基于Sentinel-2 MSI影像的秦皇岛海域叶绿素a浓度遥感反演

基于2013-2018年秦皇岛海域实测遥感反射率和叶绿素a浓度数据,建立了该海域Sentinel-2MSI影像的叶绿素a浓度遥感反演模型。结果表明：443 nm、490 nm和560 nm处的等效遥感反射率比值与叶绿素a浓度相关系数普遍高于其他波段或组合,通过经典的OC3Mv6算法拟合分析,得到秦皇岛海域叶绿素a浓度遥感反演的最佳算法,R²=0.804,MAPE=40.2%,RMSE=4.73 mg/m³;利用2016年7月6日的实测叶绿素a浓度数据对Sentinel-2 MSI遥感反演结果进行了真实性检验,MAPE=35.9%,可以满足应用要求;采用2020年2月、5月、7月及10月Sentinel-2 MSI影像进行叶绿素a浓度反演,发现春、夏季秦皇岛海域叶绿素a浓度梯度变化显著,而秋、冬季叶绿素a浓度分布相对均匀,且春、夏季沿海海域叶绿素a浓度明显高于秋、冬季。     

春、冬季长江口颗粒有机碳的时空分布及输运特征

根据2012年2月(冬季)、5月(春季)对长江口2个航次的调查数据,分析了春、冬季长江口颗粒有机碳(POC)的时空分布及影响因素,并探讨其输运特征.结果表明:2012年春季长江口POC的浓度为0.23~31.61mg/L,均值为2.55mg/L;冬季POC的浓度为0.16~5.82mg/L,均值1.42mg/L.春、冬季POC空间分布整体呈现近岸高远岸低、表层低底层高的特征,最高值均出现在口门附近.POC与悬浮物(TSM)呈极显著线性正相关,而与叶绿素a(Chl a)的相关性均较差,表明陆源输入对长江口POC的分布影响很大;POC/Chl a比值测算表明有机碎屑是调查水域POC的主要来源和存在形式,定量估算结果表明浮游植物生物量对春、冬季长江口POC的贡献分别仅1.26%和0.9%,且浮游植物对POC的贡献分别在TSM小于110mg/L和100mg/L时才能表现出来.春、冬季长江口TSM分别在大于117mg/L和335mg/L时,有机碳入海以颗粒态为主,反之则以溶解态为主.长江输送至河口的悬浮物中POC的百分含量(POC%)在春、冬季分别为0.9%和0.4%.春、冬季长江口最大浑浊带对POC的过滤效率分别达89%和69%,大量POC随泥沙在最大浑浊带发生了沉降.     

湛江湾叶绿素a粒径结构及其与环境因子的关系

于2010年4月至2010年10月3个航次调查了湛江湾叶绿素a粒径结构的时空分布,并分析了浮游植物粒径与环境因子之间的关系。春季总叶绿素a变化范围为1.75~4.73 mg/m3,平均值为3.05 mg/m3;微微型浮游植物是叶绿素a的主要贡献者,贡献率为62.9%。夏季总叶绿素a变化范围为8.99~37.98 mg/m3,平均值为21.37 mg/m3;小型浮游植物是叶绿素a的主要贡献者,贡献率为78.8%。秋季总叶绿素a变化范围为2.92~27.85 mg/m3,平均值为6.49 mg/m3,小型浮游植物是叶绿素a的主要贡献者,贡献率为55.7%。平面分布,微微型浮游植物叶绿素a浓度呈湾外到湾内递增的趋势;微型浮游植物叶绿素a浓度核心区域最高,口门区域、中部区域和北部区域无显著性差异;小型浮游植物叶绿素a浓度口门区和中部区域比较高,核心区和北部区域比较低。对湛江湾主要环境因子的典范对应分析(CCA)显示,硝酸盐氮和硅酸盐对小型浮游植物叶绿素a贡献较大,氨氮对微微型浮游植物叶绿素a贡献大,而磷酸盐和水温对微型浮游植物叶绿素a贡献较大,而悬浮物和盐度对3个粒径浮游植物叶绿素a的贡献较小。     

长江口及邻近海域夏季浮游植物分布现状与变化趋势

根据2000～2003年夏季4个航次的调查数据,对长江口及邻近海域浮游植物数量分布状况及变动趋势进行分析和探讨.结果表明:舟山渔场西部浮游植物平均细胞数最高(12 332.30×104/m3),长江口次之(3 961.38×104/m3),杭州湾水域最低(569.11×104/m3),长江口水域年间出现高值(1 000×104/m3)的稳定性明显高于舟山渔场和杭州湾;长江口(122°30′E以西)7月径流量变化是导致8月浮游植物总量年间变化的主要因素之一.浮游植物优势种群从单一种数量优势向多种群数量优势的方向发展,以往单峰型的季节变化和单一种主导浮游植物总数量分布的格局将有所改变.     

