基于MODIS影像的2016—2017年东海赤潮高发期水体时空分布及其气象控制因子分析

近年来,东海区域赤潮灾害频发,对沿海地区的经济发展和海洋生态环境造成了极大的破坏。本研究基于赤潮暴发年2016—2017年夏季MODIS影像数据,采用半经验多光谱识别算法对东海夏季赤潮暴发期的水体类型分布特征进行反演。结果表明,赤潮高发期东海水体类型从近岸向开阔海域呈现浑浊水体 赤潮水体 混合水体 干净水体的时空分布特征。其中,硅藻和甲藻赤潮水体在空间分布上具有相互演替变化的特征。此外,通过对浙江省近岸的大陈站、石浦站和嵊泗站3个站点的气象因子进行主成分分析发现,气温、风速和天空云量对赤潮的生消演替起着积极的促进作用。     

胶州湾女姑山水域夏季赤潮高发期浮游植物群落结构特征

根据 1998年 5～ 8月夏季赤潮高发期间 ,胶州湾女姑山水域浮游植物群落结构的种群组成特征和演替变化对赤潮的发生和种群变动特点进行初步研究。结果表明 ,夏季女姑山水域的浮游植物主要由硅、甲藻组成 ,硅藻在细胞和物种丰度上都占优势。浮游植物优势种在调查期间出现明显的演替现象 ,水温的升高和营养条件的变化是引起物种演替的主要原因。浮游植物细胞丰度在夏季呈明显的增长趋势 ,从 5月份 6.3× 10 5个cell/m3 增至 8月份的 6.7× 10 6个cell/m3 ;其中 ,由于赤潮的爆发 ,细胞丰度的最高峰出现在 7月份 ,为 1.5× 10 7个 /m3 。在赤潮爆发期间 ,赤潮原因种高齿状藻和中肋骨条藻发生了明显的演替现象 ,不同细胞大小的优势种和营养条件的变化是发生物种演替的主要原因。叶绿素a的浓度和细胞丰度的变化共同反映了赤潮发生的全部过程。     

东海赤潮高发区水体光谱吸收特性分析

赤潮是海洋中一种复杂的生态异常现象。赤潮的爆发,不仅严重影响近海景观,破坏水产养殖,危害人体健康,还对海洋生态平衡造成破坏,给人类造成惨重经济损失。近年来,在我国的赤潮观测记录中,赤潮的年发生次数逐渐增加,且面积不断增大,因此,对赤潮的发生发展机理及预测治理研究是科学家刻不容缓的研究课题。赤潮发生时,赤潮生物大量聚集,使水体颜色发生明显变化,进而赤潮水体的光谱特征发生变化,且存在差异,使利用水色遥感监测赤潮成为可能,还可以用来区分赤潮种类的不同。水体光谱的变化特性(包括吸收与散射特性),是水色赤潮遥感监测的基础,是…     

东海赤潮高发区水体光谱吸收特性分析

赤潮是海洋中一种复杂的生态异常现象。赤潮的爆发、不仅严重影响近海景观,破坏水产养殖,危害人体健康,还对海洋生态平衡造成破坏,给人类造成惨重经济损失。近年来,在我国的赤潮观测记录中,赤潮的年发生次数逐渐增加,且面积不断增大,因此,对赤潮的发生发展机理及预测治理研究是科学家刻不容缓的研究课题。 赤潮发生时,赤潮生物大量聚集,使水体颜色发生明显变化,进而赤潮水体的光谱特征发生变化,且存在差异,使利用水色遥感监测赤潮成为可能,还可以用来区分赤潮种类的不同。水体光谱的变化特性(包括吸收与散射特性)是水色赤潮遥感监测的基础,是水色遥感生物光学算法开发的重要组成部分。因此对赤潮水体进行光谱吸收特性的分析研究对于发展研究海区的水色遥感生物光学算法及赤潮遥感监测方法都有重要意义。     

