常见卫星传感器在蓝藻水华监测中的应用进展

在全球气候变暖的背景下,湖泊富营养化程度日益加剧导致了全球范围内蓝藻水华暴发频次和暴发范围的逐步增加。利用传统水质监测方法实现蓝藻水华的实时动态监测尚存困难,而遥感技术具有监测范围广、速度快和成本低等优势,于蓝藻水华动态监测中得到了广泛应用。文章在介绍湖泊蓝藻水华遥感监测的原理和方法的基础上,对几种常见卫星传感器在湖泊蓝藻水华监测中的应用现状进行了总结,对比了各种传感器和反演模型的优缺点,最后对目前湖泊蓝藻水华遥感监测研究中存在的不足和发展方向作了分析和展望。     

浅水型湖泊蓝藻水华预警监测工作的思考

浅水型湖泊的富营养化进程不断加快,呈现出蓝藻水华暴发现象是逐年增加的。太湖作为长江中下游地区典型的浅水型湖泊更因近年来蓝藻水华频发的态势引起了政府和社会的广泛关注。为确保太湖地区饮水安全,提高政府应对蓝藻水华的能力,对太湖蓝藻水华进行预警监测是判断其发展趋势以及制定相应对策的重要手段。着力分析和总结了太湖蓝藻水华预警监测工作的主要内容,从预警监测工作的统筹、预警监测体系的建立、技术分析、预警监测的启动、分级与评价、预警信息的发布、预警监测的终止到预警监测的保障机制等,以利于同行们更好地应对浅水型湖泊蓝藻水华的发生。     

氮磷营养盐控制与湖泊蓝藻水华治理研究进展

通过对湖泊富营养化中营养物的来源的分析,结合氮磷营养盐诱发蓝藻水华的机理,探究氮磷营养盐治理湖泊蓝藻水华的有效策略。     

基于DYRESM模型的太湖全年水温模拟及其在水华预警中的应用

水温是湖泊生态系统的重要驱动因子,太湖蓝藻水华暴发过程与湖泊全年水温变化密切相关。本文从水温角度出发,运用澳大利亚西澳大学水研究中心开发的一维DYRESM水动力学模型模拟了太湖2005全年的水温变化状况,并通过太湖2005年水温实测值进行了验证,模型结果较好的反应了2005年太湖逐日水温的变化情况。另外从水温角度对太湖蓝藻水华暴发阶段作出分析,为太湖蓝藻水华暴发的预测预警研究进行了方法上的准备和探索。     

湖泊蓝藻天地一体化监测业务化运行平台的构建——以滇池流域为例

为有效控制蓝藻水华爆发,需要科学、有效地监测蓝藻水华的状态和变化趋势。本文以滇池流域为例,建立基于多源卫星监测、手工监测、自动监测等多方式的湖泊蓝藻天地一体化监测体系,并在此基础上构建湖泊蓝藻天地一体化监测业务化运行平台。指出将此平台运用于环境监测部门的日常业务工作,是湖泊蓝藻监测的发展方向。     

湖泊富营养化研究中的主要科学问题——代“湖泊富营养化研究”专栏序言

湖泊富营养化是我国湖泊当前面临的最为突出的环境问题之一,入湖生源要素循环失衡,蓝藻水华暴发与成灾机理,湖泊水生态系统退化与修复机制,以及湖泊管理科学基础等均是我国湖泊富营养化防治研究中急待解决的科学问题与理论基础.     

蓝藻的治理方法及其应用

蓝藻水华是水体污染的一种表现,它会破坏水生态,危害人类健康。我国有很多大湖泊,但淡水资源不足。近年来,湖泊蓝藻水华频发,影响了可持续发展。预防和治理蓝藻水华是一个紧迫的问题,传统的物理方法有很多缺点和局限性,新兴的生物技术,如利用微生物、植物、酶等来降解或抑制蓝藻具有很多优势。21世纪是生物的时代,生物治理技术依托于高速发展的时代背景和前沿科技,正在成为解决蓝藻污染的主力军和风向标。本文分析蓝藻水华产生的原因和危害,介绍现有的治理方法及其优缺点,展望未来的发展趋势和挑战。希望本文提供的治理思路可以为广大的蓝藻研究者贡献微薄之力。     

灭藻剂研究之JS灭藻剂

湖泊爆发蓝藻水华,制约了沿湖经济发展。通过大量研制、试验,研制出JS灭藻剂,试验证明蓝藻水华喷洒JS灭藻剂溶液后,迅速解体下沉,不再上浮至水面,水体清澈,臭味和微囊藻毒素得到较好消除,同时水中原有动植物未见明显影响。     

