乌梁素海水环境因子时空分布特征及富营养化评价

针对乌梁素海严峻的水环境状况,笔者监测并分析了2014~2016年的水质状况,采用综合营养状态指数法,选取TN、TP、SD、Chla、CODMn共5个水质因子评价了乌梁素海营养状态等级,采用Arcgis中Arctoolbox工具箱的“反距离权重”法插值生成乌梁素海水体营养状态空间分布图,结果表明:(1)CODMn浓度、TN浓度长期居高是乌梁素海面临的主要问题之一,各指标高污染物浓度主要集中在S1点位(污染物入口)及附近,湖泊南半部分水质明显优于北半部分水质;(2)从2014~2016年乌梁素海水质有所好转,乌梁素海2014年、2015年、2016年的综合营养状态指数分别为52. 64~68. 73、48. 19~65.29.33.16~68.47,研究结论可为当地湖泊管理部门提供理论参考。     

基于无人机与卫星图像的大型绿藻孔石莼(Ulva pertusa)遥感估算研究

卫星影像是监测海面漂浮绿藻的重要数据源, 但是混合像元的存在使得绿藻提取存在一定的误差。想要实现近海区域底栖绿藻的精细监测, 需要解决绿藻亚像素覆盖度的问题。本文以厘米级分辨率无人机数据的绿藻提取结果为基准, 通过分析Landsat卫星影像绿藻光谱, 建立绿藻亚像素覆盖度与多种植被指数和多个特征波段反射率的反演模型。结果表明, 蓝、绿、红波段反射率与绿藻亚像素覆盖度呈现较好的线性关系, 随着绿藻亚像素覆盖度递增, 蓝、绿、红波段反射率的值均递减。将蓝、绿、红波段的三种绿藻亚像素覆盖模型进行验证, 发现绿波段反射率所建立的反演模型具有更高的准确性, 决定系数、均方根误差、平均相对误差分别为0.92%、0.07%、10.85%。本文所建立的模型可以估算大型绿藻亚像素覆盖度, 实现Landsat卫星影像对大型绿藻的精细监测。     

螺类牧食损害对沉水植物群落结构的调节

提要在受控实验条件下,采用实验生态学的方法,研究了螺类(椭圆萝卜螺)牧食损害对人工构建的沉水植物群落结构的影响。结果表明,螺类牧食损害降低了沉水植物的相对生长率及人工构建的群落生物量,且植物的生长率及群落的生物量与螺密度间有显著的负相关关系。牧食损害使沉水植物群落结构发生了显著变化,随着牧食强度的加大,群落中马来眼子菜与苦草的综合优势比迅速下降,而轮叶黑藻与伊乐藻则稳步上升。作者对调节沉水植物群落结构的影响因素进行了探讨,认为植物种类的生长特性使伊乐藻与轮叶黑藻在与苦草及马来眼子菜的竞争中占优势,椭圆萝卜螺的牧食损害则加速了这种优势地位的取得。     

定常风场和吞吐流对乌梁素海流场的影响

风场和吞吐流是浅水湖泊运动的主要驱动力,影响着湖区污染物的迁移转化。基于二维非结构网格,构建了乌梁素海水动力模型。通过对比定常风作用下湖流的方向、环流的分布及形式与无风条件下的区别,模拟不同算例吞吐流作用下湖区流速及环流结构的差异,探究了定常风和吞吐流对乌梁素海流场的影响。结果表明:乌梁素海在无风条件下出现大面积的滞流区;风场会增加湖流的流速,影响区域主要在西大滩区、东大滩区及湖区南部明水区,产生明显环流,风场是乌梁素海主要的驱动力; SSW与ENE向风场作用下,典型区域产生的环流位置、形态结构相近,方向相反;吞吐流量的增加会增大湖区整体流速,对湖区流场形态、结构影响较小;定常风条件下,吞吐流量的增加(一定范围)会导致环流强度减弱。研究结果为乌梁素海营养盐、污染物质输移规律研究奠定基础。     

