太湖悬浮质对湖面反照率及水体光吸收的影响

本文根据Mie散射理论,利用太湖水中悬浮质粒径谱分布的实测资料,计算了湖水的光散射相矩阵,消光系数和吸收系数等光学参量,并采用Monte Carlo方法,研究了湖面反照率和水体光吸收以及太阳高度角、入射光波长、底泥反射、悬浮质浓度和粒径分布变化的影响。数值计算结果表明:在研究湖泊水体对太阳辐射能量的反射和吸收时,水中悬浮质是一个不可忽视的重要因素。     

有风浪太湖水体的光照传输模式

根据辐射传输方程的近似解方法和光照传输的累加原理,建立了包括水面风浪效应、水中悬浮粒多次散射和底泥反射的垂直分层水体的光照传输数值模式。利用该模式和太湖悬浮粒实测资料,计算和讨论了太湖水体中光照随水深的变化以及悬浮粒浓度、风浪和太阳高度的影响。结果表明,悬浮粒的多次散射所形成的漫射光是湖水中光照不可忽视的重要部分。在水体的下层,漫射光甚至是光照的主要构成部分。风浪对水中光照的影响则主要在天顶角大于70°时才明显地表现出来,此时风浪水体对太阳直接辐射和全辐射的反射率比平静水面都有明显的减小。     

基于高光谱传感器的长江口表层悬浮泥沙质量浓度光谱曲线特征研究#br#

悬浮泥沙质量浓度（SSC）是我国河口水体研究的重要水质参数之一,遥感测定SSC是一种重要的方法。为了研究遥感光谱数据和表层悬浮泥沙质量浓度（SSSC）之间的定量梯度关系,本文采集了长江口南汇嘴附近的表层沉积物,定量设计了SSSC的梯度变化值,利用ASD高光谱仪对不同质量浓度含沙水体进行了光学特性测量。结果表明,随着SSSC的增加,水体的光谱反射率曲线具有相似的形态,但也存在一定的差异。当SSSC<36.59 mg/L时,光谱曲线仅在560～580 nm之间有1个反射峰;当SSSC>52.69 mg/L时,光谱曲线第一反射峰位于570～710 nm,并在近红外波段780～820 nm处出现第二反射峰。光谱曲线第一峰值区间存在明显的“红移”现象,且波长的“红移”变化与SSSC的线性拟合R²达到0.91,说明两者呈较强的线性相关性。在400～900 nm光谱范围内,600～860 nm波段对0～200 mg/L范围内的SSSC变化较敏感且比较稳定,740～900 nm波段对>200 mg/L的SSSC的变化具有更强的响应能力。     

2003年春季长江口海域黑水现象研究

长江口海域处于东海大陆架,水深较浅,受长江、钱塘江入海径流及潮汐搅拌的影响,水体浑浊度高,属于典型的二类水体。在浑浊二类水体由于水体中悬浮颗粒的散射作用,离水辐亮度通常较大洋清洁水体的大。通过分析2003年春季黄海、东海二类水体光学试验数据和同时段SeaWiFS卫星遥感数据,发现在长江口东南海域有一个归一化离水辐亮度极小的黑水区域,它在412~670nm波长的归一化离水辐亮度均小于0.5mW/(cm2·μm·sr)。利用现场实测的水体固有光学特性参数(色素吸收系数、非色素颗粒吸收系数、黄色物质吸收系数、颗粒散射系数、颗粒后向散射系数等)和水色要素浓度数据,分析了长江口海域黑水现象的机制,结果表明,长江口外黑水现象主要是由于水体后向散射系数值极小引起的,而造成颗粒后向散射系数值极小的原因主要有两种,一是颗粒物含量低,二是颗粒后向散射率的值小。黑水区浮游植物色素吸收所占的比例较高,大粒径的有机颗粒(浮游植物)导致黑水区域的颗粒后向散射率的值偏小。长江口海域黑水是在特定的颗粒物低含量及颗粒后向散射率极小的条件下出现的光学现象。     

