黄海、东海水体总吸收系数光谱特性及其统计反演模式研究

利用现场实测的表观光学量和固有光学量数据,得到了我国黄海、东海近岸二类水体多个波段的总吸收系数的统计反演模式。此反演模式采用412/555、490/555两个波段遥感反射比比值的二项式,得到波长412、440、488、510、532、555nm处的总吸收系数,其反演值和实测值的平均相对误差不大于25.8%,相关系数R2达到了0.75到0.85。水体总吸收系数几种统计模型的误差敏感性分析表明,反演模式对±5%的遥感反射比输入误差导致结果增加误差最大为24.0%,因此反演模式是可用的。同时给出了412、488、510、532、555nm各波段的总吸收系数同波段440nm的总吸收系数之间的关系。结果表明,在400—600nm波段范围内,每一个波段的总吸收系数与440nm波段的总吸收系数的相关性均较高,相关系数R2都超过了0.99。通过对拟合直线的斜率与波长进行回归,得到斜率和波长的关系,其相关系数R2为0.99,这样利用本文中建立的各波段总吸收系数关系模型,可以从一个已知波段的总吸收系数反演出任何另外一个波段的总吸收系数,这就在水色反演与应用中大大减少了未知因子的个数。     

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。     

珠江口河网水体非光学活性水质参数高光谱反演

以粤港澳大湾区中山市及其邻近水域河网水体为试验区, 同步采集现场光谱及水质数据, 研究受测水体的高光谱反射率特征, 并分析非光学活性参数中化学需氧量(COD_Cr)、总磷(TP)浓度与高光谱反射率的相关性。结果显示, 各河流水体光谱反射率主要受悬浮颗粒物和叶绿素a的影响; 在500~680nm波段范围内, 水体光谱反射率大小与COD_Cr、TP浓度呈负相关关系; 与单波段相比, 特定波段的反射率比值与COD_Cr、TP浓度值的相关性较高, 与COD_Cr、TP浓度值相关性最高的反射率比值波段组合分别为R₆₇₅/R₇₉₄、R₆₉₀/R₈₁₅。选择上述波段组合建立的水质反演模型具有良好的估算精度, 模型估算平均相对误差分别为27.2%、32.1%, 表明高光谱技术在珠江口河网水体非光学活性参数COD_Cr、TP浓度反演上具有较大的应用潜景。     

基于高光谱数据的珠江口表层水体悬浮泥沙遥感反演模式

利用2006年12月4日珠江口海域实测的高光谱遥感反射率数据及悬浮泥沙质量浓度数据,进行了该海域表层水体悬浮泥沙遥感反演模式的研究。研究结果表明,悬浮泥沙质量浓度与Rrs(λ1)/Rr s(λ2)-Rrs(λ1)/Rrs(λ3)的相关性较好,其中Rrs(λ)代表遥感反射率,λ代表波长,λ1=762.6 nm,λ2=559.09 nm,λ3=772.78 nm,建立了悬浮泥沙质量浓度定量遥感反演模式,该模式的均方根误差为4.67 mg/L,可以用于珠江口海域的悬浮泥沙质量浓度的遥感监测。     

强壮前沟藻Amphidinium carterae Hulburt生消过程中水体总吸收特性研究

基于2011年7月藻类培养实验期间的实测数据研究了强壮前沟藻Amphidinium carterae Hulburt生消过程中水体的总吸收特性。结果表明,强壮前沟藻本次培养周期共21天,前15天为生长期,之后进入消亡期;整个生消过程中水体吸收光谱变化明显,未见440nm 波段浮游藻类蓝光吸收峰,但675nm 波段红光吸收峰突出,消亡期总吸收系数的日变化明显大于生长期,总吸收系数与叶绿素浓度的时间序列变化趋势一致;总吸收系数的波段关系良好,但不同生长时期相同波段的拟合曲线存在显著差别,消亡期的拟合曲线普遍高于生长期,且整体看来随波长增加,两曲线逐渐接近,到667、678nm 波段时几乎重合;特征波段(440、675nm)的总吸收系数与叶绿素浓度存在较好的乘幂函数关系,拟合曲线与藻种的生长阶段有关,决定系数均在0.98以上。     

