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。     

北部湾海域叶绿素a质量浓度时空分布研究

叶绿素a质量浓度是水体富营养化的重要指标,及时和有效地对水体叶绿素a质量浓度进行监测和评价,对环境保护十分必要。本文基于2011年至2016年的卫星遥感数据,分析了北部湾海表叶绿素a质量浓度的时空分布特征。研究结果表明:北部湾叶绿素a质量浓度有明显的月变化和季节性变化,北部湾叶绿素a月平均质量浓度在8月和1月分别达到峰值,北部湾冬季与夏季的叶绿素a季平均质量浓度高于春季和秋季,夏季北部湾海域表层的叶绿素a质量浓度开始迅速升高,秋季北部湾中南部叶绿素a质量浓度呈下降的趋势。在空间分布上,北部湾近岸海域叶绿素a质量浓度平均水平较高,叶绿素a质量浓度高值区集中在湾北部雷州半岛西部沿岸的浅水区海域,而低值区在湾中部以及湾南部的深水区海域。     

珠江口河网水体非光学活性水质参数高光谱反演

以粤港澳大湾区中山市及其邻近水域河网水体为试验区, 同步采集现场光谱及水质数据, 研究受测水体的高光谱反射率特征, 并分析非光学活性参数中化学需氧量(COD_Cr)、总磷(TP)浓度与高光谱反射率的相关性。结果显示, 各河流水体光谱反射率主要受悬浮颗粒物和叶绿素a的影响; 在500~680nm波段范围内, 水体光谱反射率大小与COD_Cr、TP浓度呈负相关关系; 与单波段相比, 特定波段的反射率比值与COD_Cr、TP浓度值的相关性较高, 与COD_Cr、TP浓度值相关性最高的反射率比值波段组合分别为R₆₇₅/R₇₉₄、R₆₉₀/R₈₁₅。选择上述波段组合建立的水质反演模型具有良好的估算精度, 模型估算平均相对误差分别为27.2%、32.1%, 表明高光谱技术在珠江口河网水体非光学活性参数COD_Cr、TP浓度反演上具有较大的应用潜景。     

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。     

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。     

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。     

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。     

珠江河口混浊高产水域叶绿素a浓度的遥感估算模型

近年来为提高混浊高产水体叶绿素a浓度的估算精度,Gitelson等提出了一种基于红与近红外3个波段遥感反射率的概念模型.文章基于2004年的实测数据,检验该概念模型在珠江河口水域的适用性,估算该概念模型以及它的特殊形式--两波段模型对应的光谱位置,在此基础上构建利用卫星数据提取珠江河口水域叶绿素a浓度的遥感估算模型.结果表明,珠江河口混浊高产水域叶绿素a浓度与三波段模型和两波段模型均有很强的线性相关性,相关系数分别达到0.91与0.88.构建的三波段模型和两波段模型估算的叶绿素a浓度与实测叶绿素a浓度的均方根差(RMSE)分别为5.82mg·m-3和6.53mg·m-3,精度高于其他常用算法.根据MERIS的波段设置构建的三波段模型估算的叶绿素a浓度与实测叶绿素a浓度的RMSE为6.47mg·m-3,显示了良好的应用潜力.     

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。     

山东半岛近岸海带养殖活动对水体光学吸收特性的影响

为了研究近岸海带养殖活动对水体光学特性的影响,本文选取山东半岛黑泥湾海域为典型研究区,利用2021年4月和8月在该区的9站同步观测数据,分析其总悬浮颗粒物、藻类颗粒物、非藻类颗粒物以及有色溶解有机物的吸收特性,并计算各组分对总吸收系数的贡献率,同时采用Quasi-analytical algorithm (QAA)算法借助MODIS影像反演了水体总吸收系数,结合实测数据获得了黑泥湾水体吸收特性的季节变化情况。结果表明,有海带养殖季节表层水体藻类颗粒物、非藻类颗粒物、总颗粒物和有色溶解有机物的吸收系数明显大于无海带养殖季节,且春季海带养殖区水体的总吸收系数大于无海带养殖区;海底表层沉积物的再悬浮造成底层吸收系数较大,而在春季成熟期的海带汇聚较大量的有机物质导致中层藻类颗粒物吸收系数相对较高;参考波长向红波移动,QAA_v5算法能够较好地估算该区表层水体吸收系数,且在海带养殖季节水体组分会影响到更长的波段特征。本研究可为深入了解海带养殖对水体各组分浓度和分布、碳循环以及水生生态系统的结构和功能的影响提供参照,并有助于提高近岸水体组分的遥感反演精度。     

