岛屿海岸线自动化提取及其时空变迁研究——以大连市獐子岛为例

海岸带是受人类活动和全球海平面上升影响的敏感地带,海岸线的提取和监测是海岸带生态系统研究和社会管理的重要内容。本文在遥感和地理信息系统的支持下,以修正的归一化水体指数(Modified Normalized Difference Water Index,MNDWI)为基础,结合遥感影像处理和直方图均衡化等技术,实现了大连市獐子岛1985—2016年海岸线的自动化提取。结果表明:(1)通过与三位专家目视解译的成果比对,本文提取海岸线的精度能满足后续研究的要求(相对误差分别为0.045%,0.032%和0.023%);(2)近30年来,獐子岛海岸线总体呈现蚀退趋势,岸线长度与岛屿面积分别呈现变短和变小的趋势,獐子岛(主岛)和大耗岛的岸线蚀退速率最大,褡裢岛次之,小耗岛最小;在人类活动较为密集的区域,海岸线呈现出较为强烈的增长趋势,海水养殖和圈海建坝是岸线增长的主要驱动力;(3)獐子岛海岸线具有显著的分形性质,分形维数随时间呈现增大的趋势,獐子岛(主岛)的分形维数最大,褡裢岛的分形维数最小。     

海洋表层沉积物中金属镉的来源解析

利用2015年8月份对长江口及其邻近海域表层沉积物的监测数据,基于主成分分析/绝对主成分分数(PCA/APCS)受体模型定量解析了重金属元素镉(Cd)的可能来源,并结合地统计学插值了Cd的源贡献量的空间分布状况,结果表明沉积物中镉污染主要存在3个可能来源,源头及贡献率分别为工业污染(18.8%)、陆地径流输入(66.0%)、生物活动等自然因素(13.6%),并且各个源头贡献量具有不同的空间分布状况,其中工业污染的高值区主要集中在靠近陆地区域,陆地径流输入的分布呈现由近岸向外海逐减降低的特征,生物活动等自然因素的高值区主要集中在远离陆地的外海区域。     

中国近海外来囊藻(Colpomenia peregrina)种群遗传多样性研究

外来囊藻(Colpomeniaperegrina)是一种在潮间带分布广泛的褐藻,它能附着在牡蛎壳上进行跨海区扩散,因而是研究生物多样性变动和生物地理格局形成的良好模型。外来囊藻在中国沿海虽有分布,但关于其种群遗传多样性和分化研究的报道尚为空白。本研究采集了中国近海13个外来囊藻种群样本。通过扩增301条线粒体cox3序列,发现了26个单倍型;通过重建单倍型网络图和基于最大似然法与贝叶斯法重建系统进化树,发现外来囊藻种内遗传多样性较高, 13个种群划分为3个遗传世系,其中浙江南麂列岛的7个种群组成遗传世系A,辽宁和山东的样本则分化为遗传世系B和C。中国近海外来囊藻的这种种群遗传结构可能源于更新世末次盛冰期黄渤海、东海边缘海的环境变化和海平面的大幅下降。遗传世系A具有的较高单倍型多样性,其原因可能是南麂列岛独特的地理位置和潮间带环境的共同作用。     

HY-2B卫星散射计海面风场产品质量分析 *

星载微波散射计是获取全球海面风场信息的主要手段, HY-2B卫星散射计的成功发射为全球海面风场数据获取的持续性提供了重要保障。本文利用欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)再分析风场数据、热带大气海洋观测计划(Tropical Atmosphere Ocean Array, TAO)和美国国家数据浮标中心(National Data Buoy Center, NDBC)浮标获取的海面风矢量实测数据, 对HY-2B散射计海面风场数据产品的质量进行统计分析。分析表明, HY-2B风场与ECMWF再分析风场对比, 在4~24m·s^-1风速区间内, 风速和风向均方根误差(root mean square error, RMSE)分别为1.58m·s^-1和15.34°; 与位于开阔海域的TAO浮标数据对比, 风速、风向RMSE分别为1.03m·s^-1和14.98°, 可见HY-2B风场能较好地满足业务化应用的精度要求(风速优于2m·s^-1, 风向优于20°)。与主要位于近海海域的NDBC浮标对比, HY-2B风场的风速、风向RMSE分别为1.60m·s^-1和19.14°, 说明HY-2B散射计同时具备了对近海海域风场的良好观测能力。本文还发现HY-2B风场质量会随风速、地面交轨位置等变化, 为用户更好地使用HY-2B风场产品提供参考。     

Global Statistical Assessment and Cross-Calibration with Jason-2 for Reprocessed HY-2 A Altimeter Data

HY-2 A (Haiyang-2 A) satellite was launched on August 16, 2011 and radar altimeter is one of its main payloads. We reprocessed two years of HY-2 A altimeter sensor geophysical dataset records (SGDR) data. This paper presents the main results in terms of reprocessed HY-2 A altimeter data quality: verification of data availability and validity, monitoring several relevant altimeter parameters, and assessment of the HY-2 A altimeter system performances. A cross-calibration analysis of reprocessed HY-2 A altimeter data with Jason-2 was conducted. The reprocessed HY-2 A altimeter data show good quality and have a low level of noise with respect to Jason-2. The same geophysical correction methods were used to calculate the sea surface height (SSH) for the two missions. The mean standard deviations of the crossover differences for HY-2 A and Jason-2 are 5.24 cm and 5.34 cm, respectively. The mean standard deviation of the crossover differences between HY-2 A and Jason-2 is 5.37 cm. These show that HY-2 A can provide SSH measurements at almost the same level of accuracy as Jason-2. The relative SSH bias between HY-2 A and Jason-2 due to the Ultra Stable Oscillator (USO) drift is obviously observed, and it can affect the calculation of mean sea level and should be further studied and corrected.     

