基于串联深度神经网络的Chl-a浓度短期预报方法研究

以浙江海洋保护区2019年5月生态浮标监测数据为基础,对叶绿素a(Chl-a)与各理化因子进行Pearson相关性分析,发现研究海域的Chl-a与溶解氧和pH呈显著正相关(P=0.01),与硝氮和磷酸盐呈显著负相关(P=0.05)。在此基础上,建立了一种串联深度神经网络(DNN)的Chl-a短期预报模型,该模型以5层神经网络为基本单元,采用前后串联方式构建了拥有6个隐层的DNN。实验结果显示:DNN模型能够较为准确地预测Chl-a浓度短期变化趋势,24 h和48 h预报结果的RMSE分别为1.25μg/L和2.43μg/L,MAE分别为1.03μg/L和1.99μg/L,相比于浅层网络预测精度更高。     

春季海州湾临洪河口浮游植物粒级结构及环境因素

2017年4月作者对海州湾临洪河口海域16个站位的常规理化因子以及浮游植物粒级结构进行了采样和分析,结果表明:调查海域盐度和温度均值分别为35.2和11.2℃,均由近岸到外海逐渐增大;悬浮物质量浓度在3.4 mg/L～137.6 mg/L变化,均值为22.8 mg/L,由近岸到外海逐渐减少,水体逐渐清澈; pH均值为8.29,近岸低,外海高; DO均值为9.8 mg/L, COD在0.34 mg/L～6.55 mg/L变化,均值为3.42mg/L,DO和COD分布规律不明显;浮游植物粒级组成以微型与小型浮游植物为主,其叶绿素a质量浓度平均值与范围分别为1.48μg/L(0.68μg/L～3.13μg/L)、9.14μg/L(2.69μg/L～25.50μg/L),且呈现自沿岸河口向外海逐渐递减的趋势;而微微型浮游植物叶绿素a质量浓度平均值仅为0.27μg/L,且分布较不规律;小型浮游植物对浮游植物总生物量的贡献率最大,高达83.89%,微型及微微型浮游植物的贡献率分别为13.60%和2.52%;在相关性分析中,各项环境因子对小型浮游植物的分布有较大的影响,其中悬浮物、pH与小型浮游植物叶绿素a浓度表现出显著相关(P0.05),溶解氧、盐度与小型浮游植物叶绿素a质量浓度呈极显著相关(P0.01),微型、微微型浮游植物的分布与各项环境因子的相关性不明显。     

2018年秦皇岛风暴潮前后岸基站及浮标主要水质参数变化分析

对2018年8月秦皇岛风暴潮期间3个入海口岸基站及邻近海域浮标的监测数据进行分析,结果显示:风暴潮导致入海口水体中COD、总磷、总氮和氨氮含量均明显升高;风暴潮2 d之后,3个入海口邻近海域均发生赤潮,此次赤潮的发生与风暴潮导致陆源入海污染物骤然大幅升高有关。此次风暴潮导致秦皇岛人造河口、大蒲河口和七里海3个岸基监测站的COD监测日均值最高分别达到15.83 mg/L、8.70 mg/L和7.92 mg/L,约升高至前期的2倍、1.5倍和2倍;人造河口总氮变化不大,大蒲河口和七里海总氮升高30%左右;大蒲河口总磷变化不大,人造河口总磷为前期的3.5倍,升高幅度最大,七里海总磷为风暴潮之前两日的2倍,但未超过前一周的最高浓度;风暴潮当天及第二天,人造河口、大蒲河口、七里海氨氮日均值陆续达到最高,分别为2.34 mg/L、1.11 mg/L和0.12 mg/L,分别为风暴潮前两日的7倍、3.5倍和10倍。风暴潮过后,入海口临近海域发生赤潮,浮标监测到叶绿素a最高值为76.4μg/L,pH和溶解氧也大幅升高。分析表明,此次风暴潮导致的入海口污染物突然大幅升高为风暴潮之后的赤潮发生提供了充足的营养基础。     

