渤海叶绿素 a 浓度与环境因素的响应关系研究

基于 2003－2018 年的遥感反演和再分析数据, 分别在时域和频域上分析了渤海海表面温度、光合有效辐射、气溶 胶厚度、风速与叶绿素 a 浓度之间的响应关系。通过傅里叶变换在频域上得到各因素之间的相关性系数, 其显著高于直接在 时域上计算得到的相关性系数, 表明由于相位差的影响, 直接在时域进行相关性分析很可能会低估各因素之间的相关性。傅 里叶变换后的频谱图显示, 叶绿素 a 浓度存在一年、半年、4 个月与季节周期; 风速与气溶胶厚度存在明显的一年和半年周 期; 海表面温度和光合有效辐射具有明显的一年周期, 半年周期较其他几个因素不明显。交叉谱分析的结果表明： 叶绿素 a 浓度和所选的环境因子都在一年周期下具有最大的交叉振幅, 表明在此频率下响应最大; 风速、气溶胶厚度、光合有效辐射 分别超前于叶绿素 a 浓度约 5.0 个月、0.2 个月、0.2 个月, 海表面温度则滞后 1.9 个月。各环境因子之间相互关联, 共同影 响叶绿素 a 浓度的时间分布。     

1986—2017年胶州湾水体透明度时空变化及影响因素研究

借助遥感技术能够获取长时序大范围数据的特点,利用1986-2017年的Landsat TM/ETM+/OLI影像,通过构建基于实测数据的定量反演模型,分析了32年来胶州湾海域水体透明度的时空分布特征和变化规律,并探究其主要影响因素。结果表明,年均水体透明度的变化范围为1.55~2.55m,且空间分布规律稳定,呈现东南高西北低的特点;季均水体透明度从高到低依次为冬季(2.09m)、春季(1.83 m)、秋季(1.82 m)、夏季(1.43 m)。利用气象数据及胶州湾流域的土地利用分类/景观格局数据,从自然环境和人类活动两方面分析影响胶州湾水体透明度时空分布的因素,发现胶州湾水体透明度与入海径流量、降水量存在显著的负相关关系,并受到近海养殖区破碎化程度和修建大型人工设施等人为因素的影响。     

烟台四十里湾叶绿素a浓度的时空分布特征及其影响机制

本文利用2003~2012年MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectrometer)卫星遥感数据,分析了四十里湾叶绿素a浓度的时空分布特征,并探讨其影响机制。结果表明,四十里湾叶绿素a浓度具有显著的时空分布特征。从空间分布来看,全年均是南部近岸较高,从西南的湾内向东北的湾外逐渐降低。逛荡河口正北约6 km海域在4~5、7~9月出现叶绿素a高值羽。从时间分布来看,四十里湾叶绿素a浓度夏季最高,春秋次之,冬季最低,5月份和8月份出现峰值,呈现温带海域特有的"双峰"特性。四十里湾年平均叶绿素a浓度呈现波动状态,波动范围约为6~12 mg/m3。四十里湾叶绿素a浓度的分布及变化与海表面温度成正相关,相关系数是0.41。另外,入海排污和海水养殖业等人类活动可能也是影响四十里湾叶绿素a浓度时空变化的重要因素。     

渤海湾叶绿素浓度的反演与验证（英文）

叶绿素a浓度是浮游植物现存量的表征。本文基于2012年春季渤海湾叶绿素实测数据,下载了相应的遥感数据,利用MODIS数据的OC3M和OC2方法进行叶绿素浓度a反演,利用GOCI数据的波段比值、OC3G以及YOC算法对叶绿素a浓度进行反演,反演结果与实测结果的空间分布趋势一致。由反演精度分析,GOCI的波段比值法与MODIS的OC3M算法的反演精度相近,GOCI数据的YOC叶绿素浓度算法在渤海湾反演精度比其他反演算法高。     

