西太平洋冬季上层水体有色溶解有机物的分布和转化特征

为深入解析西太平洋溶解有机碳的生物地球化学过程,本研究于2015年12月至2016年1月,开展了西太平洋上层水体有色溶解有机物（CDOM）吸收光谱和荧光光谱特征研究。研究结果表明,西太平洋上层水体CDOM吸收系数a（320）变化范围为0.01~1.07 m-1,平均值为0.18 m-1;其较高值位于100~200 m水层,表层的海水相对含量较低,主要以有机物的光化学分解为主。采用PARAFAC分析CDOM三维荧光光谱特征,得到1种类腐殖质组分C2（252（310 nm）/405 nm）及2种类蛋白组分C1（224（276 nm）/335 nm）和C3（224（260 nm）/300 nm）,其中类腐殖质荧光组分占总荧光强度的11%~22%,蛋白质荧光组分占总荧光强度的78%~89%,蛋白质荧光中类色氨酸和类络氨酸组分对荧光强度的贡献相当。洋流在大尺度上控制西太平洋CDOM的分布特征,两流交界处和环流形成区域的CDOM相对含量较高,荧光信号较强。西太上层水体CDOM相对含量和荧光信息,与温度、盐度、DO和营养盐等理化因素之间的相关分析结果表明,CDOM主要成分类蛋白质的产生主要受上层水体初级生产过程控制。     

渤海有色溶解有机物的三维荧光光谱特征

本文采用三维荧光光谱(FEEMs)技术, 结合FEEMs特定光谱区荧光区域积分(FRI)法, 测定了2010年9月中旬渤海23个站位不同层次的有色溶解有机物(CDOM)样品, 以探讨渤海CDOM组分的水平和垂直分布特征以及控制因素。FEEMs的总累计积分和各荧光团的荧光区域积分比例可作为表征海域CDOM分布特征的一个良好指标, 且优于常规的单点荧光法。结果表明, 渤海CDOM中含有类腐殖质荧光团A、B、C, 类色氨酸荧光团M, 以及类酪氨酸荧光团N。从沿海至外海, CDOM总累计积分值不断减小。其中紫外区类腐殖质A的荧光区域积分比例无显著变化; 可见区陆源类腐殖质B的荧光区域积分比例也不断减小, 表明陆源输入为沿海区域CDOM的主要来源; 而可见区海源类腐殖质C、类蛋白质荧光团M、N的荧光区域积分比例和叶绿素浓度不断升高, 显示了生物活动的贡献。从层次来看, 沿海CDOM的总累计积分为: 表层>底层>中层; 而外海CDOM的总累计积分呈相反趋势。其中, 紫外区类腐殖质A的荧光区域积分比例在整个海域最小, 垂直分布无明显变化; 可见区陆源类腐殖质B的荧光区域积分比例与沿海CDOM总累计积分相一致; 可见区海源类腐殖质C、类蛋白质M和N的荧光区域积分比例与外海CDOM总累计积分相一致, 这反映了CDOM的垂直分布是由光化学反应、生物作用和沉积物再悬浮共同控制的特性。     

长江口及邻近海域有色溶解有机物的分布及河口混合行为的季节变化研究

于2019年3月、7月和10月对长江口及邻近海域有色溶解有机物(CDOM)的分布及河口混合行为进行分析研究。通过对盐度、吸收光谱斜率S_275～295、吸收系数a_CDOM(355)以及叶绿素a的分析发现,在河口内低盐度区,7月淡水流量大,陆源输入量最大,a_CDOM(355)值最高,3月CDOM来源主要受陆源输入和浮游植物生产活动的影响,a_CDOM(355)值较10月高;在口外高盐度区,3月和7月的a_CDOM(355)值相近,均低于10月,CDOM分布主要受浮游植物生产活动的影响。利用三维荧光光谱−平行因子分析方法共鉴定出4个荧光组分：类蛋白质组分C1(280/330 nm)、类腐殖质组分C2(300/350 nm)、类腐殖质组分C3(260/465 nm)和类腐殖质组分C4(320/410 nm)。在3月、7月及10月,4个荧光组分强度由长江口内到口外呈递减趋势,受陆源输入和浮游植物生产活动的影响,平均荧光强度的季节变化总体上来说,由大到小依次为7月、10月、3月。3个季节CDOM荧光组分均存在偏离理论稀释线的现象,说明CDOM的来源(陆源输入、沉积物再悬浮和现场生物活动)和去除(被颗粒物吸附、光降解和细菌降解)机制复杂多变,揭示了长江口区域CDOM在不同时空下的不保守混合行为。     

