基于FY-3A的湛江湾及其邻近海域叶绿素a遥感监测研究

叶绿素a质量浓度是水体水环境一个重要指标。本文结合实测的叶绿素a质量浓度、水体的光谱数据和FY-3A中等分辨率成像光谱仪的数据,研究利用FY-3A遥感监测湛江湾及其邻近海域叶绿素a质量浓度的可行性。研究结果表明,湛江湾海域大部水体接近一类水体,二类水体主要集中在湛江港附近的狭小封闭海域;OC4算法可以用于湛江湾海域的叶绿素a质量浓度的遥感监测,实测叶绿素a质量浓度与反演的叶绿素a质量浓度具有较好的相关性,相关系数R达到0.7以上;FY-3A中等分辨率成像光谱仪的数据可以较好地反映湛江湾海域叶绿素a质量浓度的空间分布。     

利用经验正交函数数据插值法重构东中国海叶绿素a质量浓度场

利用经验正交函数数据插值法(Data INterpolating Empirical Orthogonal Functions)重构由MODIS-Aqua卫星提供的三级产品叶绿素a质量浓度,得到了从2003—2009年东中国海叶绿素a质量浓度的月平均场。东中国海近岸叶绿素a质量浓度7 a平均值明显高于外海。对叶绿素a质量浓度季节平均场进行分析研究表明,东中国海叶绿素a质量浓度主要受长江径流、海表水温和季风的影响。对叶绿素a质量浓度异常场进行EOF分析表明,第一模态方差贡献为37.8％,空间分布显示,在长江口东北部出现叶绿素a质量浓度异常高值区,时间变化以半年和半年以下周期为主;第二模态方差贡献为21.4％,空间分布显示,在长江口东部出现叶绿素a质量浓度异常高值区,时间系数主要表现为年际变化。     

2009年冬季南海北部浮游植物粒度分级生物量和初级生产力

2009年2月在南海北部海域现场观测粒度分级叶绿素a质量浓度和初级生产力(PP)的分布。结果表明,调查海域水柱平均叶绿素a质量浓度的变化范围为0.11～8.37 mg/m³,平均为(1.28±2.23) mg/m³,高值区出现在珠江口及近岸海域;初级生产力的范围为344.8～1 222.5 mgC/(m²·d),平均为(784.2±351.4) mgC/(m²·d),高值区位于近岸及陆架海域。浮游植物粒度分级测定结果表明,在生物量较高的近岸海域,叶绿素a的粒级结构以小型浮游植物占优势,其贡献率为40.9%,微型和微微型浮游植物对总叶绿素a的贡献率分别为34.6%和24.5%;而在生物量较低的陆坡和开阔海域,各粒级浮游植物对叶绿素a的贡献率由大到小依次为微微型浮游植物(78.9%),微型浮游植物(17.2%)和小型浮游植物(3.9%)。相关性分析结果表明,调查海域分级叶绿素a的区域化分布特征与洋流运动下营养盐的分布密切相关,同时叶绿素a又高度影响着此区域PP的分布。此外,我们将调查海域实测所得浮游植物最佳光合作用速率与采用垂向归一化初级生产力模型估算的数据进行对比,发现后者明显低于前者,这说明通过水温估算最佳光合作用速率的算法在冬季南海北部可能存在低估。     

柘林湾近岸水产养殖区水域叶绿素a浓度反演

海水养殖已成为近海水体环境的重要污染源, 叶绿素a作为水体浮游植物生物量的一个重要参数, 是水质评价的重要指标。本文以广东省柘林湾为研究区域, 采用2018年9月4日的哨兵2号(Sentinel-2)影像与海水养殖区水体中实测的叶绿素a浓度数据构建了叶绿素a浓度的单波段模型、比值模型、三波段模型与归一化叶绿素a指数模型(Normalized Difference Chlorophyll Index, NDCI)等估算模型; 通过对比评价, 以反演精度高的模型估算了2018年多个月份的叶绿素a浓度, 并分析其分布特征。结果显示: 1) NDCI模型的反演精度明显高于其他模型, 其可决系数R²为0.8, 均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)为9.7, 平均绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error, MAPE)为0.99; 利用实测数据对NDCI模型的时间适用性进行检验, 表明NDCI模型能有效地估算出叶绿素a浓度的空间分布特征。2) 叶绿素a浓度呈现出从近岸向湾外逐步降低的趋势, 养殖区中叶绿素a浓度的总体趋势为池塘养殖区>滩涂插养区>网箱养殖区>浮筏养殖区; 受到水体交换、降雨及养殖活动的影响, 池塘养殖区中的叶绿素a浓度在投放幼苗期的2月最低, 其变化趋势为2月<4月<6月<12月。本文的研究结果可为相关部门对柘林湾养殖水体的环境监测提供参考。     

