高生产力区LISST-100和OBS对悬浮颗粒物测量的比较研究

LISST-100通过激光前向散射测量32个粒径的悬浮颗粒物体积分数,OBS通过接受后向散射光强测量浊度,浊度反映水体浑浊程度,可用其变化代表悬浮颗粒物浓度变化。利用LISST-100和OBS于浙江外海高生产力区对悬浮颗粒物进行周日变化的同步观测,结果表明,浮游生物高生物量水体中,LISST-100能够测量出悬浮颗粒物体积分数的变化,由于颗粒物体积与其粒径成立方关系,其对于大颗粒物质变化比较敏感;OBS只能反映部分浓度变化,OBS接收的后向散射量强度取决于颗粒物后向散射截面的影响,因此对于小颗粒悬浮物质更为敏感,对大颗粒物质变化不敏感。无机小颗粒占优水体中LISST-100和OBS对于悬浮颗粒物的测量均较为理想。在悬浮颗粒物组分复杂的水体中,采用LISST-100有其优势,它可以获得不同粒径组分的体积分数,而OBS则适用于更小粒径范围的水体,主要是因为其对大粒径的浮游生物不敏感。     

基于二维连续小波变换的颗粒物数字粒径方法研究

对于海岸工程的研究而言,测定泥沙、砾石、卵石等颗粒物的中值粒径具有重要的研究意义。近年来,许多学者逐渐将统计学方法应用于分析泥沙等颗粒物的粒径大小及其级配分布,小波变换是该研究领域时新的统计计算数学方法之一。由于一维连续小波变换(1D-CWT)在估算颗粒数值粒径方面存在一定的局限性,本研究基于二维连续小波变换(2D-CWT),提出了新的颗粒物粒径统计学分析方法,用于估算筛分良好的颗粒物中值粒径。以玻璃珠、卵石块和砾石三类不同性质的颗粒物构建数字粒径实验分析样本,对新方法进行了测试和验证。研究表明基于2D-CWT的数字粒径分析方法能够快速、便捷地估算出筛分良好的颗粒物的中值粒径,且计算结果准确、稳定。相较于基于1D-CWT的数字粒径分析方法,2D-CWT方法在颗粒物数字粒径分析方面有着更高的计算成功率和更广的适用性。     

光衰减系数与悬浮颗粒物浓度的关系

海水中光合作用有效光强(PAR)的变化受多种因素影响,其中分布在海水中的悬浮颗粒物是造成PAR在水中衰减的重要因素之一,尤其是在风与潮混合作用较强的近海。已有的研究表明:PAR在水中是呈指数衰减的,并且在悬浮物颗粒物分布比较稳定时,光衰减系数k与悬浮物体积浓度线性相关。在生态模型中,往往需要利用k获得水下光强,而衰减系数k很难直接通过观测得到,因此本文目的就是建立衰减系数与悬浮颗粒物体积浓度的关系,后者可通过观测得到。经过对2个航次与2个定点观测数据的处理,得到了PAR衰减系数分别与所有粒径悬浮物颗粒物总体积浓度以及3种粒级(黏土、粉砂、细砂)悬浮物体积浓度之间的线性关系式,并且发现相对于细砂,较小粒径的黏土、粉砂的浓度能更好的表征PAR的衰减特性。     

黄东海海区悬浮颗粒物后向散射系数和后向散射比的空间分布规律研究

悬浮颗粒物在海洋光学特性中扮演着重要角色,后向散射系数是水色遥感反演中最主要的基础参数之一,因此对于悬浮颗粒物后向散射系数的研究具有重要意义。利用2003年4月黄东海春季航次测量的吸收、衰减和后向散射数据,研究该区域悬浮颗粒物后向散射系数和后向散射比的光谱特征以及空间分布规律。研究结果表明颗粒物后向散射系数光谱呈指数衰减且在垂直方向上与深度正相关;后向散射比的光谱具有波段特征;由于近岸颗粒物浓度大、粒径小,远岸颗粒物浓度小、粒径大以及湍流扰动的影响,导致后向散射系数和后向散射比呈现出在近岸海域较大而在远岸海域较小的空间分布规律。     

