深圳近岸海域水质遥感监测及时空变化

近年来,近岸海域富营养化与赤潮暴发问题日益突显,对粤港澳大湾区核心城市深圳的可持续发展构成重要挑战。为有效解决这一问题,了解深圳近岸海域水质和赤潮暴发事件的时空动态变化至关重要。利用MODIS卫星传感器数据,建立了水质遥感反演和赤潮自动化提取模型,首次揭示了深圳海域水质关键参数与赤潮暴发的时空格局,并分析了主要驱动因素。研究结果显示,深圳市辖海域赤潮年均影响范围为300.50 km²,年均暴发频次为2.38次。2015—2022年,赤潮暴发覆盖面积每年增长约为6.7%。珠江口和深圳湾海域的悬浮泥沙浓度和叶绿素a浓度高于大鹏湾和大亚湾,并呈增长趋势。尽管珠江口东部海域富营养化程度高,赤潮暴发频次却较低,主要受河口悬浮泥沙的影响。而水质较好的大鹏湾和大亚湾赤潮暴发频次较高,且呈逐年上升趋势,这可能与氮磷比的变化有关。南澳、葵涌与坝光海域的氮磷比含量需重点关注,并对其陆域片区的面源污染源进行综合评估,研究结果可为稳步推进深圳及其周边海域环境治理修复和考核管理提供重要基准信息。     

基于面向对象的海岸带土地利用信息提取研究

针对海岸带复杂多样的土地利用信息,选取山东省乳山市海岸带为研究区域,运用 Landsat TM遥感影像数据,基于面向对象分类方法,利用不同地物的光谱、形状、纹理和空间关系等特征,通过多尺度分割、隶属度函数法和标准最邻近分类法提取研究区土地利用信息,并对分类结果进行精度评估。结果表明：①隶属度函数法和标准最邻近分类法结合,提取出乳山市海岸带12 种土地利用类型信息,很好地区分了盐田和养殖水面、林地和园地,可提取出主要的道路和河流等细长线状地物;②将提取结果与最大似然法对比,面向对象分类方法提取精度达到82.50%,Kappa系数为0.809 1,分别比最大似然法提高了11.44%和0.105 5,很好地避免“同物异谱”和“异物同谱”对分类精度造成的影响,有效地避免了“椒盐”现象。面向对象分类方法提取中分辨率遥感影像精度较高,为海岸带土地利用信息的快速、准确提取提供了有效的技术手段。     

基于TM的陆良县遥感影像分类方法实验研究

以Landsat TM遥感影像为数据源,以云南省陆良县为研究对象,利用ENVI4.8对陆良县的Landsat TM遥感影像进行图像预处理以及最佳波段组合,运用监督分类中的平行六面体分类、最小距离分类、马氏距离分类以及最大似然分类等四种分类方法,对地物信息进行提取,并对其分类精度进行评价。最后发现,波段146组合适合陆良县的地物提取。在分类方法中,最大似然法分类的总体精度及Kappa系数均高于其他三种分类。     

基于高分1号杭州湾南岸滨海陆地土地覆盖信息提取方法研究

针对滨海陆地复杂地物环境下如何提高土地覆盖信息遥感提取精度的关键问题,基于最新发射的国产高分(高分辨率)1 号和资源3 号影像,采用面向对象分类法和最大似然法,开展杭州湾南岸滨海陆地土地覆盖信息的遥感提取。结果表明,相比最大似然法,面向对象法结合高分1 号既考虑对象的光谱、空间和纹理等多种属性特征,又充分利用高分影像所提供的丰富纹理和空间信息,对于土地类型多样、边界模糊等混合像元具有较好的识别能力,获得较高分类总精度(90.4%)和Kappa 系数(0.876 7);分割尺度对高分影像分类精度具有重要影响,高分1 号2 m和8 m最优分割尺度分别为63%和65%,资源3 号影像最优分割尺度为66%;高分1号比资源3 号更能体现在植被和水体等地物信息提取方面的优势。     

近海泥沙输运与生态系统的耦合模拟研究进展

详细描述了泥沙输运过程的生态学概念,即悬浮泥沙和底沙动力过程对近海海洋生态系统的作用,包括泥沙的吸附解吸、沉降与再悬浮过程,底床营养物质释放、对光合作用的影响,以及对近岸海水富营养化和有害赤潮的影响;在近几年近岸海域泥沙输运过程及生态动力学模型研究基础上,回顾了泥沙输运过程与生态系统模型的研究现状。结合现阶段取得的主要研究成果,认为海洋生态系统动力学模型研究应考虑近海泥沙输运过程,定量研究泥沙动力过程的影响,并逐步构建包含泥沙动力模块的海洋生态动力学业务化模型体系。     

