基于长时序遥感影像的胶州湾秋季叶绿素a浓度变化及其影响因素研究

水体中叶绿素a的含量是研究浮游植物生物量、初级生产力的重要指标，因此对于河口海湾区域叶绿素a的长期监测具有重要的生态学意义。借助遥感技术能够获取长时序大范围观测数据的特点，本文利用1986-2015年的Landsat TM/ETM+影像，通过构建基于实测数据的定量反演模型，得到了30年来胶州湾海域秋季叶绿素a浓度的分布情况:叶绿素a浓度的空间分布规律稳定，呈现西北高东南低的特点，叶绿素a浓度均值呈波动略有上升的趋势。本文利用遥感反演的胶州湾海表面温度及胶州湾流域的土地利用分类和景观格局指数，从自然因素和人为因素两方面对胶州湾叶绿素a浓度时空分布的影响因素进行分析，发现胶州湾秋季叶绿素a浓度与海表面温度密切相关，并且受到近海养殖区破碎化程度、修建大型人工设施等人为因素的影响。     

千岛湖水温垂直分层的空间分布及其影响因素

湖泊热力分层及热力循环深刻影响深水湖泊生态系统。随着全球气候变暖,湖泊热力过程会发生显著变化。作为深水水库型湖泊,千岛湖的热力过程与水环境的变化紧密相连,为了分析千岛湖水体水温、湖泊热力分层参数(温跃层深度、厚度和强度)的分布,探讨温跃层深度与水温、水体透明度以及水深之间的关系,本文根据2014年7月份与2015年5月份对千岛湖全湖60个采样点的水体理化指标的垂向分布调查数据,计算得到千岛湖热力分层参数,进而分析其时空分布特征及主要影响因素。结果表明,千岛湖水体水温垂直分布呈现正温分布,春夏季全湖范围内均存在不同程度的温度分层现象,温跃层深度、厚度和强度均从上游河口向下游敞水区逐步增大,这种空间变化的趋势在7月份比5月份更显著。水温、透明度和水深是影响温跃层深度的主要因素。夏季湖泊热力分层稳定期温跃层深度与表层水温(0—2m)存在显著负相关关系,与透明度和水深存在正相关关系。     

水体透明度两种半分析反演模型的对比与分析

针对目前反演遥感透明度的方法多是经验方法,而半分析方法运用在二类水体时,由于分析参数较难获取导致应用较少等问题,本文在缺少相关光学参数实测数据的情况下,基于GOCI卫星影像数据及实测透明度数据开展两种半分析透明度反演模型的对比与分析。首先选用555 nm和660 nm两种参考波段的QAA-v6算法分别反演水体固有光学参数,代入到Lee15和Jiang19两种半分析模型中定量反演胶州湾水域透明度。结果表明,660nm作为参考波段的Lee15模型反演精度更高,误差更小(R~2=0.771,MAPE=0.137,RMSE=0.331)。为进一步探究各模型在不同透明度范围内的反演精度,将透明度范围分成3段(0.5~1.5,1.5~2.5,2.5~3.5 m)分别进行误差分析后发现,660 nm Lee15模型在各分段均达到最佳精度。所以该模型能够为胶州湾这种二类水体的透明度反演提供一条有效途径。     

白洋淀叶绿素a及其水质因子分析

从2009年5月到2010年3月,选择代表月份对白洋淀水体中叶绿素a浓度的时空分布进行了调查并分析了白洋淀的水质特征。结果表明,白洋淀叶绿素a有明显的时空分布规律:夏季(平均含量为41.19mg/m3)>秋季(平均含量为40.42mg/m3)>春季(平均含量为16.95mg/m3)>冬季(平均含量为10.30mg/m3);空间方面,清洁对照点最低(年平均值为10.65mg/m3),养鱼点含量最高(年平均值为42.11mg/m3)。叶绿素a的含量变化范围是4.37～97.45mg/m3,表明白洋淀处于富营养化水平。叶绿素a的含量与其他水质因子呈现一定的相关性:与水温、透明度、总铁、总磷之间有较高的相关性,与CODMn之间相关程度显著,与总氮相关程度较小。     

