Monitoring cyanobacteria-dominant algal blooms in eutrophicated Taihu Lake in China with synthetic aperture radar images

Monitoring algal blooms by optical remote sensing is limited by cloud cover.In this study,synthetic aperture radar(SAR) was deployed with the aim of monitoring cyanobacteria-dominant algal blooms in Taihu Lake in cloudy weather.The study shows that dark regions in the SAR images caused by cyanobacterial blooms damped the microwave backscatter of the lake surface and were consistent with the regions of algal blooms in quasi-synchronous optical images,confirming the applicability of SAR for detection of surface blooms.Low backscatter may also be associated with other factors such as low wind speeds,resulting in interference when monitoring algal blooms using SAR data alone.After feature extraction and selection,the dark regions were classified by the support vector machine method with an overall accuracy of 67.74%.SAR can provide a reference point for monitoring cyanobacterial blooms in the lake,particularly when weather is not suitable for optical remote sensing.Multi-polarization and multi-band SAR can be considered for use in the future to obtain more accurate information regarding algal blooms from SAR data.     

Radial tidal current field in a semi-enclosed rectangular basin: formation and evolution

The radial tidal current field accounts for the formation of the radial sand ridges in the South Yellow Sea. Understanding the formation and evolution of this radial tidal current field is vital to assessing the morphodynamic features in the area. A semi-enclosed rectangular basin with and without a coastal barrier was schematized from the topography of the Bohai Sea and Yellow Sea. The 2D tidal current field in this basin was simulated using the DELFT3D-FLOW model. The concept of tidal wave refraction, which highlights the effect of the sloped or stepped submarine topography on the propagation of the tidal waves, was introduced to explain the formation of the radial tidal current field. Under the effect of tidal wave refraction, co-phase lines of the counterclockwise rotating tidal wave and incident tidal wave are transformed into clockwise and counterclockwise deflections, respectively, leading to the convergence and divergence of the flow field. Regardless of whether a coastal barrier exists or not, the outer radial tidal current field might emerge over certain topography. The responses of the radial tidal current field in this basin to the environmental variations such as coastline changes and bottom erosions were discussed. Results show that local protrusion near the focal point of the radial tidal current field will have limited effects on the location of the tidal system. However, a remarkable shift of the amphidromic point toward the entrance and central axis of this basin and a movement of the focal point of the radial tidal current field toward the entrance could be caused by the significant seaward coastline advance and submarine slope erosion.     

时空过程网络可视化模拟与分析服务——以溃坝洪水为例

洪水溃坝等复杂灾害现象的时空过程模拟分析,是当前国际地理信息科学热点研究方向之一。随着网络的普及化,公众对GIS时空分析模型的网络实时集成和可视化分析提出了迫切的需求。本文以溃坝洪水为例开展了时空过程网络可视化模拟与分析服务研究,利用Web GL、HTML5、Ajax、Web Service、GPU并行计算等技术手段,通过探讨溃坝洪水时空模型计算优化、网络三维可视化模拟与动态交互分析等关键技术,研发了原型系统并进行应用实验。实验结果表明,本文研究成果有助于实现时空过程信息的网络发布,在线影响分析及动态可视化服务,可为分布式网络环境下溃坝洪水等时空过程信息管理和应急决策提供科学依据和技术支持。     

城市海量手机用户停留时空分异分析——以深圳市为例

识别海量手机数据中蕴含的行为模式,是地理学的一个研究热点与难点。目前,较多研究针对手机用户移动特征开展,而对停留及其模式的研究则相对较少;其时空分异规律对理解城市人群动态,甚至优化城市系统至关重要。本文根据人们日常时空约束条件定义了手机用户停留,提出了基于海量手机位置数据的手机用户停留模式的提取方法,以深圳市约790万个匿名手机用户一天的海量手机位置数据为例,识别出了覆盖约98%用户的典型停留模式,并结合该城市土地利用的空间分布与分异特征,剖析不同停留模式的手机用户空间分异特征和城市不同区域停留次数的时段分异特征。研究发现:(1)15种停留模式可覆盖约98%的手机用户,而且其一天不同的停留位置数量不超过4个;(2)15种停留模式手机用户在城市区域空间上的分布存在分异现象,严重受制于土地利用的空间分布;(3)城市不同区域停留次数的时段分异特征与该区域常住人口、人口密度,以及区域主要职能和性质存在较强的相关性。研究结论对理解城市手机用户行为模式的群体特征有积极的意义,对城市土地利用的科学决策和城市交通规划与预测有重要参考价值。     

