海洋有害藻华研究进展

浮游植物不仅是食物链的基础环节,也在生物地球化学循环中起着重要作用。然而,某些种类在一定条件下会过度增殖富集形成有害藻华(因造成水色变为红、绿、褐、金等颜色,所以俗称为赤潮、绿潮、褐潮、金潮等),结果严重影响当地经济、海洋生态系统、全球生物地球化学循环甚至人类健康。近年来,随着水体富营养化、全球气候变化等现象加剧,有害藻华(Harmful Algal Bloom,HAB)的暴发规模和频次呈逐年增加趋势,且相关研究已成为环境生态学领域的热点。本文主要以典型海洋HAB生物为线索,从物种分布、生物监测、主要影响因素、分子机制及防治等方面概述了近十年HAB的主要研究进展,总结了现有研究的优点和不足,并对未来HAB研究做了相关展望。近十年的研究进展主要体现在:(1)不断有新的HAB物种被发现或鉴定,HAB藻类系统分类也不断被更新;(2)鉴定、检测方法包括DNA分析、生物传感器研发应用等有较大改进;(3)藻类毒素生物合成通路的研究有一定进展;(4)在HAB生态学与海洋学研究持续发展的基础上,分子机制及现代组学发展较迅速。然而, HAB发生的关键环境诱因和生物学(特别是生化与分子)机制仍然不是很清楚,缺乏一个可用来预测HAB暴发的关键因子。笔者认为,一方面是因为HAB的复杂性、种类及生态系统的特异性,另一方面是研究缺乏系统性与完整性。因此未来有必要加强对每一个重要的HAB原因种开展系统、持续的研究,类似于生物科学领域里的模式种研究,并且有必要开展综合性的研究,如实验室单种培养、中尺度模拟及现场生态研究相结合,整合现代组学、传统生理生态学和现场实时连续观测等技术。     

基于随机森林的光子计数激光雷达点云滤波

新一代星载激光雷达卫星ICESat-2首次采用了微脉冲光子计数激光雷达技术,由于单光子探测的灵敏性导致数据在大气和地表下层产生了大量噪声,因此对光子计数激光雷达点云数据实现信号和噪声的分离是开展进一步应用研究的前提和基础。本文选择美国俄勒冈州和弗吉尼亚州2个研究区,采用MATLAS数据,根据光子点云数据的特点构造了12个光子点云特征,对所构造的特征利用随机森林进行变量筛选,用机器学习方法对光子点云进行分类,并将建立好的模型推广到整个研究区。研究结果表明,本文构建的分类器分类总精度达到了96.79%,Kappa系数为0.94,平均生产者精度和用户精度分别为97.1%和96.8%。在相对弱噪声、平坦地形区域和强噪声、复杂地形区域都取得较好的分类结果。本文结果显示了基于少量样本通过机器学习的方法构建模型,可以推广到较大范围区域的光子点云分类应用中。     

基于支持向量机的京津冀城市群热环境时空形态模拟

城市群热环境作为区域生态重要组成部分,已成为近年来的研究热点。而如何选择针对城市群这种复杂地地貌特征的热环境量化工具一直是亟待解决的技术难点,基于此本研究提出了一种解决多样本、非线性、非平稳及高维函数拟合的计算方法,并建立了基于支持向量机(SVM)的京津冀城市群热环境曲面模型来揭示城市群热环境的时空形态变化。研究结果表明：① SVM模型在刻画多核心、多种土地利用类型城市群热环境的空间分布方面具有理论与实践可行性,能够根据热环境的整体空间布局通过高斯核函数进行局部优化差值,最大限度减少缺省值对模型拟合结果的影响。相比于对照方法可以模拟出更高精度的复杂地貌特征城市群热岛空间分布格局;② 在SVM模型曲面拟合的过程中,拟合精度和拟合时间是衡量拟合结果的重要指标,而原始影像的分辨率则是影响该指标的决定性因素;③ 2003-2013年区域内北京市与天津市的城市热岛效应变化最为明显,热岛面积分别增加7091 km²与4196 km²,空间上呈现出逐年接近连片发展趋势,热岛重心移动轨迹具有明显的时空分异性。北京城市热岛特征为东南部地区异速增长,西部地区缓慢增长;天津城市热岛特征为以城市中心为圆心向周围扩展。本研究进一步丰富了城市群热环境评测的定量方法,可以在实践上对城市群的城市规划、城市建设、环境保护和区域可持续发展等提供定量化、可视化的决策支持。     

基于GPT2w模型化加权平均温度反演可降水量

提出一种基于GPT2w模型化加权平均温度反演大气可降水量的方法,并分析附加系统偏差改正的模型化加权平均温度对可降水量的影响。结果表明,基于GPT2w模型化加权平均温度反演的大气可降水量的精度与基于Bevis公式计算的加权平均温度反演的大气可降水量的精度相当;对GPT2w模型化加权平均温度进行系统偏差改正后,大气可降水量的精度有一定改善,但改善率不到1%。     

Growth inhibition and oxidative stress in two species of marine diatoms exposed to 1-phenylethanol