秋季胶州湾有色溶解有机物荧光特性研究及其来源分析

利用三维荧光光谱(EEMs)-平行因子分析(PARAFAC)技术研究了秋季胶州湾有色溶解有机物(CDOM)的荧光成分组成、分布特征及来源。PARAFAC模型解析出胶州湾CDOM由2类5个荧光组分组成,即类腐殖质成分C1(355nm/430nm)、C2(320nm/390nm)、C3(380nm/465nm)、C4(420(330)nm/505nm)及类蛋白质成分C5(280/325nm)。类腐殖质成分C1、C2、C3和C4的平面分布模式基本一致,呈现由近岸海域向湾中心海域逐渐减小的趋势,而类蛋白质成分C5则是由湾东北部近岸海域向西南部海域呈逐渐减小的趋势。分析表明,秋季胶州湾CDOM类腐殖质成分C1、C2、C3和C4的主要来源为陆源输入,而类蛋白质成分C5主要受城市排污的影响。系统聚类分析表明,以团岛南端和红岛西侧连线为界,所有采样站位被分为两类,分界线西部区域站位CDOM各荧光成分相对含量分别为C1:31.8%~35.5%,C2:30.3%~33.7%,C3:17.1%~20.2%,C4:4.5%~5.2%,C5:9.6%~12.5%;分界线东部区域站位CDOM各荧光成分相对含量分别为C1:30.6%~34.6%,C2:28.8%~32.7%,C3:17.0%~19.1%,C4:3.3%~4.8%,C5:12.1%~18.2%。西部区域CDOM具有较高的C4含量和较低的C5含量,大沽河等河流的陆源输入特征明显,而东部区域CDOM则具有较高的C5含量和较低的C4含量,反映该区域受城市排污影响显著。另外,秋季胶州湾CDOM的HIX范围为1.8~3.2之间,较小的腐殖化因子值反映了秋季胶州湾CDOM的腐殖化程度高较低,在环境中存在时间较短。     

厦门湾有色溶解有机物的光吸收特性研究

研究了厦门湾九龙江河口区、西海域、同安湾及东侧水道海水中有色溶解有机物(CDOM)的光吸收特性,分析了CDOM的河口行为,并讨论了CDOM光吸收特性与其荧光性质之间的关系。结果表明,厦门湾表层海水CDOM光吸收系数a(355)的水平分布表现为河口区最高、东侧水道最低、西海域和同安湾介于两者之间,底层水a(355)的分布与表层基本相似,表明陆源河流输入是厦门湾CDOM的主要来源;a(355)的垂直分布为表层高于底层,主要受水文和生物因素控制。厦门湾表层水CDOM光谱斜率S的平均值介于0.014—0.018nm-1,但河口低盐度区S值较小,反映陆源腐殖质的影响。a(355)在河口混合中呈保守行为,表明CDOM具有良好的保守性质。CDOM的吸收系数a(355)与其荧光强度之间表现为较好的相关关系,指示可以用灵敏度更高的荧光方法来研究CDOM的分布和行为。     

莱州湾荧光溶解有机物的时空分布

利用三维荧光光谱-平行因子分析法(EEMs-PARAFAC)技术结合多元统计方法研究了莱州湾海域春季(2020年5月)和秋季(2020年10月)荧光溶解有机物(FDOM)的来源及时空分布特征。结果显示莱州湾海域FDOM由2类共4个荧光组分组成:C1、C4为类蛋白质组分,分别为色氨酸和酪氨酸; C2、C3为类腐殖质组分。并对各组分的来源及分布特征分析:春季FDOM分布主要受到陆源输入的影响,其中表层C1、C2、C3也受微生物活动影响。秋季表层C1、C2、C3分布受到陆源输入和浮游植物生产共同影响,秋季表层C4主要受生物现场生产影响,秋季底层C1、C2、C3主要受陆源输入影响,C4受陆源输入和浮游植物生产共同影响。各荧光组分在表层的季节性差异主要是由于春季部分FDOM经陆源输入后受偏南风作用,在莱州湾西部及南部海域扩散。FDOM在底层的季节性差异主要由于受到沉积物再悬浮的影响。HIX高值分布表明莱州湾西部和南部FDOM受陆源输入影响显著,BIX高值分布表明莱州湾远海FDOM受生物活动影响程度较高。总体上,陆源输入影响莱州湾FDOM分布的主要因素。     