铜藻(Sargassum horneri)在营养限制胁迫后对NH4-N的超补偿吸收研究

以经济马尾藻铜藻(Sargassum horneri)为研究材料,研究了其在营养限制胁迫后对NH_4-N的超补偿吸收情况。实验分营养限制和恢复营养两个阶段进行,每个阶段均设置饥饿处理组、饱和处理组和正常对照组。铜藻在低营养限制胁迫(饥饿)下培养10天后,恢复营养盐培养3天,分别采用次溴酸盐氧化法和锌镉还原法测定培养液中的NH_4-N和NO_3-N的浓度。本文研究发现,饥饿处理组中铜藻吸收氨氮的速率远高于正常对照组和饱和处理组,在恢复培养第一天时,饥饿处理组对NH_4-N的吸收速率最高为14.94μmol/(g·h),与正常对照组及饱和处理组间差异显著。在恢复培养的后两天,三个处理组中铜藻对NH_4-N的吸收速率差异慢慢变小,直至最后几乎相同。三组对NO_3-N没有表现出较高的吸收,最高仅为6.15μmol/(g·h),结果表明:氮源包括NH_4-N和NO_3-N时,铜藻优先选择吸收NH_4-N。实验后称重测定生长速率:对照组、饥饿处理组和饱和组生长率(SGR)分别为8.48%、8.86%、8.01%,ANOVA方差分析表明,三者存在显著差异(P=0.0320.05),从而证实了铜藻也存在超补偿生长的现象。     

江苏重点海域绿潮漂移扩散数值模拟

江苏海域是绿潮灾害的多发海域,本文利用MIKE3模型建立了江苏辐射沙洲重点海域三维水动力模型,并采用实测资料对模型进行验证和率定;在水动力模型的基础上建立绿潮漂移扩散模型,对江苏海域绿潮漂移路径进行了模拟并与卫星遥感监测的结果进行对比。对比结果表明,模型24 h和48 h模拟结果与卫星遥感图像分析结果较吻合,模型能为江苏海域绿潮的预警预报提供一定参考。     

一套具有更高时空分辨率的全球海洋叶绿素浓度遥感融合产品数据集

认识海洋在全球碳循环中的作用及其对环境变化的响应,需要高时空分辨率的观测数据。由于轨道宽度、云雨天气、太阳耀斑等的影响,单一的水色传感器的观测能力十分有限,将多源海洋水色卫星进行融合是提高水色数据时空覆盖的一种有效途径。SeaWiFS和MERIS分别于2010年12月11日和2012年5月9日停止运行,在很大程度上降低了水色融合产品时空覆盖的提升。我们在融合过程中加入了FY-3 MERSI数据,生成了全球海洋叶绿素浓度遥感融合产品数据集。数据源包括SeaWiFS、MERIS、MODIS-Aqua、VIIRS和MERSI。结果表明：加入MERSI后,融合产品的日平均有效空间覆盖提高了9%;采样频率（同一区域一年中获取有效数据的次数）由57天/年提高到109天/年。利用实测数据和国外同类融合产品（ESA GlobColour和NASA MEaSUREs）对新的数据集进行了质量评价。与实测数据相比,加入MERSI的融合产品精度与未加入MERSI的融合产品基本一致;与国外同类融合产品的偏差小于10%。新数据集的时间序列特性与未加入MERSI的融合产品以及单传感器的一致。     

基于平均分组和叠加相关的GPS信号捕获方法

针对目前GPS软件接收机C/A码捕获信噪比门限高、捕获速度慢的问题,提出一种基于平均分组和叠加相关的GPS弱信号捕获方法。首先,基于平均相关处理技术降低C/A码捕获过程中的自相关损耗,提高对微弱信号的捕获能力;然后,利用叠加相关提高相干运算的运算效率,并采用线性插值提高自相关函数性能;最后,利用频偏校正和内插进一步提高C/A信号的捕获精度。理论分析和仿真实验均验证,该方法能够在较低的信噪比下实现GPS信号捕获,且精度较高、运算量较低。     

SWAT模型在土地利用/覆被变化剧烈地区的改进与应用

人口增长、气候变化、制度变迁、城市化等均会导致土地利用/覆被的变化,进而引起流域水文过程（截留、入渗、蒸散发和地下水补给等）和水循环过程的改变。当前,由于逐年土地利用/覆被数据获取困难、水文模型本身计算缺陷等问题,所有在流域尺度上开展的借助水文模型进行的土地利用/覆被变化影响下的水文模拟研究都存在一个共同缺点,就是采用的水文模型并不能逐年调用土地利用/覆被数据,即水文模型无法真实体现或模拟土地利用/覆被的时空变化。SWAT作为一个广泛应用的分布式水文模型,在其模拟期内,不能逐年调用土地利用/覆被数据,即在进行水文模拟时忽略了土地利用/覆被时间上的变化,这可能会影响其在土地利用/覆被变化剧烈地区（如黑河中游）的应用。黑河流域是典型的内陆河流域,也是中国西北地区第二大内陆河流域。黑河中游是黑河流域的径流耗散区。本文针对SWAT模型在考虑土地利用/覆被变化时的缺点,对其进行了改进并开发出能够逐年调用土地利用/覆被数据的LU-SWAT模型。在土地利用/覆被变化剧烈的黑河中游对SWAT和LU-SWAT模型的径流模拟效果进行比较,发现LU-SWAT模型更适用于黑河中游水循环模拟。