长江中下游浅水湖泊紫外辐射的衰减

基于对长江中下游22个浅水湖泊有色可溶性有机物吸收的测量,运用经验模式估算了紫外辐射(UV-B、UV-A)在长江中下游湖泊的衰减及对应的穿透深度,并利用在武汉东湖实测的紫外辐射衰减进行了检验.结果表明,UV-B波段的320nm和UV-A波段的380nm衰减系数变化范围分别为2.05～21.00m^-1,1.07～12.85m^-1,对应的1%穿透深度分别为0.22～2.25m,0.36～4.29m.估算得到的紫外辐射衰减系数与DOC浓度均存在显著性正相关,但UV-B波段要高于UV-A波段.武汉东湖实测的紫外辐射衰减检验发现,基于CDOM吸收系数估算UV-B辐射衰减较为精确,而由于浮游植物吸收和悬浮物散射等影响对UV-A波段估算精度则明显下降.     

太湖典型草、藻型湖区有色可溶性有机物的吸收及荧光特性

2004年4月对太湖典型草、藻型湖区东太湖和梅梁湾有色可溶性有机物(CDOM)的吸收和荧光特性进行了研究.通过实验测定方法得到东太湖和梅梁湾CDOM的光谱吸收系数及其荧光值.结果表明,溶解性有机碳(DOC)的浓度在6.3～17.2 mg/L间变化,其均值为9.08±2.66 mg/L;CDOM在280 nm和355 nm的吸收系数分别为11.2～32.6 m^-1(平均值17.46m-1±5.75 m^-1)和2.4m～8.3 m^-1(平均值4.17 m^-1±1.47 m^-1);355 nm波长处CDOM的比吸收系数为0.31～0.64 L·(mg·m)^-1,平均值0.46L·(mg·m)^-1±0.08 L·(mg·m)^-1.355 nm的激发波长、450 nm的发射波长处的荧光值的变化范围0.50～3.91 nm^-1(平均值1.32nm-1±0.84 nm^-1).2类草、藻型湖区的DOC浓度、CDOM吸收系数、355 nm处荧光值均存在显著性差异,但CDOM比吸收系数和指数函数斜率则没有显著性差异,由此则反映了CDOM来源的一致性.CDOM的吸收系数与DOC浓度的相关性随波长的降低而增加,在短波部分存在明显的正相关.355 nm处的荧光值、DOC浓度与CDOM吸收系数存在如下显著性的正相关关系:F_n(355)=0.544(±0.035)a(355)-0.946(±0.152),DOC=1.537(±0.196)a(355)+2.683(±0.862).280～500 nm、280～360 nm、360～440 nm指数函数斜率分别为14.37μm^-1±0.73μm^-1、19.17μm-1±0.84μm^-1、13.38μm-1±0.82μm^-1.     

太湖北部湖区COD浓度空间分布及与其它要素的相关性研究

利用2004年夏季在太湖北部湖区的采样数据,分析了化学需氧量(COD)浓度的空间分布,建立了COD浓度与有色可溶性有机物(CDOM)吸收、荧光、溶解性有机碳(DOC)浓度之间的定量关系.并以2004-01、2005-01、2007-06的数据探讨了COD的来源.结果表明,夏季COD浓度的变化范围为3.77～7.96 mg·L-1,均值为(5.90±1.54)mg·L-1. COD浓度从梅梁湾内往湾口再往大太湖呈现逐渐降低趋势,梅梁湾和大太湖的均值分别为(6.93±0.89)ms·L-1、(4.21±0.49)mg·L-1,梅梁湾的值显著要高于大太湖开阔水域. COD浓度与CDOM吸收、荧光、DOC浓度存在显著的正相关.通过对光学活性物质CDOM浓度的反演,可以外推水体有机物污染程度,为日后利用遥感影像反演和评估太湖水体有机物污染状况奠定基础.夏季COD浓度与叶绿素a浓度存在极显著正相关,而冬季没有相关或这种相关性很弱,并且夏季的值明显要高于冬季的值,反映了除入湖河流带来外源COD的输入外,夏季浮游植物大量生长死亡腐烂后的降解产物也是水体中COD的重要来源.     

