风浪扰动对太湖水体悬浮物重金属含量的影响

通过离心浓缩的方法,获取太湖梅梁湾口东岸处(即梅梁湾与贡湖湾的交界处)不同风浪条件下的悬浮颗粒物．冷冻干燥,微波消解,ICP-AES的方法测定了其中Co、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn等重金属元素及Al、Ca、Fe、Mn等相关金属元素的含量．结果发现,小风浪(2 m/s)、中风浪(7 m/s)和大风浪(11 m/s)下：①水体总悬浮颗粒态金属的量依次大幅度增加;②单位悬浮颗粒物中各金属元素的含量在不同风浪下变化不同．Ca在小、中、大风浪下含量依次增大;Zn在小、中、大风浪下含量依次减少;Mn和Cu的含量变化趋势相同：与小风浪相比,中风浪下Mn、Cu的含量显著增大;与中风浪相比,大风浪下含量显著减少;其它元素Al、Fe、Ni、Pb、Co、Cr等在单位悬浮物中,中风浪与小风浪相比含量减少,大风浪与中风浪相比含量略微增加．研究表明：①金属元素在水体总悬浮物中的含量主要受风浪影响,但风浪对单位悬浮物中金属含量的影响则因元素而异;②除Cu、Mn、Zn外,悬浮物中重金属含量随粒径增大含量减少．     

太湖五里湖水体悬浮物中水溶性有机质(WSOM)的荧光光谱组分鉴别及其与氮形态的关系

采用三维荧光光谱-平行因子法(EEMs-PARAFAC)分析太湖五里湖水体悬浮物中水溶性有机质(WSOM)的荧光光谱特征,研究其组分类型、分布规律以及来源,进一步探讨悬浮物中水溶性有机氮和无机氮含量与WSOM荧光组分之间的关系.结果表明,悬浮物中WSOM荧光组分主要由2个类腐殖质(C1、C2)和1个类色氨酸类蛋白质(C3)组成.总荧光强度在57.56~200.01 R.U./g之间,平均为115.42 R.U./g,其中C1、C2、C3的相对比例分别为35.55%、34.05%和30.40%;空间上由西向东逐渐增强,东五里湖高于西五里湖,沿岸区高于湖心区.荧光指数和生物源指数变化范围分别在1.48~2.34和0.65~0.87之间,反映了悬浮物中WSOM主要来源于微生物、藻类的自生生物源.多元回归统计分析结果表明,悬浮物WSOM与氮元素的迁移转化密切相关,且有机氮与WSOM荧光组分的相关系数大于无机氮.     

分季节的太湖悬浮物遥感估测模型研究

根据1996-2002年无锡太湖监测站的水质资料分析,太湖悬浮物具有季节性特征,因而分季节的悬浮物估测模型比单一的模型可能更加适合用来估测太湖全年的悬浮物浓度.在分析太湖水体光谱特征的基础上,根据太湖悬浮物的季节性分布特征,使用春夏秋冬四季的Landsat TM/ETM图像和准同步的水质采样数据,建立了太湖分季节的悬浮物估算模型.结果表明:估测因子(B2 B3)/(B2/B3)在春、秋、冬三季都能很好地估测出悬浮物的浓度(R2＞0.52).夏季由于叶绿素的干扰性较大,悬浮物的估测效果不理想.冬季的估测效果最好(R2=0.81),模型为lnSS=14.656×(B2 B3)/(B2/B3) 1.661,其中,ln SS表示悬浮物取自然对数后的值,B2、B3为TM/ETM图像经过6S大气校正、3×3低通滤波后第2、3波段的反射率值.     