黎安港海水和沉积物中叶绿素a含量及与环境因子的关系分析

在2019年6月和9月对黎安港海域9个站点进行水质和沉积物采样调查,研究叶绿素a含量在潟湖内的空间分布,并探讨叶绿素a含量与相关环境因子的关系,为黎安省级海草特别保护区的海草资源保护与恢复提供基础数据及理论研究。结果表明:水体叶绿素a含量时空分布不均匀。6月,水体叶绿素a含量变化范围为3.34μg/L~14.64μg/L,均值为6.36μg/L;9月含量变化范围为12.20μg/L~21.62μg/L,均值17.61μg/L。总体上9月高于6月,空间分布特征为西南和北部偏高,东南部海草区和南部的港口门区偏低。沉积物叶绿素a含量变化范围为0.12μg/g~31.95μg/g,均值为5.71μg/g,表层沉积物叶绿素a呈北高南低的分布特征,柱状样叶绿素a随深度增加基本呈下降趋势。Pearson相关分析结果表明,6月,水质叶绿素a与无机氮和活性磷酸盐呈显著正相关,与水温和透明度相关性不显著;9月,与无机氮呈显著负相关,与其他因子相关性不显著;沉积物叶绿素a与水深、有机碳、总氮有关;说明营养物质和水下光照条件是影响浮游植物生长的主要因素。     

长江口及其邻近海域叶绿素a分布特征及其与低氧区形成的关系

于2013年3月和8月研究了长江口及其邻近海域叶绿素a的分布特征,并对环境因子和长江冲淡水对浮游植物生物量分布的影响进行了探讨。结果表明,叶绿素a浓度在丰水期较高,平均值为5.18μg/L,最高值达32.05μg/L,现场海水出现变色现象;与同期历史资料对比分析,发现该海域叶绿素a浓度呈现出波动增长趋势。丰水期与枯水期叶绿素a的相对高值区均位于冲淡水的中部,122.5°E~123°E之间;丰水期在调查海域出现溶解氧低值区与低氧区,最低值仅为0.64 mg/L;发现低氧区出现位置北移、面积扩大和溶解氧最低值下降的趋势。底层溶解氧低值区分布与表层叶绿素高值区大致吻合,表明低氧现象与表层浮游植物的生长和现存量密切相关,在跃层存在的水体中表层浮游植物的大量繁殖易造成底层低氧区的出现。     

钱塘江河口浮游植物分布与环境因子的典范对应分析

2013年5月至2014年1月对钱塘江河口的浮游植物和环境因子进行了4个季度的航次调查,运用典范对应分析(CCA)技术对该海域浮游植物组成及与其他环境因子之间的关系进行了分析。主要结论为:钱塘江河口春、夏、秋、冬季水体中叶绿素a含量分别为0.48μg/L、0.83μg/L、0.77μg/L和0.51μg/L;浮游植物的总量以春季(444×105 cell/m3)最高,夏季(420×105 cell/m3)、秋季(405×105 cell/m3)次之,冬季(54×105 cell/m3)则显著降低;该海域主要浮游植物为硅藻,占浮游植物总量的87.5%~96.8%,优势种为中肋骨条藻和圆筛藻;浊度是控制该海域浮游植物种类的限制性因子,其次是温度,并在群落结构演替中发挥关键作用。与历史数据相比,该海域叶绿素a含量以及浮游植物细胞数明显降低,硅藻种类数减少了30%~50%,另外绿藻、蓝藻和甲藻的出现频率也明显增加,营养盐结构变化可能是浮游植物数量和种类变化的重要原因。     