太湖梅梁湾有色可溶性有机物的光化学降解

经0.22μm孔径过滤的太湖梅梁湾水样在UV-B辐射的照射下,有色可溶性有机物(CDOM)吸收和荧光强度明显下降,且与UV-B光源距离、辐射时间及辐射剂量呈正相关关系.拟合结果表明,CDOM吸收系数和荧光值的下降随时间符合一阶动力学方程,距光源5,15,25,35,45cm处时,CDOM吸收系数[a(280)]光化学降解的一阶动力学常数分别为0.0156,0.0116,0.0060,0.0051,0.0029;对应的荧光值F_n(355)的一阶动力学常数分别为0.0256,0.0198,0.0141,0.0102,0.0055.CDOM光化学降解过程中吸收系数与定标后的荧光值存在显著的正相关.实验结果用于野外情况可以推导出太湖表层水体中CDOM在夏季也会发生明显的光化学降解.     

东平湖CDOM吸收光谱特性及其来源解析

为分析东平湖有色可溶性有机物（CDOM）吸收特性、来源和空间分布的季节变化,分别于2013年8、12月以及2014年3月采集了35个表层水样,分析了各基本水质参数、CDOM吸收系数[a（440）]、比吸收系数[a^*（440）]和相对分子量参数M值的分布规律及CDOM吸收系数与水质参数之间的相关关系.结果表明：东平湖CDOM吸收系数a（440）呈现出枯水期 > 丰水期 > 平水期的规律,空间分布与CDOM比吸收系数[a^*（440）]相似.M值呈现出丰水期 < 平水期 < 枯水期的变化趋势.丰水期CDOM吸收系数与叶绿素a（Chla）具有显著相关关系;丰、平水期两季CDOM吸收系数与DOC存在显著相关关系.丰水期CDOM同时受外源和内源输入的影响,但以内源输入为主,主要来源于浮游植物降解产物;老湖镇湖区外源特征明显.平水期CDOM亦受内源和外源输入的双重影响,但浮游植物的腐烂降解不是CDOM的主要来源;北部湖区以外源输入为主.枯水期CDOM整体表现出较强的自生源特征,但相关分析显示,浮游植物降解并不是CDOM的主要来源,自生源特征可能与挖沙活动导致的悬浮物浓度增高有关;东南湖区因大汶河输入的影响呈现出较强的外源特征.利用东平湖丰、平水期两季CDOM浓度反演DOC浓度具有可行性.     

浅水湖泊水动力过程对藻型湖区水体生物光学特性的影响

基于2010年7月底至8月初对太湖藻型湖区梅梁湾沿岸带水域不同风速条件下水下光场的原位连续高频观测,通过对水下辐照度、光束衰减系数、吸收系数、相关理化参数及气象水文参数的测定与分析,揭示了该区域水体的生物光学特性变化及其与水动力过程的关系.结果表明,总颗粒物吸收系数ap(440)、非色素颗粒物吸收系数ad(440)、浮游植物吸收系数aph(440)及有色可溶性有机物吸收系数aCDOM(440)在小风(30 min内平均风速<3 m.s-1)、中风(3 m.s-1<风速<5 m.s-1)和大风(风速>5 m.s-1)作用下分别为3.97、3.97、6.58 m-1;1.69、2.17、4.20 m-1;2.28、1.80、1.33 m-1;1.05、1.04、1.08 m-1,其中变幅最大的为非色素颗粒物,CDOM吸收系数在不同风速条件下差别不大.水体各组分在PAR波段积分值的贡献率的变化规律为:小风速下浮游植物吸收系数的贡献最大(达42.5%),随着风速的增大,CDOM、浮游植物、纯水吸收系数的贡献率均有降低的趋势,而非色素颗粒物的贡献率则显著增大,分别为33.0%、41.7%、52.0%.PAR漫射衰减系数与10min平均风速呈显著线性相关,风速引起的沉积物再悬浮对PAR漫射衰减系数的影响显著,从小风到大风,PAR漫射衰减系数增加了80.0%,对应真光层深度降低了42.2%.PAR漫射衰减系数、750 nm波长处的光束衰减系数、总悬浮物浓度与风速、波高、波切应力均存在显著正相关,其中又以PAR漫射衰减系数的相关性最为显著.高频观测结果揭示了浅水湖泊藻型湖区水动力过程通过引起沉积物再悬浮、浮游植物的混合及迁移显著改变水体生物光学特性短期变化.     