太湖水体叶绿素浓度反演模型适宜性分析

为确定适合太湖水体叶绿素的反演算法,为同类卫星数据的建模和应用提供参考,本文根据太湖2007年11月、2009年4月和2011年8月实测水质参数以及同步光谱数据,结合水色遥感传感器MODIS、MERIS、GOCI及我国自主发射的HJ-1号卫星CCD传感器波段参数,基于差值模型、比值模型、三波段模型及APPEL模型,分别建立太湖水体叶绿素浓度反演模型,并分析模型的适宜性.结果显示,基于不同传感器数据APPEL模型的决定系数为0.7308~0.8107,模型相对误差为15%~24%,均方根误差为21%~32%;三波段模型基于不同传感器数据拟合的决定系数为0.6014~0.7610,相对误差为28%~36%,相对均方根误差为39%~46%;差值模型决定系数为0.4954~0.7244,相对误差为39%~53%,相对均方根误差为51%~72%;比值模型决定系数为0.4918~0.7098,相对误差为41%~55%,相对均方根误差为56%~75%.相比较而言,APPEL模型的稳定性较强,适合于不同传感器数据的太湖水体叶绿素浓度的反演.此外,相应不同传感器波段位置、波段宽度对模型反演的精度和稳定性的影响也不同,当波段位置接近叶绿素特征波长时,较窄的波宽有利于模型精度的提高,波段位置和叶绿素浓度特征波长相差较大时,合理增加波谱范围有利于叶绿素特征信息的获取.     

基于地面实测光谱的太湖水体富营养化水平估算

富营养化指数是评价水体污染情况的一个重要的综合性指标．通过对高光谱遥感数据和水体富营养化指数的分析,确立了反演水体富营养化水平的高光谱敏感波段,进而用选择的敏感波段和波段组合来建立模型．通过对几个模型的比较,选出了较为理想的估算模型．最后对模型进行精度分析,认为该模型具有一定的可靠性和实用性．从而确定了直接由高光谱遥感数据监测水体富营养化水平的可能性,为实现由高光谱遥感数据开展大范围的水质调查奠定了一定的理论基础．     

太湖流域滆湖水体悬浮物分布特征及其影响因素

基于2018—2019年的周年调查,分析了滆湖总悬浮物（TSS）的时空分布特征、组成及其季节变化规律,并探讨了水体悬浮物的影响因素及其与氮、磷的关系.结果表明：（1） TSS浓度的年内变化范围在11.80~105.87 mg/L之间,平均浓度为41.87±18.09 mg/L.（2）滆湖水体TSS时空差异显著.空间上呈现高速公路以南湖区（B区）大于高速公路以北湖区（A区）,沿岸高于湖心区的分布趋势;季节变化整体表现为：夏季 > 秋季 > 春季 > 冬季,且夏季显著高于其他季节.（3）滆湖水体中无机悬浮物（ISS）和有机悬浮物所占TSS的比例差异悬殊,分别为75.5%和24.5%,A区和B区均以ISS为主.（4）线性拟合表明,TSS与颗粒态氮、总磷和颗粒态磷具有极显著正相关关系;（5） TSS与叶绿素a浓度相关性极显著.综合结果分析,藻类暴发和泥沙再悬浮是影响滆湖水体悬浮物浓度的重要因素.     

适用于多种卫星数据的太湖水体漫衰减系数估算算法

下行漫衰减系数(K_d)是描述水下光场的重要参数,决定水体真光层深度,影响着浮游藻类初级生产力及其分布特征.基于2008—2013年太湖4次大规模野外试验数据,分析太湖水体漫衰减系数特征及其影响因素,建立适用于多种卫星数据且较高精度的太湖水体490 nm处下行漫衰减系数估算模型.结果表明:无机悬浮物是太湖水体漫衰减系数的主要影响因素;红绿波段比值(674 nm/555 nm)最适合于太湖K_d(490)估算,模型反演精度较高(N=72,R~2=0.72,RMSE=0.89 m~(-1),MAPE=21.58%);利用实测光谱数据,模拟得到MODIS/EOS、OLCI/Sentinel-3、GOCI/COMS和MSI/Sentinel-2等主要传感器波段的信号,构建适用于多种卫星传感器K_d(490)估算的红绿波段模型,建模精度较高(N=72,R~20.7,RMSE0.9 m~(-1),MAPE22.0%),且进行了验证(N=37,R~20.7,RMSE0.9 m~(-1),MAPE22.0%).     