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。     

浮游生物来源溶解有机物的三维荧光特征研究

应用三维激发-发射荧光光谱技术,研究了中肋骨条藻和采集水样中浮游植物在光照和避光条件下培养实验过程中产生的溶解有机物,分析了三维荧光光谱中荧光峰数目、位置和荧光强度的变化,探讨了浮游植物和细菌在有机物产生中的作用.结果表明,光照条件下浮游植物生长产生类蛋白和类腐殖质荧光有机物,在衰亡期2类有机物的荧光强度迅速增加;而在避光条件下,类蛋白有机物荧光强度明显降低,类腐殖质有机物的荧光强度保持不变.2类有机物的荧光峰位置和荧光强度变化与初始有机物的性质及光照环境有关.     

长江口盐度梯度下有色溶解有机物的分布、来源与季节变化

通过测定有色溶解有机物（CDOM）的吸收光谱和荧光光谱研究了2015年3月和7月长江口盐度梯度下CDOM的分布、组成、来源及河口混合行为等。利用激发发射矩阵荧光光谱（EEMs）并结合平行因子分析（PARAFAC）,研究了CDOM的荧光组分特征,共识别出两类4个荧光组分组成,即类腐殖质荧光组分C1（260,375/490 nm）、C2（365/440 nm）、C3（330/400 nm）及类蛋白质荧光组分C4（295/345 nm）。结果表明,3月和7月,4种荧光组分的分布模式与总荧光强度都基本一致:从口内到口外,先升高后降低,且4种组分都在河口呈现不保守混合行为,在最大浑浊带处存在添加过程,达到峰值,在口外有去除过程。3月腐殖化指数HIX范围在1.12~7.19,而7月HIX的范围在0.87~6.71;生物指数BIX在3月范围在0.76~1.11,7月为0.62~1.15,表明3月CDOM的腐殖化程度较7月高,而自生贡献比例较7月略低。3月吸收系数α（355）的平均值为0.55 m-1 ,7月的略高,为0.61 m-1,表明7月长江口CDOM的含量略高。光谱斜率比值S_R的季节性变化不大,都是近岸低,远岸高,表明CDOM的平均分子质量从口内到口外在逐渐增加。     

2014年夏季长江口有色溶解有机物(CDOM)的分布、光学特性及其来源探究

通过测定有色溶解有机物(CDOM)的吸收光谱、荧光光谱、溶解有机碳(DOC)浓度,探究了2014年夏季长江口CDOM的来源及河口混合行为。结合吸收系数a(355)、光谱斜率S275-295、比紫外吸光度SUVA254与盐度的关系,结果表明南港水道受黄浦江输入影响显著,北港水道由长江径流控制呈保守性混合行为,二者CDOM的物质结构性质较为相似。DOC的浓度可通过a(275)与a(295)模拟估算:ln[DOC]=4.94–0.87ln[a(275)]+0.90ln[a(295)],a(275)8.0 m–1;ln[DOC]=4.77–6.79ln[a(275)]+8.05ln[a(295)],a(275)≥8.0 m–1。模拟结果表明,在长江口及邻近海域,CDOM对DOC具有示踪意义。利用三维荧光光谱-平行因子分析(EEMs-PARAFAC)技术,可得到夏季长江口FDOM含有3个类腐殖质组分(C2,C4和C5)和3个类蛋白质组分(C1,C3和C6)。类腐殖质组分具有相似的来源及地球化学行为,且与a(355)及盐度存在显著相关性;类蛋白质组分则与a(355)及盐度之间无显著相关性,揭示其与区域内微生物的活动有关。     