基于OC-CCI数据的南海高叶绿素a浓度水域面积的时空变化研究*

浮游植物是海洋生态系统食物链的基础组成, 并通过光合作用影响着海表二氧化碳通量变化。文章基于高叶绿素a浓度水域面积指标构建南海浮游植物生物量的估算体系。利用遥感数据, 采用经验正交函数分解插值方法, 重构长时间序列的南海叶绿素a浓度场, 并研究了南海高叶绿素a浓度水域面积特征的时空分布。结果发现: 高叶绿素a浓度水域面积变化有着显著季节特征, 在冬季面积达到最大值, 在夏季达到最小值, 但是该水域对应的叶绿素a浓度却在冬季达到最小值, 在夏季达到最大值, 这一特征可能是由于风驱动的海表动力过程使得海表叶绿素重新分布; 空间分布上, 高叶绿素a浓度水域常年存在于海岸附近, 特别是在中国沿海、越南沿岸、泰国湾以及婆罗洲岛附近。在巽他陆架与湄公河口东部中央海盆, 高叶绿素a浓度区域面积呈年际变化。受厄尔尼诺调控的南海季风, 导致不同年份湄公河口东南沿海存在不同程度的北部冷水侵入, 北部冷水入侵可能是引起局地浮游植物生物量增减的原因。     

胶州湾叶绿素的浓度、分布特征及其周年变化

2003年6月-2004年5月对胶州湾及邻近海域水体中叶绿素a浓度变化及其空间分布进行了周年调查.结果表明,调查海域叶绿素a全年平均浓度为2.81mg/m^3,月平均浓度变化范围为0.73-8.44 mg/m^3.整个海域叶绿素a浓度周年变化呈现双峰型,分别在夏季8月和冬季2月出现两个高峰,但是不同区域的变化幅度不同,其水平分布格局为湾内高于湾外,湾内北部高于南部.营养盐浓度变化与叶绿素a浓度的变动未发现明显的相关性,但是在局部海域硅酸盐对冬季浮游植物水华的进一步发展具有一定的限制作用.综合分析营养盐、叶绿素a和浮游动物的周年变化及其之间的关系显示,下行控制（Top-down control）在胶州湾浮游植物的数量变动中起着重要的调控作用.     

北部湾灯光罩网渔场时空分布与海洋环境关系分析 *

文章根据大型灯光罩网渔船调查数据和卫星遥感海面风场(Sea Surface Wind, SSW)、海表温度(Sea Surface Temperature, SST)和叶绿素a浓度(Chlorophyll a concentration, Chl a)资料, 基于广义线性模型(Generalized Linear Model, GLM)对北部湾渔业资源单位捕捞努力量渔获量(Catch Per Unit Effort, CPUE)进行标准化, 应用多元线性回归等方法, 对北部湾灯光罩网渔场的时空分布及其与海洋环境的关系进行了分析。结果表明, 北部湾灯光罩网渔场适宜SST为27~29℃, Chl a为0.5~1.5mg·m ^-3。较高资源量出现在10月份中上旬, 分布在18°—19°N及20°—21°N海域。北部湾灯光罩网渔场的时空分布与季风、19°N附近的暖水池和Chl a等环境因素有关。     