粤东柘林湾增养殖区氮磷的分布特征及其富营养化状态评价

根据1999年10月至2000年9月对广东柘林湾每月一次的监测结果，分析了柘林湾海域氮磷的分布特征和来源，并用营养状态质量指数（NQI）法评价了增养殖区的营养水平。结果表明：柘林湾海域氮磷的分布特征表现为西、北部海区大于东、南部海区，近岸高于离岸的基本格局，其主要来源为陆源排污和海水养殖自身污染。目前，柘林湾整个海区处于严重富营养化水平。     

1989-2019年环渤海地区养殖池的空间变化特征

养殖池是海水养殖业的重要表现形式,研究环渤海地区养殖池的时空变化对判断该区域海水养殖的发展历程具有重要意义。本研究基于1989—2019年共44景Landsat影像,利用目视解译的方法获取养殖池的矢量分布数据,在此基础上利用平均中心及标准差椭圆等方法对环渤海地区近30年来养殖池的空间变化特征进行分析。研究结果表明:1989—2019年,(1)养殖池面积呈现逐年增长的趋势,共增加450.15 km~2;(2)养殖池平均中心从渤海湾附近逐渐沿莱州湾至辽东湾一线向东北方向偏移;(3)养殖池分布的向心性越来越明显,其分布区域逐渐由陆向海推进;(4)养殖池空间变化明显的区域主要集中在莱州湾、渤海湾以及辽东湾。     

Water, organic matter, nitrogen and phosphorus contents in sediment of a large-scale mariculture area in the Zhelin Bay of eastern Guangdong Province, China

The Zhelin Bay is one of the most important bays for large-scale mariculture in Guangdong Province, China. Owing to the increasing human population and the expanding mariculture in the last two decades, the ecological environment has greatly changed with frequent harmful algal blooms. A monthly survey of water content, organic matter （TOM）, and various forms of nitrogen and phosphorous in sediment from July 2002 to July 2003 in the bay was conducted. The results showed that the water content was correlated significantly with TOM and various forms of nitrogen and phosphorus and can be used as proxy for quick and rough estimate of these factors in the future surveys. TOM was also correlated significantly with various forms of nitrogen and phosphorus, indicating that it was one of the key factors affecting the concentrations and distributions of nitrogen and phosphorus in the investigated waters. Average total Kjeldhal nitrogen （TkN） content was（ 1 113.1 ± 382.5）μg/g and average total phosphorus （TP） content was（567.2± 223.3）μg/g, and both were much higher than those of similar estuaries in China and elsewhere. Average nitrogen and phosphorus tended to be higher inside than outside the bay, higher at aquaculture than non-aquaculture areas, and higher at fish-cage culture than oyster culture areas, suggesting that large-scale mariculture inside the bay played an important role in the eutrophication of the Zhelin Bay. Various forms of nitrogen and phosphorus concentrations were higher during the warm season （July--September）, which was due to the increased decomposition and concentration of organic matter resulted from the fast growth and high mortality of the cultured species. Compared with July 2002, TkN and TP contents were much higher in July 2003, in consonance with the eutrophication of the Zhelin Bay. Because exchangeable phosphorus （Ex-P）, iron-bounded phos- phorus （Fe-P） and organic phosphorus （OP） combined accounted for 34.3% of the TP and authigenic phosphorus （Au-P     

海水养殖生态环境压力评价及压力点侦测——以北部湾为例

文章以广西北部湾海水养殖区为例,采用模糊数学灰色统计方法与熵权法设置权重,采用TOPSIS建立广西北部湾海水养殖生态环境压力评价体系,并采用Arc GIS软件对广西北部湾海水养殖生态环境进行定量评价。研究结果显示:①海水养殖生态环境压力受养殖模式与时间的影响。②陆基池塘养殖模式对生态环境压力影响最大;浅海筏式养殖模式和...     