基于高频次GOCI数据的太湖悬浮物浓度短期动态和驱动力分析

总悬浮物是水体中重要的光学敏感物质之一,很大程度上决定了水柱中光的吸收、散射和衰减,同时吸附营养盐、重金属和有毒有害物,对水体物质生物地球化学过程、沉积物埋藏动力和湖泊环境演化具有重要的意义.基于星地同步实验和静止水色成像仪GOCI(Geostationary Ocean Color Imager)构建了太湖悬浮物浓度估算模型,并分析了典型风浪过程中太湖悬浮物浓度短期动态变化过程.研究表明:对太湖水体悬浮物浓度较为敏感的波段为GOCI的第7波段(745nm)和第8波段(865 nm),悬浮物浓度与对应波段遥感反射率线性相关决定系数分别为0.72和0.55;基于GOCI第7波段的悬浮物浓度单波段遥感估算模型能较为准确地估算太湖的悬浮物浓度,模型相对均方根误差和平均绝对百分误差分别为28.3%和24.4%.通过研究典型风浪过程前后太湖悬浮物浓度变化发现其短期动态变化显著,风速、风向是悬浮物浓度短期动态变化的重要驱动因素,悬浮物浓度与风速呈正比,并随着风向扩散;高频连续GOCI影像结果显示悬浮物浓度短期动态变化对风浪扰动的响应有一定的滞后性,滞后时间为数小时到1天,悬浮物沉降与沉积物再悬浮的临界风速约为3.4 m/s.     

秋季太湖悬浮物高光谱估算模型

2004年10月,在太湖设置67个采样点,现场测量了水体遥感反射比、后向散射系数和辅助参数,实验室分析了水体的悬浮物浓度和水色要素吸收系数.本文在对遥感反射比光谱分析的基础上,比较了几种水体遥感反射比光谱估算悬浮物浓度的方法,结果发现广泛应用的带比值项的算法,虽然可以应用于太湖总悬浮物浓度估算,但是普遍存在相对误差较高的弱点.通过对光谱的分析,确定了750hm单波段算法的参数,并提出了利用近红外812nm波峰高度来估算水体悬浮物的方法.文中还详细阐述了为什么比值算法等在太湖水体悬浮物浓度估算中相对误差比较高,并解释了利用近红外估算精度高的原因,并指明以上算法在遥感应用中的优点和不足,以及现实水体(水质)遥感对现有遥感器配置和遥感算法的需求.     

风浪扰动下湖滨带悬浮物和营养盐响应特征

为研究风浪扰动下沉积物起悬过程中悬浮物浓度的分布特征和水体营养盐时空分布状况,以太湖西北湖滨带为例,选择代表4种不同生境的6个点位进行了连续12 d的野外观测.利用高精度分层同步采样装置,采用重量法计算悬浮量,并对悬浮过程中总磷(TP)、总氮(TN)、铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮(NO_3~--N)浓度进行分析.结果表明:风速是引起太湖西北湖滨带水体悬浮物增加的主要因素,沉积物悬浮的临界风速为3.6 m/s.各点位悬浮物浓度的均值差异明显,表现为:无植被区植被区河口区湖心区.太湖西北湖滨带水体氮、磷浓度日变化幅度较大,TN浓度为1.82~4.96 mg/L,TP浓度为0.10~1.47 mg/L.NH_4~+-N和NO_3~--N浓度分别在0.09~2.83和1.05~3.69 mg/L之间波动.近岸无植被区水柱的总悬浮量与风速的相关性最好,相关系数达到0.722;而远岸湖心区与风速的相关系数仅为0.039.悬浮物浓度除了受风情(风向和风速)的影响外,同样受水深、地形特征和水生植被的影响.     

太湖秋季水体遥感反射比的简单经验估测模型

2004年10月现场测量了太湖水体的遥感反射比、后向散射系数以及其他必要参数,实验室测量了水体的悬浮颗粒物质浓度.首先把太湖划分为3个大区,即遥感反射比受湖底影响的区域(影响区)、不受湖底影响的区域(非影响区)以及可能受湖底影响的区域(可能影响区),然后再把太湖分为高混浊、中混浊、低清澈以及高清澈等4类水体类型,分别列出了各种水体区域类型的相关属性数据.在整个太湖区域范围内,建立了后向散射和悬浮颗粒物质浓度的经验回归模型;仅在非影响区内,建立了遥感反射比和后向散射的经验回归模型,并可以利用悬浮颗粒物质浓度直接估测遥感反射比.最后详细分析了模型的精度.     

