MODIS影像的大气校正及在太湖蓝藻监测中的应用

MODIS 数据有免费、波段丰富、时间分辨率高等优点,是进行太湖蓝藻监测的重要数据源,由于MODIS传感器接收的是地物反射太阳辐射的信号,太阳辐射与地球大气的相互作用会引起传感器接收到的信号失真,为了提高利用MODIS数据监测太湖蓝藻的精度,必须对其进行大气校正.本文介绍了FIAASH大气校正模型的基本原理,并对2007年4月25日MODIS数据的前七个波段进行试验,对比分析了影像大气校正前后的NDVI值以检测大气校正的效果;分析表明,大气校正前后NDVI的变化趋势基本上相同,但大气校正后的NDVI动态范围更大,校正后NDVI的平均值和标准差增大,大气校正在一定程度上有效地降低了大气对遥感影像的影响,达到了增强信息的目的;最后,利用大气校正获取的地表真实反射率数据的第二波段与第一波段的比值,运用阈值法提取蓝藻信息,经试验当阈值为1.9时提取出来的蓝藻分布图基本上与实际相符.利用MODIS影像可以快速、及时地监测蓝藻爆发的位置及爆发程度.     

湖光岩玛珥湖春季浮游植物对溶解态氮的吸收

利用15N稳定同位素示踪技术,采用现场挂瓶培养的方法测定了湖光岩玛珥湖浮游植物群落对铵态氮、硝态氮和尿素态氮的吸收速率,研究了湖光岩玛珥湖浮游植物群落氮吸收及其吸收动力学特征.结果表明:湖光岩玛珥湖共检测到浮游植物7门54种(包括变种和变型),主要为蓝藻门、硅藻门和绿藻门种类,分别占浮游植物总量的44.68%、26.70%和19.21%,其中水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)与铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)为绝对优势种,优势度分别为0.39与0.28.湖光岩玛珥湖浮游植物群落对铵态氮的绝对吸收速率最高,分别是对硝态氮、尿素态氮绝对吸收速率的5.8和4.2倍,占3种溶解态氮总吸收量的73.3%.铵态氮、硝态氮和尿素态氮的相对优先指数分别为2.907、0.190和1.192,说明浮游植物群落优先吸收铵态氮,其次为尿素态氮,最后为硝态氮.铵态氮、硝态氮和尿素态氮的周转时间分别为3.72、57.03和9.07 h.湖光岩玛珥湖浮游植物对溶解态氮的吸收可用Michaelis-Menten酶动力学方程描述,最大比吸收速率表现为铵态氮尿素态氮硝态氮,亲和力表现为硝态氮铵态氮尿素态氮.湖光岩玛珥湖浮游植物群落对铵态氮具有较高的吸收潜力,并且对硝态氮具有一定的亲和力,具备利用硝态氮的能力.     

太湖浮游植物中重金属含量的季节变化特征及湖区差异

近年来随着社会经济的发展,排入太湖的污水中重金属含量不断增加,为研究太湖浮游植物中重金属的污染状况,分别于2009年春季(4月)、夏季(7月)和冬季(12月)对太湖不同湖区展开调查,通过HCA聚类分析和Pearson相关分析探讨不同湖区浮游植物中重金属含量的季节变化,并与优势藻种进行CCA分析,对浮游植物重金属与各藻种关系进行初步探讨.结果表明:太湖浮游植物中重金属的含量大小为:ZnMnPbCuNiCrAsCdHg,其中Zn、Cu、Mn、Pb、Ni的季节变化明显,Zn和Cu、Pb、Ni、Cr之间的相关系数很高且具有同源性.通过对比不同湖区,发现北部梅梁湾的浮游植物重金属含量较高,东太湖和湖心区含量均低于沿岸湖区.CCA分析表明春季重金属与优势藻种呈正相关,而夏季和冬季二者呈负相关.三季中重金属与蓝藻和绿藻的相关性最高,与隐藻的相关性最低.蓝藻中,重金属与铜绿微囊藻的相关性高于水华微囊藻.     