琼东水体后向散射系数与浮游植物生物量的关系模型*

海洋中光后向散射系数的变化包含了浮游植物生物量的信息, 可应用于卫星遥感和光学剖面观测平台获取海洋中大时空尺度-高分辨率剖面的浮游植物生物量变化特征。本文选取了琼东上升流影响下生物—光学变异性较为显著的海域, 基于2013年航次实测数据, 建立了颗粒物后向散射系数(b_bp)与叶绿素a浓度(Chl a)间的区域性关系模型。模型假定颗粒物后向散射系数由不随叶绿素浓度变化的固定背景值, 以及较大粒级(>2μm)和pico级(微微型, <2μm)两类浮游植物的后向散射贡献累加所得。采集的数据集进行了模型检验, 结果表明, 模型能很好地模拟琼东海域水体的b_bp与Chl a间的变化趋势, 性能优于常用的幂函数关系模型, 尤其在低叶绿素浓度范围, 很好地解决幂函数显著低估的现象; 琼东海域的b_bp和Chl a关系存在显著的水层变化, 底层后向散射固定背景值显著高于上层水体背景值, 表明底层受上升流的影响, 水体中不随Chl a共变的颗粒物浓度增大, 其后向散射相应增强; 叶绿素最大层的后向散射固定背景值显著低于上层其他水体的固定背景值, 后向散射固定背景值的贡献百分比约为21%~35%; 随着叶绿素浓度增大, 较大粒级的浮游植物对颗粒物后向散射系数的贡献也显著增大, 可达到50%以上, pico级浮游植物贡献稳定在40%附近。本研究的结果将为琼东海域浮游植物生物量的光学遥感、生物地球化学过程研究提供更为精确的区域性模型和基础支撑数据。     

基于声学仪器与粒径分析仪研究东海浮游动物昼夜垂直迁移过程

浮游动物的昼夜迁移活动与其种群变动和摄食节律紧密联系,浮游动物昼夜移动的研究已经成为种群动力学研究的一个重要组成部分。2013年夏季在浙江东部近海,结合声学多普勒流速剖面仪(ADCP)和激光粒径分析仪(LISST-100)等仪器进行了一次定点周日连续观测。通过声学反演方法,得到后向散射强度剖面的时间变化,结合LISST-100得到的水体悬浮物粒径谱,研究了浮游动物垂直迁移及其习性。分析发现了可能是精致真刺水蚤的一次昼夜垂直迁移过程,其在夜间进入跃层附近进食,白天蛰伏于底层低温高盐的台湾暖流水中,垂向迁移速度达到了0.05 m/s。LISST-100观测还发现在夜间跃层边界处大粒径颗粒聚集和100～150 μm大小的颗粒物的减少,水体中不同粒径的悬浮颗粒物有明显的昼夜变化节律,推测水体中不同层次生物群落结构存在昼夜差异。     

铝对海洋固氮蓝藻Crocosphaera watsonii生长及固氮速率的影响

大气沉降向海洋表层输入大量的铝,然而关于铝对海洋浮游植物的影响却少有研究报道。目前,铝对在海洋碳和氮循环中起着重要作用的固氮生物影响的研究还较少。文章以Aquil培养基(无氮硅营养盐)半连续培养单细胞海洋固氮蓝藻Crocosphaera watsonii,利用流式细胞技术和~(15)N同位素示踪法,研究铝(0、0.2、2和20μmol×L~(–1))对Crocosphaera watsonii生长和固氮作用的影响。数据表明,3个铝处理组Crocosphaera watsonii细胞大小、光合色素含量和光系统Ⅱ(PSⅡ)原初光能转化效率(F_v/F_m)都显著降低,生长速率和固氮速率明显受到抑制。结果表明,在营养充足条件下,铝对Crocosphaera watsonii生长和固氮具有抑制性作用。     

2013 年夏秋季黄、渤海悬浮颗粒物粒径分布特征

悬浮颗粒物及粒径是水质重要参数,研究其分布特征有助于加深对海洋生态环境的了解。利用2013年6月和2013年11月LISST-100观测数据,研究了黄、渤海区域悬浮物粒径和浓度的分布情况,浓度分布整体上近岸高远岸低,粒径分布呈现近岸细远岸粗的特征,季节分布特征明显。通过典型断面分析发现,悬浮物粒径和浓度随着水深变化明显,连续站数据分析结果表明,大风对底层颗粒物的再悬浮作用显著,潮流对悬浮物的时空分布有着重要影响;水体衰减系数随着体积浓度变化明显。此外,还研究了悬浮颗粒物粒径Junge分布在黄、渤海区域的适用性。     

