异;青岛浒苔组、宁波浒苔组和马尾藻组的增重率分别为22.65%±5.68%、3.03%±1.17%和20.47%±2.01%,特定生长率分别为(1.44±0.33)、(0.21±0.08)、(1.33±0.12)%/d,青岛浒苔组和马尾藻组刺参的增重率和特定生长率显著高于宁波浒苔组;青岛浒苔组、宁波浒苔组和马尾藻组刺参肠道淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶和纤维素酶活力无显著差异;马尾藻组刺参体腔液碱性磷酸酶活力为(17.57±4.56)金氏单位/100mL,显著高于青岛浒苔组[(5.56±1.32)金氏单位/100mL]和宁波浒苔组[(2.83±0.75)金氏单位/100mL],超氧化物歧化酶和酸性磷酸酶活力无显著差异。由此可见,绿潮暴发时,通过打捞浒苔用以配制刺参饵料,既有助于缓解绿潮的生态灾害,又能够补充刺参饵料来源,具有广阔的生态效益和市场前景,但是其营养成分影响因素较为复杂,配制饵料时应充分考虑不同品种、采集时间和生长地点的差异,并通过一些前处理手段充分发挥浒苔的饵料价值。     

南黄海绿潮暴发与硝酸盐及水文环境因子的关系

为了解浒苔绿潮的发展态势、马尾藻分布区与漂移状况,本文基于2016—2017年浒苔暴发季(春末夏初)在黄海绿潮潜在起源区获取的多航次及参考2015年布放定点潜标的环境因子资料,通过高频的精细化硝酸盐监测,对影响黄海浒苔绿潮的起源和发生发展过程中的重要环境要素进行了分析。结果表明:不同年份,黄海浒苔绿潮具有相似的发生发展过程,两个年度的黄海表层硝酸盐分布趋势有差异;年际变化上, 2017年绿潮规模较上一年度显著偏小,该年度出现的黄海赤潮、金潮对绿潮规模有一定抑制作用。     

基于WebGIS的浒苔监测打捞指挥系统设计与实现

本文围绕浒苔绿潮灾害的信息化应急保障需求,提出了基于WebGIS的浒苔监测打捞指挥系统架构,设计了浒苔监测打捞指挥数据库和功能模块,开发了雷达监测数据实时接收和自动预处理、浒苔信息三维动态可视化、浒苔入侵分级预警等关键技术,详细介绍了系统实现的主要功能。经有关部门使用验证,系统能够有效支撑浒苔绿潮灾害监测和打捞指挥工作,提高沿海地区应对浒苔绿潮灾害的信息集成保障能力。     

基于NDVI与丰度关系的MODIS影像浒苔混合像元分解方法

MODIS影像是浒苔业务化卫星遥感监测的重要数据源,但其空间分辨率(250m)较低,混合像元效应导致传统的NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)阈值法浒苔提取误差较大。为解决此问题,本文以准同步的较高分辨率的HJ-1CCD影像浒苔提取结果为基准,建立基于MODIS NDVI与浒苔像元丰度(浒苔覆盖面积占像元面积百分比)关系的浒苔信息提取模型,利用该模型可提取每个像元的丰度(即浒苔覆盖率),从而提高整景影像浒苔覆盖面积提取精度。该模型可为浒苔灾害等级的确定以及防灾减灾应急决策提供支持。     

浒苔水体光谱特征参量时间序列数据拟合研究

开展时间序列浒苔水体光谱特征参量的拟合研究可为寻求最佳拟合方法,从而对进一步开展大尺度的高光谱高空间高时间分辨率遥感动态实时监测具有重要的参考价值。在实验室培养3种不同浓度的浒苔水体,用ASD光谱仪测定并获取浒苔水体的时间序列反射光谱,基于反射光谱定量提取光谱特征参量,构建时间序列数据;应用曲线拟合和时间序列ARMA模型开展浒苔水体光谱特征参量的时间序列拟合研究。结果表明:应用二阶或三阶多项式和ARMA模型可较高精度地拟合浒苔水体的光谱特征参量;但时间序列ARMA模型比多项式拟合模型更能反映浒苔水体光谱特征参量的时间序列数据的分布和变动特性。该研究可为浒苔灾害动态监测业务化运行部门提供浒苔光谱数据,同时也为光谱数据的处理和分析提供一种新的方法。     