基于船载走航观测高光谱颗粒物吸收系数反演浮游植物粒级结构*

利用高光谱监测数据反演浮游植物种群组成是当前海洋光学和水色遥感的研究热点。文章采用大西洋经向断面航次中走航式观测系统测量的海水总颗粒物吸收光谱数据, 尝试建立了两种模型对浮游植物粒级结构(Phytoplankton size class, 简称PSC)进行反演和比较讨论。一类模型是基于总颗粒物吸收光谱高斯分解获得的典型波段高斯带强度与色素浓度之间的关系, 建立了偏最小二乘回归模型(Partial Least Squares regression model, 简称PLS回归模型); 另一类模型是采用长波波段吸收基线高度推算海水总叶绿素a浓度, 进而根据Brewin等(2010)生物量算法推算PSC的三组分模型(简称三组分模型)。模型比较验证结果显示, 两类模型对海水总叶绿素浓度的反演都有较高的精度, 相对偏差ME在15%左右; 对于三个粒级浮游植物对应的叶绿素浓度(Pico级C_p, Nano级C_n, Micro级C_m)的反演效果也相当, PLS回归模型反演的ME分别为28.4%、31.9%和41%, 三组分模型反演的ME分别为31%、35.9%、37.7%。研究结果初步表明了采用高光谱吸收系数反演浮游植物种群结构的潜在优势, 可为不同海域走航式高光谱观测系统的推广应用提供思路。     

南海北部海区非藻类颗粒物吸收系数的变化特性

在2003年10月广东沿岸航次和2004年9月南海北部开放航次数据的基础上,分析了南海北部水体非藻类颗粒物吸收系数(aNAP(λ))的变化。结果显示,沿岸水体的非藻类颗粒物吸收光谱斜率(SNAP)平均值为0.010 3nm-1(标准偏差=0.000 7 nm-1),随叶绿素a浓度的增大呈现出减小的趋势,南海北部开阔海域水体SNAP的平均值为0.009 0 nm-1(标准偏差=0.001 3 nm-1);沿岸水体受陆源性输入的影响较大,表层水体aNAP(440)随盐度的增大而减小,随总悬浮颗粒物(SPM)浓度的增大而增大,aNAP(440)/SPM平均为0.045 m2.g-1;南海北部开阔海域水体非藻类颗粒物的吸收明显偏小,表层水体的aNAP(440)与盐度存在较弱的线性相关,与SPM之间没有表现出明显的相关性,aNAP(440)与叶绿素a浓度之间存在一定的幂指数关系,表明外海水体浮游植物的降解是非藻类颗粒物的主要来源之一。     

紫球藻藻红蛋白的分离纯化及光谱特性研究

紫球藻（ｐｏｒｐｈｙｒｉｄｉｕｍ ｃｒｕｅｎｔｕｍ）的水溶性色素粗提物经过固体硫酸铵沉淀和羟基磷灰石（ＨＡ）柱层析后,可以分离出较纯的Ｂ－藻红蛋白（Ｂ－ＰＥ）,纯度（ＯＤ５４５ｎｍ／ＯＤ２８０ｎｍ）为３．０。测定了Ｂ－ＰＥ的紫外可见光吸收光谱和荧光光谱以及紫球藻活体吸收光谱。Ｂ－ＰＥ在５４５ｎｍ和５６３ｎｍ各有一个峰,在４９８ｎｍ有一肩峰,与活体吸收光谱相比较只是最大吸收峰向短波方向移动了５ｎｍ。     

赤潮的高光谱监测及预警方法

有害赤潮发生频度有逐年增加的趋势, 建设赤潮的早期监测和预警系统是一个难点。文章研究表明, 珠江口赤潮前后, 叶绿素a浓度和细胞密度变化范围分别为0.9—31.1mg•m-3 和1.28×104 —1.76×106cell•L-1, 优势藻为聚生角毛藻; 高光谱辐射计获取的光漫射衰减系数、遥感反射率和荧光强度可反演叶绿素a浓度和细胞密度, 其中反演叶绿素a浓度的平均相对均方根差(RRMS)为30.6%、33.8%和77.4%, 而反演细胞密度的平均RRMS为83.6%、83.9%和136.4%。因高光谱辐射计可以获取每小时或者更短时间尺度的数据, 因此, 装备了高光谱辐射计的光学浮标可用于赤潮监测与预警系统。     

