太湖水体散射特性及其与悬浮物浓度关系模型

水体散射特性与水环境参数如悬浮颗粒及其浓度密切相关.利用Wetlabs公司研制的水体固有光学特性测量系统,于2006-10～2006-11对太湖水体的散射系数和后向散射系数进行了测量.在对水体散射特性分析的基础上,建立了太湖水体颗粒物后向散射系数的光谱模型.此外,利用后向散射率计算水体折射系数,根据折射系数的变化范围,将水中颗粒物的主导因子分为3种类型：①浮游植物主导;②无机颗粒物主导;③两者共同主导.在对散射系数与无机悬浮物、有机悬浮物、总悬浮物浓度相关性分析的基础上,针对颗粒物主导因子的不同,分别建立了散射系数与无机悬浮物浓度的乘幂关系模型.     

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.     

基于生物光学模型的巢湖悬浮物浓度反演

根据2009年6月巢湖32个样点实测的遥感反射率、悬浮物浓度、吸收系数及散射系数等数据,分析巢湖水体各组分的吸收、散射等固有光学特性,确定悬浮颗粒物单位散射系数、后向散射概率等固有光学参数,构建基于生物光学模型的悬浮物浓度反演模型,并利用准同步获取的环境1号卫星CCD影像数据反演巢湖悬浮物浓度.结果表明,555 nm处悬浮颗粒物单位散射系数的平均值为0.48 m2/g,以555 nm为参考波长,建立指数衰减模型对悬浮颗粒物单位散射系数进行参数化,模型的决定系数可以达到0.99;此外,在760～900 nm(Band4)范围内,后向散射概率不具有波长依赖,其值稳定在0.051.利用所得到的表观及固有光学量构建巢湖水体遥感反射率模型,反演巢湖悬浮物浓度,得到实测值与反演值之间的相对误差随着浓度的增加而呈现下降的趋势,平均相对误差为17.25%,由此表明该方法适用于反演悬浮物浓度较高的湖泊水体;利用两景环境1号卫星CCD影像数据反演得到的巢湖悬浮物浓度主要在0～100 mg/L之间变化,其中6月13日巢湖悬浮物浓度40 mg/L的水域占到总面积的54.37%,而6月15日巢湖61.62%的水域悬浮物浓度40 mg/L,且这2 d巢湖悬浮物的分布与当时的气候变化一致.     

太湖悬浮物对水体生态环境的影响及其高光谱反演

利用太湖水质参数数据、水面以下实测光谱数据以及水-气界面辐射传输模型,计算得到了水体漫射衰减系数和水面以上遥感反射比,探讨了悬浮物对水体中营养盐以及水下光照等水体环境因子的影响,在此基础上,利用水面以上遥感反射率建立了悬浮物浓度的定量反演模型.研究结果表明:悬浮物浓度与水体下行漫射衰减系数具有很好的相关性,在可见光波段相关系数达到0.8以上,与真光层深度具有很好的负指数关系;水面以上遥感反射比与悬浮物浓度对数(In(Tss))具有很好的相关性,在500～600nm范围内呈负相关,在620-882nm范围呈正相关,最大负相关出现在522nm附近,最大正相关出现在692nm附近;选用Rra(522nm)、Rra(692nm)以及其比值作为变量建立悬浮物反演模型,得出的单波段线性对数模型能够较好地反演悬浮物浓度.     

基于半分析方法的内陆湖泊水体总悬浮物浓度遥感估算研究

根据生物光学原理,通过对总悬浮物吸收占水体总吸收比例光谱的分析,确定适宜总悬浮物浓度反演的波段范围;结合以往学者对太湖等水体固有光学特性的研究成果,运用最小二乘法,确定生物光学模型的相关参数,建立了浑浊湖泊水体总悬浮物浓度的单波段估算模型.结果表明,在短波波段,总悬浮物的吸收占水体总吸收的比例较高,出现光饱和现象,不适...     

春季太湖水体上行辐亮度漫衰减系数的特征研究

基于太湖2010年4月29日～5月2日28个采样点上行辐亮度数据和水质参数数据,分析了春季太湖水体上行辐亮度漫衰减系数的光谱特征,结果表明:春季太湖水体上行辐亮度漫衰减系数随波长的增加基本呈指数衰减趋势;受水体成分等因素影响,上行辐亮度平均漫衰减系数的空间分布不均,衰减高值区在西南部湖区;吸收、散射作用是造成上行辐亮度衰减的主要因素,总悬浮物浓度对上行辐亮度漫衰减系数的影响显著.     