HY-1C卫星海岸带成像仪叶绿素a浓度反演研究

叶绿素a作为最重要的水质参数之一,是评价水体富营养化和初级生产力状况的主要因素。我国海洋一号C（HY-1C）卫星海岸带成像仪（CZI）具有高时空分辨率的观测优势。本文基于东海和南海现场实测数据建立了HY-1C卫星CZI叶绿素a浓度反演模型并在实测水域进行反演,与MODIS叶绿素a浓度反演产品进行了对比验证,应用CZI叶绿素a浓度模型在珠江口、长江口、渤海湾水域进行了叶绿素a浓度反演示例试验。结果表明,叶绿素a浓度模型估算浓度与实测浓度相关系数为0.774 3,平均相对误差为24.58%,利用实测叶绿素a浓度对模型进行精度验证,相关系数达到0.993 9,平均相对误差为18.49%。模型在实测水域反演得到的叶绿素a浓度分布与MODIS叶绿素a浓度产品分布大体一致。在珠江口水域反演得到叶绿素a浓度空间分布为由西北向东南逐级递减,峰值出现在珠江口西沿岸。在长江口、渤海湾反演叶绿素a浓度空间分布均符合地理实情。研究表明HY-1C卫星CZI数据可应用于中国近海水色定量化研究。     

近20年渤海叶绿素a浓度时空变化

浮游植物作为食物链的基础，对海洋生态系统具有重要作用。渤海作为我国最大的内海和重要渔业生物的产卵场、育幼场和索饵场，该区浮游植物研究具有重要意义。叶绿素a浓度是反映浮游植物生物量的重要指标。利用Google Earth Engine平台，对1997–2010年的宽视场海洋观测传感器(SeaWiFS)叶绿素a浓度数据和2002–2018年的水色卫星中分辨率成像光谱仪传感器(MODIS Aqua)叶绿素a浓度数据进行合并，并研究其时空变化特征。研究表明，近20年来，渤海全年叶绿素a浓度增加了14.1%，且增加显著。叶绿素a浓度在所有季节都呈现增加趋势；除11月外，其他各月都呈现稳定或增加趋势。从滦河入河口沿岸至渤海海峡的渤海中部，叶绿素a浓度增加较明显。同时也分析了海洋表面温度、风速和降水量数据。夏季渤海周边区域降水量和风速增加以及秋季海表温度的降低都有助于同季叶绿素a浓度的升高。渤海浮游植物可能受陆源营养物质输入影响较大。     

基于HJ-1卫星数据的荣成湾叶绿素a浓度时空变化特征分析

本研究利用4个航次的叶绿素a浓度实测值以及HJ-1卫星数据,对三种适用于黄海Ⅱ类水体的叶绿素a浓度反演算法(MODIS OC3M算法、NSOAS黄东海算法和进化建模法)的精度进行了验证,并利用其中的最优算法对荣成湾海域2009~2016年叶绿素a浓度的时空变化特征进行分析,以期为该海域的生态修复提供科学参考。结果表明:OC3M算法为最优算法,利用其反演得到的叶绿素a浓度季节变化特征为:秋季最高,夏季和春季次之,冬季最低;年际变化上,天鹅湖及近岸区叶绿素a浓度整体呈下降趋势,养殖区的叶绿素a浓度保持稳定;叶绿素a浓度的空间分布呈现近岸高、外海低的变化趋势。     

基于MODIS/Aqua的胶州湾及青岛近海叶绿素a浓度年变化特征分析

利用2002-2013年MODIS/Aqua的Level 1B数据,经标准大气校正算法和叶绿素a浓度[chl-a]波段比经验算法(OC2M-HI),获得近12 a的胶州湾及青岛近海海域晴空的MOIDS/Aqua叶绿素a浓度。根据GOCI/COMS和MODIS/Aqua叶绿素a浓度产品在胶州湾及青岛近海交叉比较的结果[1],对2002-2013年的MODIS/Aqua[chl-a]进行了修正。基于修正后的MODIS/Aqua[chl-a]分析了胶州湾及青岛近海的叶绿素a浓度年变化特征。该海域的叶绿素a浓度大致呈现北高南低,湾内高于近海的特点,且每年空间分布趋势基本一致;近12 a的[chl-a]呈小的上升趋势,胶州湾的上升趋势大于青岛近海。胶州湾跨海大桥建设前,其附近区域叶绿素a浓度以0.47μg/L/year的趋势上升,基值为2.62μg/L;大桥开建及通车后,其附近叶绿素a浓度年变化趋势不明显,但基值明显增大(4.00μg/L)。     

