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...     

太湖蓝藻水华形成的适宜气象指标

根据2005—2017年卫星遥感反演的太湖蓝藻水华信息,利用区域气象观测数据分析各类气象因子对太湖蓝藻深水华形成的影响,结果表明:①在日平均气温为0～35℃区间内会出现蓝藻聚集现象,其中最适宜气温区间为15.1～35℃,该区间内累计出现蓝藻水华的面积占比达90%、出现大面积蓝藻水华占比达93%;②在卫星观测到蓝藻前6h,平均风速为0.2～4.8m/s区间内能观测到蓝藻水华,其中最适宜的平均风速区间为0.5～3.4m/s,该区间内蓝藻水华累计出现次数占比达94.7%,大面积蓝藻水华主要出现在平均风速2.0m/s的情况下,占比89%;③降水总体上呈负效应,但在观测到有大面积蓝藻水华的情况下,前24h有小雨(10mm)的情形与总降水次数之比达88%,说明小雨的适度扰动有利于形成大面积蓝藻水华;④日照充足有利于蓝藻生长,但并非蓝藻水华形成的必要条件。在此基础上建立的多元回归综合气象指数模型,拟合结果较好,通过了0.001的显著性检验。     

渤海生态动力过程的模型研究 Ⅱ.营养盐以及叶绿素a的季节变化

利用在本系列研究第一部分中所建立的耦合的生物物理模型,模拟了渤海浮游植物生物量和营养盐含量的年度循环特征.模拟结果显示:藻类的春季水华是由经过一冬积累在水体中的营养盐导致,而水华开始的时间在浅水区明显早于深水区,对此深水区水体层化结构的形成可能起着重要作用;另一方面,河载营养盐与悬起的沉积物所释放的营养盐是诱发夏季水华的共同原因.基于模型结果,我们还发现:渤海的浮游植物动力特性就整体而言依然受无机氮限制,但是在莱州湾,磷限制特性表现得非常明显,这主要是由于每年黄河都要携带大量的无机氮进入海水,从而导致莱州湾营养盐的氮磷比已远远超过16.     

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。     

Chlorophyll modulation of mixed layer thermodynamics in a mixed-layer isopycnal General Circulation Model — An example from Arabian Sea and equatorial Pacific

Western tropical Indian Ocean, Arabian Sea, and the equatorial Pacific are known as regions of intense bio-chemical-physical interactions: the Arabian Sea has the largest phytoplankton bloom with seasonal signal, while the equatorial Pacific bloom is perennial with quasi-permanent upwelling. Here, we studied three dimensional ocean thermodynamics comparing recent ocean observation with ocean general circulation model (OPYC) experiment combined with remotely sensed chlorophyll pigment concentrations from the Coastal Zone Color Scanner (CZCS). Using solar radiation parameterization representing observations that a higher abundance of chlorophyll increases absorption of solar irradiance and heating rate in the upper ocean, we showed that the mixed layer thickness decreases more than they would be under clear water conditions. These changes in the model mixed layer were consistent with Joint Global Ocean Flux Study (JGOFS) observations during the 1994-1995 Arabian Sea experiment and epi-fluorescence microscopy (EFM) on samples collected during Equatorial Pacific Ocean Climate Study (EPOCS) in November, 1988. In the Arabian Sea, as the chlorophyll concentrations peak in October (3 mg/m³) after the summer plankton bloom induced by coastal upwelling, the chlorophyll induced biological heating enhanced the sea surface temperature (SST) by as much as 0.6‡C and sub-layer temperature decreases and sub-layer thickness increases. In the equatorial Pacific, modest concentrations of chlorophyll less than 0.3 mg/m³ is enough to introduce a meridional differential heating, which results in reducing the equatorial mixed layer thickness to more than 20 m. The anomalous meridional tilting of the mixed layer bottom enhances off equatorial westward geostrophic currents. Consequently, the equatorial undercurrent transports more water from west to east. We proposed that these numerical model experiments with use of satellite andin situ ocean observations are consistent under three dimensional ocean circulation theory combined with solar radiation transfer process.     

