基于实测数据和卫星数据的黄东海透明度估测模型研究

海水透明度是描述水体光学特征的一个重要参数,也是海洋水质调查中的一个重要指标。利用2个航次的黄东海透明度数据和MODIS遥感反射率数据,进行了黄东海透明度的遥感反演研究,建立了透明度单波段模型、波段比值模型、三波段模型以及基于固有光学特性的半分析模型。结果表明,三波段模型具有较高精度,反演值与实测值之间的平均相对误差为19%、决定系数为0.719、均方根误差为1.47m。黄东海透明度估测模型的建立,有利于利用遥感影像对黄东海透明度进行全面估测,对于监测黄东海水质状况具有重要意义。     

2003-2020年黄海水体透明度时空变化特征及影响因素研究

海水透明度是描述水体光学性质的重要参数,也是海洋环境质量的评价指标。本文基于三波段模型,反演了2003-2020年黄海水体透明度。结果表明,透明度呈近岸向远海逐渐增加的特征,黄海西部为低值区,南黄海中部为高值区。在时间上,透明度呈现下降的趋势。经验正交函数分析表明,第一模态与叶绿素a浓度相关性最强,与悬浮物浓度的相关系数较高,说明海水透明度的变化主要受水体光学组分的影响。第二模态和第三模态表明,海表温度、海表盐度是引起透明度变化的主要协变量。水体透明度长期监测是水质监测和海洋生态系统保护的重要内容。     

洪水入海对养殖环境影响的数值分析

基于三维流体动力学和热力学原始方程 ,采用σ坐标变换技术 ,建立了三维斜压场数值模型。模型采用ADI格式求解连续方程和动量方程 ,采用FS法和TVD格式求解各标量方程 ,从而使模型的精度提高到二阶 ,并且节省运算时间。利用建立的三维斜压场数值模型 ,对鸭绿江洪水期形成的低盐水体的分布进行了数值模拟 ,进而分析了鸭绿江洪水入海对黄海北部海域的海水养殖业的可能影响。鸭绿江特大泄洪形成的超低盐混浊水体入侵 ,是筏养扇贝致死的主要原因。及时预报大洪水影响下的低盐水体分布 ,可有效地防止洪水污损灾害。     

基于流量函数的海水交换数值模拟研究

水体交换能力只与水体的流动性有关,目前有关水交换的研究大多是通过指示物质浓度来计算水体交换率以及交换时间,其结果不能准确地体现海水交换能力。本文以一个T形区域为例,提出基于流量函数的一种水体交换计算方法。在三维连续方程沿水深方向积分的基础上得到水深平均的二维浅水方程,求解得到流速、水深等数据;进而对二维浅水方程积分引入流量函数;做出流量函数对应的等值线分布图。等值线分布图中显示模拟区域内一半以上的水体能被交换至域外,计算模型前、后半周期的海水交换率分别为0.6396和0.6465。结果表明:采用基于流量函数的数值模拟方法评价某区域的水体交换能力简单而可行,通过流量函数等值线分布图能够直观的反映出区域水体的水交换能力。     

一种海水透明度测量新方法的研究与实现

随着海洋光学探测技术的不断发展,传统的海水透明度测量方法已无法满足当前对海洋环境参数全方位、多角度、动态实时测量的要求.文章依据海水透明度的光度学定义,提出了一种测量海水透明度的新方法,并基于常用的光学器件及测量仪器,设计了一套海水透明度的实时测量装置,介绍了测量装置的安装调节方法.理论分析和实验均表明,该测量装置可以有效实时测量海水透明度.     

