基于谱间关系的MODIS遥感影像水体提取研究

水是地球上万物的命脉所在,水体提取对于水资源调查、洪水灾害预测评估和环境监测等有着重要作用。而可见光和近红外波段水体与植被、城市和土壤光谱反射率的差异是利用遥感手段提取水体的基本原理。本文利用谱间关系法进行MOD IS图像的水体提取。结果表明,用于提取水体的谱间关系法比归一化植被指数(NDVI)法快速,但谱间关系法有把云错误地当作水体提取的缺点。     

建设黄河“智能大脑”服务流域生态保护和高质量发展

本文首先介绍了黄河流域水文、地理景观和地貌特征,下游河道变迁和河口变迁历史及生态治理,流域历史水旱灾害等基本背景,分析了黄河流域生态保护和高质量发展面临的主要问题和具有的优势。然后重点论述黄河“智能大脑”如何服务流域保护和发展,提出黄河“智能大脑”三要素,即感知系统（天地一体智能感知网）、存储管理系统（资源池）和操作系统（时空大数据平台）;论述了流域一体化时空大数据中心的构成及其基本功能,时空大数据平台及其目标要求,分析并提出了基于网格集成与弹性云的混合式时空大数据平台技术体制和构建技术,提出采用“共用时空大数据平台+”应用概念模型及其具体应用模式。最后讨论了时空大数据平台服务黄河流域城市数字化、网络化和智能化,加强流域上中下游7大城市群的新型智慧城市建设,推动流域生态保护和社会经济发展,提出基于流域时空大数据平台构建服务保护和发展的综合科技信息咨询服务平台,支撑流域协同创新共同体构建,增强流域整体性和协同性发展。     

南海夏季风爆发早晚的越赤道气流特征

根据国家气候中心提供的南海夏季风爆发期典型偏早（1966、1972、1996、2000、2001年）和偏晚年份（1970、1973、1987、1989、1991年）,利用ECMW F再分析1-5月逐日经向风资料,计算5个通道越赤道气流和越赤道乞流总量的距平值;探讨越赤道气流与南海夏季风爆发早晚的关系与特征。为预测南海夏季风爆发早晚提供判据。     

DISCREPANCY OF THE GLOBAL AIR MASS AND WATER BUDGETS AMONG 20 CMIP5 CLIMATE MODELS

The consistency of global atmospheric mass and water budget performance in 20 state-of-the-art ocean–atmosphere Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5) coupled models has been assessed in a historical experiment. All the models realistically reproduce a climatological annual mean of global air mass (AM) close to the ERA-Interim AM during 1989–2005. Surprisingly, the global AM in half of the models shows nearly no seasonal variation, which does not agree with the seasonal processes of global precipitable water or water vapor, given the mass conservation constraint. To better understand the inconsistencies, we evaluated the seasonal cycles of global AM tendency and water vapor source (evaporation minus precipitation). The results suggest that the inconsistencies result from the poor balance between global AM tendency and water vapor source based on the global AM budget equation. Moreover, the cross-equatorial dry air mass ?ux, or hemispheric dry mass divergence, is not well represented in any of the 20 CMIP5 models, which show a poorly matched seasonal cycle and notably larger amplitude, compared with the hemispheric tendencies of dry AM in both the Northern Hemisphere and Southern Hemisphere. Pronounced erroneous estimations of tropical precipitation also occur in these models. We speculate that the large inaccuracy of precipitation and possibly evaporation in the tropics is one of the key factors for the inconsistent cross-equatorial mass ?ux. A reasonable cross-equatorial mass ?ux in well-balanced hemispheric air mass and moisture budgets remains a challenge for both reanalysis assimilation systems and climate modeling.     