胶州湾水域重金属As的分布及质量浓度

根据1981年的胶州湾水域调查资料,分析了重金属As(砷)在胶州湾水域的分布、迁移和季节变化。研究结果表明:As在胶州湾水体中的表层质量浓度范围为1.00～2.70μg/L,底层质量浓度范围为1.00～2.40μg/L。在一年中,胶州湾整个水域都未受到As的污染。在胶州湾水域,As的质量浓度来源于河流的输送,其质量浓度小于2.70μg/L。在陆地迁移过程中,在胶州湾周边地区的土壤、水体没有受到As的污染,进而使得胶州湾周边河流的As质量浓度也非常的低。在水域迁移过程中,在胶州湾,As的表、底层质量浓度都相近。在时间尺度上,夏季胶州湾的表层水体中As的质量浓度几乎都高于春季。而在整个湾内底层水体中,春季和夏季的As底层质量浓度都没有高低可分的。在空间尺度上,在海泊河的入海口的近岸水域,As在底层质量浓度中比较高。而在湾口的近岸水域,As在表层质量浓度比较高。这揭示河流的输送能力决定了底层质量浓度的分布和表、底层的垂直分布。     

胶州湾水域重金属砷的分布及迁移

根据1982年的胶州湾水域调查资料,分析了重金属砷在胶州湾水域的分布、迁移和季节变化。研究结果表明:砷在胶州湾水体中的表层含量范围为0.22~2.80μg/L,底层含量范围为0.84~4.48μg/L。通过水域水平分布的判断就能够确定从陆地向水域是否输送物质,以及输送的方式。在陆地迁移过程中,雨季决定了胶州湾水体中砷的含量变化。在水域迁移过程中,胶州湾水域无论有没有砷的来源,在湾中心都会形成砷的底层高含量区。     

2013年夏季黄、渤海颗粒有机碳分布及来源分析

本文根据2013年夏季黄、渤海海域航次获得的颗粒有机碳(particulate organic carbon, POC)、叶绿素a(chlorophyll a, Chl a)和总悬浮颗粒物(total suspended particles, TSP)数据,结合同步获得的水文环境参数,综合探讨该区夏季POC时空分布特征,以及在不同温盐深水团中POC的主要影响因素。结果表明:在整个研究区POC的浓度范围为102.3～1850.0 μg/L,平均值为(383.7±269.6) μg/L,分布呈现出近岸高、远海低、表层低、底层高的特征。苏北外浅滩海域和北黄海东北区域的10 m层和底层为POC高值区,苏北外海域受到陆源输入、沿岸流混合作用和浮游植物光合作用的影响,POC上下混合均匀且浓度高;南黄海中部因受黄海环流的影响,水体中浮游植物生产力水平低,POC浓度较低。在垂直分布上,近岸海域受陆源输入和再悬浮影响POC浓度高,上下混合均匀;在南黄海和北黄海中部受到黄海环流和黄海冷水团的控制,浮游植物生产力水平低,POC浓度低。对不同温盐水团中POC的影响因素分析发现,在高温低盐水团中,POC受浮游植物初级生产和陆源输入的共同影响;在温盐适中区真光层海水中,浮游植物的初级生产是POC的主要来源;底层的冷水团区,POC主要来源为上层海水中颗粒物的沉降和底层再悬浮作用。     

胶州湾表层海水碳酸盐体系的季节变化

根据2007年8月(夏季),11月(秋季),2008年1月(冬季)和2010年4月(春季)在胶州湾海域测得的p H、溶解无机碳(DIC)、总碱度(Alk),以及通过以上参数计算得到的二氧化碳分压(p CO2)的数据,结合现场的化学、水文、生物等参数,探讨和分析了该海域的二氧化碳各参数的分布特征、季节变化和影响因素。结果表明:胶州湾p H、DIC、Alk和p CO2的年变化范围分别为:7.77—8.30,1949.2—2201.8μmol/kg,2033.9—2382.5μmol/kg和89.9—745.3μatm,均呈现明显的时空变化。温度是影响胶州湾碳酸盐体系的主要影响因素之一,同时陆地径流和降水会降低海水碳酸盐体系中各参数的含量,但是人类活动和生物活动也会在一定程度上增加DIC、Alk和p CO2的含量。     