长江口及邻近海域赤潮藻种演替过程中营养盐特征

根据2010年4～10月份四个航次典型断面的调查数据,分析了长江口及邻近海域赤潮爆发过程中藻种演替现象、营养盐含量及结构变化,并初步分析了营养盐特征对赤潮藻种演替的作用。结果表明:在4月、5月、7月三个航次"硅藻→甲藻→硅藻"的演替过程中,发现不同藻种对营养盐的需求不同,较高浓度的DIN、磷酸盐和硅酸盐以及低的DIN/P、Si/DIN、Si/P比值更有利于硅藻的生长,而甲藻在低浓度的DIN、磷酸盐和硅酸盐以及高的DIN/P、Si/DIN、Si/P比值条件下生长速度较快;至10月份,硅藻和甲藻赤潮结束,营养盐基本恢复至赤潮爆发前的状态;不同时期长江口及其邻近海域水体中营养盐的改变,使得竞争能力强的藻种逐渐成长为优势藻种,从而导致了藻种的季节演替现象。     

基于透明度的东中国海水质状况遥感评价

水体水质状况对海洋生态环境保护和可持续发展具有重要意义。本文针对东中国海海域，从水体透明度(Z_sd)视角，基于长时序MODIS光学卫星遥感资料，构建了一种评价水体状况的新方法。该方法利用透明度及其变化趋势将水质状况进行分类，将水体分为高值且上升趋势(high and increasing,HI)、高值且无趋势(high and no change trend, HN)、高值且下降趋势(high and decreasing, HD)、低值且上升趋势(low and increasing, LI)、低值且无趋势(low and no change trend, LN)、低值且下降趋势(low and decreasing, LD)6种类型，以此对东中国海的水质状况及其影响因素进行分析。结果显示：近20年来东中国海近岸水体大部分区域呈现LN类型，但江苏近岸(连云港附近)水体呈现LD类型；外海海域大部分水体呈现HN类型，但南黄海南部和东海陆架区的部分区域水体呈现HD类型。外海和近岸海域的水体状况分别主要由悬浮颗粒物中的浮游植物和悬浮泥沙主导，但在浙江—福建近岸，其水体状...     

一种融合多波段比值法和随机森林算法的Sentinel-2绿潮信息提取方法

遥感卫星可以高效、大面积地监测海洋绿潮的发生及发展情况,而绿潮的精准识别提取尤为重要,对于维护海洋生态环境安全具有重大意义。本研究提出一种融合多波段比值法和随机森林算法（random forest,RF）的绿潮信息提取方法,基于高分辨率的Sentinel-2遥感影像,以苏北近岸海域为研究区,以绿潮和非绿潮两类地物为识别目标进行精准识别分类,并与最大似然法（maximum likelihood classification,MLC）、RF和支持向量机（support vector machine,SVM）以及融合多波段比值法的MLC和SVM等五种模型进行对比。结果表明：归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）和漂浮藻类指数（floating algae index,FAI）能够有效提高绿潮信息提取的准确性,融合这两种指数的RF模型分类结果 Kappa系数为0.98,总体精度为99.92%,高于其他五种模型。研究结果可为海洋环境生态及生物地球化学循环的相关研究与治理提供理论与技术支撑。     

光照在东海近海东海原甲藻赤潮发生中的作用

利用船基现场培养实验和模型计算的方法,通过对东海原甲藻生长的光照效应和海水中光照最适宜生长水层的分析,研究了光照在东海近海东海原甲藻赤潮孕育和发生中的作用.结果表明,东海原甲藻生长与光照的关系可用Steele方程描述,其生长的最适光照强度(Iopt)为(38.2±3.8)W·m-2,比其它几种常见赤潮藻的Iopt(40～133 W·m-2)低,适应低光照的能力使东海原甲藻在高混浊海水中形成赤潮更具优势.东海近海光照最适宜东海原甲藻生长的水层厚度,由近岸向远岸逐渐增加,在赤潮高发区一般在5～10 m,而且位于水深3～15 m的次表层水层内.赤潮在"赤潮高发区"这个特定海域发生是水体光照和营养盐权衡的结果,而次表层光照最适的特性是导致春季次表层孕育赤潮的重要因素之一.     