基于遥感反射率的太湖优势藻识别方法

我国淡水湖库频发水华,不同类群形成的水华特征、危害及其治理方法差异显著,因此,如何区分不同藻种的遥感反射率特征,获取湖泊优势种信息是一个亟待解决的科学问题。研究基于室内藻种培养实验,培养了富营养化湖泊中的典型蓝藻和绿藻藻种,其中,蓝藻包括铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）、假鱼腥藻（Pseudanabaenasp．）和束丝藻（Aphanizomenonsp．）,绿藻包括小球藻（Chlorellasp．）以及四尾栅藻（Scenedesmus quadricauda）;基于实测的遥感反射率,经归一化处理后,分析了不同藻种的遥感反射率特征,构建了DI(difference index)指数以及ADI(algae distinguish index)指数,建立了藻种分类模型,利用验证集数据进行检验,整体识别精度达77.55%,Kappa系数为0.7178。将分类方法应用于太湖野外实测遥感反射率数据集中,结果与实测的生物量数据有较好的匹配;将模型应用于太湖OLCI(ocean and land colour instrument)影像数据,获得了2019年12月和2020...     

基于叶绿素荧光峰特征的浑浊水体悬浮物浓度遥感反演

内陆水体光学特性复杂,其水质参数遥感反演是当前环境遥感研究的热点与难点.2004年10月在太湖实测了67个站点的遥感反射率与相应站点水质参数浓度,通过对水体反射率光谱的分析发现,秋季太湖悬浮物主导了水体光学特性,叶绿素荧光峰的特征主要体现为悬浮物浓度的变化.据此建立了基于水面实测岛光谱遥感反射率数据的叶绿素荧光峰特征与悬浮物浓度之间的拟合关系,发现二者具有很好的响应关系.具体分析了叶绿素荧光峰绝对高度、基线高度、归一化高度(分别归一化到560nm附近最大反射率波段与近红外810nm附近最大反射率波段)及荧光峰积分面积(包括积分总面积、基线以下面积与基线以上面积)等儿种光谱特征与悬浮物浓度之间的关系,其相关系数(R2)分别为0.8822、0.7483、0.8901、0.8547、0.8927、0.8877、0.8632,平均相对误差分别为27.25%、41.03%、27.11%、25.75%、24.91%、25.47%、27.54%.总体反演精度较高,其中总积分面积法效果最好,基线高度法效果最差,而叶绿索荧光峰波段的位移与悬浮物浓度之间不存在明显的相关性.研究结果表明叶绿素荧光峰特征在浑浊内陆水体悬浮物浓度信息提取中具有很好的应用前景,该方法可为浑浊的二类水体悬浮物遥感反演提供了一个新思路.     

太湖沉积物的磁性特征及其环境意义

本文以太湖沉积物为研究对象,试图在磁性测量的基础上,对太湖湖区四个样芯进行分层,建立芯间层位对应联系,并结合孢粉,粒度,地球化学和有机质含量等分析测定,从沉积物样芯的磁参数曲线变化中提取该地区的环境变化信息,研究结果表明,由于该方法具快速简便,经济易行,无破坏等优点,从而可能对样芯作连续测量,以提取分辨率的环境变化信息,在湖泊沉积物的研究中有着独的作用,可作为地球化学,孢粉,微体古生物,粒度等分析     

The effect of drawdown on suspended solids and phosphorus export from Columbia Lake,Waterloo, Canada

This study examines the effect of drawdown on the timing and magnitude of suspended solids and associated phosphorus export from a 12 ha reservoir located in an urbanized watershed in southern Ontario, Canada. Water level in Columbia Lake was lowered by 1·15 m over a 2‐week period in November 2001. The total phosphorus (TP) concentrations ranged from 63 to 486 µg L^?1 in Columbia Lake and 71 to 373 µg L^?1 at its outflow. All samples exceeded the Provincial Water Quality Objective of 30 µg TP L^?1. Outflow concentrations of suspended solids and TP increased significantly with decreasing lake level and were attributed to the resuspension of cohesive bottom sediments that occurred at a critical threshold lake level (0·65 m below summer level). Suspended solids at the outflow consisted of flocculated cohesive materials with a median diameter (D₅₀) of c. 5 µm. Particulate organic carbon accounted for 8·5% of the suspended solids export by mass. A total mass of 18·5 t of suspended solids and 62·6 kg TP was exported from Columbia Lake, which represents a significant pulse of sediment‐associated P to downstream environments each autumn during drawdown. The downstream impacts of this release can be minimized if the water level in Columbia Lake is lowered no more than 0·5 m below summer levels. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

