数字影像分析技术在海滩环境监测的应用

运用视频监测技术对青岛石老人海滩进行环境变化的监测,将基于高斯混合模型的聚类方法应用于数字影像中进行浒苔目标分割,并计算出浒苔的面积。分析结果表明,该项技术能够对海滩浒苔等海滩环境进行实时的监测,从而避免浒苔在海滩的堆积,对浴场海滩的环境及旅游业的发展都具有重要意义。     

南黄海浒苔漂移轨迹年际变化规律及驱动因素

综合利用环境卫星(HJ-1A/1B)CCD影像与MODIS影像,对2011-2017年南黄海海域浒苔信息进行了提取,并结合QuickSCAT海风数据以及ESRL海温数据对浒苔生长及漂移路径的影响进行了分析。结果表明:(1)7年中利用遥感手段最初发现浒苔的日期为5月份,初始发现位置多集中在江苏省盐城市附近海域,且近7年浒苔漂移方向整体上向北,进入山东半岛海域。其中,浒苔中心点距离青岛海域最远约115km(2015年6月21日),最近约9.6km(2012年7月11日)。(2)浒苔中心点漂移方位年际差异较大,整体上浒苔漂移路径方向与海面风风向高度一致。(3)SST是浒苔暴发的关键环境因子,南黄海海域5—8月份SST逐月升高为浒苔生消过程提供了环境条件。     

浒苔灾害卫星遥感应急监视监测系统及其应用

2008年夏季黄海、东海突发的罕见的浒苔自然灾害直接危及青岛近海环境和2008北京奥运会青岛帆船比赛的举办,国家卫星海洋应用中心按应急与业务运行兼容需求,在"HY-1"卫星地面应用系统、国家MODIS数据共享平台、海上溢油卫星遥感系统等基础上及时构建了浒苔灾害卫星遥感应急监视监测系统,利用国内外有限的17颗遥感卫星数据,实现了对此次浒苔灾害的大范围、全天候、全天时、多频次、多角度动态监测,及时得到了全面、准确、客观的信息,为国家海洋局应对浒苔自然灾害前线指挥部应急响应、决策指挥提供了有力、有序、有效的技术支持。主要描述应急监视监测系统的构建、运行和应用,为今后海洋灾害突发事件的应急提供参考和经验积累。     

2008年青岛海域浒苔大爆发天气特征及成因分析

2008年6～7月,青岛近海海域出现了浒苔大爆发事件.本文通过分析卫星遥感的浒苔监测信息和海面风场资料表明,浒苔在5月中旬前后生成于黄海西北部海域,5,6月份黄海上空维持偏南风流场,在风应力作用下产生了偏北向表层海流,青岛海域大量积聚的浒苔是顺流漂移而至的.进一步分析研究气象和水文观测资料表明,浒苔的发生与海洋环境及降水、光照等水文气象条件有关.6,7月份浒苔漂移至青岛海域时,青岛的气温升高,降水较往年偏多,天气特征更加促进了浒苔的生长,因而造成2008年青岛海域浒苔大爆发事件.     

基于HJ-1A/1B的2014年黄海海域浒苔灾害时空分布

自2007年以来, 黄海海域每年的5月初～8月中下旬浒苔(Ulva prolifera)会周期性地暴发与消亡,导致海洋生态环境被破坏以及经济损失。利用2014 年的HJ-1A/1B遥感影像, 利用神经网络监督分类及RULE规则影像重分类动态阈值法, 对2014年的浒苔的漂移路径、各时期影响的海域面积、分布面积以及暴发高峰期的最大面积进行了动态监测。结果表明, 2014年浒苔持续时间为101 d, 5月中旬开始在江苏省盐城市近海出现零星斑点, 分布面积为2.299 km², 影响面积为1 744.799 km²; 6月初到6月中旬浒苔广泛分布于黄海海域, 分布面积扩大至1 367.145 km², 达到当年的峰值; 从6月下旬开始, 浒苔进入衰退期, 浒苔分布面积、相对聚集密度均急剧缩小, 但影响面积的峰值出现在该时期; 8月初消亡于青岛附近海岸, 8月20日遥感影像已难以监测到浒苔的存在。2014年黄海海域浒苔经过了“出现—发展—暴发—衰退—消亡”5个发展阶段。     