链状亚历山大藻(东海株)对磷营养物质的需求与吸收策略

针对长江口临近海域富营养化特征,设计实验研究了链状亚历山大藻(东海株ACDH)生长的最适N/P、对PO4-P的吸收能力,以及对有机磷营养物质的利用能力,分析了ACDH藻株对P营养物质的需求和吸收策略.结果表明,ACDH藻株生长的最适N/P在9～11,其生长需要相对较多的P.ACDH藻株对PO4-P的最大吸收速率(Vm)和半饱和常数(Ks)分别为0.23 pmol/cell·h和0.92 μmol/L,能够吸收较低浓度的PO4-P,但与该海域典型赤潮藻种中肋骨条藻相比,对低浓度PO4-P的竞争不占优势.ACDH藻株在PO4-P限制下具有强烈的碱性磷酸酶表达,有可能通过碱性磷酸酶利用有机磷营养物质,这在其赤潮的形成中应具有重要作用.     

用TM图象估算海表面叶绿素浓度的神经网络模型

叶绿素浓度是衡量海洋水体质量的重要参数之一。本文以大连湾为示范区于1999年5月10日进行了现场卫星同步实验，采用神经网络模型技术模拟了TM1、TM2两个波段的辐射亮度值与在该湾海域现场获得的叶绿素浓度数据之间的传递机理。结果表明，使用TM图象的两人可见光波段作为输入，采用两层神经网络结构能建立比多回归分析更高的海水表层叶绿素浓度模型。回归分析的相关系数为0.49，神经网络分析的相关系数为0.87.     

A vertically integrated eutrophication model and its application to a river-style reservoir-Fuchunjiang,China

Based on a 2-D hydrodynamic model, a vertically integrated eutrophication model was developed. The physical sub-model can be used for calculation of water density at different depths and the water quality sub-model was for calculation of algal growth. Suspended solids were divided into two types of sediment which named cohesive and non-cohesive sediments and simulated using separate methods. The light extinction coefficient used in the underwater light regime sub-model was linearly related to the sum of sediment and phytoplankton biomass. Some components less important to the model were simplified to improve practicability and calculation efficiency. Using field data from Fuchunjiang Reservoir, we calculated the sensitivity of ecological parameters included in this model and validated the model. The results of sensitivity analysis showed that the parameters strongly influenced the phytoplankton biomass including phytoplankton maximum growth rate, respiration rate, non-predatory mortality rate, and settling rate, zooplankton maximum filtration rate, specific extinction coefficient for suspended solids and sediment oxygen demand rate. The model was calibrated by adjusting these parameters. Total chlorophyll a (chl-a) concentrations at different layers in the water column were reproduced very well by the model simulations. The simulated chl-a values were positively correlated to the measured values with Pearson correlation coefficient of 0.92. The mean difference between measured and simulated chl-a concentrations was 12% of the measured chl-a concentration. Measured and simulated DO concentrations were also positively correlated (r=0.74) and the mean difference was 4% of measured DO concentrations. The successful validation of model indicated that it would be very useful in water quality management and algal bloom prediction in Fuchunjiang Reservoir and a good tool for water quality regularation in other river-style reservoirs.     

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...     

沉降除藻协同沉积物覆盖对藻华水体甲烷释放的影响

本研究以藻华水体甲烷释放为对象,利用模拟柱培养实验,探究了沉降除藻和沉积物覆盖复合技术对富营养化甲烷释放的影响.结果表明,沉降除藻结合沉积物覆盖处理可有效改善水环境,实现对甲烷释放的控制,但不同覆盖材料的效果存在差异;活性炭效果要优于土壤和沸石.相比于对照体系水体溶解氧(DO)2. 5 mg·L-1和氧化还原电位(ORP)100 m V,沉积物界面ORP -125 m V,沉降除藻协同活性炭覆盖体系中水体DO和ORP分别升高至3. 1 mg·L-1和174 m V,沉积物界面ORP逆转为168 m V,实验期间甲烷释放量相对于对照组减少90. 2%.研究结果在富营养水体甲烷减排方面具有指导性意义.     

长江输送颗粒态磷的生物可利用性及其环境地球化学意义

模拟不同采样时间长江输送悬浮态颗粒物实验,通过测定藻类增长潜力来讨论颗粒态磷的生物可利用性.结果表明,悬浮物中生物可利用磷(SSBAP)含量在不同采样时间(2001年2月、5月、12月和2002年8月)的平均值分别为(288 3±49 4),(228 2±38 2),(251 6±32 9)和(182 0±8 1)mg·kg-1.不同藻种的SSBAP BAP平均值为:铜绿微囊藻(Microcystisaerugilnosa)54 2%,斜生栅藻(Scendesmusobliquus)60 3%.在4次采样中,通过大通站的BAP浓度均大于水体富营养化的限制值(0 02mg·L-1),说明SSBAP对长江流域、河口及近海区营养盐的贡献是不容忽视的,颗粒态磷是长江河口及近海区富营养化的潜在污染源,它对河口及近海的生态环境造成很大影响.     