高光谱影像反射率反演方法的研究

高光谱影像的反射率反演对于高光谱数据的定量化应用非常重要。介绍了三类应用于高光谱影像的反射率反演方法,比较了相关的优缺点,实现了经验线性法,并给出了试验结果。     

基于PSR模型的珠江口海域富营养化特征与评价

本研究依据2020年4月(春季)和2020年10月(秋季)珠江口海域的调查数据,根据“压力-状态-响应”(PSR)模型对珠江口海域进行富营养化状况评价,并通过主成分分析以及相关性分析来说明各环境因子对珠江口富营养化的影响。结果表明：在“优、良、中、差、劣”5个富营养化等级中,珠江口PSR综合评价等级为“差”等级,近几年内变化趋于稳定。有机污染物与营养盐对珠江口富营养化的影响较大,其次为叶绿素a和溶解氧。珠江口营养盐与盐度呈显著负相关,与叶绿素a呈显著正相关。周边城市的陆源排放输入是导致珠江口富营养化的主要因素,河口稀释混合作用以及浮游植物对珠江口的富营养化程度有影响。     

夏季珠江口海域海水CO2分压的卫星遥感反演

基于控制因子分析的方法,本研究建立了夏季珠江口海域海水CO₂分压(pCO₂)的遥感反演模型。基于珠江水与黑潮水的两端元混合,建立了水平混合和热力学作用的量化模型,并生成了查找表。同时,建立了基于黄色物质(含碎屑)吸收系数的盐度遥感算法,实现珠江口海域表层盐度的遥感反演。利用走航pCO₂和匹配的遥感叶绿素质量浓度产品,建立了生物作用的量化模型。通过集成水平混合和生物作用,最终实现夏季珠江口海域pCO₂的遥感反演。与走航pCO₂比较表明,仅考虑水平混合和热力学作用的遥感结果会显著高估,考虑生物作用后,遥感结果无论在量值和空间变化趋势上均与实测结果相符。此外,遥感反演结果表明,夏季珠江口近岸水域为CO₂的汇区,而离岸的陆架水域则为CO₂的弱源。     

珠江口海域环境污染研究进展

由于人类活动影响, 珠江口海域环境已受到较严重污染, 对该海域环境污染规律的研究也日益受到关注。本文对珠江口海域富营养化特征和持久性毒害污染物为主的污染规律研究进展进行了综述。结果表明, 过量的氮磷输入已导致水体高度富营养化, 富营养化是诱发该海域赤潮发生的重要因素, 水体层化和富营养化耦合导致局部海域出现底层季节性缺氧, 持久性毒害污染物主要在沉积物和生物体中富集, 柱状沉积物的记录反映出沉积物中污染物积累与近30年来珠江三角洲经济快速发展密切相关。最后指出, 当前和今后该海域环境污染急需加强研究的重要方向主要包括: 持久性毒害污染物在生物体组织中的传递过程和在食物链中累积规律、富营养化条件下的复合污染效应、污染物的微生物降解机制、污染控制策略等。     

珠江口海域春季富营养化现状与影响分析

随着珠江三角洲经济圈的迅速发展,珠江口海域环境污染日趋严重,于2014年春季对珠江口邻近海域进行环境现状调查,并通过因子分析法和聚类分析法就珠江口调查海域管辖城市和邻近区域的环境现状对珠江口海域环境污染的贡献率进行排序和分类.结果表明:珠江口调查海域营养盐污染较为严重,无机氮含量范围为0.213~1.963 mg/dm~3,平均值为0.888 mg/dm~3;活性磷酸盐含量范围为0.009~0.063 mg/dm~3,平均值为0.033 mg/dm~3.无机氮和活性磷酸盐在珠江口上游和中游均超过海水水质第四类标准,珠江口下游无机氮含量符合海水水质第四类标准,活性磷酸盐含量符合海水水质第二类标准.无机氮以硝氮为主,氨氮次之,亚硝氮含量最低.珠江口调查海域DIN/P变化范围为8.5~168.0,平均值为31.8;富营养化指数E变化范围为0.3~45.1,平均值为8.2,富营养化较为严重.来自广州、东莞、佛山、中山的四大口门排入的污染物对珠江口海域环境影响最大,其次是深圳西部海域沿岸和前海湾、深圳湾排入的污染物,最后是珠海、澳门和香港带入的污染物.从珠江口邻近海域环境现状对珠江口海域环境影响进行较为深入地分析和探讨,为珠江口海域环境的治理和修复提供一些意见和建议.     