2013年夏秋季黄、渤海悬浮颗粒物及粒径分布特征研究

悬浮颗粒物及粒径是水质重要参数,其分布特征研究有助于加深对海洋生态环境的了解。利用2013年6月和2013年11月LISST-100观测数据,研究了黄、渤海区域悬浮物粒径和浓度的分布情况,浓度分布整体上呈现近岸高远岸低的状况,粒径分布呈现近岸细远岸粗的特征,季节分布特征明显;通过典型断面分析,悬浮物粒径和浓度随着水深变化明显,连续站数据分析结果表明大风对底层颗粒物的再悬浮作用显著,潮流对悬浮物的时空分布有着重要影响;水体衰减系数随着体积浓度变化明显;此外,还研究了悬浮颗粒物粒径Junge分布在黄、渤海区域的适用性。     

中国近海非色素颗粒物的光学特性

非色素颗粒物是中国近海水体光学特性的重要影响因素。基于在中国近海海洋光学调查中获取的1355个站位的非色素颗粒物吸收系数数据,对非色素颗粒物440nm吸收系数ad(440)及其光谱斜率Sd进行了分析,研究表明:1)在封闭或半封闭海湾以及河口海域的ad(440)较其他海域明显偏大;2)ad(440)占水体440nm总吸收系数at(440)的百分比值分布特点与ad(440)的分布特点一致,即ad(440)越大,其对水体总吸收的贡献越大;3)Sd与ad(440)仅在两个海域表现出一定的弱负相关性,在其他绝大部分海域两者的相关性较弱。     

海洋荧光溶解有机物研究进展

海洋荧光溶解有机物(FDOM)是海洋有色溶解有机物中可产生荧光的组分,其理化性质对于海洋上层的水色遥感、光化学以及浮游植物的生产力和生态系统结构与功能等都有重要影响。总结了FDOM的3种荧光光谱分析技术及其特点,重点对其两种主要成分(类腐殖质和类蛋白质荧光物质)的荧光特性、分布变化以及来源、分布变化及其去除等进行了全面细致的综述,阐述了研究FDOM的海洋学意义,并对今后有待深入研究的重点问题作了展望。     

流式细胞仪在海洋生物学研究中的应用

流式细胞仪(flow cytometry,简称FCM)是一项集激光技术、电子物理技术、光电测量技术、计算机技术以及细胞荧光技术等为一体的仪器。研究对象为单细胞和其它生物颗粒。流式细胞仪主要由流动室和液流系统、激光源和光学系统、检测系统和分析系     

天然水体中悬浮颗粒物电泳性质的研究——Ⅱ.海洋有机物对悬浮颗粒物电泳淌度的影响

本文对天然水体中悬浮颗粒物的带电机理,特别是海洋有机物对颗粒物电泳淌度的影响进行了系统地研究.实验结果表明,海洋有机物(主要是富里酸FA)吸附到悬浮颗粒物上后,使得原来带有不同电荷的颗粒物均带负电荷;海洋有机物(FA)与Ca~(2+)、Mg~(2+)等金属离子共同作用的结果,使得原来电泳淌度差别很大的各种悬浮颗粒物变得相互很接近.实验结果还表明,海水中的氨基酸由于其浓度小,以及其本身的性质所限,因而对悬浮颗粒物的电泳淌度基本没有影响;起决定影响性作用的有机物是海水腐植质(FA).     

美国海洋观测系统分析

介绍了美国综合海洋观测系统(IOOS)和海洋观测站网计划(OOI),从组织建设的部门性质、建设重点、设计理论以及服务对象等方面阐述了二者之间的区别和联系,对我国海洋观测业务系统建设和引导海洋观测技术发展具有借鉴意义。     

基于高通量测序技术的北冰洋典型环境原生生物多样性研究进展

原生生物指可独立生存的单细胞或群体真核生物,其多样性高、结构功能复杂、分布广泛,是海洋微型浮游生物群落的重要组成部分,在维持海洋生态系统结构与功能中发挥着重要作用.早期使用显微镜、流式细胞术等传统方法对原生生物多样性的研究具有若干局限性,随着分子生物学技术的发展,测序技术(尤其高通量测序)为深入研究原生生物多样性、群落...     