湖泊蓝藻水华对连通河道水质的影响

为认知湖泊蓝藻水华灾害对连通河道的影响强度及其变化因素,以太湖梅梁湾连通河道梁溪河为例,在夏季水华期开展河道蓝藻颗粒物及氮磷和溶解氧等水质指标的逐日监测,结合河道水质指标空间变化调查,以及同期流量、温度和风场特征等水文气象因子数据,分析湖泊蓝藻水华物质对连通河道水质的影响特征.结果发现,夏季蓝藻水华暴发期间,水华颗粒物能够随水流大量进入连通的河道,进入河道的藻颗粒通量总量可观,夏季3个月梅梁湾进入梁溪河的蓝藻水华颗粒物总量达到9 733 t,与当年全湖的工程打捞量相近;由湖泊进入连通河道的水华颗粒物通量日变化很大,夏季调查期间进入梁溪河的藻颗粒通量介于75～496 t·d-1,平均值为105 t·d-1,通量大小主要受水文气象条件控制,水量、温度、风向是最主要的影响因素;携带大量蓝藻水华颗粒物的湖水进入河道后,在显著改善城市河道水体溶解氧、氨氮等指标的同时,也显著增加了河道颗粒态氮、磷等营养盐含量,对溶解态氮磷的影响较小;空间上,因蓝藻颗粒物带来的氮、磷浓度随离湖距离增加而下降,水体叶绿素浓度也迅速下降,汇入7 km之后的运河后,蓝藻颗粒物基本分解,水体颗粒态藻体叶绿素a含量由刚入河的152. 93μg·L~(-1)下降到1. 99μg·L~(-1).结果表明,受蓝藻水华问题困扰的湖泊对周边河道水质影响也很大,河湖连通过程尽管能有效缓解湖泊的湖泛灾害,解决城市河道黑臭的问题,但是对河道的营养盐等指标会产生较大影响;管理上应因河道和湖泊不同的保护目标,充分考虑湖泊水华情势及水文气象因素,制定机动灵活的调水方案,优化湖泊及河道的水生态服务功能.     

湖泊蓝藻水华对连通河道水质的影响

为认知湖泊蓝藻水华灾害对连通河道的影响强度及其变化因素,以太湖梅梁湾连通河道梁溪河为例,在夏季水华期开展河道蓝藻颗粒物及氮磷和溶解氧等水质指标的逐日监测,结合河道水质指标空间变化调查,以及同期流量、温度和风场特征等水文气象因子数据,分析湖泊蓝藻水华物质对连通河道水质的影响特征。结果发现,夏季蓝藻水华暴发期间,水华颗粒物能够随水流大量进入连通的河道,进入河道的藻颗粒通量总量可观,夏季3个月梅梁湾进入梁溪河的蓝藻水华颗粒物总量达到9733 t,与当年全湖的工程打捞量相近;由湖泊进入连通河道的水华颗粒物通量日变化很大,夏季调查期间进入梁溪河的藻颗粒通量介于75~496 t·d-1,平均值为105 t·d-1,通量大小主要受水文气象条件控制,水量、温度、风向是最主要的影响因素;携带大量蓝藻水华颗粒物的湖水进入河道后,在显著改善城市河道水体溶解氧、氨氮等指标的同时,也显著增加了河道颗粒态氮、磷等营养盐含量,对溶解态氮磷的影响较小;空间上,因蓝藻颗粒物带来的氮、磷浓度随离湖距离增加而下降,水体叶绿素浓度也迅速下降,汇入7 km之后的运河后,蓝藻颗粒物基本分解,水体颗粒态藻体叶绿素a含量由刚入河的152.93μg·L-1下降到1.99μg·L-1。结果表明,受蓝藻水华问题困扰的湖泊对周边河道水质影响也很大,河湖连通过程尽管能有效缓解湖泊的湖泛灾害,解决城市河道黑臭的问题,但是对河道的营养盐等指标会产生较大影响;管理上应因河道和湖泊不同的保护目标,充分考虑湖泊水华情势及水文气象因素,制定机动灵活的调水方案,优化湖泊及河道的水生态服务功能。     

不同接种量对蓝藻水华生消的影响探讨

通过构建微宇宙模型,以铜绿微囊藻为供试藻种模拟蓝藻水华生消过程.在控制光照、温度等环境条件和氮磷等营养物质含量条件下,重点研究不同接种量对蓝藻水华生消模拟的影响.结果表明,微宇宙模型中蓝藻生长经过延滞期、对数期到稳定期直至衰退期,符合野外湖库水华生消特征;不同藻液接种量对水华生消影响较大,当接种量为1:50时有利于微宇宙模型中蓝藻水华的发生.水华生消机制复杂,控制污染源、加强管理是防止水华暴发的较好措施.     