中肋骨条藻和东海原甲藻的散射特性

浮游藻类是海水中的重要组成成分,对其固有光学特性的研究有助于深入了解水体光学的辐射传输。在过去的30年中,大量的研究都集中在藻类吸收特性上,缺少对其散射特性的认识。本文利用分光光度计设计了在实验室中测量含颗粒水体散射和后向散射特性的方法,并利用标准球形颗粒对该方法的可行性进行验证,结果表明,在400~700 nm范围内,散射测量结果与理论值的一致性较好,最大误差小于3%,而后向散射测量结果在蓝紫光处的一致性较好,在近红外波段处有一定误差。运用这两种测量方法对东中国海常见的赤潮藻种中肋骨条藻Skeletonema costatum和东海原甲藻Prorocentrum donghaiense进行测量,结果显示:中肋骨条藻与东海原甲藻的散射系数幅值相近但谱形差异较大,前者随波长增加散射强度递减,后者则相反;在色素吸收较强的波段,两者散射强度均出现与其它波长位置变化趋势相反的情况,这主要是受细胞物质物理性质的影响。两者的后向散射差异较小,但可以看出其谱形受色素吸收的影响很大,在幅值上,东海原甲藻略高于中肋骨条藻,在550 nm处分别为0.001 74,0.001 43 m²/mg(以藻类叶绿素a浓度归一化),后向散射概率分别为1.104%和0.723%。     

南海北部及珠江水体中Be同位素分布

在南海北部及珠江口水体中取样进行Be同位素分析,结果表明:从海向珠江水体中~(10)Be和~9Be浓度分别从1250at./g,和40PM增加到22060at./g及1120PM,其悬浮质中~(10)Be从小于0.3×10~7at./g到19.0±0.8×10~7at./g。~9Be在水中的垂直分布从底部向表层逐渐增加,悬浮质中~(10)Be则从底部到表层逐渐减小。本区域悬浮质中的~9Be,~(10)Be和Si不论在水平和垂直分布其特征都类似。     

南海北部藻类粒级结构及色素成分对浮游植物吸收系数的影响

在珠江口、广东沿岸及南海北部三个航次生物-光学数据的基础上,研究了色素打包效应和色素成分的变化对浮游植物吸收系数的影响,结果表明,两种因素对吸收系数都有较大的贡献,但在不同的水体它们的影响程度各有不同.对网采浮游植物含量较高的珠江口和广东沿岸的水体而言,色素打包效应较强,对675 nm处比吸收系数的贡献平均分别为40%和20%;对微型浮游植物占主导地位的南海北部航次的水体,打包效应较弱,对675 nm处比吸收系数的影响平均仅为6%.采用多元线性回归的方法对吸收光谱进行分析,发现除叶绿素a之外的辅助色素对吸收系数的贡献主要表现在蓝绿光波段,三个航次440 nm波长处对总吸收的贡献平均分别为44%,43%和53%,其中对珠江口和广东沿岸航次的水体主要是光合类胡萝卜素的吸收贡献,而对南海北部航次的水体除了光合类胡萝卜素以外还要受到光保护类胡萝卜素的影响.由于河口、近岸和外海水体藻类粒级结构和辅助色素成分对浮游植物吸收系数的贡献有明显的差异,在南海北部水体建立比较精确的生物光学模型时,需考虑藻类粒级结构及色素成分对浮游植物吸收系数的影响.     

珠江口颗粒物吸收系数与盐度及叶绿素a浓度的关系

海水中总颗粒物的吸收系数可表达成非藻类颗粒物与浮游植物的吸收系数之和，利用可定量测量的滤膜技术(QFT)测定水体中颗粒物光谱吸收系数。非藻类颗粒物的吸收系数随着波长的增大而减小，可用指数衰减规律来描述；光谱斜率S较离散，但平均值与文献报道的一类水体S的平均值很接近；光谱截距ad0(λ0)随盐度增大而减小，二者有很好的线性关系。浮游植物的比吸收系数和叶绿素a浓度之间存在非线性关系，但是，比吸收系数与叶绿素a浓度之间的非线性关系同时还与波长有关，在叶绿素a的2个吸收峰443nm和670nm附近非线性关系特别明显，而在530-640nm之间两者的非线性关系则较弱。     

东海海域典型赤潮水体反射光谱模拟研究

东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense Lu)是我国东海海域的典型赤潮藻种,其在水体中通常呈垂直非均匀分布,并存在季节性和日内的垂直迁移现象。本文通过量化垂直迁移过程中东海原甲藻的分布状态,利用Hydrolight软件数值模拟各状态下的水体反射光谱,研究其光谱特征和变化规律。利用叶绿素浓度高斯垂向模型表征东海原甲藻在水体中的垂直分布,结合东海近岸海域二类水体的生物光学模型,模拟得到垂直迁移过程中东海原甲藻赤潮水体的反射光谱。对比分析叶绿素浓度垂向分布参数(背景叶绿素浓度、甲藻主体水层厚度、水体总生物量和叶绿素浓度峰值深度)对水体反射光谱的影响。研究结果表明,在东海原甲藻从次表层向表层垂直向上迁移过程中,水体反射光谱数值在蓝绿波段(400—570nm)减小,在黄红波段(570—720nm)增大,特别是在叶绿素荧光效应波段(680nm)处的变化尤为明显。     