淀山湖蓝藻水华高发期叶绿素a动态及相关环境因子分析

根据2008年5-9月专项监测数据,分析蓝藻水华高发期淀山湖叶绿素a浓度的动态变化,及其与pH、溶解氧、TN、TP等环境因子的相互关系.结果表明,淀山湖蓝藻水华高发期叶绿素a存在明显的时间变化和空间分异,特别是叶绿素a的峰值共对应了3次水华暴发过程.其叶绿素a对数与总磷对数呈极显著正相关,与硝酸盐氮、TN/TP呈负相关...     

利用卫星遥感技术监测赤潮的研究

赤潮灾害的频繁发生，给海洋生态环境和海洋渔业经济造成了严重危害。卫星遥感技术的不断完善，为快速、有效地动态监测赤潮灾害提供了可能，通过卫星图片的校正、合成、分析、解释、判断分析，可以迅速连续地掌握赤潮的发生状况，对于研究防控和治理赤潮灾害有着十分重要的意义，本文就如何利用卫星遥感技术监测赤潮进行了探讨。     

通过水体置换降低水库富营养化风险：长江口青草沙水库案例研究

城市淡水系统的富营养化风险是世界范围内普遍关注的问题。多种物理、生物和化学技术手段被应用到富营养化湖库的治理当中,以期抑制水体的富营养化程度和藻类生物量。经证实,在未有效降低营养盐来源的情况下,这些手段的效果有限。而在发展中国家,控制营养盐来源可能需要花费数十年的时间。本研究旨在分析某一高营养盐负荷的沿海水库的富营养化和藻类水华风险,以期确认通过水利调度来抑制水库富营养化状态的可行性。该案例水库为位于长江口的青草沙水库。该水库2009至2012年期间的库内五个点位的水质数据被用于进行案例分析。水质指标包括水温、透明度、溶解氧、总氮、总磷和浮游植物叶绿素a。该水库的建设期为2009年4月至2010年10月,期间水库未曾与长江口发生水体交换。该水库的试运营期为2010年10月至2011年1月,正式运营期为2011年1月至今。在运营期间,库内与长江口的水体交换逐步上升。综合营养状态指数（TLI）被用于评估该水库的营养状态变化情况,该指数是通过数个代表性水质指标计算得到。库区的TLI指数峰值在2009年夏季可达51,在2011年夏季可达55,超过TLI指数的富营养化阈值50。TLI的谷值32出现在2010年的夏季。水质观测期的其他时段的TLI指数均可保持在50以下。以上分析结果表明：水库在2009年和2011年夏季由于过量的营养盐负荷和藻类水华迅速恶化到富营养化状态。水库在2010年和2012年均未出现富营养化状态和藻类水华,这是由于2010年期间水库缺少营养盐输入,2012年期间水库调度充分地置换了库区水体。库区水质指标的时空变化均通过文中的观测资料和数据分析进行展示。经分析表明,通过潮汐涨落来充分置换库区水体的水库调度手段是一个极为经济有效的抑制高营养盐水体富营养化和藻类水华的工程手段。     

Processes Causing the Temporal Changes in Si/N Ratios of Nutrient Consumptions and Export Flux during the Spring Diatom Bloom

Two processes are generally explained as causes of temporal changes in the stoichiometric silicon/nitrogen (Si/N) ratios of sinking particles and of nutrient consumption in the surface water during the spring diatom bloom: (1) physiological changes of diatom under the stress of photosynthesis of diatom and (2) differences of regeneration between silicon and nitrogen. We investigated which process plays an important role in these changes using a one-dimensional ecosystem model that explicitly represents diatom and the other non-silicious phytoplankton. The model was applied to station A7 (41°30′ N, 145°30′ E) in the western North Pacific, where diatom regularly blooms in spring. Model simulations show that the Si/N ratios of the flux exported by the sinking particles at 100 m depth and of nutrient consumptions in the upper 100 m surface water have their maxima at the end of the spring diatom bloom, the values and timings of which are significantly different from each other. Analyses of the model results show that the differences of regeneration between silicon and nitrogen mainly cause the temporal changes of the Si/N ratios. On the other hand, the physiological changes of diatoms under stress can hardly cause these temporal changes, because the effect of the change in the diatom's uptake ratio of silicon to nitrogen is cancelled by that in its sinking rate.