基于SAR快速提取浒苔信息应用研究

2008年6月以来青岛近海出现的大面积浒苔对青岛奥帆赛场造成严重影响。如何快速、准确地发现浒苔,对治理浒苔具有显著的指导作用。采用卫星遥感数据,尤其是SAR数据对浒苔进行监测,运用一种基于区域增长面向对象的影像尺度分割方法,调整影像的分割尺度,快速提取浒苔信息,在浒苔遥感监测中效果显著。     

数字影像分析技术在海滩环境监测的应用

运用视频监测技术对青岛石老人海滩进行环境变化的监测,将基于高斯混合模型的聚类方法应用于数字影像中进行浒苔目标分割,并计算出浒苔的面积。分析结果表明,该项技术能够对海滩浒苔等海滩环境进行实时的监测,从而避免浒苔在海滩的堆积,对浴场海滩的环境及旅游业的发展都具有重要意义。     

黄海海域大规模绿潮成因与应对策略——“鳌山计划”研究进展

在青岛海洋科学与技术国家实验室"鳌山计划"支持下,本项目围绕黄海大规模浒苔绿潮的防控减灾,联合山东和江苏两地多个单位协作攻关,于2016年到2018年展开了多学科交叉研究,通过对绿潮藻浒苔(Ulva prolifera)的附着、入海等行为的加密观测,在大规模浒苔绿潮成因机制和防控策略方面取得了重要进展,确认了苏北浅滩源地,确认本海区大量紫菜(Pyropiayezoensis)栽培筏架提供的大面积合适附着基、典型的富营养化环境特点以及北向风生流是黄海大规模浒苔绿潮形成的重要条件。本项目解决了以下几方面的问题:1.锁定关键时段和海域并开展打捞船与无人机配合打捞;2.发现苏北浅滩存在独特浒苔种源;3.定量化研究了紫菜筏架拆除时人为去除筏架及绠绳上的附生绿藻量,明确这一过程大大促进了浒苔大量集中入海,成为浒苔绿潮形成的重要环节;4.定量化研究了浒苔在向北漂移,生物量和分布不断增加的过程;5.依据对浒苔緑潮的源头及其早期发生、发展几个关键过程的科学认识,提出了设置三道防线进行浒苔绿潮防控的策略以及在苏北浅滩开展浒苔绿潮初始生物量源头控制的具体建议。6.评价了浒苔绿潮对生态环境和养殖业危害的同时,关注了高生物量输入对受灾地可能带来生物北侵的生态风险。7.为保障2018年青岛上合峰会,项目组先期提交了绿潮防控建议,部署和开展的各项研究和现场调查结果为绿潮的预测防控提供了有力支撑。同时本项目还针对浒苔绿潮灾害的年际变化、马尾藻(Sargassumsp.)金潮灾害加剧、南黄海"三潮齐发"的复杂态势等新问题展开了观测与研究,为进一步制订更科学高效的防灾减灾方案,阐明全球变化和人类活动影响下的我国近海藻华灾害的演变奠定了基础。     

不同氮磷比值下浒苔与石莼的竞争作用研究

近年来，海水富营养化导致近海海域大型海藻过量繁殖，成为世界性的环境问题。自2007年以来，浒苔绿潮在黄海海域连续暴发，造成巨大经济损失。为探究浒苔大规模暴发与氮磷比值(N/P)的关系，及其与其他大型绿藻在不同N/P下的竞争机制，研究了浒苔(Ulva prolifera)与石莼(Ulva lactuca)在不同N/P下单独培养和共培养时的生长情况，探究了浒苔及石莼生长的变化；结合苏北浅滩海域现场N/P的调查结果，分析了浒苔绿潮暴发的可能机制。研究结果表明:(1)浒苔单独培养时，在一定范围内高N/P能促进浒苔的生长，氮对于浒苔的影响大于磷。(2)石莼单独培养时，低N/P下石莼长势最好，但改变N/P对石莼的影响并不显著。(3)浒苔和石莼共培养时，浒苔生长受到了一定限制，低N/P下浒苔生长受限更显著。(4)苏北浅滩海域高N/P更适合浒苔的生长，可能是浒苔绿潮能够大规模暴发的原因之一。     