2006—2007年夏、冬季浙东海域叶绿素a分布特征及其环境影响因子

为更清楚了解浙东海域浮游植物的初级生产力情况,于2006年8月(夏季)和2007年1月(冬季)在浙东海域28°00′～30°00′N、122°00′～127°30′E设置了3条调查断面,共布设25个观测站位,现场采用荧光连续法对叶绿素a进行测定,初步研究了该海域叶绿素a的空间分布特征,并探讨了水体温度、营养盐和浊度对叶绿素a分布的影响。结果表明:夏季,叶绿素a分布趋势为近岸(平均质量浓度为2.01μg/L)>外海(平均质量浓度为0.52μg/L),其主要垂直分布类型为递增型、递减型和单峰型;冬季,叶绿素a分布趋势为外海(平均质量浓度为0.50μg/L)>近岸(平均质量浓度为0.33μg/L),主要垂直分布类型为递增型、均匀型、单峰型和双峰型。夏季调查海域浮游植物叶绿素a平均质量浓度为0.93μg/L,明显高于冬季(0.46μg/L)。温度、营养盐和浊度是影响研究区夏、冬季叶绿素a分布的主要环境因子。     

2005～2007年厦门岛周边海域水体叶绿素含量的时空变化特征

利用2005～2006年每年5、8、11月份和2007年5、8、10月份厦门周边海域27个测站共9个航次现场跟踪监测资料,研究了该海域水体叶绿素含量的时空变化特征.结果表明：监测期间厦门岛周边海域表层水叶绿素a含量在0.28～28.55μg/dm^3之间,平均值为3.47μg/dm^3,平均占总叶绿素含量的70.4%;底层海水的相应值分别为0.29～18.69、3.36μg/dm^3和71.8%.表层海水叶绿素b含量在0.00～6.95μg/dm^3之间,平均值为0.78μg/dm^3;底层水的相应值分别为0.00～4.15、0.72μg/dm^3.表层水叶绿素c含量在0.00～8.13μg/dm^3之间,平均值为0.93μg/dm^3;底层水的相应值分别为0.00～5.51、0.83μg/dm^3.表、底层水叶绿素a含量的年际变化趋势相似,高峰值都出现在2006年,低谷值都出现在2005年,总体上呈逐年上升趋势.各年中叶绿素a含量的季节变化与某季节是否出现赤潮有明显的关系.在正常年份中,表、底层水叶绿素a含量季节变化曲线的峰、谷值较多出现在8月和11月;但出现赤潮时,则发生赤潮的当月（如2006年5月）一般都成为当年叶绿素a含量的峰值所在月.监测期间调查海域水体叶绿素a含量的平面分布较复杂,在正常情况下,尽管其各季的平面变化梯度差异明显,但仍大致呈西北沿岸水体的较高,向东南逐渐递减的分布态势,其高值区常出现在宝珠屿以西和九龙江口附近海域.但在发生赤潮时,其叶绿素a含量的平面变化增大,赤潮区水体的叶绿素a含量为高值中心.如2006年5月调查海域水体叶绿素a含量的平面变化大,出现赤潮的东南部海域的最高,九龙江口海域的次之,未观测到赤潮的同安湾和厦门西港大部海域水体的叶绿素a含量最低.     

基于水质浮标在线监测的米氏凯伦藻赤潮过程及环境因子变化特征分析

相较于船舶走航监测, 海洋水质浮标在线监测的优势在于能够获取目标海域长期、连续监测数据, 能更好地反映环境状况的动态变化。为了厘清米氏凯伦藻赤潮的发生、发展动态, 本文以2017年6月南麂附近海域米氏凯伦藻赤潮为例, 分析海洋水质浮标获取的连续监测数据, 探讨米氏凯伦藻赤潮过程叶绿素a和水环境因子动态变化特征及其与气象要素的关系。赤潮期间, 水温为22.8~26.0℃、盐度为28.8‰~31.8‰、气温为20.4~27.3℃, 该温盐范围均适宜米氏凯伦藻的细胞生长; 较高的光照强度能够支持较高的藻类细胞密度。Pearson相关性分析显示, 米氏凯伦藻细胞密度与叶绿素a浓度呈显著正相关; 溶解氧(DO)及其饱和度(DO%)、pH、水温、气温等环境因子与叶绿素a浓度呈极显著正相关, 盐度与叶绿素a浓度呈极显著负相关。向岸风生海流有利于藻种向近岸较高营养区域汇集, 为赤潮的爆发创造有利条件。赤潮过程中, 叶绿素a浓度、溶解氧饱和度、pH发生了协同变化, 据此特征可以开展赤潮短期预警。     

