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.     

南海北部水体叶绿素a浓度反演的生物光学模型

利用2003年至2005年秋季在南海多个航次的现场观测数据,研究了南海北部海区遥感反射率的变化,并分析了用于全球海洋叶绿素a浓度反演的OC2和OC4模型在本海区的适用性。结果表明,在南海北部海域,OC2和OC4模型高估了叶绿素a浓度,高估范围一般约在80%—200%之间,其中最高可达640%,即OC2和OC4模型并不适用于南海海域。在此基础上,根据现场实测的表观光学数据,利用遥感反射率比值(Rrs(433)/Rrs(555))与叶绿素a浓度的关系建立了两套能够精确反演南海北部海域叶绿素a浓度的本地化经验算法———算法1和算法2,并利用其对南海北部海域的叶绿素a浓度进行反演。结果表明,由本地化模型反演得到的叶绿素a浓度与实测的叶绿素a浓度具有较好的相关关系,其平均相对偏差分别为51%和53%,相关系数为0.75。     

包气带中温度变化对水分分布影响的实验研究

笔者在高180cm、宽50cm的砂槽中,做了温度对水分运移影响的模拟试验。试验结果表明,在包气带一定深度以下,孔隙相对封闭,孔隙内液态水与气态水处于动态平衡,相对湿度接近或达到饱和状态。在此条件下,砂柱内温度场的任何微小变化都会导致孔隙系统内的水分发生蒸发或凝结。当包气带内温度场发生变化时,气态水在温度梯度作用下,向最低温度界面运移,蒸发或是凝结取决于最低温度界面的性质。在不发生聚集的开放性界面上出现蒸散,消耗包气带内水分。在聚集性封闭界面上则出现凝结,使包气带内水分增加。在温度场控制下,包气带中气态水凝结或蒸发是水分运移的另一重要形式,它在一定程度上决定着水分的分布状态,尤其在温差巨大的地区,这种作用显得十分重要。     

2010—2020年黄河下游河南典型灌区浅层地下水中砷和氟的演化特征及变化机制

黄河下游典型灌区河南段是豫北平原重要的农业种植区。该地区浅层水质整体较差,因常用于作物灌溉或家畜饮用,会对人体健康产生风险,因此对该地区地下水中砷与氟浓度变化特征和机制的研究将有助于提高对该地区地下水污染的认识水平。本文基于2010年和2020年在灌区范围内采集的327组浅层地下水样品,研究区内地下水砷和氟分布情况,并在此基础上对比研究十年间灌区浅层地下水中砷、氟的演化特征,探索分析砷与氟浓度及空间变化机制。研究结果表明：该地区浅层地下水中存在砷与氟超标问题,2020年浅层地下水中高砷（砷浓度大于10μg/L）和高氟（氟浓度大于1mg/L）的样品数量分别占总数的26.1%和26.06%。高砷水分布在太行山前洼地与黄河冲积平原等泥沙互层结构的沉积环境中,还原性较强,同时地下水径流不畅,较强的阳离子交换作用使得其所处环境中Ca²⁺浓度较高。近十年间砷浓度增加的水样占总数31.8%,砷浓度减少的水样占36.7%。砷浓度的增长（减少）是地下水还原性增强（减弱）使得锰氧化物溶解释放（吸附）导致。近十年间不同地区农业灌溉和水源置换等用水方式导致水位变化是引起砷浓度变化的潜在因素。高氟水主要分布在河南新乡与濮阳的黄河沿线,氟离子浓度受到沉积物中萤石等钙质矿物溶解影响,使得高氟地下水出现在低钙环境中。近十年间研究区中氟离子浓度减少的占总数60.2%,氟离子浓度增加的占32.1%,整体变化趋势向好,但是高氟区中氟离子浓度继续增加。氟浓度的变化同样受到Ca²⁺变化影响,在Ca²⁺浓度降低（升高）时氟浓度进一步升高（降低）。地下水中氟升高地区分布在黄河沿线,因此受到黄河水补给影响较大,地下水径流条件较好,阳离子交换作用减弱,使得Ca²⁺浓度降低,此时地下水中砷浓度受到环境影响而降低,因此研究区氟增加地区中砷与氟的分布和演化呈现反向关系。     

