南海北部海域叶绿素a浓度时空特征遥感分析

利用2007-2010年MODIS的L2级叶绿素a浓度产品作为数据基础, 对叶绿素a浓度年平均和月平均数据进行分级分区处理, 研究南海北部海域叶绿素a浓度时空分布特征及其与海洋环境因素的关系。初步研究结果表明:2007-2010年在南海北部海域叶绿素a浓度的高值区(>5.0 mg/m3)主要分布在广东省沿岸河流的入海口, 分布范围在夏季最大, 在春秋次之, 在冬季最小;叶绿素a浓度的次高值区(1.0～5.0 mg/m3)主要分布在海岸线到50 m等深线之间的海域, 分布范围夏冬较大, 能扩展到50 m等深线附近, 而春秋较小, 会退缩到50 m等深线以内;叶绿素a浓度的中值区(0.3～1.0 mg/m3)主要分布在50 m到100 m等深线之间的海域, 时空变化复杂;叶绿素a浓度的低值区(<0.3 mg/m3)主要分布在100 m等深线以外的海域, 其区域平均值夏季最低, 春秋次之, 冬季最高, 同时该区域叶绿素a浓度在春夏秋三季空间分布较均匀, 而冬季受季风和黑潮入侵影响空间分布较为复杂。南海北部海域海表叶绿素a浓度的时空变化特征与季风、沿岸河流、海流、海表温度等海洋环境因素的变化有关。     

南海北部水体叶绿素a浓度反演的生物光学模型

利用2003年至2005年秋季在南海多个航次的现场观测数据,研究了南海北部海区遥感反射率的变化,并分析了用于全球海洋叶绿素a浓度反演的OC2和OC4模型在本海区的适用性。结果表明,在南海北部海域,OC2和OC4模型高估了叶绿素a浓度,高估范围一般约在80%—200%之间,其中最高可达640%,即OC2和OC4模型并不适用于南海海域。在此基础上,根据现场实测的表观光学数据,利用遥感反射率比值(Rrs(433)/Rrs(555))与叶绿素a浓度的关系建立了两套能够精确反演南海北部海域叶绿素a浓度的本地化经验算法———算法1和算法2,并利用其对南海北部海域的叶绿素a浓度进行反演。结果表明,由本地化模型反演得到的叶绿素a浓度与实测的叶绿素a浓度具有较好的相关关系,其平均相对偏差分别为51%和53%,相关系数为0.75。     

南海北部夏季叶绿素a分布规律及影响因素

采用2002—2016年6—9月Aqua/MODIS叶绿素a产品分析珠江冲淡水在南海北部生态效应的季节及年际变化特征。6月来自陆源的营养物质在西南季风作用下向河口以东陆架区输运, 浮游植物增殖, 叶绿素a含量增大; 7月河口以东高浓度叶绿素a覆盖面积达到最大; 8月在减弱的珠江径流和环境风场共同影响下, 口门外海高浓度叶绿素a覆盖面积明显减小; 9月北部陆架区处于东北季风影响之下, 河口以西覆盖面积逐渐增大。通过线性回归分析可知, 珠江径流量是口门外海高浓度叶绿素a覆盖面积的主要影响因素, 且这种影响有一个月左右的滞后效应。显著大于(小于)多年平均的珠江径流量和环境风场等因素共同作用, 导致2008(2004)年表现为高浓度叶绿素a覆盖面积的极大值(极小值)年份。叶绿素a在南海北部陆架区的时空变化特征主要受冲淡水过程影响, 订正过的卫星叶绿素a产品可以用来讨论珠江冲淡水的季节及年际变化。     