深圳海域红色赤潮藻赤潮在线监测数据变化及其成因分析

对2016年深圳大鹏湾海域红色赤潮藻(Akashiwo sanguinea)赤潮过程的浮标数据进行分析,赤潮期间叶绿素a最高达到123.0μg/L,DO和pH在赤潮期间显著升高,最高值分别达到19.78 mg/L和8.78;赤潮期间水温相对较低,变化范围为14.48~20.34℃。本次赤潮始发于盐田至大梅沙附近海域,并随潮流扩散至其他海域,前期水温升高对赤潮起到了促进作用,2016年2月营养盐(特别是氨氮)突然升高是本次赤潮的直接诱因。结合广东省近10年的赤潮发生情况,发现红色赤潮藻近几年已成为深圳及广东省海域的赤潮优势种。     

基于BP人工神经网络平潭海域赤潮叶绿素a浓度模型演算研究

以福建平潭海域为研究对象、以叶绿素a浓度为输出指标,根据2009-2018年赤潮期数据规律及2013-2017年海洋监测数据主成分分析结果,对拟构建的BP模型进行输入指标筛选,选定结果包括4个气象因子和4个水质因子。基于此结果,对2013-2017年的698组海洋监测数据中叶绿素a浓度进行归一化处理并进行模型演算,随机选取80%数据作为演算模型的训练样本,其余进行模型验证。通过交叉变换输入指标,寻求最优的输入节点组合,以气温、溶解氧浓度、日照时长指标为输入参数时,BP模型误差较小(均方根误差为0.05μg/L,平均绝对误差为0.03μg/L),演算结果精度较高(可决系数R~2=0.81)。以上结果表明,气温、溶解氧浓度和日照时长对叶绿素a浓度表征效果较好,可为平潭海域以叶绿素a浓度作为判定指标的赤潮预警研究提供参考。     

2009年湛江湾叶绿素a分布及其与主要环境因子的关系

2009-02—2009-11分4个季度调查了湛江湾叶绿素a的时空分布,并分析了其与主要环境因子的关系。结果表明,湛江湾海域叶绿素a变化范围为0.35～21.52mg/m3,年平均值4.47mg/m3;全海域叶绿素a呈现夏季(6.50mg/m3)>冬季(4.75mg/m3)>春季(3.58mg/m3)>秋季(3.01mg/m3)的季节变化模式;水平分布上,冬季的叶绿素a呈现由南三岛附近海域(即断面2和3)向外海和沿岸递减,春季、夏季和秋季呈现由外海向沿岸递减,年均值呈现由外海向沿岸递减的分布特征。主成分分析显示,湛江湾海域叶绿素a与pH、盐度呈极显著的正相关,与氨氮、硝氮、硅酸盐、磷酸盐和无机氮呈极显著负相关。以表征的叶绿素a为标准的水体营养状况评价结果显示湛江湾海域多为中营养或贫营养状态,与以营养盐和化学耗氧量为标准的评价结果不一,故湛江湾的水体营养状况评价需要综合多个因子考虑。     

茅尾海夏季海水与表层沉积物叶绿素a空间分布研究

根据2011年6月茅尾海生态环境调查资料,对该海域海水和表层沉积物中叶绿素a的空间分布进行了分析。结果表明,海水叶绿素a变化范围1.384~4.060 mg/m3,平均值为2.143 mg/m3,表层沉积物叶绿素a范围为0.006~0.740 mg/kg(湿重),均值为0.124 mg/kg;海水与表层沉积物叶绿素a均呈现自河口向南逐渐降低的空间分布特征。单位面积表层沉积物叶绿素a平均含量为上方水柱叶绿素a平均含量的129.44%,沉积物对该海域初级生产力有显著的潜在贡献。相关分析表明,海水和沉积物叶绿素a均与无机氮及底栖动物栖息密度呈显著或极显著的正相关关系(P0.05或P0.01)。     