伶仃洋夏季叶绿素a时间变化特征及分析

文章使用2019年7月5日—20日在珠江河口伶仃洋定点连续观测的海表面叶绿素a质量浓度、海表面气温、气压、风速、风向、海表温度、盐度、流速、流向、遥感降雨量数据和中等分辨率成像光谱仪可见光波段影像, 利用小波分析和集成经验模态分解方法分析了观测期间内伶仃洋海表面叶绿素a的时间变化特征及其影响因子。分析结果表明, 观测期间海水表层叶绿素a质量浓度的变化范围为0.44~1.75µg·L^-1, 平均值为0.80µg·L^-1, 其变化周期主要为6h、12h和24h。其与相对应周期的潮流存在明显的相位关系, 并且在降雨后两者的相位关系发生了转换。7月5日—12日, 叶绿素a与潮流基本呈反相位关系, 涨急时叶绿素a质量浓度低, 落急时叶绿素a质量浓度较高, 浓度相差约为0.3µg·L^-1。珠江流域在7月8日—13日发生了一次强降雨过程, 降雨前后海水表层叶绿素a质量浓度在6h、12h和24h周期波段的振幅由0.02~0.09µg·L^-1增加到0.15µg·L^-1左右。同时, 降雨对珠江河口的叶绿素a质量浓度造成了一个持续80h的增加过程, 浓度增加了0.3µg·L^-1。发生降雨后, 7月13日—20日期间潮流滞后于叶绿素a约6h, 水位最高时叶绿素a质量浓度最低, 水位最低时叶绿素a质量浓度最高。由以上结果可以看出, 降雨不仅引起了河口区叶绿素a质量浓度的增加, 还造成了叶绿素a和潮流间相位关系的转换。     

琼东水体后向散射系数与浮游植物生物量的关系模型*

海洋中光后向散射系数的变化包含了浮游植物生物量的信息, 可应用于卫星遥感和光学剖面观测平台获取海洋中大时空尺度-高分辨率剖面的浮游植物生物量变化特征。本文选取了琼东上升流影响下生物—光学变异性较为显著的海域, 基于2013年航次实测数据, 建立了颗粒物后向散射系数(b_bp)与叶绿素a浓度(Chl a)间的区域性关系模型。模型假定颗粒物后向散射系数由不随叶绿素浓度变化的固定背景值, 以及较大粒级(>2μm)和pico级(微微型, <2μm)两类浮游植物的后向散射贡献累加所得。采集的数据集进行了模型检验, 结果表明, 模型能很好地模拟琼东海域水体的b_bp与Chl a间的变化趋势, 性能优于常用的幂函数关系模型, 尤其在低叶绿素浓度范围, 很好地解决幂函数显著低估的现象; 琼东海域的b_bp和Chl a关系存在显著的水层变化, 底层后向散射固定背景值显著高于上层水体背景值, 表明底层受上升流的影响, 水体中不随Chl a共变的颗粒物浓度增大, 其后向散射相应增强; 叶绿素最大层的后向散射固定背景值显著低于上层其他水体的固定背景值, 后向散射固定背景值的贡献百分比约为21%~35%; 随着叶绿素浓度增大, 较大粒级的浮游植物对颗粒物后向散射系数的贡献也显著增大, 可达到50%以上, pico级浮游植物贡献稳定在40%附近。本研究的结果将为琼东海域浮游植物生物量的光学遥感、生物地球化学过程研究提供更为精确的区域性模型和基础支撑数据。     

2009年湛江湾叶绿素a分布及其与主要环境因子的关系

2009-02—2009-11分4个季度调查了湛江湾叶绿素a的时空分布,并分析了其与主要环境因子的关系。结果表明,湛江湾海域叶绿素a变化范围为0.35～21.52mg/m3,年平均值4.47mg/m3;全海域叶绿素a呈现夏季(6.50mg/m3)>冬季(4.75mg/m3)>春季(3.58mg/m3)>秋季(3.01mg/m3)的季节变化模式;水平分布上,冬季的叶绿素a呈现由南三岛附近海域(即断面2和3)向外海和沿岸递减,春季、夏季和秋季呈现由外海向沿岸递减,年均值呈现由外海向沿岸递减的分布特征。主成分分析显示,湛江湾海域叶绿素a与pH、盐度呈极显著的正相关,与氨氮、硝氮、硅酸盐、磷酸盐和无机氮呈极显著负相关。以表征的叶绿素a为标准的水体营养状况评价结果显示湛江湾海域多为中营养或贫营养状态,与以营养盐和化学耗氧量为标准的评价结果不一,故湛江湾的水体营养状况评价需要综合多个因子考虑。     