巢湖水体固有光学特性研究

水体的固有光学特性是描述水体辐射传输的基本光学特性,是建立水质参数遥感模型的基础.黄色物质、非色素悬浮物和浮游植物是影响内陆水体光学特性的3种主要物质,对巢湖水体中这3种物质在波长为400～800 nm的吸收系数进行了测量和分析.结果表明,各组分的吸收系数随其含量的增加而增加;黄色物质和非色素悬浮物的吸收系数随波长的增加呈负指数形式递减;浮游植物吸收光谱的形状与不同藻类的色素组成密切相关.绿色到近红外波段范围是遥感监测内陆水质参数的最佳波段.      

基于HJ-1A卫星超光谱数据的太湖叶绿素a浓度及悬浮物浓度反演

通过对2010年5月2日太湖HJ-1A卫星超光谱影像的几何纠正和6S模型辐射校正,以及水体实测光谱数据和影像光谱数据分析,将太湖28个水体采样点光谱数据分别进行归一化处理和一阶微分处理后,选取和水质参数相关系数最大的波段或波段组合建立反演模型,获得太湖叶绿素a浓度以及悬浮物浓度的空间分布图.研究表明,超光谱影像B73波...     

太湖水体颗粒物散射的剖面分布及其影响因素分析

为了探索太湖水体颗粒物散射的剖面分布特征,掌握水下散射变化机制,2008年11月对太湖3个不同深度的散射系数和后向散射系数分别进行观测.研究分析了它们随深度变化的特征;由衰减系数,计算出太湖水体颗粒物粒径分布函数(PSD)斜率值的剖面分布;根据散射系数与悬浮物浓度的相关关系,推算了悬浮物浓度及组成的剖面分布;根据水体折射指数,分析了不同深度水体散射系数的主导影响因子.在0、50、100 cm这3个深度处的颗粒物散射,分别有14%、17%、12%的样本是由藻类颗粒物主导的,35%、30%、34%是由无机颗粒物和非藻类有机颗粒物主导的,51%、53%、51%是由三者共同主导.结果表明,太湖水体的散射和后向散射系数随深度变化较小,不同湖区太湖水体总悬浮的浓度差异性很大,但是在不同剖面深度上差异较小,浓度差异较大的点基本上都出现在入湖河流旁,太湖水体颗粒物散射系数的主导影响因子除少数靠近入湖河流的样点外,大部分样点在不同剖面深度上差异较小.     

太湖、巢湖水体总悬浮物浓度半分析反演模型构建及其适用性评价

总悬浮物浓度是水体重要的水质参数.本研究利用太湖春季、秋季和巢湖夏季多期野外实测数据,通过对生物光学模型进行合理的简化构建适用于太湖、巢湖水体总悬浮物浓度反演的半分析模型,并将该模型应用于MERIS和环境一号卫星高光谱卫星影像上以验证该方法的适用性.结果表明:①针对太湖和巢湖水体,总悬浮物浓度最优反演波段范围为730～832nm(氧气吸收带除外);②针对MERIS数据,波段10(中心波长754 nm)和波段12(中心波长779 nm)均适用于太湖总悬浮物浓度反演,而波段11(中心波长761 nm)由于氧气吸收带的影响不适用于总悬浮物浓度反演;③针对太湖MERIS数据,模型反演结果的相对误差基本上呈现出随距离卫星过境时间增大而逐渐增加的趋势,在卫星过境时间正负3 h内测量的样点,模型反演结果的相对误差均在50%以内,而时间差超过3 h,相对误差则逐渐增大到50%以上;④环境一号卫星高光谱数据17个波段(B83～B99)均能够对巢湖总悬浮物浓度进行较好的反演,其反演效果要好于MERIS数据在太湖的反演结果.     

珠江广州河段上覆水和间隙水中磷特性研究

通过研究污染比较严重的珠江广州河段(雅岗至琶洲大桥)的六个断面,共10个采样点的上覆水和间隙水的磷形态分布特征,得上覆水总磷(TP)值为0.705～3.893mg/L,均为劣V类水质。总溶解性磷(TDP)与磷酸盐磷(PO43-)在各采样点的含量分布不均匀,由PO43-含量显示,各采样点已经有明显的富营养化趋势。通过分析各采样点间隙水磷含量和引起其上下层含量差异的环境因素知间隙水TP与TDP有一定相关性。间隙水上下层TP,TDP,PO43-含量差异可能与沉积物有机质和氧化还原环境有一定相关性,总体上认为厌氧环境有利于促进沉积物的磷释放到间隙水。     

重庆南山雾水特性及其对马尾松(Pinus massoniana Lamb)的影响

通过对重庆南山四个样点的雾水分析表明,雾水的pH值为3.6—5.6,平均为4.5。离子成分以SO_4~(2-),Ca~(2+)和NH_4~+为主,其总浓度为同期雨水的9.3倍。雾水中还有大量的颗粒物。凝结于针叶上的雾水pH值普遍下降,可达3.0以下。酸雾对马尾松针叶中的Ca~(2+),Mg~(2+),NO_3~-等营养离子有淋失作用,对叶中叶绿素有破坏作用。雾水中的颗粒物覆盖叶表面,可堵塞气孔,影响叶片的光合作用,或造成伤斑。     