中国沿海污损性双壳类特点分析

分析中国沿海污损性双壳类的种类组成、分布范围、污损特点及状况,指出其以紫贻贝(Mytilus edulis)、翡翠贻贝(Perna viridis)、长牡蛎(Crassostrea gigas gigas)、福建牡蛎(Crassostrea gigas angulata)、熊本牡蛎(Crassostrea sikamea)、棘刺牡蛎(Saccostrea echinata)、缘齿牡蛎(Dendostrea crenulifera)、近江牡蛎(Crassostrea ariakensis)等为优势种,污损特点与地理位置、离岸距离、浸海时间和当地环境因子密切相关,将来工作应着重于分类鉴定、生态调查、防除治理和外来种入侵等方面。     

内蒙古河套灌区浅层地下水化学特征和灌溉适宜性分析

随着黄河流域水资源供需矛盾加剧,我国特大型灌区——内蒙古河套灌区开始采用黄河水与地下水相结合的方式进行农业灌溉。本研究采集河套灌区内499组地下水样品和1组黄河水样品,在分析地下水和黄河水样品的水化学特征基础上,运用钠吸附比(SAR)、渗透指数(PI)、钠含量(SC)和残余碳酸钠(RSC)以及《农田灌溉水质标准(GB 5084—2021)》对地下水和黄河水的灌溉适宜性进行对比分析。结果表明,地下水与黄河水均为弱碱性水,Ca²⁺和HC0₃^-为优势离子,Gibbs图显示地下水受到岩石风化淋溶和蒸发浓缩的双重影响,对灌溉适宜性影响较大的钠盐主要来自岩盐溶解。灌溉适宜性分析结果表明,从SAR、PI和RSC指标来看,地下水的灌溉适宜性较好,从SC指标来看,不适宜灌溉的地下水主要分布在灌区北部总排干和灌区南部黄河沿岸;根据农田灌溉水质标准分析,除总砷和氯化物两项指标外,其余指标适宜灌溉样品占比均高于90%,综合评价全区共231组地下水样品适宜灌溉。地下水与黄河水灌溉适宜性对比表明,黄河水的SAR和SC指标灌溉适宜性分析结果较好,地下水的PI和RSC指标灌溉适宜性分析结果较好,根据灌溉水质标准显示黄河水所有指标均适宜灌溉。本研究为日后内蒙古河套灌区合理选用灌溉水源提供数据支撑,为该区域地下水的治理与防控提供科学依据。     

非对称交通荷载作用下拓宽路堤动力特性分析

针对山西省境内长期承受非对称交通荷载的公路拓宽路堤,采用FLAC~(3D)建立数值模型,土工格栅采用FLAC~(3D)内置土工格栅单元(geogrid)模拟,其余部分均采用实体单元,屈服准则采用Mohr-Coulomb准则。将交通荷载简化为半正弦波荷载,分析非对称交通荷载作用下不加筋和加筋两种工况下拓宽路堤的变形特性及稳定性,进而改变拓宽路堤部分填土参数、交通荷载幅值、频率和行车间隔等参数,分析其对加筋工况下拓宽路堤变形的影响。结果表明:非对称交通荷载作用下,设置土工格栅加筋对新、旧路堤变形的约束作用有限,但能提高路堤的整体稳定性;增大拓宽路堤填土的压缩模量和黏聚力,可减小新、旧路堤沉降差;增大交通荷载一侧幅值会引起新、旧路堤过大差异沉降;增大交通荷载频率和时间间隔,路堤沉降均逐渐减小,但沉降差保持不变。上述结论对受非对称交通荷载拓宽路堤的施工提供了一定的理论依据。     