东海至楚科奇海表层海水叶绿素a分布研究

利用2014年夏季中国第6次北极科考获得的连续表层海水叶绿素a浓度、温度和盐度数据,研究东海至楚科奇海表层海水叶绿素a分布及影响因素。结果表明,东海至白令海以南太平洋海域叶绿素a浓度平均值2.767 mg/m~3,变化范围0.386~8.642 mg/m~3,变化趋势由西南至东北先增加后减少,白令海至楚科奇海海域叶绿素a浓度平均值1.166 mg/m~3,变化范围0.06~8.283 mg/m~3,变化趋势由南至北递减。采用Pearson相关性分析,结果表明,对于浮游植物生长来说,东海至白令海以南太平洋海域夏季过高的温度和光照水平是不利因素,盐度影响很小,白令海至楚科奇海海域较低的盐度水平则是不利因素,温度和光照水平影响很小。另一个重要影响因素营养盐水平则是跟研究海域洋流变化有关。     

夏季珠江口叶绿素a和营养盐分布特征及其与环境因子的关系

本研究基于2019年夏季珠江口附近海域的现场调查数据,分析了珠江口叶绿素a（chlorophyll a,Chl a）和营养盐的分布特征,并结合环境因子进行了探讨。结果表明:夏季珠江口海域表层Chl a和溶解氧（dissolved oxygen,DO）浓度分别为4.192～88.209 μg/L和4.610～10.586 mg/L;溶解无机氮（dissolved inorganic nitrogen,DIN）、活性磷酸盐（PO₄-P）和活性硅酸盐（SiO₃-Si）浓度分别为0.168～1.247 mg/L、0.011～0.044 mg/L和0.694～6.916 mg/L。夏季珠江口浮游植物生长旺盛,依据美国河口营养状况评价（NEEA-ASSETS）标准,44.4%的站位处于高度富营养化（20 μg/L60 μg/L）。珠江径流量是夏季珠江口浮游植物空间分布的主要驱动因素,珠江口口门内浮游植物生长受光限制和径流稀释影响并未出现高值,珠江口口门外浮游植物旺发消耗了大量磷酸盐,磷成为浮游植物生长的限制因子。Chl a与盐度、PO₄-P呈显著负相关性,与DIN、DIN/P呈显著正相关性,表明河口冲淡水对浮游植物生长影响显著。     

杂食性鱼类排泄物中藻类光能活性研究

借助叶绿素荧光技术,通过对杂食性鱼类鲫鱼(Crucian Carp)和金鲫鱼(Gold Crucian Carp)摄食微囊藻(Microcysis aeruginosa)后排泄物的培养,从鱼类排泄物藻类叶绿素荧光活性的角度探讨了杂食性鱼类在控藻上的应用.结果表明,鱼类摄食对微囊藻生长及叶绿素荧光参数均有显著影响(P<0.05).鲫鱼组的叶绿素荧光参数ΦPSII从第3d开始,Fv/Fo、Fv/Fm、ETR和qP从第5d开始随培养时间的延长而增加,而NPQ始终呈下降趋势.金鲫鱼组的叶绿素荧光参数(Fv/Fo、Fv/Fm、ΦPSII、ETR、qP)在培养期间一直呈降低趋势.鲫鱼组的Chl a浓度与细胞密度在培养期间先下降再上升,最后恢复至对照组水平,且Chl a浓度同部分叶绿素荧光参数(Fv/Fo、Fv/Fm、ΦPSII)呈现极显著正相关(P<0.01);金鲫鱼组的Chl a浓度与细胞密度于实验期间均下降,实验期间一直低于对照组,且两参数均与叶绿素荧光参数(Fv/Fo、Fv/Fm、ΦPSII、ETR、qP)呈极显著正相关(P<0.01).可见,微囊藻经鲫鱼摄食后,其叶绿素光合及生长活性经过短暂的下降后会逐渐恢复,而金鲫鱼可有效降低微囊藻活性,但金鲫鱼作为一种观赏鱼类,不适宜在大面积水体放养.     