太湖CDOM紫外吸收特性及其分子量时空分布特征

基于2006年8月16日、2007年3月28日对太湖梅梁湾15个样点和2007年11~12月对全湖61个样点的有色溶解性有机物(CDOM)吸收系数观测数据,对CDOM分子量相对大小的时空差异及其影响因素进行了分析.结果表明,梅梁湾地区主要富集的是高分子量CDOM,而大太湖地区则较为复杂,北部地区主要是高分子量的CDOM占据主导地位;而在太湖东西部,主要是低分子量的CDOM;南太湖区域,高分子量的CDOM和低分子量的CDOM相对平衡.不同波长范围内CDOM吸收模型的斜率系数(S)值对CDOM的分子组成的敏感性具有一定的差异性,UVR最为敏感,其次是UV-A,再次为UV-B,UV-C最不敏感.梅梁湾CDOM主要影响因素是陆源,陆源影响的强度随季节的变化具有一定的差异,其中8月份最强,其次是3月份,最弱为11月份.     

大型通江湖泊有色可溶性有机物对不同水文情景的响应

鄱阳湖和洞庭湖作为我国面积最大的两个通江湖泊,其湖体水质变化对长江干流水质以及湖区周围居民用水安全至关重要.通过三维荧光-平行因子分析得到4个荧光组分,研究两个湖泊的有色可溶性有机物(CDOM)光谱组成在丰、平和枯这3种水文情景下的变化规律,试图揭示鄱阳湖和洞庭湖CDOM来源及组成对不同丰枯情景的响应机制.结果表明:不同水文情景对鄱阳湖CDOM水质参数影响更为显著,CDOM吸收系数a(254)和溶解性有机碳(DOC)浓度表现为丰水期平水期枯水期(t-test,P0.01),CDOM光谱吸收斜率S_(275-295)表现为枯水期平水期丰水期(t-test,P0.01),洞庭湖a(254)在不同水文情景下差异不显著,比紫外吸收系数SUVA_(254)最大值出现在平水期.平行因子分析法解析三维荧光光谱得到4个荧光组分,枯水期两湖CDOM类蛋白组分贡献率较大,平水期类蛋白组分及类腐殖酸组分贡献率大致相当,丰水期两个湖泊类腐殖酸贡献率占主要部分.在空间分布上,枯水期鄱阳湖4个组分的荧光强度在上游南部湖区偏小,北部偏大,丰水期反之,东洞庭湖4个组分的荧光强度在空间差异上表现为枯水期大于丰水期.鄱阳湖DOC浓度对水位的响应更明显(r~2=0.99,P0.01),东洞庭湖类色氨酸组分C2与水位呈显著性负相关关系(r~2=0.99,P0.05).鉴于此,应根据鄱阳湖、洞庭湖CDOM在不同水文情景下的响应特征,有针对性地对湖区水质进行管理.     

夏季太湖光学介质获取的光合有效辐射能量谱随深度变化规律的研究

根据2006-07-29～2006-08-01太湖41个站点测定的水体上、下行辐照度、非藻类颗粒物、浮游植物及有色溶解有机物(chromophoric dissolved organic matter, CDOM)的吸收系数,计算了单位水体中各介质所吸收光合有效辐射能量谱随深度的变化.结果表明,单位水体中的浮游植物获取光合有效辐射能量的标准化谱在表层有2个主峰,分别位于450 nm左右和675 nm左右,随着深度增加,位于450 nm左右的峰逐渐减弱,在藻型湖区和湖心区,衰减尤为明显,且该峰对应的波长出现红移现象;浮游植物获取的主要光能来源随深度的增加逐渐由400～500 nm和600～700 nm向600～700 nm过渡,在草型湖区的过渡速度相对缓慢,而在梅梁湾（藻型湖区）和湖心区却很快;单位水体中的非藻类颗粒物在表层获取的能量主要来自400～500 nm,但随深度的增加,其获取的能量主要来自500～600 nm;单位水体中CDOM获取光合有效辐射能量随深度的变化特征类似于非藻类颗粒物,但在草型湖区,其在500～600 nm获取能量的优势不如非藻类颗粒物明显.     