北京市PM2.5水分含量及其变化特征

利用卡尔费休法可直接测定PM_2.5水分含量,方法精密度及准确度均较好.将该方法应用于北京市城区站点2020年全年的PM_2.5分析,结果显示PM_2.5水分浓度年均值为(5.0±4.1)µg/m³,在PM_2.5占比为(12.5±4.8)%,与PM_2.5质量浓度呈显著相关.水分质量浓度与PM_2.5的质量浓度月度及季节变化趋势基本一致.研究发现,随着空气污染加重,水分质量浓度及其在PM_2.5占比均呈上升趋势,二者相关性明显增强.可见污染发生时,水分增加有利于颗粒物吸湿增长从而推高污染水平,对PM_2.5的贡献同步增强.当沙尘污染发生时湿度处于同期较低水平,不利于细颗粒物的吸湿增长,水分质量浓度及其占比均处于较低水平. PM_2.5水分与二次离子及有机物均有很好的相关性,说明水分为气态污染物提供非均相转化载体,促进硝酸盐、硫酸盐、有机物的进一步生成.PM_2.5水分与地壳物质无相关性,证实地壳元素为一次源,不受水分影响.     

北方典型设施蔬菜种植区地下水水质特征

为探究设施农业对地下水环境质量的影响,以我国华北平原典型设施蔬菜种植区为研究对象,采用常规理化分析、紫外-可见吸收光谱及荧光光谱技术,结合平行因子分析、主成分分析和二维相关光谱分析方法,对种植区地下水中无机盐、重金属及有机物的来源、组成、赋存分布及可能成因进行了研究.结果表明,设施蔬菜种植区地下水水化学特征为Cl-SO_4型水,硬度高,三氮含量严重超出国家地下水V类质量标准(GB/T 14848-93),重金属含量低于国家生活饮用水卫生标准(GB 5749-2006).氮素中NH_4~+-N的大量累积与较浅的地下水埋深度和强还原环境引起的硝化过程受阻有关,部分有毒亲硫重金属元素含量较高为农药和化肥的施用所致.地下水中溶解性有机物来源相似,由微生物代谢淋溶进入地下水的有机粪肥中组分新近产生为主,其主要成分为小分子易降解的类蛋白物质,同时含有部分与类蛋白物质结合的类富里酸物质.种植区地下水中类富里酸物质在地下水中含量稳定,而类蛋白物质含量受耕作过程有机粪肥的使用影响较大.设施蔬菜种植过程中应科学分配有机粪肥的施用,同时水质电导率、硬度及紫外区UVA波段应作为该种植区日后在线监管的主要指标.     

南四湖表层底泥有机质及氮磷时空比较分析

依据2006、2007、2010和2011年4次南四湖水质与底质空间分布监测数据,采用综合统计与比较方法对南四湖表层底泥有机质及氮磷的时空变化特征进行分析研究。结果表明,南四湖湖区底泥有机质、TN和TP含量的平均值依次为4.12%、0.27%和0.088%,南四湖底泥有机质、TN和TP含量总体处于较高水平。2010-2011年比2006-2007年枯水期南四湖湖区底泥有机质和TN含量有所下降,但底泥TP含量有所升高;南四湖分湖区底泥有机质、TN和TP含量的平均值都呈现由北向南递减趋势,但底泥有机质和TN含量在昭阳湖(下)出现最小值而后回升再递减,底泥TP含量递减幅度较小;老运河和洸府河口底泥有机质、TN和TP含量的平均值远高于其它河口及湖区平均值;2011年监测南四湖入湖河口底泥有机质、TN和TP含量的平均值与湖区底泥相应含量的比值依次为0.63、0.50和0.96,湖区平均高于入湖河口底泥的相应含量,说明南四湖湖内底泥对有机质、TN和TP的富集作用比较突出。     

基于物元分析法的河流水环境质量评价

由物元分析理论导出了水环境质量评价的新模型,将水质标准、评价指标及其特征值作为物元,通过对评价级别和实测数据归一化后,得到模型的经典域、节域、权系数及关联度,建立了水质评价的物元模型,并以某河流水环境质量为例,选取具有代表性的BOD5、CODCr NH3-N、石油类、粪大肠茵群五项指标为待评物元,取I至V类水质标准对应的取值范围构造经典域物元矩阵,按照污染贡献率法确定各特征（评价因子）的权重,应用建立的水质评价物元模型计算出关联度0．14,得出该河流水环境质量属于Ⅱ级。实例研究表明,运用物元模型评价水环境质量,评价结果符合客观实际,具有较好的实用性。     

总有机碳与生化需氧量相互关系的实验研究

本文通过平行的生化培养试验证实,在“参与耗氧的含碳有机物”这一意义下,TOC和BOD是等价的,两者均服从一阶动力学过程并具有相同的降解速率常数,两者之间通过TOC的耗氧系数α和不可生化量b而存在线性的一般关系:BOD_5=α·(TOC—b)·exp(-5k_1).以在研究中关于BOD_5,与TOC的比值关系只是这一线性关系的特例.     