光照强度和磷浓度对寡枝刚毛藻生长的影响

在利用沉水植被对湖泊进行生态修复过程中,当营养盐有所降低,水体透明度增加有利于沉水植物生长时,丝状绿藻——刚毛藻会大量生长,从而影响生态修复效果.为了研究光照强度和磷浓度对寡枝刚毛藻(Cladophora oligoclona)生长的影响,本实验用含有不同磷浓度(0.005,0.02,0.1,0.6mg/L)的BBM培养基,在不同光照强度[10,30,50μmol/(m2·s)]下培养寡枝刚毛藻16d.结果发现,在光照强度为10μmol/(m2·s),初始P浓度0.1mg/L以上时,刚毛藻鲜重增加(约0.05g),其余处理条件下,刚毛藻鲜重均减少,其中光强为50μmol/(m2·s),初始磷浓度为0.005mg/L时,刚毛藻鲜重减少量最大(约0.49g).叶绿素荧光参数Fv/Fm值的变化表现为光强越大,Fv/Fm的值越低.在光强为10μmol/(m2·s)时,Fv/Fm值在0.75左右.光强为50μmol/(m2·s)时,Fv/Fm值仅为0.3.在相同光强下,不同磷浓度对Fv/Fm值变化无显著影响.相对于磷浓度对刚毛藻生长的影响,光强对刚毛藻的生长影响更大,且高光强不利于刚毛藻的生长.     

青岛近海夏冬季颗粒有机碳的分布特征

于2006年夏季(8月)和2006年冬季(12月)对青岛近海的悬浮体(TSM)、颗粒有机碳(POC)进行采样并测定。结果表明,青岛近海夏季POC的质量浓度范围为0.15~1.04 mg/L,平均值为0.31 mg/L,冬季POC的质量浓度范围为0.089~0.88 mg/L,平均值为0.27 mg/L。夏季高于冬季,但变化不大。青岛近海夏季POC质量浓度的平面分布具有东北部海域高,西南部海域低的分布趋势,其平面分布与叶绿素a的平面分布基本相似,夏季POC由生物活动控制。冬季POC质量浓度的平面分布呈现近岸高,远岸低,等值线基本与海岸线平行的分布特征,其平面分布与TSM的平面分布相似,冬季POC由TSM控制。夏季和冬季,浮游植物对POC的贡献分别为26.9%和4.10%,青岛近海以碎屑有机碳为主。POC的周日变化明显,夏季由生物活动控制,冬季由潮汐控制。     

河北海域荧光法测定叶绿素含量周年季节分层分布

2006～2007年春夏秋冬在河北海域进行了四个航次分层叶绿素a调查,结果表明:春季(4月),全海域表层叶绿素a平均值为0.65 mg/m~3(0.12～2.69 mg/m~3),中层为1.02 mg/m~3(0.08～3.47 mg/m~3),底层为1.03 mg/m~3(0.12～5.05 mg/m~3);夏季(7月),全海域表层叶绿素a平均值为3.45 mg/m~3(0.63～11.28 mg/m~3),中层为3.40 mg/m~3(0.88～11.50 mg/m~3),底层为3.37 mg/m~3(1.00～11.39 mg/m~3);秋季(10月),全海域表层叶绿素a平均值为5.83 mg/m~3(1.80～13.50 mg/m~3),中层为4.54± 3.33 mg/m~3(1.60～12.80 mg/m~3),底层为5.40 mg/m~3 (2.50～12.70 mg/m~3);冬季(11月),全海域表层叶绿素a平均值为1.21 mg/m~3 (0.47～7.79 mg/m~3),中层为0.79 mg/m~3 (0.47～1.41 mg/m~3),底层为0.86 mg/m~3(0.39～1.93 mg/m~3).总体趋势是春季唐山外部海域叶绿素a浓度较高,夏季秦皇岛和黄骅近岸海域叶绿素a浓度较高,秋季秦皇岛近岸海域叶绿素a浓度较高,冬季唐山近岸海域叶绿素a浓度较高.     