乌梁素海结冰过程中总磷的迁移过程研究

以内蒙古乌梁素海为研究对象,测量不同冰厚时冰体与其对应冰下水体的总磷(TP)含量,探究结冰过程中TP在冰-水界面及冰体内部的迁移过程。结果表明:水体中TP的均值含量是其对应冰体内的1.51倍,即乌梁素海结冰过程中具有排磷效应,根据固-液平衡理论对乌梁素海结冰过程中磷的迁移作出了合理解释:当温度低于低共熔点温度时就会发生共晶转变,此时湖水中将有H2O(s)和TP(s)同时析出。在冰体内部,因冰盖和昼夜温差的影响,使上层冰体的TP含量大于中下层冰体,且TP随着排磷通道在冰体内部迁移,由于冰盖厚度的改变使冰生长速率发生变化,导致冰体内部及冰-水界面处TP的迁移通量发生改变     

11种沉水植物的生产力

本文报道了应用铂金电极自动测氧装置和碘量测氧法对常见的11种沉水植物生产力测定的结果。植物净产量[mgO_2/(h·0.5g鲜重植物)]较高的是水车前、马来眼子菜、黄丝草和菹草,分别为0.85,0.80,0.73和0.65;1小时光合率较高的是水车前、菹草、黑藻和马来眼子菜,分别为2.76％,1.46％,1.07％和0.99％。生产力最低的是黄花狸藻(一种食虫水生植物)和大茨藻,其净产量分别为0.16mgO_2/(h·0.5g)和0.18mgO_2/(h·0.5g);其1小时光合率分别为0.48％和0.68％。     

海洋硫酸多糖几种脱硫方法的比较研究

以κ-卡拉胶(硫酸基含量25.1％,分子质量83.1 kD)为原料,研究了二甲基亚砜-甲醇法(DMSO法)、三甲基氯硅烷法(CTMS法)以及苯并四甲酸-三氧化二锑法(PMA法)对其脱硫后多糖样品的得率、硫酸基含量及分子质量的影响.结果表明,κ-卡拉胶经三种方法脱硫后,样品得率分别为45.3％、50.6％和62.0％,脱硫率分别为42.2％、48.6％和82.8％,分子质量分别为15.7、22.3和4.75 kD.通过红外光谱和硫酸基含量分析表明,PMA法脱硫效果优于DMSO和CTMS法.PMA法不仅对κ-卡拉胶有效,而且适合于l-卡拉胶、λ-卡拉胶和岩藻聚糖硫酸酯的脱硫.     

不同营养状态下3种沉水植物的生理响应

通过静态模拟实验,比较研究了不同营养水平(贫营养、中营养、富营养、重富营养)培养的苦草(Vallisneria spirolis)、伊乐藻(Elodea nattalii)和金鱼藻(Ceracophyllurn dernersurn)的过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性及丙二醛含量变化.研究发现,3种沉水植物的过氧化物酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性及丙二醛含量均随N,P浓度的增加而上升;3种沉水植物的丙二醛含量均随时间延长而上升,POD活性随时间变化呈先上升后下降的趋势;苦草和伊乐藻的SOD活性及伊乐藻CAT活性随时间延伸呈下降的趋势;金鱼藻的CAT活性随时间延伸呈上升的趋势.     

基于FTF/T-R法的水体后向散射系数测量方法研究

文章给出了一种利用FTF/T-R方法的操作原理并结合算法获得水体悬浮颗粒物后向散射系数的方法.通过该方法对藻类样品和悬浮泥沙样品的后向散射系数进行测量,样品的转移效率超过92.2％,悬浮泥沙样品后向散射系数光谱曲线呈现幂指数曲线特征.利用该方法对标准颗粒物进行测量,其实际测量值与理论计算值的对比结果显示:380～480nm波长范围内,两者的相对标准偏差为21％,480～565nm两者的相对标准偏差为9.7％,565～680nm实测值大于理论值,证明该方法对于测量水体后向散射系数是一种可行的方法.     