养马岛附近海域藻华期间有色溶解有机质的生物可利用性研究

本研究利用吸收光谱和荧光激发-发射矩阵光谱-平行因子分析(EEMs-PARAFAC),研究了养马岛附近海域海水中有色溶解有机质(CDOM)的浓度、组成、来源和生物可利用性,并估算了浮游植物生长繁殖对CDOM及具有生物可利用性CDOM的贡献。结果表明,表、底层海水中CDOM浓度(以吸收系数a₃₅₀计)平均值分别为1.62±0.42 m^-1和1.30±0.47 m^-1,光谱斜率(S_275-295)平均值分别为0.022±0.003 nm^-1和0.023±0.003 nm^-1。利用PARAFAC模型识别出4种荧光组分,分别为陆源类腐殖酸C1、类色氨酸C2、类酪氨酸C3和微生物源类腐殖酸C4。荧光指数(FIX)、腐殖化指数(HIX)和生物指数(BIX)显示,CDOM受陆源输入和海洋自生源的综合影响。降解实验结果显示,表、底层海水中生物可利用性CDOM百分比(%△a₃₅₀)平均值分别为(23.36%±17.94%)和(8.93%±20.30%)。C1、C2和C4组分的荧光强度在培养之后降低,而C3组分的荧光强度上升。各荧光组分生物可利用性依次递减的顺序为:%△C1(23.75%±8.96%)＞%△C4(20.83%±11.71%)＞%△C2(11.67%±38.87%)＞%△C3(-29.61%±39.90%),显示培养之后CDOM的平均分子量和腐殖化程度降低。表层海水中a₃₅₀、%△a350与Chl a之间存在显著线性相关关系,据此可以估算出浮游植物生长繁殖对CDOM的贡献为36.9%,对具有生物可利用性CDOM的贡献为85.0%。     

长江口盐度梯度下不同形态碳的分布、来源与混合行为

河口碳的生物地球化学过程是全球碳循环的重要组成。通过测定溶解无机碳（DIC）及其稳定同位素丰度（δ13C_DIC）,溶解有机碳（DOC）,有色溶解有机物（CDOM）,颗粒有机碳（POC）及其稳定同位素丰度（δ13C_POC）与元素比值（N/C）及相关指标,研究了2014年7月长江口盐度梯度下不同形态碳的分布、来源和混合行为。结果表明,DIC浓度、DOC浓度、POC含量分别为1 583.2~1 739.6 μmol/L,128.4~369.4 μmol/L和51.2~530.8 μmol/L,这些不同形态碳及CDOM的荧光组分的分布模式相似,均是从口内到口外,整体呈现先增大后减小的趋势,并与盐度呈现非保守混合行为。添加作用主要发生在在口门处最大浑浊带附近。与含量相反,从口内到口外,δ13C_DIC和δ13C_POC均呈现逐渐减小再增大的趋势,在口门附近达到最低值,分别为-9.7‰和-26.7‰。在口门附近不同形态碳含量上升及δ13C_DIC、δ13C_POC的降低可能主要与沉积物再悬浮及微生物作用有关。基于蒙特卡洛模拟的三端元混合模型的结果显示,河口内外POC来源变化明显,口内POC以陆源有机碳贡献为主,平均为62.3%,口外海源贡献逐渐增加。CDOM相关参数结果表明长江口CDOM主要来自陆源输入,海源及人类活动等也对其产生影响。     

威海市褚岛北部海域CDOM和COD分布特征遥感分析

根据2017年7月和9月在山东威海褚岛北部海域现场测量的COD_(Mn)(Chemical oxygen demand)值和水体表观光学量,结合COMS(Communication,OceanMeteorological Satellite)上搭载的传感器GOCI(Geostationary Ocean Color Imager)所提供的有色可溶性有机物(Chromophoric dissolved organic matter,CDOM)产品,利用星地同步观测数据对现有的基于遥感反射比反演CDOM的模式进行验证,确定适合该海域的CDOM浓度遥感反演模式;通过对测试海域化学需氧量与遥感反演的水体CDOM浓度相关性分析,建立利用CDOM反演COD_(Mn)的遥感模式,并将该模式应用于测试海域LANDSAT 8/OLI(Operational Land Imager)遥感图像上,获取该海域COD_(Mn)浓度专题图,基于这些专题图分析了测试海域COD_(Mn)时空分布特征。结果表明:(1)基于GOCI产品的CDOM浓度值随时间和站点动态变化大,离岸越近数值越高,同一地点水体前后相差近1 h的数值变化也较大;(2)基于LANDSAT 8/OLI遥感数据反演的COD_(Mn)浓度时间动态变化大,总体来看褚岛附近水体的COD_(Mn)含量相对较低,褚岛以北海域水体COD_(Mn)含量有所增加,褚岛西侧水体的COD_(Mn)含量较东侧水体COD_(Mn)含量来说整体偏高。     

西北太平洋137°E断面温度场和盐度场的时空特征

本文利用日本气象厅在137°E断面获得的水温和盐度长期观测资料,分析了该断面温度场和盐度场的时空特征.结果表明,137°E断面的温度场和盐度场都存在着明显的季节差异和年际变化.冬季,温度场变化的关键区位于3°～18°N的300m以浅海域,而盐度场变化的关键区则位于18°～34°N的300m以浅海域.夏季,温度场变化的关键区位于3°～16°N的300m以浅海域,而盐度场则有两个关键区,分别位于3°～18°N的200m以浅海域和24°～34°N的300m以浅海域.温度场的年际变化与ENSO循环相联系,而盐度场的年际变化则比较复杂.     