渤海叶绿素a的时空分布及其影响因素

本文结合2019年四个季节渤海叶绿素a浓度的现场观测数据和卫星遥感资料,系统分析了渤海叶绿素a的时空分布规律及其影响因素。调查结果显示,2019年渤海春、夏、秋、冬季节叶绿素a浓度范围分别为0.4～6.8、0.5～14.9、0.2～6.5和0.4～0.9μg/L,平均浓度分别为(1.6±1.2)、(3.0±4.2)、(1.0±0.8)和(0.6±0.2)μg/L,叶绿素a浓度的季节分布规律为夏季>春季>秋季>冬季。四个季节近岸叶绿素a浓度明显高于远岸;夏季层化现象明显,表层叶绿素a浓度明显高于中、底层,春、秋、冬季节垂直混合均匀。冬季温度是浮游植物生长的主要影响因素,夏、秋季节浮游植物生长受沿岸河流营养盐输入影响显著,尤其是夏季,受黄河水沙调控影响,黄河月径流量峰值由以往的秋季提前至夏季,使得夏季营养盐得以补充,进而导致叶绿素a浓度显著增加,渤海叶绿素a峰值发生的季节总体上由以往的春、秋季转变为春、夏季。研究结果揭示了渤海叶绿素a的时空变化特征,为深入认识渤海生态系统的结构和功能提供了数据基础。     

基于2002-2018年MODIS数据的黄海叶绿素a时空变化研究

浮游植物作为食物链的基础,对海洋生态系统具有重要影响。黄海作为我国重要的渔场,渔业资源面临枯竭的危险,因此对该区浮游植物进行研究具有重要意义。叶绿素a浓度是反映浮游植物生物量的重要指标。利用谷歌地球引擎平台对2002-2018年的MODIS Aqua叶绿素a浓度数据进行处理,并研究其时空分布与变化特征,然后结合区域气候、水文与地理特征以及海洋表面温度、风速、盐度、光合有效辐射和混合层厚度数据分析了其分布与变化的原因。研究发现:受陆源营养物质输入、近岸上升流以及黄海中央冷水团影响,叶绿素a浓度分布呈现由近岸向黄海中部递减特征;在季风、气候、水文的控制下,受风速、海洋表面温度、光合有效辐射、中央冷水团的影响,叶绿素a浓度的最大值出现在4月份,而最小值出现在6、7月份;受苏北沿岸海域海水污染和水体富营养化影响,沿岸海域盐度明显增加,海州湾叶绿素a浓度增速较大;影响黄海叶绿素a浓度变化的环境因子较复杂,除了部分月份存在显著的相关影响因子外,在全年和各季中不存在主导影响因子。     

基于奇异谱分析的深圳近海净初级生产力时间序列研究

海洋净初级生产力(Net Primary Productivity, NPP)长时间序列分析可获取NPP多年变化趋势、季节变化等动态信息,对海洋环境的监测与预报具有重要意义。本文以2003～2013年月际尺度净初级生产力卫星遥感产品为数据源,通过奇异谱分析提取标准化净初级生产力时间序列的长期趋势和周期振荡特征。研究表明,①浮标监测数据的叶绿素a浓度、海表温度与MODIS的叶绿素a浓度、海表温度产品变化趋势基本一致,NPP时间序列产品可用于分析深圳近岸海域净初级生产力的变化趋势。②空间分布上,深圳西部海域的NPP和叶绿素a浓度远高于大鹏湾和大亚湾,大鹏湾和大亚湾的NPP和叶绿素a浓度均值及变化趋势非常接近。三个海区NPP、叶绿素a浓度、海表温度和光合有效辐射在季风转换期变化剧烈。③长期趋势上,深圳西部海域呈现2 a周期波动趋势,在均值附近以年为周期上下波动。大鹏湾和大亚湾2003～2006年NPP低于平均水平, 2008年后NPP开始以年为周期围绕平均值上下波动, 2012年后NPP整体与均值持平。④周期特征上,深圳西部海域、大鹏湾和大亚湾的NPP呈"W"或"M"型周年变化,存在夏季主高峰(6～7月)和冬季次高峰(12～1月)。     