Distribution of mercury in di erent environmental compartments in the aquatic ecosystem of the coastal zone of the Southern Baltic Sea

The aim of this study was to characterize mercury (Hg) contamination in the coastal waters of the Southern Baltic Sea, and to investigate transformations of Hg in the initial links of the marine food chain. Concentrations of Hg in water, particulate matter, plankton and macrophytes at various stations in the coastal zone (a bay with restricted water exchange, near an industrial city, river mouths, and the open sea) were measured in 2006–2008. Hg concentrations observed in the Southern Baltic varied greatly, showing the highest average values in all environmental compartments near the river mouths. In shallow, sheltered parts of the gulf, where water exchange is restricted, Hg concentrations in the water and in macrophytes were elevated relative to those in the coastal zone of the deeper part of the bay and in the open Baltic. Distance to the river mouth, terrestrial runo , and quantity and quality of organic matter were more important than seasonal variations in controlling Hg and HgSPM concentrations in water samples. Mercury concentrations in the surface microlayer at the air/sea interface were over 10 times higher than those in the bulk surface water. Concentrations of Hg in macrophytes in the winter were significantly higher than those in the warm seasons (spring, summer, autumn). This was probably the combined e ect of higher availability of Hg in porewaters and leaf growth inhibition.     

鄱阳湖水体悬浮有机质碳氮同位素分布特征及来源探讨

通过对鄱阳湖及其入湖河流(赣江、抚河、信江、修水及饶河)水体悬浮有机质碳、氮同位素含量的测定,分析了鄱阳湖及其入湖河流水体悬浮有机质碳同位素(δ13CPOM)和氮同位素(δ15NPOM)时空分布特征,探讨了其水体悬浮有机质和氮素来源.结果表明,鄱阳湖区枯水期δ13CPOM、δ15NPOM值分布范围分别为-26.59‰~-24.91‰(n=9)和5.88‰~17.49‰(n=9),丰水期分别为-27.10‰~-25.88‰(n=9)和2.99‰~19.69‰(n=9);入湖河流水体枯水期δ13CPOM、δ15NPOM值变化范围分别为-27.79‰~-25.22‰(n=6)和2.87‰~9.26‰(n=6),丰水期分别为-28.07‰~-26.02‰(n=6)和2.12‰~8.75‰(n=6).有机质来源分析表明:C3植物是鄱阳湖区及其入湖河流水体悬浮有机质的主要来源;而氮素来源比较复杂,在不同季节和不同的地点也不尽相同,生活污水、化肥及其土壤流失氮是鄱阳湖区水体悬浮颗粒物氮素的3种主要来源;化肥、陆源有机质及其土壤流失氮是其入湖河流水体悬浮颗粒物氮素的3种主要来源.     

以能量方法研究紫外辐射在大气中的传输

2004年9月～2006年10月,在华北地区4个站点开展了太阳辐射、气象参数等综合观测,得到了紫外辐射UV、总辐射Q等的变化特征.水汽和散射因子对于UV/Q和UV有明显影响.建立了实际天气UV小时累计值(时累)的经验模式,得到了较好的计算结果.水汽因子对于UV在大气中的传输有一定的作用,应给予重视.计算表明,华北地区受水汽因子衰减到达地面的UV以及占地面UV的比例分别为15.00W.m-2和37.45%,受散射因子衰减到达地面的UV以及占地面UV的比例分别为23.89W.m-2和62.55%.华北地区受水汽因子和散射因子影响损失于大气中的UV分别为19.30、35.31W.m-2,这一能量损失表现出明显的季节变化和地区差异.敏感性实验表明,地表UV对于水汽和散射因子的变化有不同的响应,UV对散射因子的变化比对水汽因子的变化更敏感.水汽因子与UV之间的关系与水密切相关,水汽项的真正含义是大气中各种物质成分(气、液、固态)对于UV的直接吸收和间接利用(通过化学和光化学反应,包括均相和非均相过程)的总和.利用经验模式计算了大气顶的UV,计算误差为+7.83%.未来研究中应重视和考虑消耗于大气且与水汽有关的这部分能量.以能量观点分析实测资料并研究大气中的物理化学过程是一种行之有效的方法.