泥沙沉降对水库富营养化指标的影响

为监测成库后三峡库区重庆段富营养化的状况,通过泥沙沉降对水质影响静态模拟试验,研究了长江原水的泥沙沉降对水体中Chla、SD、TP、TN、浊度等指标的影响.结果表明,三峡成库后泥沙更易沉降,引起水体浊度降低、SD增大,这可能利于藻类的生长,导致Chla的质量浓度增加,同时,泥沙沉降也使水体的TN/TP增大,对富营养化的发生有抑制作用.     

Eutrophication and algal blooms in channel type reservoirs: A novel enclosure experiment by changing light intensity

To explore eutrophication and algal bloom mechanisms in channel type reservoirs, a novel enclosure experiment was conducted by changing light intensity (LI) in the Daning River of the Three Gorges Reservoir (TGR). Square enclosures (side 5.0 m) were covered on the surface with shading materials of different thickness, and with their bases open to the river. Changes and characteristics of the main eutrophication factors under the same water quality and hydrodynamic conditions but different LI were evaluated. All experimental water samples were neutral and alkalescent, with high nitrogen and phosphate concentrations, low potassium permanganate index, stable water quality, and different LI. At the same water depth, LI decreased with increasing shade material, while dissolved oxygen and water temperature were both stable. The growth peak of phytoplankton was with light of 345-4390 lux underwater or 558-7450 lux above the water surface, and water temperature of 25.6-26.5℃. Algae were observed in all water samples, accounting for 6 phylum and 57 species, with algal density changing frequently. The results showed that significantly strong or weak light was unfavorable for phytoplankton growth and the function together with suitable temperature and LI and ample sunshine encouraged algal blooms under the same water quality and hydrodynamic conditions. Correlation analysis indicated that algae reduced gradually lengthwise along water depth in the same enclosure while pH became high. The power exponent relationship between chlorophyll a (Chl-a) and LI was found by curve fitting, that is Chl-a = K(LI)ⁿ.     

福建近岸海域悬浮泥沙浓度遥感定量监测研究

论文在分析MODIS数据对海洋水体反射光谱特征的基础上,选用合适的探测波段构成悬浮泥沙遥感参数,并根据2003~2004年福建近岸海域海洋监控区内9个站点的海洋水色数据建立悬浮泥沙浓度遥感定量反演模式。利用已建立的模式对2001~2005年福建近岸海域悬浮泥沙浓度进行遥感反演,根据反演结果分析该海域悬浮泥沙浓度的分布及其变化特征,着重分析闽江口海域的悬浮泥沙运动特点。结果表明:福建近岸海域悬浮泥沙浓度与基于MODIS蓝光(0.438~0.448μm)和绿光(0.545~0.565μm)探测波段数据构成的遥感参数呈指数函数关系,定量反演效果比较理想,反演结果能客观地揭示福建近岸海域悬浮泥沙的浓度分布及其变化特征,为今后对该海域悬浮泥沙运动规律的深化研究奠定了基础。     

若干人工调控措施对富营养化湖泊藻类种群的影响

在太湖用围隔试验,研究湖泊底泥稳外源污染对富;营养化湖泊藻类种群的影响,结果表明,在没有底泥和外源污染（相于当彻底清淤和截污）的情况下,围区内（２００ｍ＾２）水体氮磷浓度均有明显下降,但藻类生物量却急剧上升,且出现“藻华”,结合南京玄武湖和杭州西湖的截污、清淤挖泥、引水冲污等富营养化防治措施的实际效果分析,探讨了截污、清淤、引水冲污对营养几湖泊藻类种群的影响,指出对严重富营养化的湖泊,单纯采取截污     

内蒙古乌梁素海“黄苔”暴发初探及防治对策

内蒙古乌梁素海分别于2008年5月和2009年5月连续2年暴发了"黄苔"事件,已不断丧失湖泊固有的养殖、灌溉、旅游等功能,严重制约着区域经济的可持续发展。乌梁素海水体富营养化程度的加剧已引起国务院领导和各界学者的关注。根据乌梁素海试验站实际监测的数据,对"黄苔"暴发期前后的水质、水文、气象等因素进行分析,以揭示影响"黄苔"暴发的环境、营养盐、水动力等条件。研究结果表明:乌梁素海"黄苔"的暴发主要是水体长期处于富营养化状态和适宜"黄苔"生长的各种条件共同作用的结果。系统科学地研究"黄苔"暴发的原因能够为乌梁素海"黄苔"暴发的预警、防治提供一定的依据。