基于光谱差异的东海赤潮提取算法

赤潮是最严重的海洋灾害之一,它不仅破坏海洋渔业生产、恶化海洋环境、影响滨海旅游业,而且还会影响人类健康。东海是我国赤潮灾害的“高发区”,赤潮发生次数和面积均明显高于其它海区。遥感是赤潮监测的最有效的手段之一,从光谱曲线可以看出,赤潮水体和非赤潮水体光谱曲线有明显的区别,前者呈现出2个吸收峰和2个反射峰,而后者不具备该特征。基于光谱差异,本文提出了1种新的赤潮提取算法:R_rs555/R_rs488>1.5且R_rs678-R_rs667>0。该算法能有效地确定卫星数据中赤潮的位置,与公报的赤潮位置吻合得较好。因此,该算法适用于卫星数据的东海赤潮信息提取。     

东海海域典型赤潮水体反射光谱模拟研究

东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense Lu)是我国东海海域的典型赤潮藻种,其在水体中通常呈垂直非均匀分布,并存在季节性和日内的垂直迁移现象。本文通过量化垂直迁移过程中东海原甲藻的分布状态,利用Hydrolight软件数值模拟各状态下的水体反射光谱,研究其光谱特征和变化规律。利用叶绿素浓度高斯垂向模型表征东海原甲藻在水体中的垂直分布,结合东海近岸海域二类水体的生物光学模型,模拟得到垂直迁移过程中东海原甲藻赤潮水体的反射光谱。对比分析叶绿素浓度垂向分布参数(背景叶绿素浓度、甲藻主体水层厚度、水体总生物量和叶绿素浓度峰值深度)对水体反射光谱的影响。研究结果表明,在东海原甲藻从次表层向表层垂直向上迁移过程中,水体反射光谱数值在蓝绿波段(400—570nm)减小,在黄红波段(570—720nm)增大,特别是在叶绿素荧光效应波段(680nm)处的变化尤为明显。     

东海赤潮遥感自动监测系统开发与应用

赤潮是最严重的海洋灾害之一,它不仅破坏海洋渔业生产、恶化海洋环境、影响滨海旅游业,而且还会影响人类健康。卫星遥感技术具有覆盖范围广、重复率高、成本低廉等优势,近年来已成为赤潮监测不可或缺的重要手段。本研究利用C++语言建立了一套赤潮遥感监测系统。该系统能自动接收和处理遥感数据,并利用赤潮水体的光谱和固有光学量特征自动提取赤潮信息。在实际业务化应用中,该系统被国家监测部门采用,在2013年4月至9月东海赤潮高发期间,该系统制作了55期赤潮遥感监测产品,用于指导船舶现场监测工作,取得了良好的应用效果。利用本系统对近年来东海发生的27次大型赤潮事件进行了发生位置和面积的提取,并与现场观测结果进行比较。结果显示,系统对大部分赤潮范围的识别有较好的效果,对赤潮识别准确度大概在80%左右。     

最优插值法在东海赤潮高发区赤潮生消过程数值模拟中的应用

将最优插值法与赤潮数值模型相结合,针对时空分辨率不统一的卫星遥感数据及海洋常规调查数据,进行了东海赤潮高发区海表温度场及海表营养盐浓度场的数据同化研究,并在此基础上进行了该海区春季赤潮过程的数值模拟研究。数据同化结果显示,最优插值数据同化方法不仅在一定程度上修正了海表温度场模拟结果的误差,尤其体现在对赤潮藻的生长影响较大的温度区段18—20℃等值线的南移,而且较为明显地优化了研究海域海表营养盐浓度场,使模拟结果更加接近观测值。对比赤潮过程数值模拟结果发现,在未加同化情况下,海区赤潮藻并未形成大规模赤潮,并且消散较快;而在加入同化后,研究海域交替出现了硅藻及甲藻的大范围赤潮,赤潮生消过程与现场调查数据分析结果较为一致。耦合了最优插值数据同化方法的赤潮数值模型,由于具有改进海洋环境背景场的优势,因此可以在赤潮预报预警工作中得到较好应用。     

2004年春季东海赤潮高发区COD分布及其与赤潮关系的初步研究

2004年4～5月初在东海赤潮高发区暴发的特大规模原甲藻赤潮前期和暴发初期对该海域进行的现场调查,并对该海域COD的分布特征进行了探讨。结果表明,赤潮暴发前COD为0．295-1.836mg／L,主要受陆源输入影响。根据其在局部海区底层出现的异常升高结合其他参数分析可对特定海区潜在赤潮暴发的可能性进行评估。赤潮暴发时COD为0．36～3．14mg／L,表层和中层与叶绿素存在显著正相关关系,表明其主要受生物影响。富营养化指数表明赤潮暴发前近一半海域已经处于富营养化状态,但COD对富营养化的贡献不如营养盐重要。     