发光细菌法在环渤海污水样品遗传毒性检测中的应用

建立了以经过遗传改造的发光细菌Acinetobacter sp.Rec A为受试物种的环境污染物遗传毒性快速检测方法,该方法最快可在3h内得到毒性评价结果。采用该方法评价了环渤海排污口12份污水样品的遗传毒性。环渤海12个排污口的污水样品均表现出了不同水平的遗传毒性,并呈现出一定的分布特征。其中,高毒水质集中出现在山东半岛污水样品中,中毒水质集中出现在辽东半岛地区,而低毒水质主要集中于京津冀地区。综上,在环渤海的污水样品遗传毒性检测中,这种新型发光细菌法具有快速、灵敏、简便等优点,可为以后近海环境的水质生物毒性检测提供参考依据,具有应用于近海环境水质快速监测与评价的潜力。     

南渡江河口洪、枯季节水文泥沙变化特征及台风“海鸥”对入海水沙的影响

基于2014年最新的洪、枯季节实测资料,分析了南渡江河口海域水文泥沙的季节性变化特征,借助台风"海鸥"过境期间的河道监测数据,研究了台风天气造成的洪水事件对河流入海水沙通量的影响。研究结果表明:(1)洪、枯季节河口海域的水体层化作用不强,洪季的水温高于枯季,但盐度低于枯季。水温呈现向海递减的趋势,而盐度整体分布较为均匀;(2)河口水体含沙量近岸大于远岸,枯季河口三角洲泥沙向西输运。洪季含沙量明显高于枯季,大量泥沙在台风季节被冲刷入海,而后向海或向西输运扩散;(3)河口海域为不规则全日潮,呈现东西向往复流特征。温度、盐度和浊度均呈现较强的潮汐性变化特征;(4)枯季河道内存在明显的盐水楔,锋面处的垂向梯度很大,在口门向陆大约12—15 km以远的河道水体不再受潮汐影响;(5)台风"海鸥"影响下,南渡江洪峰期间的径流量和含沙量均远远超过多年平均值,反映了南渡江河口地区"台风季节"的特点。     

南极半岛东北海域表层沉积有机质来源及其沉积环境

采用气相色谱-质谱技术对南极半岛东北海域海底表层沉积物的总有机碳、有机质碳同位素(δ13 Corg)和生物标志化合物等进行了测试分析。研究区表层沉积物总有机碳TOC平均值高于现代深海沉积物中的平均含量。δ13 Corg的变化说明该海域有机碳来源呈海洋水生生物来源和陆源混合的特征。正构烷烃的峰型分布、主峰碳、饱和烃轻重比C-21/C+22和(C21+C22)/(C28+C29)、甾烷组合和藿烷组合证实研究区西部表层沉积物有机质来源以陆源高等植物为主,其陆源可能来自于附近的南极半岛和南舍得兰群岛;研究区东部表层沉积物有机质来源偏以海源为主,且以低等浮游生物、藻类及细菌生物等海源输入为主。碳优势指数(Carbon preference index,CPI)、奇偶优势指数(Odd-even Predominance,OEP)和甾烷C29ααα20S/(20S+20R)比值显示研究区D1-7站位和D5-9沉积物有机质演化程度较高,D5-2和D2-4站位的有机质演化程度低,其他站位介于中间状态。饱和烃中姥鲛烷、植烷及其比值(Pr/Ph)等组合显示研究区西部以氧化-弱还原的沉积环境为主,其可能是受高温低盐别林斯高晋海水流和附近火山喷发的影响所致;研究区东部以还原—强还原沉积环境为主,可能是受低温高盐的威德尔底层水(WSBW)和威德尔海深层水(WSDW)影响所致。     