水下光谱辐射计光学特性的测试与分析

为适应高精度水下光学测量的需求，设计研制了多通道水下光谱辐射计。该辐射计可同步测量12波段的下行／上行光谱辐照度和7波段的上行光谱辐亮度。对该辐射计的主要性能指标，如余弦响应特性、浸没因子、光谱辐射精度、稳定性和重复性进行了室内测试和分析，用MonteCarlo方法模拟了阴影误差，给出并分析了现场实验数据及部分推导的物理量。结果表明，该光谱辐射计各波段的中心波长和带宽偏差小于1．6nm，稳定性优于5％，阴影误差可控制在5％之内，具有良好的余弦响应特性，满足当前定量化水色遥感现象光辐射测量的技术要求。     

乌伦古湖水生植被研究

于1987年7月和1989年7,8月对乌伦古湖水生植被及其生态环境作了调查。结果表明,水位回升扭转了水生植被的退缩趋势,新生滩地上次生植物群落的形成使得Ⅳ区以北的水生植被总面积由1985年的813ha增加到1989年的4365ha,总储量由7700t增加到41750t。芦苇占现有植被区面积的81％。和总储量的68％。现有水生植被正处在迅速演变之中,随着植被的发育,植被总面积将会减小到3500ha左右,但总储量将会逐年增加。植被现有生产力约58955t,对渔业和环境十分重要,应加强对其开发利用。     

Effects of fluctuations in water level and growth of Lagarosiphon major on the aquatic vascular plants in Lake Rotoma, 1973–80

Fluctuations in water level and the growth of the introduced exotic Lagarosiphon major (Ridley) Moss have significantly influenced the submerged vegetation of Lake Rotoma over the period 1973–80. Low lake levels temporarily reduced the proportion of native vascular plants by removing available shallow‐water habitats through erosion, siltation, or desiccation. High lake levels have allowed native vascular plants to re‐establish from seed and rhizomes. Fluctuations in water level appear to have reduced the long‐term replacement of native species by L. major, which has none the less spread progressively around the lake. Water‐level fluctuations enhanced its rate of fragmentation, and thus its dispersal and establishment. The annual increase in the proportion of L. major has been primarily at the expense of the shallow‐water characean algae, but also partly by competitive displacement of native vascular plants. The southwest inlet of Lake Rotoma had an exceptionally high plant density, with up to 3518 g/m² dry weight of L. major (believed to be a world record for submerged plant biomass); this is attributed to local enrichment and protection from wave exposure.     

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。     

Spread and status of seven submerged pest plants in New Zealand lakes

The distribution of seven submerged aquatic pest plants is reported. Lake vegetation surveys recorded pest plants in 27.9% of 344 lakes, with two species co‐occurring in 5.8%, and three species in 2.6% of lakes. Egeria densa was most frequent (15.4% of lakes), followed by Ceratophyllum demersum (9.0%), Lagarosiphon major (7.3%), and Utricularia gibba (5.5%). Spread since 2000 has continued for five pest plants, with 34 lakes invaded by U. gibba over 2004–08 alone. Early regional sites in proximity to human population centres were likely plant liberations and numerous potential founder colonies remain in garden ponds. Human activities were important for inter‐lake dispersal, with the exception of bird‐dispersed U. gibba. Significant lake associations between pest plants, and with presence of six exotic fish species, suggest common dispersal pathways and similar introduction risks. Therefore, predictions of future spread should be possible based on sources, dispersal pathways, and identifying key risk factors for lakes.     

江苏近岸海域HJ CCD影像悬浮泥沙遥感反演

基于2012~2014年期间江苏近岸海域实测遥感反射率、悬浮泥沙浓度及HJ CCD数据,建立该海域HJ CCD影像悬浮泥沙遥感反演模型。通过研究水体实测反射光谱特征,确定对悬浮泥沙浓度变化的敏感波段,并与悬浮泥沙浓度进行函数拟合分析。结果表明:将HJ CCD Band3的等效遥感反射率、HJ CCD Band3与Band2等效遥感反射率的比值分别作为敏感因子,并采用对数函数模拟低值区、指数函数模拟高值区获得的叠加模型表现最为突出。通过卫星应用发现,第2、3波段比值模型的遥感反演结果与实际情况相符,可有效削弱大气校正、表观反射率到遥感反射率的转换方法以及HJ CCD辐射分辨率较低等一系列问题的干扰,为江苏近岸海域HJ CCD悬浮泥沙遥感反演的最优模型。     