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。     

基于NDVI与丰度关系的MODIS影像浒苔混合像元分解方法

MODIS影像是浒苔业务化卫星遥感监测的重要数据源,但其空间分辨率(250m)较低,混合像元效应导致传统的NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)阈值法浒苔提取误差较大。为解决此问题,本文以准同步的较高分辨率的HJ-1CCD影像浒苔提取结果为基准,建立基于MODIS NDVI与浒苔像元丰度(浒苔覆盖面积占像元面积百分比)关系的浒苔信息提取模型,利用该模型可提取每个像元的丰度(即浒苔覆盖率),从而提高整景影像浒苔覆盖面积提取精度。该模型可为浒苔灾害等级的确定以及防灾减灾应急决策提供支持。     

基于GOCI的2017年南黄海浒苔演变遥感分析

本文应用GOCI高时间分辨率遥感影像,提取浒苔敏感波段并构建合适的评价指标,对NDVI、IGAG、KOSC绿潮主流算法探测能力进行比较,结合目视解译和阈值分割法,对2017年南黄海浒苔信息进行提取并进行演变特征分析。结果表明：NDVI算法的探测能力和稳定性显著优于其他两种,GOCI影像7、8近红外波段的选择对浒苔提取结果存在一定影响,最优为7、5波段组合;2017年浒苔总体经历了“出现-发展-暴发-衰退-消亡”五个阶段,持续时间约为68d,影像中浒苔最早出现在5月13日的盐城外海海域,最后出现在7月12日,最大覆盖面积出现在6月4日,为2363.12km²,在风、流场共同作用下,先向北移动,后在6月下旬沿山东半岛南侧转向东北,前锋位置最终停滞于青岛-烟台-威海一线并逐渐消亡。其发展规律与运移路径与往年相似,但持续时间与暴发时期最大覆盖面积显著少于往年,GOCI影像高时间分辨率的优势使浒苔灾害的逐小时动态监测成为可能。     

黄海浒苔漂移输运模式的建立与应用

本文利用NCEPGFS预报风场和中国近海高分辨率三维MASNUM海浪-潮流-环流耦合海洋数值预报系统的预报数据,建立黄海浒苔漂移输运模式,用于黄海浒苔溯源和漂移输运数值模拟研究。使用2009年5月份黄海表层漂流浮标数据和2012年MODIS卫星遥感浒苔漂移分布资料对所建立的漂移输运模式进行验证,结果表明所建立的模式能够有效的模拟出浒苔暴发区漂流浮标运动状况,并能够有效地模拟出2012年浒苔漂移输运过程。最后运用所建立的模式开展2008年和2010年浒苔漂移输运过程,模拟结果与文献报道的卫星观测结果一致。模拟结果表明,受海洋表层流影响两年浒苔特征显著不同:2010年浒苔影响海域明显小于2008年,且2010年浒苔主体没有大规模在青岛近岸堆积。     

2018年黄海浒苔分布特征及动力机制分析

为揭示2018年黄海浒苔发生和聚集的动力学成因,通过MODIS L1B影像数据和归一化植被指数法（NDVI）获取浒苔发生的初始时刻和位置。以三维水流动力模型为基础,设立风海流、潮流以及二者共同作用的对照实验,分析各要素对浒苔粒子输移的影响。结果表明,在风海流单独作用下,浒苔向北迁移但未登陆;在潮流动力单独驱动下,浒苔净漂移量小,较难向北发生净输移;二者共同作用下,浒苔粒子向北输移登陆,后报轨迹与遥感图像对比吻合良好,进一步验证了风在浒苔迁移过程中占主导作用。     

基于空间距离效应的青岛市浒苔治理支付意愿研究

支付意愿的空间属性是影响环境物品估值效度的主要因素之一,忽略对空间距离的考量可能导致最终资源环境物品或服务的货币估值产生偏差。文章以青岛市海域浒苔灾害为研究对象,使用条件价值评估法,构建支付意愿函数模型,测算受访者距青岛市海边的距离,探索浒苔治理支付意愿是否存在距离衰减现象;通过划分不同的距离区,测算不同距离区内公众浒苔治理支付意愿,最终汇总得出浒苔治理带来的经济价值。研究结果显示：公众浒苔治理支付意愿“距离衰减”效应明显,距离海边较近的公众倾向于为治理浒苔支付较高的金额;青岛市浒苔治理总经济价值为9.84亿元/a;不考虑距离衰减效应最终导致浒苔治理经济价值的高估达27.03%。研究结论可为空间尺度上的非市场价值评估提供新的研究思路和科学参考,不仅提高了条件价值评估法估值结果的有效性,也提供了更加精准的青岛市浒苔治理经济价值估值。     