基于环境一号卫星的四十里湾透明度遥感反演

利用环境一号小卫星的CCD数据及同步地面观测数据,进行了烟台四十里湾海域透明度的遥感反演研究。结果表明,红蓝波段比值与实测透明度具有较高的相关性,并以此为基础建立了该区域水体透明度的遥感反演模型,反演值与实测值的平均相对误差为8.6%,均方根误差为0.1 m。据此模型绘制了四十里湾水体透明度分布图。研究发现,透明度具有近岸低、远岸高的特点,且从近岸向外海基本呈逐渐递减的趋势。     

滇池水体中透明度的遥感定量模型研究

研究利用滇池 1999年 4月 14日陆地卫星TM数据与准同步全湖面监测资料 ,对滇池全湖水体透明度与不同波段遥感值的关系进行了关联度分析 ,并据此建立了TM图像遥感透明度水质模型 ,该模型被成功地应用于滇池水体透明度的遥感动态监测。     

基于QAA算法的巢湖悬浮物浓度反演研究

QAA(quasi-analytical algorithm)算法基于辐射传输原理,估算水体后向散射系数,是目前较为成熟的半分析模型方法.2009年6月对巢湖水体进行野外实测,在获得遥感反射率、吸收衰减系数、悬浮物浓度(cTSM)等数据的基础上,构建了巢湖水体cTSM的近红外双波段反演模型,并将QAA算法计算得到的后向散射概率作为输入,以期提高cTSM的反演精度.结果表明,①对巢湖水体而言,807 nm和834 nm是构建近红外双波段模型的最佳波段,807 nm处的单位散射系数为0.411 m2.g-1,834 nm处的单位散射系数为0.395 m2.g-1;②利用QAA算法计算得到的巢湖水体的后向散射概率为0.029,将该值输入反演模型后,cTSM的反演精度与输入其他经验值相比得到明显提高,反演值与实测值的均方根误差RMSE和平均相对误差绝对值MAPE分别达到12.143 mg.L-1和24.378%;③在cTSM较高的站点(近似高于30 mg.L-1),利用近红外双波段模型反演的悬浮物浓度结果更为稳定和可靠.     

基于边界定位法的填埋场渗漏检测

提出了以传输线模型为基础的新型填埋场渗漏检测方法,并且建立了填埋场渗漏检测的非均匀传输线模型.利用模型中边界电气量以及渗漏区域2个分界面电压连续的基本原理推导出测距方程,通过线路两端电气量的采样值,计算模型的特性阻抗和传播系数.结果表明:检测频率为30 MHz时,渗漏和未渗漏区域的衰减常数和相位常数差异性最大;同一频率下,渗漏区域的值高于未渗漏区域;特性阻抗的模值随频率增加而减小,辐角则随频率的增加而增大;测量中不同步采样对测距精度有一定影响.为提高测距精度,应选用较高的检测频率并保证两端电气量同步采样.      

光学复杂水体中水色参数反演的不确定性评价

湖泊水色遥感为大范围、长时序监测湖泊水质提供了可能性,遥感反射率对构建水环境参数反演模型具有重要意义。该研究以太湖和乌梁素海为研究区,结合Landsat-8 OLI数据及已有的算法对透明度、悬浮物、藻华等参数进行验证,比较了不同级别反射率产品(大气顶部反射率(TOA)、经瑞利校正后的反射率(R_rc)、地表反射率(SR))在参数反演中的不确定性。结果表明：(1)浑浊水体反射率高于清澈水体,TOA在可见光波段反射率明显提升,R_rc和SR更符合水体光谱曲线特征,且R_rc稳定性优于SR;(2)透明度模型SDD_Song在乌梁素海的效果优于太湖,SDD_Zhang模型则相反,SPM_Cao模型在2个湖泊的精度均高于SPM_Wen模型,FAI_Rrc和FAI_SR结果具有一致性;(3)不同级别的反射率产品误差表现为TOArcrc     

城市景观水体曝气与生物膜联合净化技术研究

为提高城市景观水体的透明度,降低水体中的营养盐含量,改善水生态系统恢复的生境条件,将水体曝气与生物膜复合净化技术应用于北京某疗养院5 000 m2景观水体,研究该技术提高水体透明度和降低水体中营养盐的效果,曝气方式采用新型的推流型射流曝气机,生物膜载体采用弹性生物膜填料.研究显示,该技术能使水体透明度从25 cm提高到了120 cm;水体中总氮(TN)、氨氮(NH4 -N)、硝氮(NO3--N)、总磷(TP)的含量分别降低了22.4%、86.6%、90%和73.3%;水体底部溶解氧(DO)含量由4.3 mg/L增加到7 mg/L左右.环境水体透明度的提高为恢复水生态系统创造了有利条件,表明水体曝气与生物膜复合净化技术是景观水体水生态系统生境改善的有效措施.     