春季南黄海溶解有机碳的分布特征及其受控因素

依据2007年4月对南黄海调查所得的溶解有机碳(DOC)数据,初步分析了南黄海DOC的分布特征及其影响因素。结果表明,2007年春季南黄海DOC的质量浓度为0.91～2.69 mg/L,平均值为1.62 mg/L,北部近岸DOC浓度高,长江口北部海域及南黄海中部外海DOC含量较低;在垂直方向上,10 m层DOC含量略高,各水层量值相差不大。DOC的分布趋势主要受控于水文结构,某些河口海域,生物生产对DOC含量也有一定的贡献。     

长江口及邻近海域春夏季有色溶解有机物时空分布特征及主要影响因素

利用三维荧光光谱(EEMs)-平行因子(PARAFAC)分析技术对长江口及邻近海域春季(2015年3月)和夏季(2015年7月)有色溶解有机物(CDOM)的荧光组成及分布特征进行分析.共识别出2类4个荧光组分,即类腐殖质组分C1(370/495nm)、C2(330/405 nm)、C3(365/440 nm)及类蛋白质组分C4(295/345 nm).春夏季各层4个荧光组分分布模式基本一致,从长江口到邻近海域逐渐降低.春季类腐殖质组分的高值区分布在长江口内,而类蛋白组分高值区位于南槽附近区域,表层的CDOM主要来源于陆源输入和人类活动;中层荧光强度值比表层低,受陆源影响减弱;底层荧光强度值比中层略高,是由沉积物再悬浮造成的.各荧光组分在岱山县附近海域均有一个较高值,这与岛上的居民活动有关.夏季荧光组分高值区与春季相似,各层荧光组分值接近,说明夏季研究区域水体混合较均匀.春夏季腐殖化指数(HIX)在长江口较高,而生物指数(BIX)在邻近海域较高.将4个荧光组分(C1~C4)、吸收系数(a355)与盐度(S)、溶解有机碳(DOC)、总氮(TN)、总磷(TP)、叶绿素a(Chl-a)、溶解氧(DO)做冗余分析.结果表明,4个荧光组分(C1~C4)与总氮(TN)、总磷(TP)主要受陆源输入、人类活动的影响,溶解有机碳(DOC)受陆源与海源的共同影响.本文利用三维荧光光谱-平行因子分析(EEMs-PARAFAC)技术结合多元统计方法解析了CDOM组成,清晰揭示了长江口及邻近海域CDOM的来源及主要影响因子,可为河口海域生源要素海洋生物地球化学研究提供有益的补充.     

重金属胁迫对三角褐指藻生长及叶绿素荧光特性的影响

利用调制式叶绿素荧光仪研究了不同浓度的重金属Cu2+、Zn2+、Cd2+胁迫不同时间(24、48、72和96 h)后,三角褐指藻叶绿素荧光特性的变化情况.测定的主要参数有:光系统II(PSII)的最大光能转化效率(Fv/Fm)、PSII的潜在活性(Fv/Fo)、PSII的实际光能转化效率(Yield=ΦPSII)、相对光合电子传递效率(rETR)、光化学淬灭(qP)和非光化学淬灭(NPQ).研究结果表明,重金属(Cu2+、Zn2+、Cd2+)胁迫下三角褐指藻的叶绿素荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、Yield、rETR和qP均明显降低,并且随着重金属离子浓度的增加,胁迫时间的延长,下降幅度逐步增大;NPQ先上升后下降或者逐渐上升;细胞密度和叶绿素含量也显著降低.对3种重金属离子的半抑制浓度(EC50)的计算结果表明,3种重金属毒性大小顺序为Cd2+> Cu2+> Zn2+.     