2019年长江口及其邻近海域溶解有机物的分布和季节变化特征

2019年3月和7月分别采集长江口及其邻近海域表层和底层的海水样品,测定了其中溶解有机碳（DOC）浓度和有色溶解有机物（CDOM）的吸收光谱。本文根据DOC浓度和CDOM吸收系数a₂₅₄、比紫外吸光度SUVA₂₅₄、光谱斜率S_275-295等参数对该区域溶解有机物（DOM）的分布情况和季节变化进行了研究。结果表明,DOC浓度和a₂₅₄指征的CDOM丰度总体表现出近岸高、外海低的特点;指征CDOM芳香性的SUVA₂₅₄和指征CDOM平均分子量的S_275-295分别随着离岸距离的增加逐渐降低和升高,表明CDOM的芳香性和平均分子量均逐渐降低;两个航次表层的DOC浓度、CDOM丰度、芳香性及平均分子量均显著高于底层;7月和3月相比,DOC浓度、CDOM丰度及芳香性较高,但未发现平均分子量存在显著的季节变化;DOC浓度、a₂₅₄、SUVA₂₅₄、S_275-295均与盐度呈现显著的相关关系,其中,DOC浓度、a₂₅₄、SUVA₂₅₄呈现负相关关系,而S_275-295呈现正相关关系。上述参数与盐度的相关系数（R2）表明,DOC和CDOM在3月较为保守,而在7月（尤其是在表层）不保守程度明显升高。     

天目湖流域DOM和CDOM光学特性的对比

对2011年1—12月天目湖流域河流及湖体中DOM(可溶性有机物)、CDOM(有色可溶性有机物)的光学特性进行了研究,对比分析了河流和湖体DOM、CDOM的a₃₅₀(350 nm处的吸收系数)、S280~500(280~500 nm波段指数函数拟合曲线斜率)、S_R(光谱斜率比)以及M(a₂₅₀/a₃₆₅)值. 结果表明,天目湖流域a₃₅₀(CDOM)/a₃₅₀(DOM)的年均值为0.856 4,说明CDOM对光的吸收占主导. 河流DOM、CDOM的a₃₅₀年均值分别为(4.24±1.89)、(3.40±1.48)m-1,明显大于湖体的(2.42±0.84)、(2.22±0.83)m-1,表明外源河流输入是天目湖中DOM的主要来源. 河流DOM、CDOM的S280~500年均值分别为(15.98±0.83)、(17.96±0.81)μm-1,湖体的分别为(19.20±1.65)、(20.34±1.73)μm-1;河流的S280~500及S_R均显著低于湖体,表明天目湖流域河流和湖体中CDOM的组成存在明显差异. 天目湖流域DOM与CDOM的M值与S280~500呈显著线性相关,河流DOM与CDOM的M值年均值分别为(5.54±0.81)、(6.54±0.95),显著小于湖体的(7.54±0.98)、(8.28±1.23),表明湖体中的DOM分子较小. 受人类活动、土地利用、降雨径流等因素影响,天目湖流域DOM、CDOM的丰度及光学特性均呈明显的季节性差异,a₃₅₀与S_R在DOM与CDOM中表现的季节性差异较为一致,可以相互参考.      

太湖北部湖区CDOM光学特性及光降解研究

通过对太湖北部不同湖区2005—2006年4个典型月份水体中有色可溶解性有机物(CDOM)的生物-光学特性进行研究,系统分析了太湖北部湖区水体中CDOM的生物-光学特性和时空分布变异规律,并对CDOM在自然光暴晒下的降解特性进行初步研究. 结果表明,湖水中CDOM的分布,空间上竺山湾>梅梁湾>贡湖湾>大太湖,入湖河道附近要高于其他水面,时间上按冬季到次年秋季逐渐递减;表征CDOM 谱形变化的指数函数S值没有显著性时空差异,冬、春季CDOM吸收系数与ρ(叶绿素a)完全没有相关性,夏、秋季CDOM的空间分布则与ρ(叶绿素a)分布较为一致,吸收系数与ρ(叶绿素a)存在正相关;CDOM定标后的荧光值与其吸收系数在4个月内均存在相对恒定的线性关系;在接受自然光特别是紫外辐射暴晒后,CDOM吸收明显降低,发生显著的光化学降解,其降解过程符合拟一阶动力学衰减反应.      