不同状态浒苔对东海原甲藻生长的影响

近年来富营养化等海洋污染现象日益加重,我国近海每年都会暴发浒苔绿潮和微藻赤潮现象。本文在实验室模拟条件下,研究了不同状态不同含量的浒苔（Ulva prolifera）,即浒苔新鲜藻体、浒苔培养液和浒苔干粉末与东海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）共培养时产生的竞争抑制作用。结果表明,浒苔新鲜藻体、浒苔培养液和浒苔干粉末在初始质量含量大于1 g/L的条件下都会对东海原甲藻产生抑制作用,浒苔干粉末的抑制强度远远超过浒苔培养滤液和浒苔新鲜藻体。在二者共培养时,出现了“低促高抑”的现象,即浒苔含量较低时会促进东海原甲藻的生长,而高含量的浒苔则抑制东海原甲藻的生长,且抑制作用随浒苔含量的升高而增大。浒苔对东海原甲藻的这种抑制作用,一方面可能来自于营养物质的竞争和消耗,另一方面可能来自于浒苔释放的化感物质对东海原甲藻产生的影响。利用浒苔对东海原甲藻的抑制作用,可为东海原甲藻赤潮的生物防治提供一种思路与方法。     

浒苔纤维吸声的测评研究

采用驻波管法对不同厚度、不同结构的浒苔样品进行吸声系数的测定,并与相近的有机和无机纤维吸声材料进行了对比.试验结果表明,浒苔具有很好的吸声性能,并且其微管结构对吸声性能的提高有较大的贡献.这些新的发现将给研制新型无机纤维吸声材料提供有益的仿声学启示.     

浒苔(Enteromorpha prolifera)生活史的初步研究

通过实验室培养实验,全面地观察描述了浒苔生活史各个阶段的发育情况。雌雄异体的配子体成熟后,放散双鞭毛的配子,雌雄配子结合成合子进而发育成孢子体,配子也可以进行单性生殖发育成膜状的配子体。孢子体成熟放散四鞭毛的游孢子,游孢子固着后,可直接发育成配子体。其生活史是单倍体的配子体与二倍体的孢子体相互交替的同形世代交替。雌雄配子具有正趋光性,易大量聚集,结合后同游孢子一样都呈负趋光性。     

苏北浒苔生长期运移路径及温盐环境的数值模拟

基于已验证的有限体积海岸海洋模型(FVCOM)和拉格朗日粒子离线追踪模块,模拟了潮、风、环流、温盐、波等外界强迫不同组合下苏北海域水面粒子的5种运移路径,通过实际漂流瓶轨迹验证,并进行路径间的差异与对应单强迫流场对比研究,探讨发端于苏北的浒苔运移路径及其影响因素。结果表明:浒苔运移路径先沿着苏北沿岸向北运移至废黄河口附近海域,之后向东北方向偏转继续运移,一直到山东半岛南部海域;影响苏北浒苔运移路径的外界强迫主要是风,其次是温盐、波浪、环流,潮流可以引起浒苔在局地的旋转往复运动,不能使其向北远距离漂移。漂流期间,苏北沿岸海域表层温度为18～24℃、盐度为28～31,温盐条件在浒苔最宜生长条件范围,是浒苔能边漂移边大面积暴发的原因之一。     

海水温度对衰亡期浒苔释放生源硫影响的模拟研究

为研究浒苔释放生源硫的特征,本文对采集于黄海绿潮中期和末期的浒苔进行了实验室模拟培养,探讨了不同温度对衰亡期浒苔释放生源硫化物的影响。实验结果表明,在10~25℃温度范围内,温度升高能够加速浒苔的衰亡。二甲基硫（DMS）的平均释放速率范围为2.79~150.70 nmol/（L·g·d）,二甲基硫基丙酸内盐（DMSP）的平均释放速率范围为2.16~113.26 nmol/（L·g·d）。温度升高能够使DMS和DMSP的释放速率加快,释放量增加,DMS最大平均释放速率在25℃条件下比10℃条件下升高了约60%,培养液中DMS浓度升高了2~3倍。采集于绿潮末期的浒苔培养液中的DMS和DMSP和采集于绿潮中期的浒苔相比,浓度有所增加,采集于浒苔绿潮末期浒苔培养液中DMS的最高平均浓度为418.41 nmol/L,约为中期的4倍;DMSP的最高平均浓度为316.14 nmol/L,是中期的3倍。浒苔绿潮的爆发会对水体中的硫体系循环产生影响,进而影响该海域生态环境。     