深圳沿岸海域净初级生产力的遥感反演及其时空变化分析

以深圳沿岸海域为研究区,以MODIS/AQUA卫星遥感产品为数据源,结合实测浮标数据修正了VGPM中叶绿素a含量的估算进而分析深圳沿岸海域净初级生产力的时空分布规律.研究表明:(1)深圳沿岸海域2014年2、5、8、10月的净初级生产力在空间分布上从近海向外逐渐降低,初级生产力整体呈现出"西高东低"的局面,且未有明显的季节性波动.(2)4个海区的叶绿素a含量均表现为夏季最高秋冬季次之,但各海区主要影响因素不同,珠江口主要受季风造成的浮游植物种类与细胞密度的季节变化影响,大亚湾主要受营养盐限制,大鹏湾的主导因素为湾内余流的季节变化,深圳湾的叶绿素a含量主要与浮游植物细胞密度的季节变化有关.(3)珠江口的初级生产力春夏季高于秋冬季;大鹏湾的初级生产力夏季最高,且季节变化趋势与叶绿素a表现一致;深圳湾的初级生产力夏季最高,且季节变化趋势与海表温度表现一致;大亚湾的初级生产力波动明显,夏冬季海洋初级生产力数值总体高于春秋季.     

基于海洋一号D卫星海岸带成像仪的赤潮遥感监测特征

为进一步加强对赤潮等海洋生态灾害的动态监测,科学支撑海洋防灾减灾工作,文章基于海洋一号D卫星搭载的海岸带成像仪数据,选取北部湾、茂名近岸和陵水湾为研究区域,分析2021年2月发生的4例赤潮事件的遥感影像、叶绿素a浓度和赤潮指数特征。研究结果表明：遥感影像可清晰呈现赤潮分布状况,叶绿素a浓度和赤潮指数的异常值范围与遥感影像一致,赤潮水体的叶绿素a浓度和赤潮指数整体高于非赤潮水体。     

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。     

2003-2016年北极净初级生产力时空变化

The area of Arctic sea ice has dramatically decreased, and the length of the open water season has increased;these patterns have been observed by satellite remote sensing since the 1970 s. In this paper, we calculate the net primary productivity(NPP, calculated by carbon) from 2003 to 2016 based on sea ice concentration products,chlorophyll a(Chl a) concentration, photosynthetically active radiation(PAR), sea surface temperature(SST), and sunshine duration data. We then analyse the spatiotemporal changes in the Chl a concentration and NPP and further investigate the relations among NPP, the open water area, and the length of the open water season. The results indicate that(1) the Chl a concentration increased by 0.025 mg/m~3 per year;(2) the NPP increased by 4.29 mg/(m~2·d) per year, reaching a maximum of 525.74 mg/(m~2·d) in 2016; and(3) the Arctic open water area increased by 57.23×10~3 km~2/a, with a growth rate of 1.53 d/a for the length of the open water season. The annual NPP was significantly positively related to the open water area, the length of the open water season and the SST.The daily NPP was also found to have a lag correlation with the open water area, with a lag time of two months.With global warming, NPP has maintained an increasing trend, with the most significant increase occurring in the Kara Sea. In summary, this study provides a macroscopic understanding of the distribution of phytoplankton in the Arctic, which is valuable information for the evaluation and management of marine ecological environments.     