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。     

长江口邻近海域溶解氧的时空分布及影响因素研究

基于2018年早春和夏季长江口邻近海域的调查数据,分析溶解氧(DO)的时空分布,并讨论其影响因素.结果表明,夏季DO浓度变化范围为1.58～9.37 mg/L,浮游生物光合作用产生的DO是夏季表层水体过饱和的主要因素;夏季调查海域受台湾暖流北上引起海水层化加强,同时水体富营养化导致表层生物大量繁殖所引起有机碎屑的沉降和耗氧分解作用是底层低氧区存在的主要因素.夏季在台湾暖流影响下底层水体表观耗氧量(AOU)与营养盐成正相关关系,底层有机物耗氧降解过程与营养盐的再生密切相关.早春DO浓度变化范围为7.90～10.1 mg/L,长江口外北部海域和浙江近岸海域海水混合均匀,DO浓度主要受温度控制,而台湾暖流影响区海水出现层化现象,其低DO含量也为低氧区的形成奠定了基础.     

湛江湾真光层深度与初级生产力的时空变化及其影响因素

基于2016?2017年4个季节航次数据,分析了湛江湾真光层深度与初级生产力的时空变化特征及其影响因素。结果表明,湛江湾真光层深度平均值为（6.95±3.17）m,空间变化比季节变化明显,K_d(PAR)与浊度存在显著的正相关关系,建立的线性回归模型R2为0.73（p<0.01）,表明悬浮颗粒物对湛江湾真光层深度的影响占主导地位。利用VGPM模型得到初级生产力（以碳计）的平均值为（639.53±427.95）mg/(m2·d),其时空特征与真光层深度基本保持一致,真光层深度比叶绿素a浓度更能解释初级生产力的时空分布模式。     

Distribution and invasion of Spartina alterniflora within the Jiaozhou Bay monitored by remote sensing image

Spartina alterniflora as an alien invasive plant, poses a serious threat to the ecological functions of the coastal wetland of the Jiaozhou Bay. As of 2019, the distribution area of S. alterniflora in the Jiaozhou Bay has reached more than 500 hm². For this reason, combined with field surveys, remote sensing monitoring of the invasion S.alterniflora in the Jiaozhou Bay has been carried out. To accurately identify S. alterniflora within the Jiaozhou Bay coastal wetland, we used a new m...     

胶州湾表层海水中6类抗菌药物的分布、来源与生态风险

人畜大量使用的抗菌药物随入海径流和点源排放进入到海洋环境中，其分布迁移特征和生态环境风险备受关注，研究探讨抗菌药物的海洋生物地球化学行为对持续利用海洋资源环境意义重大。本文采用固相萃取-高效液相色谱-多反应监测扫描模式-质谱法（SPE-HPLC-MRM-MS），研究了胶州湾2017年8月表层海水中6类20种典型抗菌药物的分布与组成特征，并在此基础上探讨了其来源和生态风险。结果表明，表层海水中6类抗菌药物总浓度为12.59~147.69 ng/L，平均浓度为54.82 ng/L，就6大类抗菌药物的平均浓度而言，胶州湾表层海水中四环素类浓度最高，均值达41.32 ng/L，其次是林可霉素类8.56 ng/L，喹诺酮类2.62 ng/L，磺胺类1.15 ng/L，大环内酯类0.82 ng/L，头孢类浓度水平最低为0.35 ng/L；头孢类和林可霉素类在我国海洋环境中被检测到系首次报道，其中林可霉素最高值为96.40 ng/L；表层水抗菌药物湾内高于湾外，湾内分布呈现近岸高于远岸，湾东高于湾西，湾东近岸海区（站点S5）有最高浓度。人用、兽用和人畜共用抗菌药物所占比例分别为52.0%、30.2%和17.8%，人用药物为其主要来源。生态风险评价结果显示，胶州湾表层水体中氧氟沙星和林可霉素对相应的敏感物种存在高生态风险，S5站邻近为高风险区域，应加强排放监控，减少其危害。     

胶州湾水体重金属Hg的质量浓度和分布

根据1982-04、06、07和10月胶州湾水域调查资料,探讨和研究胶州湾重金属Hg的水质、平面分布、垂直分布、季节变化以及来源.结果表明：Hg在胶州湾水体中的质量浓度范围为：0.006～0.049 μg/L,在胶州湾整个水域,没有受到Hg的污染.在胶州湾西南沿岸水域,地表径流直接输送Hg入海,其质量浓度都非常低;在胶州湾东部沿岸水域,河流输送Hg入海,其质量浓度相对较高.Hg的表、底层水平分布证实了Hg的水域迁移过程和水域迁移机制.Hg质量浓度的垂直分布展示了胶州湾表层水质受到陆地地表径流输送Hg的影响,而胶州湾底层水质受到累计沉降的效应.通过胶州湾Hg的时空分布,发现控制Hg的排放得到实施,输入胶州湾水域的Hg大为减少.     