南海北部秋季营养盐、溶解氧、pH值和叶绿素a分布特征及相互关系

通过2004年9月至10月对南海北部水域的现场调查,分析了表层海水中溶解氧、叶绿素a、pH值和营养盐等水质因子的空间分布分布特征,并讨论了它们之间的相互关系。结果表明:在南海北部海区的表层海水中,各水质因子在空间分布上大多呈现块状分布,且东西两侧的海水有较为明显的差异;海水中的溶解氧、pH值均表现出与海水温度相反的分布趋势;海水中的叶绿素a(Chla)和众多的水质因子表现出多元相关性,说明水体中浮游植物的生长繁殖是众多水质因子在南海北部综合作用的结果,而Chla和水体中亚硝酸盐的高相关性,说明南海北部水体中浮游植物的生长和亚硝酸盐有着比其他营养盐因子更为密切的联系。     

基于遥感数据对比南海和阿拉伯海夏季叶绿素a浓度

The South China Sea(SCS) and the Arabian Sea(AS) are both located roughly in the north tropical zone with a range of similar latitude(0°–24°N). Monsoon winds play similar roles in the upper oceanic circulations of the both seas. But the distinct patterns of chlorophyll a(Chl a) concentration are observed between the SCS and the AS.The Chl a concentration in the SCS is generally lower than that in the AS in summer(June–August); the summer Chl a concentration in the AS shows stronger interannual variation, compared with that in the SCS; Moderate resolution imaging spectroradiometer(MODIS)-derived data present higher atmospheric aerosol deposition and stronger wind speed in the AS. And it has also been found that good correlations exist between the index of the dust precipitation indicated by aerosol optical thickness(AOT) and the Chl a concentration, or between wind and Chl a concentration. These imply that the wind and the dust precipitation bring more nutrients into the AS from the sky, the sub-layer or coast regions, inducing higher Chl a concentration. The results indicate that the wind velocity and the dust precipitation can play important roles in the Chl a concentration for the AS and the SCS in summer. However aerosol impact is weak on the biological productivity in the west SCS and wind-induced upwelling is the main source.     

HY-1 CCD宽波段水色要素反演算法

利用2003年春季黄海、东海区现场实测数据,建立了HY1卫星4波段CCD成像仪水色要素反演算法.由于HY1CCD的宽波段特性阻碍了黄色物质的反演,因此反演的水色要素仅包括水体表层的总悬浮物、悬浮泥沙(SS)以及叶绿素a的浓度.现场遥感反射率光谱由ASD地物波谱仪测量,对于叶绿素a的浓度利用现场萃取荧光法测量,总悬浮物、悬浮泥沙由实验室滤膜称重法获得.反演算法的拟合相关系数均大于0.88,平均相对误差在40%以下.对反演算法进行了误差灵敏度分析,结果表明对于总悬浮物、悬浮泥沙和低浊度水体中的叶绿素a的浓度反演算法能够满足日常的业务运行要求,但是对于高浊度水体中叶绿素a的浓度反演算法对某个波段组合比较敏感,仍需要进一步探讨.     

HY-1C卫星海岸带成像仪叶绿素a浓度反演研究

叶绿素a作为最重要的水质参数之一,是评价水体富营养化和初级生产力状况的主要因素。我国海洋一号C（HY-1C）卫星海岸带成像仪（CZI）具有高时空分辨率的观测优势。本文基于东海和南海现场实测数据建立了HY-1C卫星CZI叶绿素a浓度反演模型并在实测水域进行反演,与MODIS叶绿素a浓度反演产品进行了对比验证,应用CZI叶绿素a浓度模型在珠江口、长江口、渤海湾水域进行了叶绿素a浓度反演示例试验。结果表明,叶绿素a浓度模型估算浓度与实测浓度相关系数为0.774 3,平均相对误差为24.58%,利用实测叶绿素a浓度对模型进行精度验证,相关系数达到0.993 9,平均相对误差为18.49%。模型在实测水域反演得到的叶绿素a浓度分布与MODIS叶绿素a浓度产品分布大体一致。在珠江口水域反演得到叶绿素a浓度空间分布为由西北向东南逐级递减,峰值出现在珠江口西沿岸。在长江口、渤海湾反演叶绿素a浓度空间分布均符合地理实情。研究表明HY-1C卫星CZI数据可应用于中国近海水色定量化研究。     