A bio-optical inversion model to retrieve absorption contributions and phytoplankton size structure from total minus water spectral absorption using genetic algorithm

We propose a bio-optical inversion model that retrieves the absorption contributions of phytoplankton and colored detrital matter(CDM),as well as the phytoplankton size classes(PSCs),from total minus water absorption spectra.The model is based on three-component separation of phytoplankton size structure and a genetic algorithm.The model performance was tested on two independent datasets(the NASA bio-Optical Marine Algorithm Dataset(NOMAD) and the northern South China Sea(NSCS) dataset).The relationships between the estimated and measured values were strongly linear,especially for aCDM(412),and the Root Mean Square Error(RMSE) of the CDM exponential slope(SCDM) was relatively low.Next,the inversion model was directly applied to in-situ total minus water absorption spectra determined by an underwater meter during a cruise in September 2008,to retrieve the phytoplankton size structure in the seawater.By comparing the measured and retrieved chlorophyll a concentrations,we demonstrated that total and size-specific chlorophyll a concentrations could be retrieved by the model with relatively high accuracy.Finally,we applied the bio-optical inversion model to investigate changes in phytoplankton size structure induced by an anti-cyclonic eddy in the NSCS.     

黄河冲积扇平原浅层地下水中氮循环对砷迁移富集的影响

黄河冲积扇平原浅层地下水砷含量超标情况严重,豫北平原的主体是黄河冲洪积扇平原.全面了解豫北平原浅层地下水氮循环驱动下砷的富集模式,对地下水资源的可持续利用和居民健康至关重要.本文采集豫北平原513组浅层地下水样品,采用原子荧光光谱法测定砷含量,原子吸收光谱和离子色谱等方法进行全分析及微量元素分析,对该地区高砷地下水的水...     

2016年夏季南海海盆水体颗粒物粒径分布特征*

颗粒物粒径分布(Particle Size Distribution, PSD)代表了颗粒物浓度与颗粒物粒径之间的关系, 影响着海洋生态环境和水体光学特性等。文章基于2016年夏季航次调查的生物光学剖面数据, 研究了南海海盆海域PSD的分布特征。研究发现, 幂律函数可以较好地拟合南海海盆区域的PSD, 对数空间中的实测的PSD与模拟的PSD平均决定系数高达0.95。PSD斜率(ξ)的分布范围为[1.27, 7.65], 均值为3.93±0.56。南海海盆区域表层水体的ξ均值与全球大洋表层水体的ξ均值相近, 但高于海湾等表层水体的ξ均值。ξ能较好地表征颗粒物平均粒径D_A的大小, 两者存在明显负相关关系, 即ξ值越高, D_A越小; 反之, D_A越大。通过分析T1断面的生物光学剖面数据及总体平均的PSD剖面数据, 发现PSD剖面分布特征如下: 1)表层水体的ξ值相对较高, 且D_A值相对较低, 推测可能是由于微微型藻类为主导颗粒物所致; 2) ξ值极小值层出现在次表层叶绿素浓度极大值层(Subsurface Chlorophyll Maximum Layer, SCML)中, 并伴随D_A极大值层的出现, 其原因可能是SCML中的大粒径浮游植物占比显著增加; 3)弱光层中的ξ值较SCML中的高, 但略低于表层的ξ值, 而D_A则位于表层与SCML的D_A之间, 这可能与浮游植物及其碎屑的絮凝、分解、沉降等过程相关。PSD特征影响着海水的固有光学特性, 分析发现: 由于SCML中的叶绿素浓度增加, 颗粒物散射系数(b_p(532))和颗粒物后向散射系数(b_bp(532))也相应呈现显著增加的趋势。弱光层中的平均b_p(532)与平均b_bp(532)最小。ξ与颗粒物衰减光谱斜率之间呈高分散性, Boss 等(2001b)的模型适合用于粗略估算区域性的ξ分布范围及均值。