营养盐在东海春季大规模赤潮形成过程中的作用

为研究营养盐在东海大规模赤潮形成过程中的作用,分别于2004,2005年春季在东海赤潮爆发前进行了2个航次的海上调查。调查结果显示:DIN,PO4-P,SiO3-Si浓度分别高达15,0.55,15μmol.L-1以上,调查海域整体上处于富营养化状态;受陆源输入影响,调查区域营养盐分布呈现出近岸高、外海低,等值线走向与岸线基本平行的特点。同2004年相比,2005年春季调查海域营养盐高值区明显外扩,营养盐水平整体升高:其中DIN浓度升高9%、PO4-P升高18%、SiO3-Si升高60%,硅磷比上升60%,硅氮比上升了47%。研究结果表明,较高的营养盐浓度水平,较高的硅酸盐含量以及较高的硅磷比、硅氮比值是2005年春季优先爆发大规模硅藻赤潮的重要原因之一。     

光照对东海赤潮高发区春季硅藻生长的影响

2005年3月在东海赤潮高发区的ZA3和ZC18b站通过现场培养探讨了光照对东海硅藻生长和演替的影响。培养期间,ZA3站优势种为中肋骨条藻,没有发生演替现象;ZC18b站,当光照低于6.7MJ.m-2.d-1,由角毛藻演替为中肋骨条藻,光照高于6.7MJ.m-2.d-1,角毛藻为第一优势种,浮动弯角藻为第二优势种。Logistic生长模型可以很好地描述不同光照下硅藻的生长状况,其拟和系数为0.92±0.03。终止生物量以及优势种生长速率与光照的关系表明,温度13.0℃左右,中肋骨条藻的最适生长光照为5.0MJ.m-2.d-1,角毛藻sp.和浮动弯角藻的最适生长光照均为6.7MJ.m-2.d-1。在富营养化条件下,光照是影响硅藻生长和演替的因子。     

500hPa环流形势对东海春季赤潮的影响

以春季(4月10日～5月20日)东海赤潮为研究对象,选择2001年～2003年的16个赤潮个例,通过相关分析,归纳出四种利于赤潮发生的典型环流形势准静止北涡南槽型、移动性暖脊型、高温扰动型和东亚中纬度移动性二槽一脊型.并利用其进行了拟合及试预报,拟合正确率59%,2004年试预报正确率62%.     

东海赤潮高发区COD的平面分布特征及其影响因素

以2002—2003年4个季节(2002年5,8,11月和2003年2月)对东海赤潮高发区化学耗氧量(COD)的调查为依据,研究了该海区COD平面分布特征及其影响因素。结果表明,4个季节COD平面分布特征基本相同,主要表现为近岸高、外海低,由沿岸向离岸方向呈逐渐降低的趋势,主要污染区域位于长江口与杭州湾附近。COD与盐度之间呈良好的负相关,与叶绿素a及悬浮颗粒物(TSP)之间呈正相关,说明COD浓度分布主要受陆源输入、浮游植物密度及悬浮颗粒物的影响。     

东海赤潮高发区营养盐时空分布特征及其控制要素

东海长江口、舟山渔场附近海域是我国近海赤潮爆发严重的区域之一。在影响该海域营养盐分布的水团中 ,长江冲淡水向表层输入了大量的氮、磷、硅营养盐 ,台湾暖流主要对底层和长江口外上升流区有贡献 ,苏北沿岸水、闽浙沿岸水主要影响近岸区域。同时 ,营养盐在海水 -沉积物界面的交换作用 ,大气湿沉降作用等也影响着该海域营养盐的时空分布。结合2002年4月～2003年3月对29°00′～32°00′N、122°00′～124°00′E海域四季航次调查的营养盐分布规律 ,该海域可分为三片区域 ,由岸边向外海分别为高营养盐、低浮游植物区 ,较高营养盐、高浮游植物区和较低营养盐、低浮游植物区。随着近年来营养盐输入通量的增加 ,富营养化程度加大 ,受化学、物理、生物等因素综合作用 ,高浮游植物区赤潮爆发频率和规模逐年增加 ,已为中国近海典型的赤潮高发区     