光照与东海近海中肋骨条藻（Skeletonema costatum）赤潮发生季节的关系

利用船基现场培养实验和模型计算的方法,研究了光照与东海近海春夏季均能发生中肋骨条藻赤潮的关系.结果表明,中肋骨条藻生长的最适光照强度(Iopt)随水温(t)的增加呈"慢升快降"的不对称"倒V"形变化特征,在25℃左右Iopt最大,为121.6 W·m-2, Iopt-t中曲线符合Blanchard方程;由东海海表水温计算的中肋骨条藻Iopt的季节变化特征与东海海面光照强度、海水透明度的季节变化基本同步(R2=0.907±0.115, P<0.001),且滞后于海面光照强度2个月左右,这使春夏季海水中光照最适宜生长的水层均为全年最厚(6m左右).可见,中肋骨条藻对光照的适应性很强,海区海水光照的适宜性是春夏季均能形成大规模中肋骨条藻赤潮的重要原因之一.     

二维高阶Boussinesq数值模型及其实验验证

基于近似到O(μ2)阶完全非线性的Boussinesq方程,在非交错网格下,建立了有限差分的波浪数学模型.针对该数学模型,利用混合四阶Adams-Bashforth-Moulton预报-校正格式对该方程进行了数值求解.计算了几组地形下的波浪传播变形,数值计算结果与实验结果吻合较好,验证了该波浪数值模型.同时给出了弱非线性方程数值模型的计算结果,讨论了非线性的影响.     

干湿球法湿度测量精度算法研究

根据干湿球方程和误差传递原理提出了干湿球法相对湿度测量精度的计算方法,能够利用干湿球温度及精度准确地计算出相对湿度的精度,并给出了计算实例。该方法还能够推广到其他相对湿度精度计算工作中。     

阳宗海水体特征分析及控制对策初探

以近年来阳宗海水体TP、TN、高锰酸盐指数、透明度、水体中N、P比和水生生物特性等湖泊富营养化要素综合评价了阳宗海水体水质变化特征.在总结阳宗海污染控制取得阶段性成果的基础上,针对目前仍然存在的富营养化威胁,建议将恢复湖泊生态系统、控制内外污染源以及强化流域环境管理作为新的控制对策.     

HSPF水文水质模型应用研究综述

HSPF(Hydrological Simulation Program-Fortran)模型采用FORTRAN语言编写,以Stanford水文模型为基础,能够综合模拟径流、土壤流失、污染物传输、河道水力等过程,并大量应用于气候变化与土地利用变化的流域水环境效应情景模拟.该模型是半分布式水文水质模型的优秀代表,在国外得到广泛的应用.HSPF模型包括PERLND、IMPLND与RCHRES等3个主要模块,分别实现对透水地段、不透水地段与地表水体的水文水质模拟.总体来看,HSPF模型在国外水文、水质过程模拟,以及涉及气候变化和土地利用影响的情景分析中发挥重要作用,但是国内该模型的应用非常有限.HSPF模型存在的主要问题包括:①模型中某些方案和算法还有改进和完善的空间;②模型对数据输入要求较高,模拟的精度受到空间和属性等数据的限制;③模型只限于均匀混合的河流、水库和一维水体模拟,对于复杂流域或水体的模拟研究,需要与其它模型整合以解决更加综合的问题.目前,针对发展与完善HSPF模型的研究仍在继续,包括模型平台开发、模型功能扩展、模型校正方法研究、参数敏感性研究等方面.随着我国基础数据的积累及共享程度的提高,HSPF模型在我国的应用也将更加广泛.     