南海西北部夏季叶绿素a浓度的分布特征及其对海洋环境的响应

南海生态动力学过程复杂,尤其是夏季,在东南季风的影响下,南海西部的上升流、西北部东北向的离岸流对该海区乃至整个南海生态动力学过程都有重要的影响。根据1999—2003年的SeaW-iFS卫星遥感叶绿素a浓度数据,结合2004年在南海北部海洋观测航次实测的叶绿素a浓度数据,分析了南海西北部夏季叶绿素a的分布特征;同时根据海表温度、风场、海面高度等卫星遥感历史资料,探讨了叶绿素a浓度的分布及其对环境因子的响应。结果表明,南海西北部夏季(6—8月)叶绿素a浓度的分布有显著的空间变化:在西部半径达500km低温、强风的半圆形海域范围叶绿素a浓度较高(>0.15mg.m-3),其中位于越南金兰湾东北部有一叶绿素a浓度更高的激流形带(>0.2mg.m-3);而在南海东北部夏季(6—8月)叶绿素a浓度明显偏低(<0.12mg.m-3)。叶绿素a的这种空间分布特征同季风等海洋环境因素之间有密切的关系。对比实测叶绿素a浓度显示,遥感叶绿素a浓度同实测叶绿素a浓度有很好的一致性。     

南海北部水体浮游植物比吸收系数的变化

在2004年9月南海北部开放航次中测定了51个站点的浮游植物比吸收系数aph^＊（A）。分析表明，aph^＊的数值和光谱分布都有较大的变化，且在沿岸和外海表现出不同的变化趋势。aph^＊的变化主要受色素打包效应和色素成分的影响。外海水体微微型藻类占绝对优势，而沿岸水体中微型藻类和大型藻类的比例相对增大，相应地色素打包效应增强，aph^＊减小。外海水体的aph^＊光谱分布随深度的增加呈现出一定的变化趋势，且在上层水体的蓝红比较高，反映出辅助色素含量的相对变化对比吸收系数的影响。aph^＊随叶绿素a浓度的增大而减小，两者之间呈现出较好的幂指数关系。     

基于DIEOF方法重构海表叶绿素a遥感缺失数据

以2007年1月到2010年12月的MODIS Aqua CHL-a Level 2海表水色产品为基础数据,获得南海北部海域海表叶绿素a浓度的月平均影像集,基于影像集数据的时空相关性利用DIEOF(Data Interpolating Empirical Orthogonal Functions)方法重构其缺失数据。通过分析重构前后数据变化、验证重构结果的时空特征、计算模型精度指标等对重构结果进行评价。研究结果表明:DIEOF方法重构的MODIS海表叶绿素a影像,能够体现研究区海表叶绿素a的时空变化特征,重构结果的复相关系数R2可达到0.98,平均绝对误差MAE小于0.01;该方法重构过程中无需先验信息,易操作,能够有效重构大面积成片缺失或缺失比例较高的影像。     

南海叶绿素a浓度垂直分布的统计估算

分析整理了1993—2006年近10 a南海北部海域、南沙海域和南海其他海域的叶绿素a浓度历史航次调查资料,基于前人提出的全球叶绿素浓度垂直分布的统计分析模式,根据南海表层叶绿素a浓度大小的不同分级,对南海叶绿素a浓度进行了参数化处理,拟合估算了南海各水层剖面的叶绿素a浓度分布值,并结合不同海区的环境特征,分析了南海叶绿素a浓度垂直分布与其海水物理环境的关系。初步分析结果表明,叶绿素a浓度随深度垂直变化的拟合曲线呈一定倾斜的正态分布特征,当表层叶绿素a浓度较低时,作为南海深水海盆区的代表,拟合值更接近实测平均值的分布,叶绿素a浓度高值集中在次表层剖面上;当表层叶绿素a浓度较高时,作为近岸区和河口区的代表,高值多集中在表层海水,拟合误差偏大。该统计估算模式对于揭示南海叶绿素a浓度垂直分布结构进行了有益的尝试,为发展适合不同海区特点的模式以及校正参数奠定了基础。利用该模式与海洋水色卫星遥感数据有效结合,将对南海叶绿素a浓度时空分布格局的研究具有重要的意义。     