城市湖库蓝藻水华形成机理综合建模研究

蓝藻水华形成是诸多营养及环境因素相互作用的结果,因此,本文对城市湖库蓝藻水华形成(包括复苏、萌芽、生长、暴发阶段)这一复杂生态过程进行了综合建模研究.通过在阳光房中模拟湖库蓝藻水华形成过程,采用正交实验分析获得蓝藻生长的关键影响因素,并为蓝藻水华形成机理建模提供相应参量.在此基础上,构建了用于模拟湖库蓝藻水华形成过程的蓝藻生长机理模型,采用遗传算法对机理模型中涉及的参数进行优化率定;同时,考虑蓝藻水华暴发阶段具有突变特性,建立了描述蓝藻水华暴发状态的尖点突变模型,进而构建了城市湖库蓝藻水华形成各阶段的综合机理模型.实验仿真结果表明,该综合机理模型能较好地模拟城市湖库蓝藻从复苏到暴发整个过程的变化规律,且该模型结合了数学机理建模和智能方法的优势,克服了单一蓝藻水华机理模型的缺陷,为湖库蓝藻水华形成机理的深入研究提供了新思路.     

超声对蓝藻细胞生理影响的研究

蓝藻水华会使水体水质恶化,破坏水生生态系统,同时会增加水处理成本,产生臭味并释放藻毒素。蓝藻水华问题成为社会各界的关注热点。超声由于具有反应速度快,操作简便,在处理过程中不引入其他化学物质等优点,已被广泛应用于水处理领域,包括用于蓝藻水华的控制。总结了超声作用参数对蓝藻生长效果的影响,从藻细胞的光合活性、酯酶活性和抗氧化酶系统等方面探讨了超声对蓝藻生理方面产生的影响,分析了超声对藻细胞的作用机理,并对后续的研究进行了展望,以期为超声控制蓝藻水华的相关研究提供参考。     

全球气候变化对太湖蓝藻水华发展演变的影响

对太湖周边4个常规气象观测站的47年观测资料进行分析,以探讨全球气候变化对太湖蓝藻水华演变的影响.结果表明,20世纪80年代之前,太湖流域气象条件的年代际尺度变化趋势不利于蓝藻的生长和水华的形成,而在20世纪80年代以后,尤其是20世纪90年代以后,气温、风速、降水变化都较大,且都有利于蓝藻的生长和水华的形成,这与蓝藻水华的观测事实一致.据此定义了蓝藻水华气象指数,每年太湖蓝藻水华气象指数能够很好地反映蓝藻水华的发展变化情况.进而,分析了反映ENSO循环变化的Ni?o3指数与太湖流域气象条件变化的相关性,结果表明ENSO循环与太湖流域风速、降水在年代际尺度上有着非常好的相关性.据此预测,2000年以后10~20年中,太湖蓝藻水华气象指数将继续在高位振荡,若蓝藻生长所需的营养盐浓度得不到有效的控制和明显的降低,蓝藻水华在气候条件的影响下,仍将可能大面积暴发.     

水体富营养化及蓝藻水华预警模型研究进展

目前,水体富营养化及蓝藻水华污染已成为最为突出的世界性水环境问题之一,做好水华的预测预警工作显得尤为重要.预警模型是水体富营养化及蓝藻水华预警工作的前提与基础.文章讨论了主要预警参数因子的选择,包括物理因子、化学因子和生物因子;介绍了常用的水体寓营养化及蓝藻水华预警模型的研究进展,总结了各个常用模型的概念、优缺点、建模...     

基于ELCOM-CAEDYM模型的太湖蓝藻水华早期预测探讨

结合太湖蓝藻水华形成的"四阶段理论", 基于澳大利亚西澳大学水研究中心开发的ELCOM-CAEDYM耦合模型框架构建了太湖水华蓝藻生态动力学模型,对蓝藻水华的形成进行模拟,分析了太湖蓝藻水华早期预测的可行性.结果表明:该模型在较长时间尺度上对春季复苏阶段及生长上浮阶段蓝藻水华的形成模拟效果较好,蓝藻生物量模拟值与站点调查值的误差变化范围在1.0%~70.4%,平均误差为28.0%,与MODIS卫星反演值的误差变化范围在3.8%~83.9%,平均误差40.5%;但越冬阶段蓝藻生物量模拟输出值与站点调查值的误差变化范围在3.0%~143.6%,平均误差为40.1%,与MODIS卫星反演值的误差变化范围在9.7%~118.4%,平均误差为48.8%,表明模型对蓝藻越冬过程模拟能力还不强,应在蓝藻越冬机制模拟计算方面进一步改进,以满足蓝藻水华早期预测的需要.     