2006—2007年夏、冬季浙东海域叶绿素a分布特征及其环境影响因子

为更清楚了解浙东海域浮游植物的初级生产力情况,于2006年8月(夏季)和2007年1月(冬季)在浙东海域28°00′～30°00′N、122°00′～127°30′E设置了3条调查断面,共布设25个观测站位,现场采用荧光连续法对叶绿素a进行测定,初步研究了该海域叶绿素a的空间分布特征,并探讨了水体温度、营养盐和浊度对叶绿素a分布的影响。结果表明:夏季,叶绿素a分布趋势为近岸(平均质量浓度为2.01μg/L)>外海(平均质量浓度为0.52μg/L),其主要垂直分布类型为递增型、递减型和单峰型;冬季,叶绿素a分布趋势为外海(平均质量浓度为0.50μg/L)>近岸(平均质量浓度为0.33μg/L),主要垂直分布类型为递增型、均匀型、单峰型和双峰型。夏季调查海域浮游植物叶绿素a平均质量浓度为0.93μg/L,明显高于冬季(0.46μg/L)。温度、营养盐和浊度是影响研究区夏、冬季叶绿素a分布的主要环境因子。     

南海北部海域叶绿素a浓度时空特征遥感分析

利用2007-2010年MODIS的L2级叶绿素a浓度产品作为数据基础, 对叶绿素a浓度年平均和月平均数据进行分级分区处理, 研究南海北部海域叶绿素a浓度时空分布特征及其与海洋环境因素的关系。初步研究结果表明:2007-2010年在南海北部海域叶绿素a浓度的高值区(>5.0 mg/m3)主要分布在广东省沿岸河流的入海口, 分布范围在夏季最大, 在春秋次之, 在冬季最小;叶绿素a浓度的次高值区(1.0～5.0 mg/m3)主要分布在海岸线到50 m等深线之间的海域, 分布范围夏冬较大, 能扩展到50 m等深线附近, 而春秋较小, 会退缩到50 m等深线以内;叶绿素a浓度的中值区(0.3～1.0 mg/m3)主要分布在50 m到100 m等深线之间的海域, 时空变化复杂;叶绿素a浓度的低值区(<0.3 mg/m3)主要分布在100 m等深线以外的海域, 其区域平均值夏季最低, 春秋次之, 冬季最高, 同时该区域叶绿素a浓度在春夏秋三季空间分布较均匀, 而冬季受季风和黑潮入侵影响空间分布较为复杂。南海北部海域海表叶绿素a浓度的时空变化特征与季风、沿岸河流、海流、海表温度等海洋环境因素的变化有关。     

夏季珠江口及近岸海域悬浮颗粒物生物硅分析

2017年6月在珠江口及近岸海域61个站位采集了悬浮颗粒物生物硅(BSi,biogenic silica)和叶绿素a(Chl a)。利用RAGUENEAU et al(2005)提出的碱提取法测定了悬浮颗粒物生物硅,探讨不同环境条件下BSi浓度以及碱性提取液中岩源硅(LSi,lithogenic silica)的干扰程度。结果显示,Chl a质量浓度范围为0.06~8.64 μg·L^-1,悬浮颗粒物BSi浓度从低于检测限到14.3 μmol·L^-1,LSi浓度范围为0.00~9.56 μmol·L^-1;LSi/(LSi+BSi)比均值为0.38 mol·mol^-1。提取液中测得的Si/Al比均值为2.42 mol·mol^-1,与RAGUENEAU et al(2005)报道值接近。研究区域内的表层BSi反映了硅藻的生物量,与Chl a存在显著线性相关。LSi对BSi测量的干扰程度存在明显的空间差异,总体上近岸BSi和LSi高,LSi/(LSi+BSi)比低;外海BSi和LSi低,LSi/(LSi+BSi)比高;河口内BSi低,LSi高,LSi/(LSi+BSi)比高;上升流区BSi和LSi高,LSi/(LSi+BSi)比高;底层较表层具有更高的LSi和LSi/(LSi+BSi)比。最后,对常用的几种碱提取法在应用时存在的问题作了探讨。     

Multiparameter cluster analysis of seasonal variation of water masses in the eastern Beibu Gulf