过去40年太湖剧烈的湖泊物理环境变化及其潜在生态环境意义

过去40年,全球气候变暖、辐射变暗和变亮、风速减弱、气候异常波动等自然环境变化以及筑坝建闸、岸堤硬质化和调水引流等强烈人类活动势必会深刻改变太湖湖泊物理环境和过程,驱动湖泊生态系统演化.基于历史文献、档案数据以及气象水文和透明度等长期观测数据,本文系统梳理了太湖气温、水温、风速、水位和透明度等物理环境空间分布和长期变化特征,探讨了气温和风速、水位和透明度相互协同作用机制及其潜在生态环境意义.受全球变化和城市化等影响,过去40年太湖气温和水温呈现显著升高趋势,而近地面风速则表现为持续下降,湖泊增温和风速下降有利于藻类生长和蓝藻水华漂浮聚集,某种程度上增加了蓝藻水华出现频次和集聚的面积.为防洪和满足流域日益增长的水资源需求,闸坝管控和调水引流使太湖水位呈现缓慢增加趋势,而入湖污染物增加和富营养化则造成水体透明度逐渐下降,致使透明度与水位(水深)的比值明显降低,减少了湖底可利用光强,恶化水下光环境,在一定程度上驱动了太湖水生植被和草型生态系统退化.湖泊物理环境长期变化逐渐拓展了太湖藻型生境空间而压缩了草型生境空间,加剧了草型生态系统向藻型生态系统转化和增强了藻型生态系统的自我长期维持.太湖湖泊物理环境的显著变化也会部分抵消流域营养盐削减和湖体营养盐下降对藻类生物量和蓝藻水华的控制,增加了太湖蓝藻水华防控和湖泊富营养化治理的难度.这意味着未来流域控源截污需要更加严格的标准,而湖泊水位等物理环境的有效管控是应对藻华加剧和恢复草型生态系统的适应性管理策略.     

太湖入湖河口和开敞区CDOM吸收和三维荧光特征

应用吸收和三维荧光光谱对2007年夏季太湖入湖河口和大太湖开敞区有色可溶性有机物(CDOM)浓度及来源进行研究.结果表明,河口区和开敞区CDOM吸收系数a(355)存在显著空间差异,河口区明显大于开敞(ANOVA,P<0.001),a(355)最大值出现在大浦河口和竺山湾漕桥河几附近,最小值出现在东太湖和胥口湾.a(355)与溶解性有机碳、化学耗氧量浓度存在显著正相关.所有样品一般都含有4个明显的荧光峰,包括1个可见光区的类腐殖质荧光C峰,1个紫外光区的类腐殖酸荧光A峰,2个类蛋白荧光B峰和D峰.河口区外源输入的类腐殖质荧光非常强,最著大于开敞区(ANOVA,P<0.05).而河口区和开敞区类蛋白荧光没有显著性差异,反映开敞区除外源河流输入外,内源生物降解等对类蛋白荧光贡献增加.在河口区B、C峰的比值r(B/C)/b于1,均值为0.62±0.14、在开敞区r(B/C)除12#是0.92,其他值均大于1,均值为1.12±0.13,初步判断r(B/C)可以作为区分CDOM来源的重要参数.CDOM吸收a(355)与类腐殖质荧光C峰、A峰均存在极显著的正相关,而与类蛋白荧光相关性则明显下降,与D峰存在显著正相关,与B峰没有显著相关.     

扰动方式对水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)群体大小的影响

风浪扰动是影响湖泊生态系统的重要环境因素之一.为了解扰动方式对微囊藻群体大小的影响,在实验室可控条件下,模拟不同扰动方式（持续扰动和间歇扰动）对太湖水华微囊藻（Microcystis flos-aquae）群体大小的影响.结果显示,间歇扰动组水华微囊藻群体从35.09 μm迅速增大至43.73 μm,实验第17天时为59.00 μm;而持续扰动组水华微囊藻群体大小先从35.07 μm增大到43.51 μm,实验第17天时减小至13.95 μm;不扰动组整个实验期间群体大小相对稳定,实验初为35.38 μm,实验第17天时为33.67 μm.方差分析显示,间歇扰动组群体大小显著大于持续扰动组和不扰动组,持续扰动组显著小于不扰动组.实验第17天时间歇扰动组藻细胞密度（1.675×10⁶ cells/ml）显著高于持续扰动组（0.344×10⁶ cells/ml）和不扰动组（1.461×10⁶ cells/ml）.研究结果表明,适当强度下的间歇扰动能促使水华微囊藻群体显著增大和生长,而长时间的持续扰动则会抑制水华微囊藻群体的聚集和生长,该结果有助于人们对太湖微囊藻水华暴发机理的认识.     