发酵浒苔对珍珠龙胆石斑鱼生长、非特异性免疫及消化酶活性的影响

浒苔经发酵后按添加比例（0%、1%、2%、3%、4%、5%）分别加入到珍珠龙胆石斑鱼（Epinephelus lanceolatus♂×Epinephelus fuscoguttatus♀）基础饲料中配制成6种饲料,用以探讨发酵浒苔对珍珠龙胆石斑鱼生长、肠消化酶活性及血清非特异性免疫力的影响。选用初始平均体质量为（19.16±0.25）g的珍珠龙胆石斑鱼为研究材料,试验周期28 d。结果表明:发酵浒苔能显著影响石斑鱼的增重率（WGR）和特定生长率（SGR）（P<0.05）,且随着发酵浒苔添加水平的升高呈现先升高后降低的趋势,在2%组添加量时显著高于对照组。同时,相比于对照组,各添加组饲料系数（FCR）均有下降,在2%组时显著降低（P<0.05）。添加发酵浒苔可以显著提高血清总超氧化物歧化酶（T-SOD）、碱性磷酸酶（AKP）和酸性磷酸酶（ACP）的活性（P<0.05）,但对溶菌酶（LZM）和酚氧化酶（PO）活性影响差异不显著（P>0.05）。在添加组中,淀粉酶、脂肪酶以及胰蛋白酶活性均得到了显著提高（P<0.05）,添加水平在2%~3%时效果最好。综合发酵浒苔对珍珠龙胆石斑鱼的作用效果可以看出,发酵浒苔可以明显促进其生长,提高非特异性免疫力及肠道中消化酶活力,建议发酵浒苔在饲料中添加量为2%左右。     

绿潮迁移过程中环境要素与浒苔藻体生物学特征的相关性分析

浒苔(Ulva prolifera)引起的大规模绿潮起源于黄海南部,在向北迁移过程中生物量迅速扩增,在海州湾附近(35°N左右)迅速增加达到峰值.在绿潮漂浮迁移过程中,海水表层温度、溶解无机氮(dissolved inorganic nitrogen,DIN)和磷酸盐(PO43--P)变化显著.本文以迁移过程中的浒苔为...     

Photosynthetic response of floating Ulva prolifera to diurnal changes of in-situ environments on the sea surface

During yellow sea green tide outbreak, the thalli of Ulva prolifera drifted more than 350 km on the sea surface from off shore of Jiangsu Province to Qingdao city, where they were exposed to complex changes of local environments. The purpose of this study is to investigate the response of the thalli to diurnal changes of environments on the sea surface, and a sea surface environment simulator (SSES) was designed to simulate the natural environment of floating U . prolifera mat. A control experiment is designed in the laboratory, which was processed under suitable conditions (20°C for temperature, 72 μmol photons/(m 2 ·s) for light intensity and 30 for salinity), and an in-situ research was conducted to study the photosynthetic responses of floating U . prolifera to diurnal changes of environments. The results show that the photosynthetic efficiency of the thalli decreased gradually with time, and decreased rapidly after 14:00 local time (LT). After exposed to the environment on the sea surface for 6 h, the photosynthetic activity of the thalli decreased significantly. Furthermore, physiological-level and molecular-level experiments revealed that non-photochemical quenching (NPQ), cyclic electron flow (CEF) and energy redistribution between PSI and PSII all played an important role in the strong photosynthetic plasticity of U . prolifera . NPQ is the most important photoprotective responses to environmental changes before 12:00 LT. The results also confirmed that the CEF and energy redistribution between PSI and PSII are the main synergistic eff ects for the thalli to adapt to the environmental changes when the process NPQ cannot work. And the result can further reveal the reason why U . prolifera can adapt to the living condition of long distance drift on the sea surface. The findings of this research could provide a theoretical basis for explaining outbreaks of the green tide and instructing the management of the problem.