三峡水库香溪河库湾夏季蓝藻水华成因研究

为探讨香溪河夏季蓝藻水华发生过程及主要影响因素,于2010年7月19日~8月30日在蓝藻水华暴发区域开展持续监测,并对水华过程进行分析.结果表明,水华持续25d,自7月23日暴发,8月16日逐渐消退,藻密度最高达到108.03′106cells/L,优势藻种为鱼腥藻(Anabaena);自身悬浮机制、固氮机制、能够产生藻毒素抑制其他藻类生长,是鱼腥藻成为优势藻种的主要原因;充足的营养物质、显著的水体分层是水华暴发的必要条件,水华期间蓝藻对硝氮利用显著;在具备充足的营养盐的稳定水体中,水温持续升高、混合层与真光层比值的降低是诱发蓝藻水华的关键因子,并且在混合层与真光层比值为0.5时对蓝藻增殖影响最大.     

太湖蓝藻水华灾害程度评价方法

通过对太湖蓝藻水华灾害分析,借鉴赤潮灾害评价指标,采取蓝藻水华面积和Chla浓度作为灾害程度分级评价指标,应用层次分析法确定权重,结合隶属度函数,采用模糊综合评价建立太湖蓝藻水华灾度分级评价方法,定量描述蓝藻水华灾害程度.结合2008年太湖蓝藻水华灾害事件对该方法进行验证.结果表明,2008年太湖蓝藻水华灾害规模主要为小型、中型和大型,无重大和特大蓝藻水华灾害发生;其中小型蓝藻水华灾害在各月都有分布,中型和大型蓝藻水华灾害主要分布在5月和7~9月.评价结果表明该方法具有一定的科学性和适用性.     

滨岸带水华堆积与消散特征及其营养盐效应

为了解滨岸带植被、地形等地貌要素对蓝藻水华堆积及消散过程的影响,在太湖滨岸带设置不同形式的围格和植被实验区,通过逐日监测水体叶绿素a（Chl-a）的消长过程及同步营养盐变化,研究夏季蓝藻水华在湖泊滨岸带堆积与消散特征和营养盐效应.结果表明,滨岸带的地形地貌及植被状况对蓝藻水华的堆积程度及消散过程影响较大,软围隔营造的滨岸带静水环境,以及不同植被所形成的不同滞水区,显著加剧了蓝藻水华的局部堆积,从岸边挺水和浮叶植被区到开敞水域对照区,蓝藻水华的堆积程度依次递减;近岸挺水和浮叶植被区蓝藻水华堆积最严重,堆积时间最早,持续时间长;蓝藻水华堆积对营养盐等水质指标影响极大,堆积严重时该区域Chl-a含量达到了457.42μg/L,总氮（TN）达到11.04mg/L,总磷（TP）达到1.32mg/L;橡胶围格内浮叶植物区藻类堆积程度与近岸区类似,而浮叶植物与沉水植物混合区藻类堆积程度低于单一浮叶植物区;水体围隔能够加剧蓝藻水华的堆积,没有围隔的浮叶植物区藻类堆积程度最低.在蓝藻水华堆积过程中,蓝藻细胞仍在继续增殖,水体Chl-a仍会明显增加,而同期的水体营养盐的增幅小于Chl-a,甚至随着藻类生长消耗及生态系统的脱氮效应,溶解态氮磷下降明显.蓝藻水华消散过程中,TN、TP与Chl-a同步下降,但藻体中的氮磷释放到水中,导致堆积区的溶解态氮、磷有所增加,显示出明显的营养盐效应.本研究定量刻画了蓝藻水华局部堆积并快速致灾的地形地貌要素特点,揭示了蓝藻水华的水质与生态效应,为科学评估富营养化水体蓝藻水华的生态灾害风险提供科学依据.     

结合卫星遥感技术的太湖蓝藻水华形成风场特征

为进一步了解太湖蓝藻水华形成和分布与近地面风场的关系,利用太湖湖面及周边地区2003~2013年气象与卫星观测数据分析、并应用WRF3.5.1数值模型模拟,发现太湖蓝藻水华主要出现在卫星观测时刻前6h平均风速为0.5~3.4 m/s的区间,占比达94.7%;蓝藻水华面积总体上随风速增大而减小,大范围蓝藻水华主要出现在前6h平均风速≤2 m/s的情形下,占比达89%;风向则主要影响蓝藻水华在太湖的空间分布格局.结果表明局地风场对于太湖蓝藻水华的形成、输移和分布具有重要作用.