基于GF-WFV的厦门海域水体悬浮物浓度反演

为利用遥感技术快速、及时的掌握厦门近岸海域水体中悬浮颗粒物的总体分布情况,现场测量了厦门海域水体的下行入射辐射、天空光以及经过水气界面后反射回的辐射,计算了该海域水体表面的离水辐射获得了水体表面以上遥感反射率;同时采集了与光谱信息同步的水体样品,并分析了水体中的悬浮颗粒物质量浓度,获取了对应站位的水体反射波谱曲线和采集样品的浓度数据.通过研究不同站位水体的反射光谱数据,依据GF-WFV波段设置,对现场实测的光谱数据进行了拟合,并创建了基于GF-WFV拟合波段的悬浮颗粒物浓度经验反演算法.通过研究发现拟合(Rrs3+Rrs4)/Rrs2(其中Rrs1、Rrs2、Rrs3、Rrs4分别是GF-WFV第1、2、3、4波段的遥感反射率)同实测水体悬浮颗粒物质量浓度之间的决定系数为0.655,依据研究得出的反演算法反演该海域水体悬浮颗粒物质量浓度,其均方根误差为11.03 mg/dm3,相对误差为8.40 mg/dm3.利用同步的GF-WFV遥感数据对厦门近岸水体中总悬浮颗粒物质量浓度进行了研究,获取了研究区水体悬浮颗粒物的空间分布情况,结果表明GF-WFV遥感数据能很好的反映厦门近岸水体悬浮颗粒物浓度分布状况.     

太湖水体光学衰减系数的特征及参数化

利用2001-2002年周年太湖全湖不同湖区湖泊光学及表层水样的实测资料,分析了太湖水体表层光学衰减系数与透明度、无机和有机颗粒物质及叶绿素a的相关关系,建立了表层水光学衰减系数与无机、有机颗粒物质及叶绿素a多元线性回归方程。结果表明,光学衰减系数与透明度的关系为：Kdg0.096 1.852/ST;表层水光学衰减系数与无机、有机颗粒物质及叶绿素a多元线性回归方程为：Kd=0.219 0.0768Ciss 0.214Cdet 0.006Cchl;光学衰减系数变化的主要影响因子是无机及有机颗粒物。     

Spectral contributions of the components of seawater to the beam attenuation coefficient in surface waters of the Mediterranean Sea

We compute model spectra of the beam attenuation coefficient in surface waters of the Mediterranean Sea. These spectra are used to determine the contribution of the components of seawater (suspended matter, yellow substance, pigments of phytoplankton, and pure water) to the beam attenuation coefficient in different types of seawater. For the surface waters, we establish the relationship between the light scattering coefficient and the attenuation coefficient at a wavelength of 547 nm and determine the background (limiting minimum) value of the coefficient of absorption by the yellow substance in waters of the Mediterranean Sea. It is compared with the values of the same parameter for some other basins (Black Sea, Lake Baikal, Baltic Sea, and oceanic waters).     

Simultaneous measurements of transparency and irradiance in the coastal waters of North Wales

Simultaneous measurements of the diffuse attenuation coefficient, k, and the collinated beam attenuation coefficient, c, were made on a continuous basis at a near-shore site off the north coast of Anglesey, North Wales. A statistical approach to calculating the diffuse attenuation coefficient, k, in coastal waters allowed variations in transparency to be taken into consideration. The ratio of c:k varied throughout the year between approximately 11:1 and 5:1, indicating the changes in the scattering and absorption properties of the water column. The major contribution to coastal turbidity was from the scattering of light by suspended material with the relationship between scattering and absorption being dependent on the nature of the suspended matter.     