海水水质监测技术市场分析

随着人们环保意识的增强,海水水质监测技术的社会需求也越来越广泛,越来越迫切。 水质监测的基本要素包括溶解氧、营养盐、悬浮颗粒物、人类病原体以及痕量金属、农药和放射性核素等工业污染物。全球海洋观测系统(GOOS)海洋健康小组委员会规定,海洋健康(HOTO)监测计划优先测量的基本海水水质(1类海水)要素包括:溶解氧、硝酸盐、悬浮颗粒物     

海洋气团对沿海城市大气环境影响与识别研究

本研究通过识别海洋气团特征及沿海城市大气受到海洋气团的影响方式与程度,为评价沿海城市空气环境质量提供科学依据。以青岛市为例,收集大气气溶胶样品中放射性核素~(210)Pb、40K数据及采集时段当地大气颗粒物数据;分析~(210)Pb活度浓度与气溶胶颗粒物浓度变化;对当地当时大气气团进行溯源分析。研究表明:(1)研究期间青岛沿岸地区2015年4月至2016年6月与2016年6月至2017年6月大气污染特征显著不同,前者~(210)Pb活度浓度与污染颗粒物浓度显著相关,而后者~(210)Pb活度浓度与污染颗粒物无相关关系;(2)穿越海洋的陆地气团呈现出高活度浓度、低颗粒物浓度的特征;来自海洋气团的气溶胶呈现出低活度浓度、低颗粒物浓度的特征;(3)海洋气团气溶胶中~(210)Pb活度浓度较低。临近大陆的海洋(黄海、东海)上层大气受到大陆气团的影响,其海洋气团的特征有所减弱。~(210)Pb活度浓度、颗粒物浓度(PM2.5)可作为判断海洋气团的指标,识别"来自海洋的气团"与"经过海洋的气团"。     

海洋模态在海洋水声学中的潜在应用前景

如同音分五律、光分七色一样,海洋中错综复杂的流速、声速剖面也可以分解成为数不多的经验正交海洋模态(empiricalorthogonaloceanmode)[1～5].以此为基础,20世纪80年代初在着名物理海洋学家Munk和Wunsch的倡导下,美国在大西洋实施了海洋声层析(oceanacoustictomography)实验.声层析技术最主要的潜力在于其观测的积分性质.每秒一次的声层析观测实质上是通过高速传播的声波对长距离内的物理量取积分,因此它能够在较大的时空尺度下求得活跃的中尺度涡旋场的平均值.     

南黄海和珠江口海区非色素颗粒物光谱吸收特性

文章对南黄海(ST03)和珠江口(ST07)海区不同季节的非色素颗粒物吸收光谱数据进行分析,通过分析404个站位的实测数据,得到非色素颗粒物吸收光谱的特点,结果显示两个海区夏季测量的吸收系数在特征波段(440 nm)的吸收值均小于其他季节测量的吸收值。同时,对非色素颗粒物吸收光谱经验斜率进行分析,ST03夏季Sd=0.009 1 nm-1(标准偏差=0.000 8 nm-1),ST03春季Sd=0.009 6 nm-1(标准偏差=0.000 7 nm-1),ST07夏季Sd=0.008 3 nm-1(标准偏差Sd=0.001 8 nm-1),ST07冬季Sd=0.009 7 nm-1(标准偏差=0.000 9 nm-1)。对获取的经验斜率进行验证,评价其在同一海区不同季节的适应性,结果显示经验斜率的应用效果良好。     

太湖水中可溶性有机质,悬浮质和浮游藻类色素的光学特性的测定

本文着重分析了分光光度计测定的太湖水体中悬浮质、可溶性有机质和浮游藻类色素在可见光波段(400nm—700nm)的吸收;讨论了对池塘及两种高等植物色素吸收的对比测定;并利用迭代回归方法对测试样品的散射效应进行了订正。结果表明:(1)可溶性有机质吸收在短波部分较强;并且随着入射波长的增大,吸收几乎呈指数律减小,减小速率比国外海洋中的测量结果小。(2)水中悬浮质对光具有较强的散射作用,散射系数约按入射波长呈倒数变化。(3)不同植物中的色素的吸收光谱有明显差异。此外,利用所测数据,本文还对冬季太湖水体的反射光谱和向下光照衰减系数进行了数值计算,表明该水体对入射光照的反射和衰减与纯净水情况有很大差别,目此,太湖水光学特性研究中必须考虑水中物质的影响。