Spatial and temporal distribution of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) fluorescence and its contribution to light attenuation in UK waterbodies

Vertical attenuation of light through the water column (K_d) is attributable to the optically active components of phytoplankton, suspended particulate material (SPM) and chromophoric dissolved organic matter (CDOM). Of these, CDOM is not routinely monitored and was the main focus of this study. Concentrations and spatio-temporal patterns of CDOM fluorescence were investigated between August 2004 and March 2006, to quantify the correlation coefficient between CDOM and salinity and to better characterise the contribution of CDOM to K_d. Sampling was conducted at a broad range of UK and Republic of Ireland locations; these included more than 15 estuaries, 30 coastal and 70 offshore sites in the southern North Sea, Irish Sea, Liverpool Bay, Western Approaches and the English Channel.An instrument package was used; a logger with multi-sensor array was deployed vertically through the water column and concurrent water samples were taken to determine salinity, CDOM fluorescence and SPM. Surface CDOM fluorescence values ranged between 0.05 and 16.80 S.Fl.U. (standardised fluorescence units). A strong, negative correlation coefficient of CDOM to salinity (r² = 0.81) was found. CDOM absorption (aCDOM_λ) was derived from fluorescence measurements and was in the range 0.02–2.2 m⁻¹ with mean 0.15 m⁻¹. These results were comparable with direct measurements of aCDOM_λ in the same geographic regions, as published by other workers.Spatial differences in CDOM fluorescence were generally explicable by variation in salinity, in local conditions or catchment areas; e.g. CDOM at the freshwater end was 3.54–11.30 S.Fl.U., reflecting the variety of rivers sampled and their different catchments. Temporal changes in CDOM fluorescence were related to salinity. A significant and positive correlation was found between CDOM and K_d, and although CDOM was found to be less influential than SPM on K_d, it was still of significance particularly in coastal and offshore waters of lower turbidity.     

Chemical properties of colored dissolved organic matter in the sea-surface microlayer and subsurface water of Jiaozhou Bay, China in autumn and winter

The distribution and chemical properties of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) in the Jiaozhou Bay, China were examined during four cruises in 2010-2011. The influence of freshwater and industrial and municipal sewage along the eastern coast of the bay was clearly evident as CDOM levels (defined as a 305 ), and dissolved organic carbon (DOC) concentrations were well correlated with salinity during all the cruises. Moreover, DOC concentrations were significantly correlated with chlorophyll a concentrations in the surface microlayer as well as in the subsurface water. The concentrations of DOC and CDOM displayed a gradually decreasing trend from the northwestern and eastern coast to the central bay, and the values and gradients of their concentrations on the eastern coast were generally higher than those on the western coast. In addition, CDOM and DOC levels were generally higher in the surface microlayer than in the subsurface water. In comparison with DOC, CDOM exhibited a greater extent of enrichment in the microlayer in each cruise, with average enrichment factor (E F ) values of 1.38 and 1.84, respectively. Four fluorescent components were identified from the surface microlayer and subsurface water samples and could be distinguished as peak A, peak T, peak B and peak M. For all the cruises, peak A levels were higher in the surface microlayer than in the subsurface water. This pattern of variation might be attributed to the terrestrial input.     

The multifractal characters of temperature finestructures in the equatorial western Pacific Ocean

INTRODUCFIONTheknowledgeoffinestructureandmicrostructureplaysamajorroleintheresearchofoceanicdiapycnalmixing.Sofarastheliteratureisconcerned,finestructuresareroughlydefinedassmallstructuresdistributedonverticalscalesfromImto100m(Munk,1981),whereasmicrostructureshavesmallerscales.Forsimplicity,thesetwofeatureswillbecalledfinestructures ThestudywassupportedbytheNationalNaturalaudienceFoundationofChinaundercontractsNo.49376257,No.4950/6071andNo.49676275,andtheResearchFundfortutorialPngr…