粤东大规模海水增养殖区柘林湾表层沉积物中的含水量、有机质、氮和磷

柘林湾是粤东地区规模最大的海水增养殖区,近20年来水体富营养化情况日益加重,赤潮频繁发生。2002年7月至2003年7月对该湾9个站位表层沉积物中的含水量(W)、有机质(TOM)和不同形态的氮(TkN,NH₄+)与磷(Ex-P,Fe-P,Au-P,De-P,OP)进行每月一次的周年调查。结果显示,表层沉积物中的含水量和有机质及不同形态的氮、磷均呈现极显著意义的正相关关系,今后可用含水量直接对这些指标进行粗略估算。有机质与氮、磷呈显著意义的正相关关系,表明有机质是影响氮、磷含量和分布的重要因素之一。凯氏氮(TkN)和总磷(TP)的总平均值分别为(1113.1±382.5)μg/g和(567.2±223.3)μg/g,显著高于国内外许多同类型的海湾。各形态氮、磷含量年均值的平面分布呈现湾内(除S1,S7站外)高于湾外、养殖区高于非养殖区、网箱渔排养殖区高于牡蛎养殖区的总体趋势,说明湾内大规模增养殖业对海湾富营养化进程起着重要的作用。各形态氮、磷含量均于盛夏至初秋的高温季节(7-9月)处于年度峰值,这与该季节养殖动物处于生长旺期与高死亡率所造成的生物碎屑增多和有机质分解加速有关。与2002年7月相比,2003年7月的TkN和TP均出现大幅升高,与水体富营养化程度不断加重的趋势相符。此外,自生磷(Au-P)年平均占TP的49.2%,是该湾沉积物中最主要的磷形态。由于水体富营养化能导致沉积物的pH降低,继而促进Au-P中的自生钙氟磷灰石和碳酸钙所结合的磷释放进入水体,因而表层沉积物中高浓度的Au-P可能成为此类海湾富营养化水平加剧和赤潮大规模暴发加剧的隐患。     

空间变异对海洋叶绿素a质量浓度遥感产品精度验证的影响

海洋叶绿素a质量浓度遥感产品是海洋初级生产力与海洋生态系统固碳能力研究的重要数据源,为了保证数据的可靠性,对遥感产品进行精度验证以及验证误差的成因分析尤为重要.遥感产品的验证过程中,由于空间变异的存在,使得遥感像元尺度内的实测数据具有不同的离散程度和统计分布特征,并由此产生了不同的误差统计结果.本文选择MODIS-Aq...     

浙江省三门湾北部潮滩互花米草遥感研究

浙江省三门湾地区潮滩互花米草扩散迅速,已成为潮滩主要植被类型,挤占滩涂生态空间,降低海湾纳潮量,引起滩涂淤长和水交换能力下降,互花米草入侵和扩散问题引起当地生态环境和海洋管理部门高度关注。本文利用Landsat和Sentinel-2系列卫星遥感数据,结合无人机摄影测量,对三门湾北部潮滩近20年来互花米草分布和变化进行分析,结果表明,近20年间三门湾北部潮滩互花米草快速扩张,面积由2000年的21.8 km²增加到2017年高峰值为38.6 km²,年扩展面积近1 km²,主要分布在宁海县的一市港、双盘涂、三山涂和象山县的蟹钳港等湾顶潮滩区。2017年后,部分互花米草生长的上部潮滩被改造为海水养殖池,总体上互花米草面积有所下降,到2020年4月份统计的互花米草面积为34.9 km²,但潮滩下部米草扩增趋势仍然持续。扩增主要为沿潮沟两侧及先斑块后连续的特征。高程、人类活动引起的水动力环境改变是互花米草面积变化的主要因素。     

尖笔帽螺(Creseis acicula)研究进展及其在大亚湾暴发机制初探*

尖笔帽螺(Creseis acicula)隶属软体动物门翼足目, 是营浮游生活的大洋暖水种, 在世界多个海域尤其是印度洋沿岸多次暴发, 但此前在中国海域未有暴发记录。2020年6—7月, 在大亚湾西南部核电站邻近海域监测到尖笔帽螺大规模暴发, 整个过程持续约1个月, 高峰期密度达到5600个·m^-3, 是迄今为止已报道的该种暴发的最高密度。尖笔帽螺的高密度区均集中在西南部沿岸区域, 尤其是岭澳核电站冷源取水口附近, 对核电冷源运行安全造成了严重影响, 引起政府、企业、科研界和社会公众的高度重视。鉴于目前对尖笔帽螺的暴发机制还知之甚少, 文章综述了尖笔帽螺生物生态学特征研究进展, 阐述了大亚湾尖笔帽螺的暴发和消退过程, 并基于对此次暴发事件的跟踪监测, 初步探讨其暴发机制及其生态效应, 认为核电站冷却水的温升效应、降雨引起的海水盐度波动以及浮游植物数量升高可能是诱发其暴发的重要因素。     

Taxonomic composition,abundance and biomass of mesozooplankton in the Zhelin Bay-an estuary with intensive aquaculture

1 IntroductionMesozooplankton (0.2 ~20 mm) are hetero-trophic animals that inhabit almost every type of ma-rine environment (Goswami and Padmavati, 1996;Uye et al., 1996). They are major secondary pro-ducers, grazing on phytoplankton and providing foodfor…