九龙江河-海系统夏季浮游植物磷胁迫研究

采用群落水平和细胞水平碱性磷酸酶活性(APA)相结合的方法,研究了2010年夏季(6-7月)九龙江河-海系统(河流-河口-邻近海域)浮游植物的磷胁迫,结果表明,单位叶绿素a的APA在河流下游区[(48.80±14.69)nmol/(h.μg Chl a)]显著高于河口区[(10.60±15.58)nmol/(h·μg Chl.a)]和邻近海域[(23.54±25.41)nmol/(h·μg Chl.a)],表明河流区的浮游植物磷胁迫显著高于河口区和邻近海域.三个区域高比例的游离态APA表明该水域浮游植物已较长时间处于磷胁迫状态.细胞水平的浮游植物荧光标记结果显示,河口区(20％±20％)与邻近海域(38％±20％)无显著差异(P＞0.05),此结果与群落水平APA结果相一致;但河口-邻近海域浮游植物的标记比例显著高于河流下游区(9％±3％)(P＜0.05).     

基于MODIS/Aqua的胶州湾及青岛近海叶绿素a浓度年变化特征分析

利用2002-2013年MODIS/Aqua的Level 1B数据,经标准大气校正算法和叶绿素a浓度[chl-a]波段比经验算法(OC2M-HI),获得近12 a的胶州湾及青岛近海海域晴空的MOIDS/Aqua叶绿素a浓度。根据GOCI/COMS和MODIS/Aqua叶绿素a浓度产品在胶州湾及青岛近海交叉比较的结果[1],对2002-2013年的MODIS/Aqua[chl-a]进行了修正。基于修正后的MODIS/Aqua[chl-a]分析了胶州湾及青岛近海的叶绿素a浓度年变化特征。该海域的叶绿素a浓度大致呈现北高南低,湾内高于近海的特点,且每年空间分布趋势基本一致;近12 a的[chl-a]呈小的上升趋势,胶州湾的上升趋势大于青岛近海。胶州湾跨海大桥建设前,其附近区域叶绿素a浓度以0.47μg/L/year的趋势上升,基值为2.62μg/L;大桥开建及通车后,其附近叶绿素a浓度年变化趋势不明显,但基值明显增大(4.00μg/L)。     

黄海对台风“利奇马”响应的观测研究

2019年8月台风"利奇马"经过黄海海域,对海洋环境产生重要影响,本文利用QF103和QF111浮标观测资料分析了黄海海洋对台风的响应。结果表明:受台风影响,海面温度明显下降,海面水温降幅可达5℃;海面生态要素响应明显,海洋表层盐度、叶绿素a质量浓度(简称叶绿素a浓度)、溶解氧质量浓度(简称溶解氧浓度)均有明显升高,盐度升高约0.6,叶绿素a浓度的最大值可达1.4 mg/m³,溶解氧浓度最大值超过7.9mg/L。台风过境时的强风应力使表层流速明显增强,台风对海洋表层流的能量输入使得近惯性频带能量大幅增加,台风激发的近惯性流速最大振幅为0.15m/s,在垂直方向上具有第一斜压模态的特征;在黄海海域近惯性振荡衰减的时间尺度约为2.2 d。     

曹妃甸海域理化环境及营养现状研究

于2011年5月~2012年4月对曹妃甸海域的温度、盐度、透明度、溶解氧、化学需氧量、亚硝酸盐、硝酸盐、氨氮、活性磷酸盐、总氮、总磷、叶绿素-a、叶绿素-b、油类等理化因子和营养指标进行调查,根据调查结果进行分析,揭示了该海域理化因子的时空变化规律,对海域的营养状况进行评价,为曹妃甸海域生态系统的研究积累基础资料。结果表明,调查期间该海域溶解氧含量平均值为7.93mg/L,变化范围为3.64~11.08mg/L;化学需氧量含量平均值为1.03mg/L,变化范围为0.25~3.05mg/L;无机氮含量平均值为1.24mg/L,变化范围为0.02~6.05mg/L;活性磷酸盐含量平均值为1.75×10~(-2) mg/L,变化范围为0.10×10~(-2)~5.72×10~(-2) mg/L;叶绿素-a含量的平均值为5.60μg/L,变化范围为0.49~31.17μg/L;叶绿素-b含量的平均值为1.67μg/L,变化范围为0.31~6.81μg/L;油类含量的平均值为0.119mg/L,变化范围为0.000~0.680mg/L。N:P值均大于16,属于磷限制性海域;根据潜在富营养化评价模式,营养状态质量指数法评价模式,为磷限制潜在性富营养(ⅥP)且为富营养化水平;而通过有机污染指数计算结果来看,有机污染为中度污染。     