滆湖北部人工地形重塑下风浪场变化研究

风浪是影响浅水湖泊物理生境环境重要的水动力要素之一。基于滆湖实测风浪数据, 建立了滆湖风浪模型, 验证结果表明模型可以较好模拟滆湖风浪随风场变化情况。在此基础上开展滆湖北部水域在人工地形重塑工程实施后的风浪变化情况分析。结果表明, 不同季节盛行风下, 风浪强度和湖底扰动强度均有一定程度的衰减, 这有利于水体透明度和水底光照条件的改善。风浪强度的衰减使得具有有利于水生植物生长与发育风浪条件的水域面积显著扩增。人工地形重塑的实施, 有利于滆湖北部水域水生植被物理生境环境改善, 从而为滆湖北部水域水生植被的修复提供较好的环境支撑, 也为其他浅水湖泊地形重塑工程的实施提供借鉴。     

基于南海北部海区浮游植物吸收光谱斜率变化的粒级结构反演

浮游植物的粒级结构是一个重要的生物参数。基于南海北部海区不同水体环境下测量的生物光学数据, 作者深入研究了粒级结构对浮游植物吸收光谱的影响。结果表明, 选择443和510nm波段计算得到的浮游植物光谱斜率S对粒级结构的变化具有较高的敏感性, 其随着小型浮游植物比例的增大呈不断增加的趋势。S与水体叶绿素a浓度、浮游植物吸收系数(aph(443))之间表现出明显的正相关特征。以40%为界对不同粒级浮游植物的优势进行定义, 发现在S与叶绿素a浓度、aph(443)的关系分布中小型(Micro)和微微型(Pico)浮游植物占据优势的水体表现出较为明显的分界, 叶绿素a浓度和aph(443)分别在0.70mg•m-3和0.05m-1附近, 相应的S在0.0004(m•nm)-1左右。基于实测数据建立的遥感反射率蓝绿波段比值与S之间的统计关系, 决定系数高达0.91, 为从水色遥感数据反演浮游植物粒级结构提供了重要手段。     

Atmospheric correction scheme for GLI with absorptive aerosol correction

The present study proposes an atmospheric correction scheme for Advanced Earth Observation Satellite II (ADEOS-II)/Global Imager (GLI) ocean color retrieval that corrects for the atmospheric absorptive aerosol effect. Radiative transfer simulations were conducted assuming a non-absorptive model aerosol with a soot-type aerosol at various mixture ratios. The results indicate that while the spectral dependency of aerosol reflectance does not change in the longer (>550 nm) wavelength region, the reflectance at shorter wavelengths is highly variable and depends on the mixture ratio. The influence of aerosol absorption was also investigated using GLI data from ocean areas adjacent to Japan in the presence of absorptive Siberian fire smoke aerosol in the spring of 2003. The spectral curvature of the aerosol was estimated from the data obtained. An empirical, iterative scheme that detects and evaluates the influence of absorptive aerosols was developed by comparing 380 nm GLI-observed aerosol reflectance with predicted reflectances derived using an in-water optical model. To evaluate the performance of this scheme, satellite-derived normalized water-leaving radiances were compared with those measured from a ferry servicing Nagasaki and Fukue. The results of data acquired on March 20, 2003, indicate that this absorption correction scheme improved root mean square estimation error for normalized water-leaving radiance by approximately 40% in the 380, 400, and 412 nm bands. This atmospheric correction algorithm was used as a part of the second version of the GLI standard ocean color data process system at Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA).     

洱海生态环境恶化及综合治理对策研究

由于７０年代中期西洱河电站建成发电引起洱海水位下降，加之流域植被破坏，水土流失及酷渔监捕，不合理引种等原因，使洱海生态环境发生了变迁。湖泊面积缩小５％左右，容积减少１４％左右；浮游动植物，底栖动物的种群结构，数量发生明显变化；土著鱼种类和数量急剧减少；水在维管束植物覆盖面积达２７％，生物总量达５６．３万ｔ。为此提出保持水位植树造林，控制点，面源污染，适度捕捞及加强管理等综合治理对策。