松江鲈(Trachidermus fasciatus)泛素结合酶E2-D2基因的分子克隆及组织表达分析

泛素结合酶(UbcE2)是蛋白泛素化过程中所必需的酶,在泛素转移和底物的特异性识别方面发挥着重要的作用。本实验利用RACE技术克隆获得了全长为993bp的松江鲈泛素结合酶E2-D2基因cDNA序列(命名为TfUbcE2-D2),其开放阅读框为444bp,编码147个氨基酸。通过SMART预测得知,TfUbcE2-D2含有一个UBCc结构域。同源比对结果表明该基因与其他物种的同源性为92.31%。实时荧光定量PCR显示,TfUbcE2-D2广泛表达于松江鲈各组织,在肾脏中的相对表达量最高,其次为鳃。鳗弧菌(Vibrio anguillarum)刺激后,TfUbcE2-D2在血液、脾脏、肝脏和鳃中表达均上调,其中,脾脏和鳃中的表达量上调约40倍。由以上实验结果推测,TfUbcE2-D2可能参与松江鲈的先天免疫防御。     

因子克里格分析支持的重金属元素空间多尺度变化特征——以北部湾东北部海域为例

将因子克里格分析方法应用于海底沉积物重金属元素空间多尺度变化的研究中,分析了北部湾东北部表层沉积物中7种重金属元素,Ni、Cu、Zn、Pb、Cr、As和Cd的空间多尺度结构特征,识别并分离了重金属元素不同尺度的空间变化,并探讨了各个尺度上重金属的物源及控制因素。结果显示,研究区重金属存在块金效应、变程为30km的球状结构(短变程尺度)和变程为140km的球状结构(长变程尺度)等三种尺度的空间结构,并拟合了研究区7种重金属元素的线性协同区域化模型。短变程尺度上,7种重金属元素的空间分布表现为"点状"或"条带状"的局部尺度的空间变化特征;长变程尺度上,7种重金属元素的空间分布反映出"片状"的区域尺度的空间变化特征。局部尺度上,Zn、Cr、Ni、Cu、Pb和Cd等元素主要源于海南岛、雷州半岛、广西大陆等陆地母岩物质,其空间分布特征受到了沉积物粒度的控制作用;而As主要受到海南岛、雷州半岛的人为污染成分的影响。区域尺度上,Zn、Cr、Ni和Cu主要来源于雷州半岛、海南岛的母岩物质,其次为广西大陆;As主要来源于海南岛的母岩物质,其次为雷州半岛、广西大陆。这些重金属元素在北部湾终年逆时针大环流的控制下,进行搬运、迁移并沉积在"汇聚中心",形成了研究区重金属元素区域尺度上NWW-NNW向的分布格局;而As不同于其他元素的亲陆的NNW向分布特征,主要源于其不同的地球化学行为。     

斑马鱼GSTM单核苷酸多态性与低温耐受性的相关分析

为分析谷胱甘肽硫-转移酶M基因(glutathione S-transferases M,GSTM)与鱼类低温耐受性的相关性,本实验运用PCR-SSCP技术研究了130尾斑马鱼(Danio rerio)GSTM基因5?UTR、3?UTR和第一内含子序列的单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphisms,SNPs),同时分析了筛选到的基因型与其低温耐受性状的关联性。结果显示,在其5UTR区域检测到AB、BC、AC 3种基因型个体,共A、B、C 3个等位基因,其观测杂合度和期望杂合度分别是1.000和0.570,多态信息含量为0.472,所检测群体在该座位偏离了Hardy-Weinberg平衡;第1内含子中检测到DD、DE和EE 3种基因型个体,共D、E两个等位基因,其观测杂合度和期望杂合度分别为0.408和0.477,多态信息含量为0.362,群体在该座位符合Hardy-Weinberg平衡。3'UTR区域中没有发现多态性。上述2个SNP座位与斑马鱼低温耐受性状的关联分析结果表明,5'UTR区3种基因型与低温耐受性状均没有显著相关性(χ2=4.029,P0.05)。而第1内含子3种基因型与低温耐受性状显著相关(χ2=8.498,P0.05):DD基因型在耐低温群体中占优势(50.00%),并表现为对受低温胁迫斑马鱼的保护性因素(OR=0.520,95%CI=0.255–1.061),而DE基因型在不耐低温群体中占优势(51.31%),表现为低温胁迫下斑马鱼的危险因素(OR=3.012,95%CI=1.413–6.419)。研究结果为GSTM基因SNPs位点与斑马鱼低温耐受性能关联分析提供了依据,也将为海水经济鱼类抗寒标记筛选育种提供参考。