基于HJ卫星的近岸Ⅱ类水体叶绿素a浓度定量遥感反演研究——以滦河口北部海域为例

为验证环境卫星影像在近岸Ⅱ类水体中叶绿素a浓度反演的适宜性,获得适合滦河口北部近岸海域的叶绿素a浓度的高精度反演算法,基于HJ-1A CCD2影像数据和现场同步实测数据,构建、验证并确立适合研究区叶绿素a浓度反演模型。结果表明:HJ-1A CCD2卫星可用于水文情况较复杂的近岸Ⅱ类水体叶绿素a浓度的反演研究;最佳波段组合（B3/B1）构建的倒数模型,可反演叶绿素a浓度。结果显示叶绿素a浓度整体由近岸向内海方向逐渐减小,自北向南逐渐降低,并在河口处形成向外海突出的高值区;叶绿素a浓度最大值出现在金山嘴南侧,为25.0 μg/L。离岸叶绿素a浓度最小值出现在滦河口以东约13.2 km处,仅4.6 μg/L;近岸叶绿素a浓度最小值出现在滦河口附近,约为11.0 μg/L。该研究可为相关研究提供技术参考,研究成果可为当地政府科学管理海洋环境、制定海洋政策提供决策依据,为该海域可持续发展提供数据支持。     

台湾海峡中、北部夏季叶绿素a分布与上升流的关系

根据１９８７年夏季（７月）的调查结果，讨论了台湾海峡中、北部叶绿素ａ的分布与上升流存在的密切关系。在调查海区，高叶绿素ａ含量均处于福建沿岸低温、高盐的上升流区。其垂直分布的最大值在１０—２０ｍ层之间，与上升流锋层的位置相吻合。文中还讨论了该海区沿岸上升流的中心位置及上升流的成因。     

台湾海峡北部冬季水文特性对叶绿素a分布变化的作用

营养盐是限制浮游植物生长的主要因素之一 ,但在冬季 ,温度也是浮游植物生长繁殖的控制因素。台湾海峡北部的水文情况复杂 ,低温低盐高营养盐的沿岸水与来自台湾海峡南部的高温高盐低营养盐水相互消长［１］,必定影响海区内营养物质及温度的分布及变化 ,这势必对海区浮游植物的生长及叶绿素ａ的分布和变化起到重要的控制作用。本文根据１９９８年２月在台湾海峡北部的调查资料 ,研究了海区内重要水文特征对于叶绿素ａ分布变化的作用。１材料与方法１９９８年２月 ,福建海洋研究所与厦门大学联合在台湾海峡北部进行了综合性海洋调查。观测站…     

南海东北部基于标准经验算法的遥感叶绿素a反演结果比较分析

比较了2000年夏季邻近珠江口的南海东北部海区海洋水色传感器SeaWiFS遥感与走航叶绿素a(Chla)的分布,着重对比在运用Ruddick的浑浊水体大气校正方法的条件下OC2,OC4和OCTSC的3种标准经验算法反演的SeaWiFS遥感Chla与实测Chla偏离的相对程度。结果表明,3种产品都能够反映Chla从近岸向远岸降低的空间分布特征,但从近岸到远岸划分3个子区域分别对遥感与走航Chla求均值比较的结果表明。OC4产品偏离实测Chla分布的程度明显小于其他2种产品。此外3种产品的Chla频率分布差异显著。这一结果可以为选择适用于该海域海洋环境变动研究的SeaWiFS Chla标准产品提供参考。     