东海近海赤潮水体中酯酶活性测定及其意义

测试了东海正常海水与赤潮暴发时水体中的酯酶浓度，初步研究了营养盐的变化与酯酶浓度及其赤潮暴发的关系，发现赤潮暴发时水体的酯酶浓度大大高于正常海水，表明在赤潮暴发水体中浮游植物大量裂解死亡。     

2005年春夏季东海赤潮过程中营养盐作用初探

自20世纪90年代以来,我国进入赤潮高发期,近岸海域赤潮的发生频率、波及范围和危害程度呈逐年上升趋势.受长江径流等陆源输入影响,东海海域形成了其特有的富营养环境,目前已经成为我国赤潮发生最严重的区域之一.该海域赤潮暴发呈现出发生时间不断提前、持续时间不断加长、发生面积不断扩大、有毒有害藻类逐渐增加的特点[1-2].据统计,自2000年以来,我国沿岸海域共发生赤潮约480次,累计面积超过104000km2.其中,仅在东海海域发生赤潮的次数就占全国记录总数的60%,发生面积更是达到了70%以上[3],其发生频率和规模均远远高于我国其他3个海区.     

磷酸盐对两种东海典型赤潮藻影响的围隔实验

采用了围隔生态实验方法,研究了围隔中营养盐含量及结构变化和磷酸盐对东海典型赤潮藻种(东海原甲藻和中肋骨条藻)生长的影响。结果表明,在高磷条件下,中肋骨条藻快速增殖,稳定期缩短,细胞数很快下降,而东海原甲藻由于氮源的限制生长期明显缩短。在磷限制条件下,中肋骨条藻细胞增殖受到明显抑制,生物量偏低,而东海原甲藻受到的影响较小。磷可能是东海原甲藻及中肋骨条藻生长的限制因子。氮磷比会影响浮游生物的生长,较高的氮磷比可能对东海原甲藻的生长有利,较低氮磷比则可能有利于中肋骨条藻生长。东海原甲藻能在营养盐浓度较低的生长环境中占有优势,相反,营养盐浓度较高的环境更适合中肋骨条藻的生长,中肋骨条藻具有更强的竞争能力。     

氢氧化镁共沉淀测定低浓度磷方法在东海赤潮高发区的应用

2003年5月将Karl and Tien(1992)提出的Mg(OH)2共沉淀方法应用于东海赤潮高发区水体中磷酸盐的调查。本实验条件下方法的检测限为0.004μmol/L。将该方法与传统的磷钼兰方法进行对比,常规磷钼兰法高于共沉淀法。说明水体中可能存在大量酸性条件下不稳定的磷化合物,且其不能被Mg(OH)2共沉淀,如1-磷酸核糖。此时,共沉淀法的测定值更接近水体中真实的正磷酸盐含量。共沉淀法可为赤潮爆发过程中低磷阶段的样品分析提供较可靠数据。用共沉淀法提供的测定数据分析赤潮爆发过程中水体中磷酸盐的变化,长江口磷酸盐总的分布趋势是沿岸含量较高,向外海逐渐递减。赤潮爆发过程中,随着赤潮藻类增殖,水体中磷酸盐被大量消耗,表层磷酸盐浓度迅速降低;赤潮消亡阶段,表层水体磷酸盐浓度逐渐回升,而底层由于藻类死亡后逐渐沉降磷酸盐浓度升高。     

东海四个赤潮监控区水质状况比较的初步研究

根据2002年度赤潮多发期东海岱山、象山港、三都湾和厦门4个赤潮监控区水质监测资料,分析、讨论了各赤潮监控区在赤潮多发期主要水质环境参数、营养盐结构、水质富营养化以及有机污染程度的异同,研究结果表明：在赤潮多发期,4个监控区盐度和pH,DO,COD以及DIP含最差片不大,而NO2-N,NO-N和NH4-N含最差异最显著;营养盐结构分析则表明在赤潮多发期4个监控区NO-N甲均含量占DIN含最的57．4％～94．7％,是监控区无机氮的主要存在形式,也是决定监控区N和P营养盐结构的主要环境因子,各监控区海域浮游植物的限制因子均为P。富营养状态指数和水质指数分析则表明,除三都湾赤潮嗡控区外其他3个监控区水质均呈富营养化状念,目三都湾海域水质属轻度有机污染,而其他三个监控区海域水质均属严重污染。