流速对浮游藻类生长和种群变化影响的模拟试验

采集夏季崇明岛中心湖原水,在环形有机玻璃水槽开展了不同流速对浮游藻类生长和种群变化影响的研究.相对于静止水槽,实验前期不同的流速条件均对浮游藻类的生长产生了一定的抑制作用,实验后期浮游藻类叶绿素a含量均稳定在一定水平,且流动水槽中叶绿素a含量略大于静止水槽,这可能与静止围隔中出现大量枝角类浮游动物有关,而流动条件则抑制了浮游动物的生长,减轻了对浮游藻类的捕食压力.水体流动导致了浮游藻类种群的变化,蓝藻的迅速消失、绿藻和硅藻形成生长优势是主要特征,表明持续的流动条件是导致浮游植物种属减少和群落结构变化的直接原因.该研究可为调水引流在河道、湖泊和水库中的富营养化控制和水华防治提供基础依据.     

西藏尼洋河水生生物群落时空动态及与环境因子的关系:1.浮游植物

于2008-2009年按照季节调查了西藏尼洋河浮游植物群落的组成、丰度和多样性,并运用多元统计方法定量分析了浮游植物的空间和季节变化特征及其与主要环境因子之间的关系.结果显示,尼洋河浮游植物共计7门29科48属,其中硅藻为优势浮游藻类.浮游植物Shannon-Wiener多样性指数(Pielou均匀度指数)在尼洋河中游(尼洋河下游)最高,其他河段呈下降趋势,符合中间高度膨胀假说.尼洋河沿程浮游植物的总丰度、物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数以及Pielou均匀度指数不存在显著差异,夏季的浮游植物物种丰富度与其他季节的存在显著差异,夏季总丰度与秋、冬季的存在显著差异,冬季的浮游植物Shannon-Wiener多样性指数与春季的存在显著差异,冬季的均匀度指数与其他3个季节的存在显著差异.尼洋河浮游植物季节演替依赖于外源性水源补充,沿程演替则与河道底质有着很大关系.典范对应分析(CCA)表明,尼洋河硅藻门舟形藻科的藻类与理化因子铵态氮、表层pH、表层水温相关,部分蓝藻以及绿藻与水质理化因子也存在着关联.分类回归树(CART)模型预测了尼洋河着生藻类时空分布与主要环境因子之间的定量关系,尼洋河浮游植物群落总丰度和均匀度指数受pH值影响较大,pH值低于8.0的水域浮游植物均匀度指数比pH值高于8.0的水域大,尼洋河浮游植物Shannon-Wiener多样性指数受到河道底质影响较大,底质为黏土的水域浮游植物Shannon-Wiener多样性指数较底质为砂石的大.这些关键环境因子对尼洋河水域浮游植物的时空变化有着重要的指示作用,建议加强对浮游植物及这些环境因子的关注,保障尼洋河水域生态环境的可持续发展.     

Phosphorus fractionation and release characteristics of sediment in the Saemangeum Reservoir for seasonal change

Periodical algal blooms result in deposition and release of phosphorus (P) from the sediment into the water. Therefore, during seasonal changes when algal particles begin to settle to the bottom, understanding the behavior and distribution characteristics of the P in sediment is the most important key to manage the water quality of the Saemangeum Reservoir. In this study, the variation of water quality and sediment composition including chlorophyll-a (Chl-a) and P was investigated to determine the interaction between water and sediment. The study focused primarily on algal particle sedimentation that affects the P release and mineralization of sediment. The Chl-a concentration in water showed a sharp decline in October when the algae began to die in the fall, and afterward the concentration of chemical oxygen demand (COD) and total P (TP) in the sediment increased due to the sedimentation of decaying algal particles in November. During the same period of time, the readily bio-available P (RAP) in the sediment showed a drastic increase in the upper region where the Chl-a concentration of water was high. In sequence, the high RAP zone shifted from the upper region to the lower region in the early winter. The RAP shift was considered to be derived from the physical flow of the overlying water from which the decomposing algae settled on the surface of the sediment. The Saemangeum Reservoir was constructed recently; therefore, all the types of inorganic P fractions except soluble reactive phosphorus (SRP) that exist on the bottom surface of the lake and the marsh's sediment layer were not sufficient to significantly influence the overlying water. On the other hand, the released P from the algae was distinct and sensitive to the seasonal change. In conclusion, the algal particle sedimentation was important to control eutrophication rather than P release from the mineralized inorganic P of the sediment surface layer in the Seamangeum Reservoir.     