赤潮期东海水体不同遥感分类算法应用分析

对赤潮期长江口及邻近东海海域水体进行了三种不同遥感分类方法的水体类别提取。首先进行了最大似然监督法和ISODATA非监督法两种代表性的水体遥感分类,之后提出了两种基于水体光谱曲线特征的波段比值阈值分割模型,即C1=Lrs(645)/Lrs(469)和C2=Lrs(555)/Lrs(469)。对比发现,三种方法分类结果均揭示出了长江口及邻近东海海域近岸到远洋的水体空间变化规律,依次为悬浮泥沙水体、富营养化水体、赤潮水体、赤潮边界水体和远洋洁净水体。其中最大似然监督法对像元亮度值较为均一的悬沙水体和富营养化水体提取精度较高。而ISODATA分类结果误判较严重,可以作为辅助判别依据。本文提出的阈值分割模型1对悬浮泥沙水体更为有效,总体精度为91.34%,Kappa系数为0.88;模型2对赤潮水体更有效,总体精度为94.14%,Kappa系数为0.92,精度均高于前两种方法。     

基于MIKE 11模型的引江济淮工程涡河段动态水环境容量研究

为探索分析水体环境容量的动态特性,论文以引江济淮工程涡河段为例,首次提出MIKE 11模型结合稀释流量比m值法计算河流水环境容量。计算结果表明:1)基于MIKE 11模型的m值法计算环境容量来分析河流水体环境容量的动态特性是可行的,它综合了环境管理中的总量控制和质量控制思想。2)通过对参数的合理取值,可建立客观反映模拟河段水动力、水质时空演变规律的模型;MIKE 11模型综合考虑河床糙度、纵向扩散系数、综合衰减系数、地表储水层最大含水量、土壤或根区储水层最大含水量等因素,水深的绝对误差(Re)、确定性系数(R2)和Nash-Suttcliffe系数Ens分别为3.30%、0.990和0.984;流量的Re、R2和Ens分别为9.8%、0.969和0.997;义门大桥断面COD模拟误差为13.7%,氨氮模拟误差为14.7%。3)基于MIKE 11模型的m值法计算谯城区COD的月均环境容量为-220.48 g/s、氨氮的月均环境容量为-10.97 g/s;涡阳县COD的月均环境容量为-17.05 g/s、氨氮的月均环境容量为2.56 g/s;蒙城县COD的月均环境容量为30.58 g/s、氨氮的月均环境容量为4.47 g/s;怀远县COD的月均环境容量为176.59 g/s、氨氮的月均环境容量为10.67 g/s;与传统的一维模型计算值相比,计算精度更高。结论认为,此方法可为MIKE 11模型的应用拓宽新思路,为引江济淮工程中河流水体的动态水环境容量计算提供依据,为污染物在横断面均匀混合的非感潮河流水体的环境容量计算和流域水污染治理提供一种新的技术方法。     

渤黄海水作中的二氧化碳

本文利用碱度、pH、温度和盐度等调查资料计算了渤、黄海水体中二氧化碳各分量的含量,绘制了水体中二氧化碳含量的时空分布图,讨论了水体中二氧化碳的分布变化规律。认为渤海水体中二氧化碳的含量及分布受陆源物质输入的影响较大。特别是黄河水的输入不仅使渤海水体中二氧化碳含量增高,同时也影响到山东半岛以南的近岸海水。黄海水体中的二氧化碳含量的分布与该调查区内夏季水团分布比较有许多相似之处,可否成为一个水文指标来考虑有待于进一步的探讨。     

碱渣对海洋水环境中PO_4~（3－）的吸附动力学特征

本文作为碱渣倾倒对海洋水环境影响现场调查的先期研究，从理论上推导了固─液体系的二级吸附动力学模型。在室内试验的基础上，利用该模型对碱渣─海水混合体系的吸附试验数据进行了理论分析。认为碱渣对海水中磷酸盐的吸附是二级动力学过程。并且提出了碱渣─海水体系中碱渣含量对吸附反应速率影响大小的“强度指数”概念。应用该模型预测了不同混合比例条件下碱渣对海水中不同初始浓度磷酸盐的平衡吸附量和平衡浓度。理论分析发现，预测的平衡吸附量和平衡浓度之间符合乔姆金等温吸附方程，说明了海水中磷酸盐在碱渣表面上的吸附是遮盖率不大的单层化学吸附，与本文的前提假设相符合。