太湖水体透明度的分析、变化及相关分析

本文根据1993—2001年太湖站常规监测资料及2001-2002年周年实验资料，分析研究了太湖水体透明度的分布特征、季节变化，重点分析了透明度与光学衰减系数、悬浮物及叶绿素a的相互关系，阐述了影响透明度的主要因子。研究表明：太湖透明度的区域分布为湖心区最低，其次是河口区．东太湖最高；季节变化表现为全湖平均透明度夏秋季大、冬春季小，不同湖区变化不尽相同；光学衰减系数与透明度的关系为：Kd＝0．096 1.852/ST；悬浮质与透明度的关系为：S1/4＝8．103—5．847lnST；对透明度主要影响因子进行分析，发现太湖透明度主要受悬浮物的影响，透明度跟叶绿素的相关性不是很大，只存在微弱的线性相关。     

平原水网地区湖泊的水环境容量及允许负荷量

本文从平原水网地区的湖泊具体特征出发,探讨了平原水网地区的湖泊水面允许负荷量和水环境容量的计算方法,并对我国著名的淡水湖太湖进行了计算,为太湖的水质规划和保护提供了科学的依据。     

Factors affecting clarity of New Zealand lakes

Average values of inherent optical properties for the 400–700 nm waveband were estimated from quantum irradiance measurements on 27 New Zealand lakes of diverse optical character, using published nomograms. Secchi disc depths, turbidity, algal pigment, non‐volatile suspended solids, and absorption by membrane‐filtered samples at 440 nm (g 440 ) were also measured. Turbidity (NTU) correlated closely with the scattering coefficient (m^‐1) and these quantities were almost numerically equal, as found in other studies. The data were found to conform to an expression in the oceanographic literature relating Secchi disc depth to the beam attenuation and diffuse attenuation coefficients. Specific beam attenuation, scattering, and absorption coefficients were estimated from the coefficients of linear multiple regressions of the measured total coefficients on the variables: total pigment (chlorophyll a + phaeopigment), non‐volatile suspended solids, and g 440. The estimated values were in reasonable agreement with similar specific coefficients reported in the oceanographic literature. The coefficients provide a basis for predicting clarity in new impoundments or for predicting the effects of loading changes (e.g., of nutrients) on the clarity of existing lakes. The coefficients can be used for classifying lake waters into different optical types.     

The structure of suspended matter in Lake Baikal according to the data of measurements of light scattering functions

By using light scattering functions measured in Lake Baikal, we compute the characteristics of suspended matter, such as the mass concentration and the number of particles of the mineral and biological fractions, their mean radius, and the parameter of dispersion of mineral particles. The data on the vertical distributions of the characteristics of suspended matter are obtained for various regions of the lake in the summer period. We compare the characteristics of suspended matter in the zones of upwelling and downwelling of waters in Lake Baikal and in the Indian Ocean, which reveals its identical specific composition in these waters.     

应用Hydrolight模式研究含油水体辐射传输特性的关键技术

辐射传输模式Hydrolight在国际水色遥感研究领域已被广泛用于解决水体光学的各种问题,也是进行石油类污染水体辐射传输特性研究的有效模型。结合Hydrolight模式的机理、应用现状及含油水体的特点,提出了将该模式应用于光学特性复杂的石油污染水体辐射传输特性研究时需要解决的关键技术,包括测定石油污染水体吸收系数和散射系数、建立石油污染吸收和散射特性随波长和深度变化的参数化模型、确定油物质的吸附后悬浮颗粒物体散射函数模型等方面。依据2018年8月和2016年8月分别在辽宁大连港和辽宁盘锦辽河油田等区域测定的含油水体数据,讨论了这些关键技术的解决方案。     

太湖水环境的演变研究

本文通过对太湖近二十年的水质监测数据及其它有关资料进行分析，试图对太湖水环境演变作一概括总结，指出太湖近几十年来水环境方面存在的主要问题，其主要表现为湖泊面积不断减少，滩地发育，防洪调蓄能力下降；水污染日益严重，水华频繁爆发，富营养化程度日益加剧等，并对近些年来太湖水环境的研究和治理作一简要总结，提出水环境研究中存在的一些问题。     

太湖表面定振波的数值计算和最大熵谱分析

利用水动力学方程对太湖表面的定振波进行计算，算得定振波周期约为４５２ｍｉｎ，另外，利用１９９２年８月２９－３１日在太湖西山观测到的水位资料，采用最大熵谱法，分析太湖表面的定振波，得周期值约为４５０ｍｉｎ。计算和分析的周期值基本吻合，取熵谱分析结果得太湖表面的单节点定振波周期值为４５０ｍｉｎ。