1-phenylethanol(1-PEA)is a flavor extensively used in the production of co smetics,beverages,and food.The release of 1-PEA into coastal environments has aroused great concern.However,its potential effects on marine organisms are still unknown.In order to provide a better understanding of the ecological risks of 1-PEA in marine environments,this study determined the toxic effects of 1-PEA on two marine diatoms(Phaeodactylum tricornutum and Skeletonema costatum).The diatoms were grown in culture medium containing different concentrations of 1-PEA for 96 h.The contents of chlorophyll a,chlorophyll c,glutathione(GSH),malondialdehyde(MDA),and the activities of superoxide dismutase(SOD),catalase(CAT)and glutathione peroxidase(GPx),were measured at the end of the exposure period.1-PEA was shown to significantly inhibit the growth of diatoms,with 96-h EC_(50) values of 257.14 mg/L and 126.46 mg/L in P.tricornutum and S.costatum,respectively.In P.tricornutum,the levels of SOD,CAT,GPx,GSH,and MDA were stimulated only when 1-PEA concentrations were close to or greater than the 96-h EC_(50)value.However,in S.costatum,the activities of SOD and CAT,and the syntheses of two chlorophylls were inhibited even at an exposure concentration below the 96-h EC_(50) value.Taken together,these findings indicate a potential ecological risk by discharging 1-PEA into coastal areas and its species-specific toxic effects on marine organisms.     

Fish Assemblage Responses to a Low-head Dam Removal in the Lancang River

Dam removal is becoming an effective approach for aquatic biodiversity restoration in damming river in order to balance the aquatic ecosystem conservation with large-scale cascade damming. However, the effects of dam removal on fish communities in Asian mountainous rivers, which are dominated by Cypriniformes fishes, are still not well known. To determine whether dam removal on a mountainous river benefit restoration of fish diversity, we investigated the response of fish assemblage to dam removal using a before-after-control-impact design in two tributaries of the Lancang River(dam removal river: the Jidu River, and control river: the Fengdian River). Fish surveys were conducted one year prior to dam removal(2012) and three years(2013–2015) following dam removal. We observed rapidly and notably spatio-temporal changes in fish biodiversity metrics and assemblage structure, occurring in the Jidu River within the first year after dam removal. Overall, fish species richness, density and Shannon-Wiener diversity all increased immediately in above-and below-dam sites, and maintained a stable level in subsequent years, compared to unchanged situation in the control river. All sites in the Jidu River experienced shifts in fish composition after dam removal, with the greatest temporal changes occurred in sites below-and above-the former dam, resulting in a temporal homogenization tendency in the dam removed river. These findings suggest that dam removal can benefit the recovery of habitat conditions and fish community in Asian mountainous rivers, but the results should be further evaluated when apply to other dammed rivers since the dam age, fluvial geomorphology and situation of source populations could all affect the responses of fish assemblages.     

基于TCP-InSAR的采动区铁路动态沉降监测与时序分析

为高效获取采动区长时间序列形变,监控煤炭开采对矿区铁路的影响,研究一种基于TCP-InSAR(temporarily coherent point interferometric synthetic aperture radar)的采动区铁路形变监测方法。该方法根据时间序列SAR影像间的相干性,选取临时相干点构建Delaunay三角网,并通过离群值探测去除具有相位模糊度的TCP间的弧段,最后采用最小二乘解算得到区域地表变形。实验使用2016-10～2017-04时间段内的15景Sentinel-1A数据,利用TCP-InSAR技术获得某矿区的铁路形变。结果表明,受采动影响,该时间段内铁路最大下沉值为95mm,最大倾斜坡度为0.37‰。利用TCP-InSAR技术可实现采动区内铁路长时间的动态形变监测。     

基于浮标资料的中国东部海域最大波高特征分析

利用原国家海洋局2010—2015年的浮标资料,计算渤、黄、东海有效波高和最大波高的线性关系,并通过1992—2011年共20 a的数值模拟有效波高资料计算中国东部海域各月的2.5 m、4 m、6 m以上最大波高频率和最大波高月极值分布。结果发现:中国东部海域由北至南,最大波高与有效波高的比值逐渐增大;最大波高频率和最大波高月极值空间分布均由渤海、黄海至东海逐渐增大,最大波高频率的极值12月最大,4或5月最小,最大波高月极值9月最大,4月最小。其时空分布表明:受不同天气系统影响,夏秋季台风较多,容易出现极值较大的最大波高;秋冬季冷空气较强,虽然最大波高极值相对较小,但大浪持续时间长、频率大、影响范围广。     

海域无人机全景监视监测技术及其应用

为充分利用先进设备和技术,提高我国海域使用动态监管水平,文章介绍无人机全景技术及其作业流程,并分析大笔架山海域无人机全景监视监测实例。研究结果表明:目前全景图主要利用普通相机拍摄的照片经专业图像软件后期处理生成,在多个行业领域应用,结合无人机的利用可大大扩展视野,具有快速高效、安全可靠和操作简便等优势,但在测量、自动化和视距等方面仍存在局限性;无人机全景图作业主要包括方案制订、数据获取、数据处理和图像发布4个步骤;海域无人机全景监视监测工作的开展为大笔架山海域使用动态监管提供有力的数据支撑。     

基于PS-InSAR技术的地表沉降分析

由于传统测量手段对于地表沉降监测不足,PS-InSAR技术具有高空间分辨率和一定程度能克服时间、空间以及大气的影响等优势,因而逐渐成为一种大范围地表沉降监测的主要方法。本文利用PS-InSAR技术,通过SARscape软件对收集到的34幅覆盖日本千叶市地区的ENVISAT ASAR遥感影像进行沉降监测实验。实验结果表明:日本千叶市地区最大累计沉降量为58.965 mm,主要集中在城市地区,并且该地区的沉降和地下矿藏开发有关。