全球变暖对淡水湖泊浮游植物影响研究进展

全球变暖对湖泊生态系统的影响已经成为近年来湖沼学领域的研究热点.本文首先列举了目前研究全球变暖对淡水湖泊浮游植物影响的常用方法:监测数据分析、时空转换、遥感信息提取、控制实验、模型预测和古湖沼学技术等.研究结果表明气候变暖导致的气温升高、湖泊热力分层提前破坏以及无冰期提前等因素可导致春季物候提前;在全球变暖大背景下浮游植物群落结构正朝着蓝藻占优的方向发展,但是不同地区以及不同物种对全球变暖的响应不一致.在营养盐充足的湖泊中,由于全球变暖延长了浮游植物生长季节等,从而能提高浮游植物初级生产力;但在贫营养湖泊中,浮游植物初级生产力与变暖趋势甚至可能呈负相关.由于生态系统往往是多因子的共同作用,这也使得全球变暖对浮游植物群落的影响效应复杂化,区分各因子的净影响份额是目前研究的一个难点;全球变暖引起的风场改变会促进浅水湖泊中营养盐从底泥的释放,同时也会增加水体中悬浮物的浓度而影响水下光场,因此开展气候变化对再悬浮及浮游植物群落结构的影响可能是将来研究的一个切入点.     

不同水动力扰动下太湖沉积物的悬浮特征

利用2002年7月及2003年4月分别在太湖乌龟山和梅梁湾的水动力观测资料,计算了波浪和湖流产生的湖底切应力,分析了二者对太湖沉积物悬浮的不同贡献.结果发现,在小扰动情况下,流切应力大于波切应力,但不能引起沉积物的悬浮;在强扰动情况下,底流对沉积物悬浮的影响可以忽略,且扰动越强,其作用越小,而波浪的影响却愈加突出;在中等扰动下,二者的相互作用产生沉积物的悬浮,但波浪的作用较为显著.该结论能为计算太湖水体悬浮物浓度和动态内源释放提供重要的参考依据.     

小白洋淀水-沉积物系统多环芳烃的分布、来源与生态风险

以端村小白洋淀为研究对象,利用GC-MS测定了6个样点水、悬浮物和沉积物中15种优控多环芳烃(PAHs)的含量,分析了其组成与来源特征,探讨了不同多环芳烃单体的生态风险,结果表明:(1)15种优控多环芳烃的总含量(PAH15),水相为40.1-74.0ng/L,算术均值51.0ng/L;悬浮物为2438.0-5927.0ng/g,算术均值4528ng/g;沉积物为466.9-1366.4ng/g,算术均值为755.6ng/g;与国内外有关研究相比,污染较轻,(2)三相中均以2、3环PAHs为主,其比例均高于80%;并且,从水相、悬浮物相到沉积物相,2环PAHs依次降低,3环、4环依次升高,高环检出率和含量也依次升高,(3)沉积物中多环芳烃的来源以生物质燃料(秸秆、薪材)和煤的燃烧为主,以液体化石燃料(汽油、柴油和原油)的燃烧为辅,(4)沉积物中的芴(FLO)、菲(PHE)含量在潜在生态风险效应区间低值(ERL)与中值(ERM)之间,其生态风险几率介于10%-50%之间;其他PAHs单体的含量均低于ERL,其生态风险几率均低于10%.