东太湖湖泊面积及网围养殖动态变化的遥感监测

东太湖高密度网围养殖已是东太湖水资源过度开发的重要问题,彻底查清东太湖网围养殖规模,是采取一切治理措施的前提,遥感技术可真实反映湖区网围养殖情况,能避免人为的虚报、错报现象．本文利用六景TM图像和三期高精度航片,分析了东太湖20世纪80年代以来湖泊面积、网围养殖的时空变化情况并提出控制网围养殖盲目发展的对策．1984年以来,东太湖湖泊面积持续减小,20年内共减少了249．23hm^2;其中1994—2000年是湖泊消失的快速时期,消失的湖泊主要用于围垦养殖．1990年以来,网围养殖规模逐渐增大,目前几乎布满整个东太湖;1995年以来的增长速度更为迅速,2003年的网围面积10647．02hm^2,比1995年增加了9401．29hm^2,该时期内网围规模增加的年速率是1990—1995年的4倍．     

太湖冬季有色可溶性有机物吸收荧光特性及遥感算法

基于2006年和2007年1月两次太湖采样,对50个点位的有色可溶性有机物(CDOM)光谱吸收、荧光、溶解性有机碳(DOE)浓度及遥感反射率进行测定与分析,探讨冬季太湖CDOM的吸收荧光特性及空间分布,建立CDOM吸收系数的遥感反演算法.结果表明,太湖冬季CDOM在355nm处吸收系数a(355)变化范围和均值分别为1...     

太湖悬浮颗粒物细菌碱性磷酸酶编码基因的分布特征

颗粒态有机磷的碱性磷酸酶矿化是水生态系统磷循环的重要环节,对细菌碱性磷酸酶编码基因的解析有利于揭示浅水富营养化湖泊有机磷矿化的微生物驱动机制.本文以太湖不同生态类型湖区悬浮颗粒物为研究对象,运用荧光定量PCR技术,探究太湖水体中悬浮颗粒物细菌碱性磷酸酶phoX和phoD基因的时空分布特征,以及影响两类基因丰度的主要环境因子.结果表明：太湖不同生态类型湖区中phoD基因丰度是phoX基因的6~42倍,且二者均存在显著的时空分布差异.6月,河口区phoX（9.18×10⁴ copies/L）和phoD（1.88×10⁶ copies/L）基因丰度均最高,其次分别为草型区、湖心区和藻型区.与6月相比,9月各湖区phoD基因丰度显著降低,而phoX基因丰度在藻型区和草型区则有所升高.9月,草型区phoX基因丰度最高（5.70×10⁴ copies/L）,河口区最低（1.49×10⁴ copies/L）.水生植物对phoX和phoD基因丰度具有重要贡献.悬浮颗粒物细菌phoX基因丰度可能被低估.溶解氧、总氮和总磷是影响太湖phoX和phoD基因丰度的主要环境因子.     

基于水体透明度反演的太湖水生植被遥感信息提取

在使用多光谱遥感图像提取太湖水生植被分布时,由于水体中悬浮物和藻类等物质的影响,容易产生"异物同谱"现象,大面积水体被误分为沉水植被.本文首先通过TM图像反演太湖水体的透明度,基于RVI和NDVI植被指数,分别建立两类决策树,即透明度辅助的分类决策树和无透明度参与的分类决策树,将太湖分为水体、以浮叶植被为主导的水生植被和以沉水植被为主导的水生植被等三种类型.透明度辅助下的 NDVl 分类决策树方法,较好地消除分类过程中的"异物同谱"现象,是进行太湖水生植被分类的一种最好方法选择,把这种方法应用于2002年7月15日的Landsat ETM卫星遥感影像,结果表明太湖中以沉水植被为主导的水生植被约407.6km2,以浮叶植被为主导的水生植被约82.2km2.     

利用MODIS影像提取太湖蓝藻水华的尺度差异性分析

有效地提取蓝藻水华信息对分析蓝藻动态分布有重要意义,然而低空间分辨率数据提取的蓝藻水华会产生尺度误差.本文以太湖为研究区,利用2005年10月17日和2010年12月3日两景MODIS(250和500m)数据,采用浮游藻类指数(FAI)法提取太湖蓝藻水华面积;通过将FAI50均值化为FAImean(500 m),然后与...