Using the hierarchical clustering method, we present comprehensive analyses of water masses and their seasonal variations based on substantial in situ observations in the eastern Beibu Gulf, a shallow sea with a depth mostly less than 100 m. Besides traditional physical parameters (salinity and temperature), chemical and biological parameters are also used for the water mass classification and analyses, which include dissolved oxygen, alkalinity, nitrite, reactive silicate, and chlorophyll a. Consequently, the eastern Beibu Gulf water is classified into five water masses in the study area, namely the diluted water, the mixed water, the surface water, the subsurface water, and the bottom water. The diluted water is located in the area along the Guangxi coast; the mixed water mainly occupies the northern study area; the surface water resides in the central and southern study area; the subsurface water exists just near the Gulf mouth; and the bottom water appears in the lower layer east of Bailongwei Island, which is different from the Beibu Gulf cold water mentioned in previous studies. The parameter properties and spatial distribution of most water masses in the eastern Beibu Gulf exhibit strong seasonal variability which is mainly modulated by circulations and solar radiation.     

北部湾北部海域水体异养细菌的时空分布特征研究

为探讨环境因素对异养细菌丰度的影响，2016年9月至2017年8月通过月度航次调查对北部湾北部海域异养细菌丰度的时空分布特征进行了系统研究。结果表明，调查海区异养细菌丰度介于（2.75~56.86）×105 cell/mL，平均值为（11.01±6.31）×105 cell/mL。各季节细菌丰度从高至低依次为:夏季、春季、冬季、秋季。异养细菌丰度由近岸海域向西南深水区方向逐渐降低，在近岸浅水区垂直分布均匀，在水深大于20 m的海区出现季节性分层现象:表层细菌丰度较高，底层细菌丰度较低。主成分分析显示温度对异养细菌时空分布有重要影响，秋、冬季异养细菌丰度与温度呈显著负相关，在春、夏季呈显著正相关。细菌丰度与盐度呈显著负相关，说明海水盐度变化是细菌时空分布重要影响因素。异养细菌丰度与叶绿素a和溶解氧含量呈显著正相关，表明浮游植物初级生产过程影响了异养细菌的时空分布。在秋、冬和春3季异养细菌丰度与营养盐水平呈显著负相关，二者关系受浮游植物生物量间接影响。异养细菌时空分布差异取决于环境条件的变化，温度、盐度、叶绿素a和溶解氧含量是影响异养细菌丰度分布的主要因素。     

长江口及邻近海域浮游动物生物量分布及季节变化

2006年7月—2007年12月,在长江口及邻近海域(29°30′N~32°30′N,120°00′E~127°30′E)布设150个观测站位,进行了4个季节生物、化学和物理海洋学综合调查。根据采集的浮游动物样品的分析鉴定结果及现场环境参数的测定数据,对浮游动物群落生物量分布及季节变化进行了研究。结果表明:长江口及邻近海域浮游动物生物量有明显的季节变化,主要表现为:春季>夏季>秋季>冬季。中华哲水蚤(Calanussinicus)、双生水母(Diphyeschamissonis)、百陶带箭虫(Zonosagittabedoti)和中华假磷虾(Pseudeuphausiasinica)是长江口及邻近海域浮游动物生物量的主要贡献者。化学营养盐是影响长江口及邻近海域浮游动物生物量分布的主要环境因素,除此以外,其它环境因子在不同季节对浮游动物生物量的影响存在差异。春季,温度和盐度是影响浮游动物生物量的主要因素;夏季,温度、溶解氧和叶绿素a是影响浮游动物生物量的主要因素;秋季,盐度、溶解氧和悬浮颗粒物是影响浮游动物生物量的主要因素。冬季,环境因子对浮游动物生物量影响不明显。     

2006～2007年北部湾海-气热通量变化特征

用2006年夏～2007年秋在北部湾获得的船测气象资料,由块体公式计算了海-气通量.结果表明:北部湾春、夏季节获得热通量,而秋、冬季节失去热通量.春季通过湍流交换造成的热通量对海面热平衡的贡献最小,其次是夏季、冬季和秋季.在年平均尺度上感热通量和潜热通量分别占净辐射通量的7.4%和77.4%,15.2%的净辐射热量通过海洋过程消耗掉.感热通量随海-气温差的加大而增大,而与风速之间呈现复杂的非线性关系.海-气温差增加1 ℃,感热通量增加6.7～12.7 W/m2;较大的感热通量(>30 W/m2)容易出现在5～10 m/s风速条件下.潜热通量与风速和相对湿度呈明显的相关关系:风速增加1 m/s,潜热通量增加约18 W/m2,而相对湿度下降1%会导致6 W/m2潜热通量的增加.