基于遥感反演的浒苔绿潮暴发对有色溶解有机物与叶绿素时空分布特征的影响

浒苔的暴发会对水体生态环境产生巨大的影响, 对此进行遥感监测具有十分重要的意义。本文基于现场同步实测的有色溶解有机物(colored dissolved organic matter, CDOM)吸收系数、叶绿素浓度以及光谱数据建立遥感反演模型,再结合MODIS卫星影像提取山东半岛南侧近岸海域在各年份浒苔暴发前后CDOM与叶绿素浓度的时空分布特征。结果表明, 浒苔的消亡分解会在水体中产生大量的CDOM, 但浒苔的生长繁殖同样会消耗CDOM, 此外CDOM还受到浒苔暴发时期强烈的光降解作用。在各种因素的综合作用下, 研究区海域CDOM浓度在浒苔暴发时期微弱升高, 浒苔消亡后CDOM浓度则开始回落。浒苔在暴发期会抑制其他浮游微藻的生长, 使研究区海域叶绿素浓度有所降低, 而浒苔消亡后叶绿素浓度有所上升。水体中的叶绿素受多种生物地球化学因素的影响, 因此叶绿素浓度的降低与浒苔的暴发强度之间没有明确的相关性。遥感反演可以大范围快速地提取水体中各种要素的分布情况, 但就浒苔的暴发对海水中各要素的影响机制而言, 还需要结合各种生态环境因子进行综合分析。     

2008年青岛海域浒苔大爆发天气特征及成因分析

2008年6～7月,青岛近海海域出现了浒苔大爆发事件.本文通过分析卫星遥感的浒苔监测信息和海面风场资料表明,浒苔在5月中旬前后生成于黄海西北部海域,5,6月份黄海上空维持偏南风流场,在风应力作用下产生了偏北向表层海流,青岛海域大量积聚的浒苔是顺流漂移而至的.进一步分析研究气象和水文观测资料表明,浒苔的发生与海洋环境及降水、光照等水文气象条件有关.6,7月份浒苔漂移至青岛海域时,青岛的气温升高,降水较往年偏多,天气特征更加促进了浒苔的生长,因而造成2008年青岛海域浒苔大爆发事件.     

浒苔多糖纺丝性能的探索性研究

在对浒苔多糖溶液的流变性质以及对浒苔多糖膜的外观形态、力学拉伸性能和亲水疏水性等方面研究的基础上,采用注射器喷丝,对浒苔多糖的成纤性做了探索,结果表明,热水法提取的浒苔多糖可以用BaCl2做凝固浴经湿法纺丝制得浒苔纤维。     

浒苔水热液化分解过程研究

本文利用水热液化法将大型藻浒苔转化成了生物油,研究了反应温度和反应时间对液化的影响;利用扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶红外光谱仪(FT-IR)分析了不同反应温度和时间浒苔水热液化后所得残渣的性质,研究了浒苔水热液化分解过程。研究结果表明:反应温度和反应时间显著影响浒苔的水热液化和生物油产率,300℃液化30min生物油产率最高,为22.3%;水热液化过程中200℃时浒苔部分分解,300℃液化60min后,浒苔中的有机质完全分解;残渣的主要成分为SiO2、CaSO4及无定形碳。     

浒苔对胶州湾海域休闲娱乐功能的损害评估

2008年以来胶州湾海域浒苔灾害连续暴发,破坏海岸带景观、干扰游客观光和水上活动。文章采用支付卡式条件估值法调查游客对浒苔灾害治理的平均支付意愿,间接估算出2015年浒苔对胶州湾海域休闲娱乐功能的损害值及其占当年青岛市旅游收入的比重;在此基础上,应用列联表分析探究影响游客支付意愿的各项因子及其影响程度;首次对浒苔灾害造成海域休闲娱乐功能的损害进行量化评估,研究结果可为我国沿海地区治理浒苔灾害、保护海洋环境提供依据。     