近40年来中国湖泊叶绿素a浓度的时空分异特征分析

随着经济社会快速发展, 中国湖泊表现出不同程度的富营养化, 湖泊生态正面临着严峻挑战。叶绿素a是评价水体营养状态的重要指标, 可以反映湖泊中浮游植物生物量情况。基于Landsat系列数据集, 对1986~2022年间中国范围内面积在10 km²以上湖泊叶绿素a浓度分布状况进行研究, 并对各区域叶绿素a浓度演变趋势进行分析, 结果表明: (1) 中国湖泊叶绿素a浓度存在地域性空间分布差异。叶绿素a浓度分布整体呈现东南高, 西北低的态势, 大约69%的湖泊处于轻富营养化程度, 中富营养化状态约占17%。以35°N和100°E为分界线, 各区域叶绿素a浓度随经纬度呈现出一定的变化规律。(2) 近40年间中国湖泊叶绿素a浓度年均值处于缓慢波动上升趋势, 时间序列呈现先降低后升高, 再降低的变化状态。所有湖泊叶绿素a浓度显著上升的数量占比约为30%, 显著下降的占比约为24.8%, 变化不显著的约占45.2%。整体变化较为稳定, 变异系数处于中等波动水平以下, 波动较大的区域位于青藏高原, 东北地区和长江中下游的部分地区。(3) 各流域内湖泊叶绿素a浓度时空分异特征表现为: 空间分布上, 内陆流域和西南流域普遍较低, 珠江流域和东南流域较高。时间变化上, 除了西南流域和内陆流域的湖泊叶绿素a浓度呈现下降趋势外, 其他流域均为上升趋势。中国湖泊叶绿素a浓度呈现出明显的地域性差异和时间变化趋势, 这主要归因于地区气候、水文条件、土地利用以及人类活动变化等因素。受温暖湿润气候和较强人类活动的影响, 东南部地区的湖泊叶绿素a浓度相对较高。西北部地区气温偏低, 降水较少, 湖泊叶绿素a浓度普遍较低。近40年的时间尺度上, 受城市化、工业化快速发展和全球气候变化的共同影响, 中国整体湖泊叶绿素a浓度呈缓慢上升趋势。     

南流江口洲滩景观过程研究

热带小河口洲滩景观格局对外部环境作用的影响极为敏感，是潮滩水沙、地貌及植被耦合作用的结果。本文将遥感技术和景观生态学方法相结合，探讨了北部湾南流江口洲滩的景观特征及时空变化过程。主要结果表明：2005-2019年南流江河口洲滩景观要素自陆向海呈现红树林（桐花树、秋茄）、茳芏及光滩格局，在此期间内的洲滩景观多样性指数低、景观破碎化指数高。红树林、茳芏与光滩景观类型优势度Do值大致相等。同时，红树林与茳芏的扩张导致其面积持续增加而光滩面积减少。红树林、茳芏与光滩三者相互竞争又相互促进，河口潮滩景观处于快速发育阶段。研究结果有助于对热带小河口洲滩植被演化格局的认识，为热带河口地区生态恢复与湿地管理提供理论支撑。     

Seasonal and spatial variation in abundance and egg production of Paracalanus parvus (Copepoda: Calanoida) in/out Jiaozhou Bay, China

The spatial distribution of stage-specific abundance and reproduction of the copepod Paracalanus parvus were studied from October 2005 to September 2006 in the Jiaozhou Bay. This copepod occurred continuously in this bay throughout the year. The species reached the lowest abundance in April and peaked in June. From October to December, distribution center mainly occurred in offshore water and at the mouth of the bay. In winter, early copepodites and adults gradually decreased and till February, most of the population was only comprised of CIV–CV stages. Overwintering copepodites matured in March and males tended to mature before female. From May to September, each stage occurred in the population and gradually reached high abundance. Temperature and chlorophyll a (Chl-a) concentration in the three stations can't clearly explain the seasonal variation in stage-specific abundance, so we surmised the important effect of the Yellow Sea. Egg production rate (EPR) reached its lowest in winter and peaked in June at 60.8 eggs female⁻¹ day⁻¹ in nearshore water. In the warming period, EPR in nearshore water was statistically higher and EPR > 10 eggs female⁻¹ day⁻¹ lasted longer than that in offshore water, showing the importance of nearshore water for recruitment of P. parvus. Our study showed that EPR was positively related to temperature and total chlorophyll a in offshore water and mouth of the bay. In nearshore water, the relationships between EPR and temperature and Chl-a in three size fractions were not the same as those in offshore water, suggesting complicated ecosystem in such a eutrophic area in warming period.