夏季南海西部中尺度物理过程对营养盐和叶绿素a分布特征的影响

通过对2014年8月31日-9月26日国家自然科学基金委南海西部综合航次的调查结果分析,发现在中南半岛沿岸海域存在具有低温高盐的冷涡和位于其东南部海域具有高温低盐的暖涡。相对于暖涡和其他海域,冷涡水团含有更高的营养盐,并在50 m、75 m和100 m层增加明显,DIP分别高0.21 μmol/L、0.39 μmol/L和0.23 μmol/L,DIN分别高4.94 μmol/L、7.56 μmol/L和3.76 μmol/L,DSi分别高2.55 μmol/L、5.25 μmol/L和3.46 μmol/L,说明冷涡对提高初级生产力具有明显的营养优势条件和巨大潜力;叶绿素a最大值均出现在50 m层,其中以海南岛近岸海域最大,冷涡在25 m层提高初级生产力明显,主要是受营养盐影响显著;而在75 m、100 m层可能受到冷涡带来的低温环境而导致叶绿素a含量不高。     

南海海域叶绿素浓度分布特征的卫星遥感分析

介绍了第二代海洋水色传感器SeaWiFS资料的特点汲其基本处理方法，海水叶绿素浓度提取方法，对南海域表层海水叶绿素浓度分布的时空变化特征及其与营养物质和南海环流的关系进行了初步分析。     

南海北部次表层叶绿素最大值年际变化特征分析

次表层叶绿素最大值(subsurface chlorophyll maxima, SCMs)广泛存在于全球各海域, 该最大值层往往具有较高的海洋初级生产力和新生产力, 因此研究其年际变化特征对深入理解气候变化影响下海洋生态系统变化有重要意义。本文采用一维物理-生态耦合模型(one-dimensional physical-biological coupled model, MEM-1D)较好地模拟了1994—2019年南海北部海盆区海温、盐度、营养盐和叶绿素的垂向分布, 并采用3种统计方法, 分别从整体趋势、不同时间尺度及显著变化三方面分析了SCMs特征因子(强度、深度和厚度)的年际变化特征。总体而言1994—2019年SCMs强度整体减小趋势较弱(趋势斜率S<0), 具体表现为先减小(1994—2004年)后增大(2005—2012年)再减小(2013—2019年), 其中1999—2004年显著变小; SCMs深度呈变深趋势(趋势斜率S>0), 1994—2011年逐渐变深, 之后逐渐变浅, 但变化不显著; SCMs厚度整体呈增大趋势, 1999年起显著变大。相关分析发现, 海表面温度在年际变化上与SCMs特征因子间不存在相关性(P>0.05); 海表面温度对SCMs的影响主要表现在季节尺度上, SCMs深度和强度均与海表面温度呈一致性变化。季节性差分自回归滑动平均模型对SCMs三个特征因子的拟合效果较好, 平均绝对百分比误差分别为5.33%(强度)、0.62%(深度)、2.49%(厚度), 模型可用于对SCMs特征因子变化趋势的预测。     

CMODIS资料提取叶绿素a浓度的反演算法研究

中分辨率成像光谱仪(CMODIS)是我国“神舟3号”飞船上对地观测主载荷,是我国第一台上天的具有测量海面叶绿素a浓度能力的成像光谱仪.利用宽视场海洋水色扫描仪(SeaWiFS)反演叶绿素a浓度作为参考值建立CMODIS资料处理模型,得到三个基于蓝绿波段比值法的叶绿素a浓度反演算法,平均相对误差分别为26.6%,24%和33.5%,均方根误差分别为1.16,1.15和1.23 mg/m3.在叶绿素a浓度反演误差允许范围小于35%的条件下,比值算法的适用范围为悬浮泥沙浓度小于5 g/m3的海区.悬浮泥沙的强散射作用导致比值算法在高悬浮泥沙浓度条件下产生高估叶绿素a浓度反演值的现象;在中低悬浮泥沙浓度的海区,悬浮泥沙和浮游植物对离水辐亮度的综合作用使比值算法存在低估叶绿素a浓度的趋势.