基于HJ-1A/1B的2014年黄海海域浒苔灾害时空分布

自2007年以来, 黄海海域每年的5月初～8月中下旬浒苔(Ulva prolifera)会周期性地暴发与消亡,导致海洋生态环境被破坏以及经济损失。利用2014 年的HJ-1A/1B遥感影像, 利用神经网络监督分类及RULE规则影像重分类动态阈值法, 对2014年的浒苔的漂移路径、各时期影响的海域面积、分布面积以及暴发高峰期的最大面积进行了动态监测。结果表明, 2014年浒苔持续时间为101 d, 5月中旬开始在江苏省盐城市近海出现零星斑点, 分布面积为2.299 km², 影响面积为1 744.799 km²; 6月初到6月中旬浒苔广泛分布于黄海海域, 分布面积扩大至1 367.145 km², 达到当年的峰值; 从6月下旬开始, 浒苔进入衰退期, 浒苔分布面积、相对聚集密度均急剧缩小, 但影响面积的峰值出现在该时期; 8月初消亡于青岛附近海岸, 8月20日遥感影像已难以监测到浒苔的存在。2014年黄海海域浒苔经过了“出现—发展—暴发—衰退—消亡”5个发展阶段。     

浒苔螺旋压缩固液分离的研究

针对浒苔脱水工作效率低及工人劳动强度大等问题,设计出一种浒苔螺旋压缩机,实现浒苔固液分离过程的自动化。介绍了其结构组成、系统特性、工作原理并提出研究方法,利用有限元分析软件对单螺杆仿真分析,通过浒苔脱水实验进行补充验证。研究结果表明:浒苔压缩脱水之后体积减小2/5,有效节省了鲜浒苔的占用空间,利于快速装袋处理;进行螺旋单螺杆模态分析,取前6阶位移云图比对分析,单螺杆的变形稳定;取10阶振频分析,螺杆的振动频率都在低频级5.1Hz附近,激励频率小且相对稳定,不会产生共振现象;压缩机压力场仿真分析中,在20~150N的出口阻力下其正常工作所产生的轴向压力在640N上下波动,转矩值在14~15N·m;浒苔在压缩机脱水过程中不打滑或堵塞的情况下,出口阻力越大浒苔脱水效果越好,而速度只是加大了脱水速率。浒苔螺旋压缩机固液分离技术的研究为浒苔打捞脱水处理装置的开发研究提供一定的参考。     

2008年黄海浒苔爆发的基本状况与科学应对措施

2008年5月下旬以来,黄海中、南部海域爆发了大规模的浒苔灾害.范围之大,前所未有.对此,在国家海洋局、山东省和青岛市政府的领导下,国家海洋局第一海洋研究所会同有关单位对浒苔发生的基本状况、属性、溯源、漂移路径预测、监测、环境因子监测及生长速度、杀灭试验、成分分析和下沉监视等诸多科学问题进行了研究,取得了一些初步的研究成果.现将浒苔的基本状况、浒苔爆发后的科学应对措施及相关科学问题的研究结果简要报告如下.     

浒苔灾害卫星遥感应急监视监测系统及其应用

2008年夏季黄海、东海突发的罕见的浒苔自然灾害直接危及青岛近海环境和2008北京奥运会青岛帆船比赛的举办,国家卫星海洋应用中心按应急与业务运行兼容需求,在"HY-1"卫星地面应用系统、国家MODIS数据共享平台、海上溢油卫星遥感系统等基础上及时构建了浒苔灾害卫星遥感应急监视监测系统,利用国内外有限的17颗遥感卫星数据,实现了对此次浒苔灾害的大范围、全天候、全天时、多频次、多角度动态监测,及时得到了全面、准确、客观的信息,为国家海洋局应对浒苔自然灾害前线指挥部应急响应、决策指挥提供了有力、有序、有效的技术支持。主要描述应急监视监测系统的构建、运行和应用,为今后海洋灾害突发事件的应急提供参考和经验积累。