用镭同位素评价胶州湾水体表观年龄及地下水入海通量

为评价胶州湾水体表观年龄和地下水入海通量,2011年9—10月在胶州湾地区分别采集地下水、河水和海水样品,对水样的224Ra和226Ra活度进行测量。基于224Ra和226Ra半衰期的差异,运用224Ra与226Ra的活度比值计算了胶州湾水体表观年龄;采用三端元混合模型计算了胶州湾海水中地下水、河水与湾外海水的混合比例;在水体表观年龄和混合比例的基础上,计算了地下水入海通量。结果表明:研究期间胶州湾水体表观年龄分布范围为3.2—39.4d,平均值为14.7d,呈现从湾顶到湾口年龄逐渐增大的趋势,地下水的平均混合比例是11.0%,地下水的入海通量为7.29×106m3/d,海底地下水排泄速率为3.8cm/d。     

基于Aquarius 卫星数据的孟加拉湾海表盐度分析

海洋表面盐度(Sea Surface Salinity,SSS)是海洋的重要物理和化学参量,SSS的时空分布与全球大洋环流和水汽循环密切相关。本文基于美国国家航空航天局(NASA)发射的Aquarius卫星3 a的SSS遥感数据,给出了孟加拉湾及其附近海域海表盐度的空间分布特征,并重点分析了影响孟加拉湾海表盐度变化的可能因素。研究结果从一个侧面说明了利用Aquarius卫星遥感观测海洋大尺度盐度变化的可行性。     

胶州湾氮、磷浓度的三维数值模拟

考虑了近岸海域影响氮、磷含量、时空分布的主要物理、生物化学过程,建立了胶州湾海域非保守物质(氮、磷)的水质预测模型。模型将氮、磷及与其相关的浮游植物、浮游动物作为状态变量,模拟了胶州湾海域夏季各状态变量浓度的时空分布。结果表明胶州湾北部氮、磷浓度最高,湾中央及湾口海域水质较好,各变量垂向分布均匀。数值模拟结果与监测结果及历史资料较为符合。     

基于无监督机器学习的胶州湾海底工程环境适宜性综合评价

海岸带工程地质环境的稳定性对于海洋工程的建设安全和沿海经济繁荣十分重要。在胶州湾海域已有地质、水文等数据的基础上,对胶州湾海底工程环境适宜性进行了分区。通过无监督机器学习的谱聚类算法,构建了胶州湾海底工程环境适宜性综合评价模型。结果表明,胶州湾整体工程环境适宜性趋势为北高南低,从北向南依次可分为适宜性高、适宜性较高、适宜性较低和适宜性低四个区域。相关性分析表明,影响胶州湾海域海底工程适宜性的因素从高到低依次为冲淤分布、沉积物类型、坡度、第四系沉积物厚度、水深、海流流速、断裂分布。本研究可为胶州湾工程环境和地质灾害预防提供参考,有助于海洋工程环境稳定和经济安全保障。     

Distributions, sources and atmospheric fluxes of nitrous oxide in Jiaozhou Bay

The distributions, sources and atmospheric fluxes of nitrous oxide (N₂O) in the seawater of Jiaozhou Bay were investigated during four surveys in 2003 to evaluate this area as a source of N₂O to the atmosphere. N₂O concentrations in both the surface and bottom waters of Jiaozhou Bay showed obvious variability with both seasons and tidal cycles. Atmospheric fluxes of N₂O in Jiaozhou Bay showed seasonal and spatial variations, with the highest values occurring in summer and the lowest in winter. The annual emission of N₂O from the bay was estimated to be 1.09 × 10⁶–2.23 × 10⁶ mol yr⁻¹. N₂O in the water column of Jiaozhou Bay was found to come from several external sources including riverine water, sewage water and groundwater input, among which the riverine input was dominant while the groundwater input was rather limited. The spatial variation in distribution and atmospheric fluxes of N₂O in Jiaozhou Bay was influenced by the input of polluted river waters and sewage effluent along the eastern coast, which highlights the effects of human impacts on N₂O emission rates.