长江口CDOM的光谱吸收特征以及DOC物源示踪意义

通过测定2009年冬季长江口芦潮港至嵊泗海域表层水中有色可溶性有机物(CDOM)的光谱吸收和溶解有机碳(DOC)的浓度,分析CDOM的吸收系数α(355)和光谱斜率s值的空间分布特征,并探讨其来源及其与DOC的关系。结果表明:CDOM光学属性随盐度逐渐降低,18.96～28.00的盐度范围内,α(355)为0.268 9～1.183 1 m-1,均值为0.824 9 m-1,低于丰水期,与国内外研究相比偏低,表明长江口CDOM受控于陆源径流输入,CDOM浓度可能和长江流域植被覆盖率和以及径流量有关。光谱斜率s值的范围为0.011 3～0.017 4 nm-1,均值为0.015 3 nm-1,略低于丰水期。DOC浓度与盐度的负相关关系(R2=0.882)表明该研究区域的溶解有机质(DOM)输入主要来自陆源,CDOM与DOC的相关关系为CDOMα(355)=0.371DOC+1.012(R2=0.48),表明研究区域内CDOM对DOC具有一定的物源指示意义。     

基于水体固有光学特性的太湖浮游植物色素的定量反演

基于2005-05～2005-08对太湖全湖不同湖区92个样点吸收系数、光束衰减系数、后向散射系数等固有光学特性测定与计算,选择色素浓度反演的最佳波段组合,利用反射率比建立了太湖叶绿素a,叶绿素a与脱镁叶绿素的定量反演模型.结果表明,全湖4次采样叶绿素a、脱镁叶绿素的变化范围分别为3.9～149.8μg·L^-1、均值为(38.14±28.89)μg·L^-1;0～45.8μg·L^-1、均值为(8.49±7.24)μg·L^-1,存在很大空间差异,湖心区和草型湖区的东太湖、胥口湾、贡湖湾色素浓度一般要低于其他湖区.同样吸收系数和后向散射系数也存在很大的空间差异,a_t(440)的变化范围为0.86～23.25 m^-1、均值为(6.21±3.31)m^-1,b_t(550)的变化范围0.05～2.25m^-1、均值为(0.72±0.52)m^-1,东太湖、胥口湾、贡湖湾的值要低于其他湖区.400～650nm随波长增加总吸收系数大致呈下降趋势,680nm附近存在1个峰值,峰值的强弱与水体中色素浓度有关,而到720nm以后则逐渐增加,后向散射系数随波长增加则逐渐降低.反射率比R(706)/R(682)能较好地用于太湖色素浓度的反演,叶绿素a、叶绿素a与脱镁叶绿素之和幂函数反演的决定系数R²分别达0.823、0.864 5.模型能用于包括湖面反射率受湖底和沉水植物影响的全太湖.     

千岛湖有色可溶性有机物光谱学特征及环境指示意义

有色可溶性有机物的光谱学特征能在一定程度上揭示湖泊溶解性有机物来源及其迁移转化规律,探究其光谱学特征对水质保护具有重要的现实意义.本文基于2018年10月在国家级水源供给水库千岛湖布设的60个采样点进行样品采集,运用光谱吸收及三维荧光,结合平行因子分析等方法揭示该湖有色可溶性有机物的光谱特征及其在空间上的变化,进而揭示有机物来源和迁移转化规律,探讨荧光光谱在水质监测应用等方面的指示意义.三维荧光矩阵经平行因子分析解析获得4种荧光组分包括陆源类腐殖酸C1、类酪氨酸C2、类色氨酸C3及微生物作用的类腐殖质C4.类腐殖质组分C1和C4与溶解性有机碳、有色可溶性有机物特征波长吸收系数a(350)均呈现出由西北入湖河口至其它湖区递减的分布趋势,并且C1和C4与溶解性有机碳、a(350)具有很好的相关性与之印证,说明上游新安江输入是千岛湖有机物的主要来源,类腐殖酸是主要的荧光组分.两种类蛋白组分包括类酪氨酸C2和类色氨酸C3分布均具有高度的空间异质性,高值均集中分布在靠近淳安县的湖心区及大坝附近的东南湖区,且该两个组分与叶绿素a浓度无显著相关性.从上游新安江河口至下游大坝出水口方向类腐殖酸组分所占比重逐步减小,而类蛋白组分所占比重增大.结合对该湖周边城镇居民用地分析表明湖心区及东南湖区类蛋白组分一定程度上可能来源于淳安县居民区生活污水的排放;同时,来自上游的类腐殖酸不断稀释及光降解转化为类蛋白组分可能是荧光光谱组成空间变化的又一个原因.C1为主要的荧光信号并与溶解性有机碳、a(350)及叶绿素a浓度具有更好的线性拟合优度,说明陆源类腐殖酸C1相比于其他荧光组分对有机物反演更为准确灵敏.由此表明,千岛湖有色可溶性有机物荧光光谱对有机物来源和迁移转化规律及水质监测等方面具有重要的环境指示意义.