The variations in optical properties of CDOM throughout an algal bloom event

For studies in bio-optical oceanography, visible light properties by classes of dissolved organic matter should be characterized. The regional adjustment of model parameters is one approach which is being widely used to refine bio-optical models. In the present study, buoy and laboratory data were acquired, and during the 15-day observation period an algal bloom event occurred. The absorption coefficient of CDOM at 443 nm, a_g(443), changed in the range of 0.09–0.35 m⁻¹ and 0.1–0.34 m⁻¹ for two depths, 0.32 m and 2.3 m., respectively, throughout the entire period. CDOM absorption was larger for bloom conditions than for non-bloom conditions. In addition, the fraction of CDOM in total absorption was higher during the bloom event than that of non-bloom conditions. The spectral slope of CDOM absorption, S_g, regressed over 400–500 nm, ranged from 0.015 to 0.0185 nm⁻¹ with an average of 0.0166 nm⁻¹. CDOM fluorescence intensity (Fcdom) was obtained using an internal Raman standard and varied over the range of 467.44–1538.23 in relative units. Variations in Fcdom showed a similar pattern to that of CDOM absorption. A robust non-linear relationship between Fcdom and CDOM absorption was found, with a correlation coefficient of 0.893, throughout the whole observation. An attempt to describe S_g with absorption showed a promising consequence that can be described with a negative correlation during the bloom, however, without any distinguishable tendency for non-bloom time span. A two-band ratio algorithm was also carried out for retrieving CDOM absorption. The variations in optical properties of CDOM may be related to the complicated environment in the estuarine waters, which may result from different sources of CDOM.     

珠江口磨刀门泥沙絮凝特征

本文利用激光粒度仪实测得到珠江口磨刀门河口2013年夏季悬浮泥沙现场絮凝及絮凝体特征,同时对比悬沙分散粒径和含沙量,研究表明:悬沙分散粒径平均值为27.9μm,现场实测絮团粒径平均值为91.6μm,表明磨刀门口外的悬浮泥沙絮凝现象显著;实测絮团平均粒径变化范围为13.0~273.8μm,小潮期间絮团粒径平均值为131.5μm,大于大潮平均值76.9μm;絮凝体粒径在垂向上的变化表现为由表及底先变大再变小。絮团体积浓度、沉速与粒径的关系在不同情况下有差异,体积浓度和絮团粒径在表层和中层有明显正相关关系,絮团沉速在大潮时刻随着粒径的增大而增大。综合分析影响絮凝的因素,得知在珠江口盐度对于絮团大小影响不明显;而流速大小的差异是影响大小潮之间絮团大小不同的主要因素。研究结果有助于了解珠江口细颗粒泥沙输移特性和相关生物化学过程。     

珠江口红树林基围养殖生态开发模式评述

起源于珠江三角洲的红树林基围(land-based enclosure)养殖传统模式是红树林可持续利用和生态开发范例之一。本文介绍了珠江口红树林基围养殖生态开发模式的3个个例: 仅存香港米埔红树林自然保护区的传统基围养殖运作历史和演变, 及其候鸟生境、养殖、观鸟、环境教育综合功能的实现; 珠海淇澳岛大围湾红树林传统和粗放式基围养殖试验和围内水位盐度等环境条件变化对红树林生长影响的研究; 伶仃洋东岸海上田园红树林海水种植-集约式养殖系统试验和红树林净化水质研究。在珠江口红树林保护管理及海域污染防治过程中建议重视红树林可持续利用模式的研究和推广, 建立新的基围养殖示范区, 大力推广红树林基围养殖的生态开发模式, 探索毁林养殖区红树林友好式整治模式, 改善红树林基围养殖技术提高养殖产量, 加强红树林基围养殖系统相关科学研究。     

珠江口及其邻近海域赤潮物种的生物多样性研究进展

珠江口是中国长江以南最大的河口,毗邻港珠澳地区,海域内营养盐含量丰富,浮游植物物种多样性高.伴随着珠江沿岸地区经济的飞速发展,珠江口海域富营养化问题日趋严重,导致赤潮灾害频发.许多研究学者已经对珠江口海域浮游植物,特别是赤潮物种进行了全面的调查研究.为了系统解读珠江口海域赤潮物种的组成和相对丰度的变化,本文利用公开发表...     

珠江河口的能量传播和能量耗散

建立了包括河网区、河口湾区和近海水域的ECOMSED-3D数学模型,计算了珠江河口的能量传播和能量耗散特征。研究表明:1)珠江河口能量来源受潮汐和径流共同作用,季节性变化明显;2)珠江河口存在若干高能耗区,其单位面积能耗率比上下游河段平均能耗率高1—2个量级,它们和一定的动力结构与地貌单元相联系。根据地貌特征和消能特点,可以划分为以下3种类型:门的高能耗区、曲折河段高能耗区和分汊汇流高能耗区。