2016年夏季黄、渤海颗粒有机碳的分布特征及影响因素

本文根据2016年6-7月黄、渤海航次获得的调查数据,分析了黄、渤海海域颗粒有机碳（POC）的浓度变化、空间分布特征并结合盐度、叶绿素a、POC/PON、POC/Chl a平面分布特征和相关性分析,探讨了黄、渤海海域POC的来源和影响因素。结果表明:2016年夏季渤海海域POC平均浓度（500.2±226.5）μg/L,北黄海POC平均浓度（358.2±101.5）μg/L,南黄海POC平均浓度（321.0±158.1）μg/L,渤海海域POC浓度高于黄海,整个海域POC浓度表层高于底层。POC的平面分布特征为近岸高,外海低。调查海域表层POC/PON均值为8.89,POC/Chl a均值为182.52;中层POC/PON均值为8.87,POC/Chl a均值为179.56;底层POC/PON均值为9.41,POC/Chl a均值为178.80。黄海海域浒苔衰败对POC/PON与POC/Chl a影响较大。相关性分析结果表明渤海海域盐度、总悬浮物和叶绿素a与POC存在显著的相关性,是影响POC分布的主要控制因素。南黄海除表层POC浓度与盐度、总悬浮物和叶绿素a浓度有很好的相关性外,中层和底层POC浓度与盐度、总悬浮物和叶绿素a浓度不存在显著的相关性。渤海海域POC主要受陆源和浮游植物共同影响,浮游植物是POC的主要贡献者,而黄海海域POC受长江冲淡水、黄海暖流、苏北沿岸流、生物活动和底层沉积物等多种因素影响,其中苏北近岸和青岛外海,有机碎屑为POC的主要贡献者。     

胶州湾水质自动站周边水质及运行效果分析

据2016年胶州湾水质自动监测的数据结果,分析了水质变化趋势,并统计和评价其水质超标情况。结果表明:2016-04—11水质自动站海域溶解氧质量浓度和pH的日均值均达到二类海水水质标准,达标率为100%;活性磷酸盐年均值为0.023 mg/L,无机氮年均值为0.154 mg/L,以硝酸盐为主(64.9%);无机氮和活性磷酸盐超标率均为16.7%,而且集中在降雨量较大的8月、9月,营养盐指标超标基本与海泊河的淡水输入有关;叶绿素a质量浓度与溶解氧、pH和浊度呈显著正相关,浮游植物光合作用对该海域表层海水的水质参数影响较大;自动站监测和人工监测的营养盐在年际变化上呈现较一致的趋势,说明运用水质自动站监测该海域的营养盐变化趋势较为准确。     

基于近岸海域自动监测浮标的水华发生过程分析

利用位于广西廉州湾的自动监测浮标从2010年开始监控到的水华监测数据,分析水华发生前后溶解氧、pH、叶绿素等数据变化,结合气象、浮游植物密度数据,探讨不同赤潮藻增殖过程环境因子的变化规律,为赤潮机理及预警预报研究提供科学参考。廉州湾水华的叶绿素自动监测数据高值范围为24.5~77.0μg/L,浮游植物优势种为硅藻,浮游植物密度接近赤潮爆发的阈值。自动监测浮标能捕捉并监控到水华发生全过程,其长时间高频率的观测资料可有效应用于水华及赤潮的预警预报。不同藻种水华的自动监测数据变化具有差异性,在进行水华预警时应综合考虑叶绿素、溶解氧以及pH的变化。气象因素是水华诱发的因素,降雨过后,气温突升,风速小于等于三级时,可结合自动监测网络监测数据,发布水华预警。