多样性指数在海洋浮游植物研究中的应用

对海洋浮游植物群落分析中常用的多样性指数进行了比较研究.对物种丰富度依赖型、丰度依赖型和实测浮游植物群落中物种丰富度、Shannon指数(以2或e为底)、Pielou均匀度指数、Simpson指数(1-D或1/D形式)、Margalef指数、Berger-Parker指数、McIntosh指数、McIntosh均匀度指数、Brillouin指数、Brillouin均匀度指数、Fisher α指数和Q统计指数等不同多样性指数计算结果进行了比较,发现不同多样性指数对浮游植物群落多样性的分析存在明显差异.对于一般情况下浮游植物群落多样性的研究,物种丰富度、Margalef指数、Fisher α指数、Shannon指数、Simpson相遇指数和Pielou指数的综合使用是较合适的,但对Margalef指数和Fisherα指数的结果要谨慎解释.并在综合应用各指数的基础上提出了浮游植物群落多样性分析的一般步骤.     

南黄海浮游植物季节性变化的数值模拟与影响因子分析

用三维物理-生物耦合模式研究南黄海浮游植物(以叶绿素a为指标)的季节变化.对于物理模式采用Princeton ocean model(POM),对于生物模式考虑溶解无机营养盐(氮、磷、硅)、浮游植物、食草性浮游动物和碎屑.给定已知的初始场和外加边界强迫,模拟了观测到叶绿素a的主要时、空分布特征,如浮游植物的春、秋季水华和夏季次表层叶绿素a极大值现象等.研究表明,浮游植物春季水华最先发生于黄海中央海域,主要原因是该海域透明度较高,流速较小.春季水华开始于垂直对流减弱和层化开始形成之前(约3月底至4月上旬),显著地依赖水层的稳定性.水体层化以后(约5～9月)叶绿素a浓度高值区分布在南黄海的南部和锋区.夏季的南黄海中央海域,由于上混合层营养盐几乎耗尽,限制了浮游植物的生长,在紧贴温跃层下部的真光层,具有丰富的营养盐和合适的光照,次表层叶绿素a极大值得以形成.秋季(约9～11月份,略迟于海表面开始降温的时间,随地点不同而异)随垂直混合的增强,有利于营养盐向上输运,浮游植物出现一次较小的峰值.     

典型风力条件及水力调度下太湖藻华高频时空动态监测

湖泊藻华问题已成为全球水生态环境领域面临的长期挑战,风力条件变化和引调水工程的水力调度能改变湖体水动力结构,对藻类的生长和聚集过程产生影响,进行该过程的精细化监测和机制分析对于湖泊藻华预报预警和应急处置具有重要意义。本研究基于Hiamwari-8/AHI卫星遥感高频监测数据,对比分析了归一化差异植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)和浮游藻类指数(FAI) 3种不同指数对太湖藻华的反演效果,开展了典型风力条件下和水力调度下太湖藻华生消过程的持续监测分析。结果表明,FAI对藻华区域和非藻华区域的区分更加明显,其阈值提取的藻华面积与基于MODIS图像解译的藻华面积的相对误差最低,为-2.27%。当营养盐充足且水温持续保持在蓝藻大量生长增殖的阈值以上时,风力条件是导致太湖藻类迁移聚集的关键因子,风向主要影响藻类的水平迁移,使其进行方向性迁移并逐渐形成大面积藻华区域。风速主要影响藻类的垂向迁移并存在临界阈值,当风速低于约2.5 m/s的临界风速时,藻华面积随风速增加而增加;当风速高于临界风速时,藻华面积随风速增加而降低。水力调度对距离较近的贡湖湾区域具有显著影响,主要通过水动力扰动来影响...