长江口及邻近海域营养盐的季节变化特征

2014年2月和7月,采集了长江口及其邻近东海陆架海域106和104个站点的样品,测定了其中的营养盐（NO₃-N、SiO₃-Si、PO₄-P、NH₄-N、NO₂-N）浓度,发现长江口海域营养盐的时空分布具有明显的季节变化特征。在夏季,长江径流量加大,海水层化,含有高NO₃-N、SiO₃-Si、PO₄-P浓度海水的扩散范围明显大于冬季;而在外海,夏季上述营养盐的表层浓度却低于冬季。由于在长江淡水端元NH₄-N和NO₂-N浓度的季节变化较大,这两种营养盐与盐度在长江口的相关关系呈现出"季节性反转",在夏季其浓度与盐度呈现出正相关关系,而冬季则相反,呈现出负相关关系。长江冲淡水是以"斑块化"的形式向外海传递的,通过在不同斑块中采集样品并比较其中营养盐的浓度,验证了夏季长江口海域对大部分营养盐是一个显著的"汇"。此外,营养盐的不保守行为既发生在盐淡水混合海域,也发生在长江口门以内的淡水端元海域。     

珠江口水体表观光谱特性与类型分析

珠江口海域是典型的二类水体,光谱特性复杂,一直是国内学者研究的热点区域。本文基于2014年春（5月）、夏（8月）、秋（11月）、冬（2月）珠江口海域四个航次实测的表观光谱资料,探讨了珠江口海域遥感反射率的类型及时空分布特性。结果发现珠江口海域四季水体遥感反射率呈5大类型,每一类光谱都具有典型的区域性和季节变化特征,其谱峰在450~575 nm范围内随季节变化而移动,A类型常年分布在珠江口内,B类型冬春季节分布在珠江口外混合过渡类水体中,C类型主要分布在珠江口口门外水深较深的离岸海域,D类型春夏季在万山群岛附近海域出现,E类型与大洋水体的光谱特征类似。分析表明5种光谱类型的谱型变化趋势由不同的水质因子主导。该研究对深入探讨珠江口等我国近海二类复杂水体的光谱特性及其水色要素的遥感反演具有重要的参考价值。     

富营养化水体中光学活性物质的垂向分布及其对遥感反射光谱的影响

富营养化水体中光学活性物质的垂向分布对水下光场分布具有重要影响,决定了水色参数定量遥感反演的精度.基于2011年8月和11月在太湖进行的垂直分层采样,分析了水体中光学活性物质含量的垂向分布特征,并探讨了其影响因素及其对水体遥感反射光谱的影响.结果表明,风速是影响富营养化水体中光学活性物质垂向分布的重要因子之一.风速较小(小于3.0 m·s~(-1))或无风时,表层叶绿素a浓度急剧增加,易形成水华;而风速大于5.0 m·s~(-1)时,水体发生垂直混合,底层叶绿素a浓度最大;其它风速条件下,叶绿素a浓度在某一水深处出现极大值.在风速小于5.0 m·s~(-1)的情况下,悬浮物浓度和有色溶解有机物(CDOM)的垂向分布相对均一;当风速超过5.0 m·s~(-1)时,底泥再悬浮过程对两者的贡献较大.在未发生藻华情况下,0~0.5 m水深范围内的叶绿素a浓度均值与波段比值的相关系数最大(r=0.86),对水体遥感反射比的影响较大;而表层悬浮物浓度对水体遥感反射比的影响最大,研究结论可为水色参数含量的精确估算提供方法论支持.     

2010~2011年深圳湾Chl a与粒级结构的季节变化

于2010年11月至2011年8月对深圳湾的Chl a总量及粒级结构的时空分布进行了4个季度的调查,并分析了它们与环境因子的关系。结果表明:深圳湾Chl a总量年平均值为10.95 mg/m3,变化范围为0.63 mg/m3~186.99 mg/m3,季节变化表现为秋季（25.45 mg/m3）>夏季（11.18 mg/m3）>春季（4.95 mg/m3）>冬季（2.21 mg/m3）。全年Chl a空间分布均呈现出由湾内向湾外逐渐递减的趋势。春季和夏季深圳湾以微型浮游植物对Chl a总量的贡献占绝对优势（>76%）;秋冬两季微型和小型浮游植物对Chl a总量贡献均占有很大的比重（>84%）;微微型浮游植物对Chl a总量的贡献全年都很低（ < 16%）。相关分析结果表明Chl a总量和Micro-Chl a与DIN呈显著正相关（p < 0.05）;Nano-Chl a与DIN、DIP和硅酸盐均呈显著正相关（p < 0.05）。深圳湾高Chl a总量,以小型和微型浮游植物占优势的粒级结构主要是由高营养盐水平引起的;在春季和冬季,光照和温度对粒级结构的形成也起到一定的作用。