基于Landsat 8影像估算新安江水库总悬浮物浓度

总悬浮物(total suspended matter,TSM)直接决定着水下光场分布,进而影响水体的初级生产力,其浓度也是水质和水环境评价的重要参数之一.本研究构建了基于Landsat 8影像数据的较为清洁的新安江水库TSM的遥感估算模型,并给出了该水体TSM浓度的空间分布特征.结果表明,对该水体TSM浓度较为敏感波段为Landsat 8第二、三和八波段,线性相关的决定系数分别为0.37、0.51和0.42.然而,以上任何一个波段都无法单独用于准确地提取该区TSM浓度,而利用以上3个波段构建的多元回归模型能够给出较为准确的估算结果,模型决定系数为0.92,平均相对误差为11%,均方根误差为0.16mg·L-1.新安江水库TSM浓度整体较低,变化范围为0.04~24.54 mg·L-1,平均浓度为2.19 mg·L-1.高浓度部分位于湖的边缘区以及一些湖湾枝杈,如:枫树岭水域、汾口水域、威坪水域、安阳水域、大墅水域、临岐水域等,主要是受入湖河流以及邻近水域采砂活动的影响.因此研究认为利用Landsat 8数据的3个波段,采用多元回归模型能够较好地估算较清洁水体的TSM浓度.     

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.     

博斯腾湖夏季水下光场特征分析及影响因素探讨

2011年8月,在新疆博斯腾湖17个站点进行水样采集,同步对11个站点进行水下光场原位测定.结果发现,博斯腾湖夏季总颗粒物吸收系数光谱表现出明显的浮游植物吸收特征,而浮游植物光谱曲线有明显的硅藻吸收光谱特征.在光合有效辐射波段,有色可溶性有机物（CDOM）吸收系数与浮游植物吸收系数对总吸收的贡献相当,而非色素颗粒物对总吸收的贡献最低.水下光谱衰减系数的最小值出现在580nm左右的绿光波段,PAR漫射衰减系数平均值为0.53m-1,平均真光层深度约为9.69m,大于湖水平均深度.在博斯腾湖虽然纯水和CDOM在总吸收中占有很重要的部分,但主导漫射衰减的因子仍为颗粒物.通过本文研究,以期能为干旱地区湖泊环境保护和水质遥感监测提供数据和理论基础.     

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.     

长寿湖水体甲基汞光化学降解特征

为明确长寿湖水体甲基汞(MMHg)光化学降解特征,采用硼硅玻璃瓶对水样进行原位培养,探讨了长寿湖水体MMHg光化学降解的季节差异性及垂直变化特征,分析了不同波段光波对MMHg光化学降解反应的贡献,并估算了MMHg光化学降解的通量.结果发现,在光的作用下,长寿湖水体表层MMHg会发生明显的降解反应,未发现明显的净甲基化结果.在水体表层,夏季MMHg光化学降解速率最快((6.10±0.38)×10-3E~(-1)·m~2),其次为春季((4.90±0.24)×10-3E~(-1)·m2),秋冬季节的降解速率较低,分别为(3.10±0.19)×10-3E~(-1)·m~2和(2.60±0.12)×10-3E~(-1)·m~2;UV-A、UV-B和可见光(PAR)对表层水体MMHg光化学降解反应的贡献分别为49%~52%、21%~31%和21%~34%.MMHg光化学降解速率随水深增加而逐步衰减,其中,UV-B引发的光化学降解反应速率衰减最快,其次为UV-A.对整个水体而言,PAR对MMHg光化学降解的贡献最大(67%~77%),其次为UV-A(25%~31%),UV-B的贡献最小(4.3%~8.1%).夏、秋、冬和春4个季节的MMHg日降解通量分别为7.2、0.73、1.1和5.9 ng·m-2·d~(-1),年降解通量估算为1.5μg·m-2·a~(-1).可见,长寿湖水体MMHg光化学降解反应具有明显的季节和水深剖面变化特征,不同波段光波对降解反应的贡献有较大的差异.     

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.     

垂向湍流扩散和光耦合对下沉藻增长的影响——基于内陆混浊湖泊(太湖)分析

在假设温度恒定、弱化营养盐限制作用的条件下,利用太湖背景漫射衰减系数、日变化太阳辐射等数据,通过下沉藻生长与水环境相结合的耦合模型,模拟下沉藻增长过程中垂向湍流扩散和光之间的耦合.结果表明：在相对清洁水体中（背景漫射衰减系数小于1.1/m）,下沉藻类无需垂向湍流扩散均可维持增长;混浊水体中（背景漫射衰减系数介于1.1~3.0/m）下沉藻类增长需垂向湍流扩散维持,且最低垂向湍流扩散值随背景漫射衰减系数增大而增大,二者间存在指数函数关系;最低垂向湍流扩散（D）、水深（z）与藻类下沉速度（v）间的佩克莱数应位于0.38~13.89,否则垂向湍流扩散对比其他因素（藻类沉降和光衰减）,对水柱中下沉藻类的增长的作用甚小;当背景漫射衰减系数大于3.0/m,水柱平均光能可能难以满足藻类增长,藻类持续消亡.该研究有助于厘清气候变化背景下水生生态系统中的浮游植物种群演替机制.     

初冬时期闽江河口区养殖塘排水后的CH4和N2O通量日变化特征

排水活动是河口区养殖塘鱼、虾捕获后的重要管理方式之一.为探讨排水活动对河口区养殖塘温室气体通量的影响,采用静态(悬浮)箱-气相色谱法对初冬时期闽江河口区的未排干和排干养殖塘温室气体(CH_4和N_2O)通量日变化特征进行原位观测.结果表明,(1)未排干与排干养殖塘CH_4通量范围分别介于0.04~0.10 mg·(m~2·h)~(-1)和14.04~33.72 mg·(m~2·h)~(-1),均值分别为(0.07±0.01)mg·(m~2·h)~(-1)和(24.74±2.33)mg·(m~2·h)~(-1),均表现为大气库中CH_4释放源,呈现夜高昼低的特征;(2)未排干养殖塘N_2O通量范围和均值分别介于-0.027~0.011 mg·(m~2·h)~(-1)和(0.002±0.004)mg·(m~2·h)~(-1),整体上呈现昼低夜高的特征,而排干养殖塘N_2O通量范围和均值分别介于0.59~1.76 mg·(m~2·h)~(-1)和(1.07±0.15)mg·(m~2·h)~(-1),整体上呈现昼高夜低的特征.以上研究结果初步揭示,排干初期的河口区养殖塘排水活动不仅显著增加温室气体(CH_4和N_2O)排放强度,也可以显著改变养殖塘温室气体通量的日动态特征.     

基于GOCI影像的太湖水体漫衰减系数遥感反演

漫衰减系数是水体光学中的一个重要参数.采用2006~2009年的太湖野外实测数据,分析了太湖水体漫衰减系数光谱特性及其影响因子,在此基础上,结合GOCI传感器数据,分别构建漫衰减系数经验模型和半分析模型,寻找适合GOCI影像的太湖漫衰减系数反演模型,并分析太湖水体漫衰减系数的时空变化特征.结果表明:1太湖水体漫衰减系数主要受非色素颗粒物吸收主导,以GOCI第4、5、7波段构建的多元线性模型反演漫衰减系数,效果最好;2太湖水体漫衰减系数值域主要分布在0~15 m-1,大体可以分为3个等级,低值区:0~4 m-1,中值区:4~8 m-1,高值区:8~15 m-1,部分高值区高于15 m-1;3太湖水体漫衰减系数存在一定时空差异性,从空间上来说,太湖水体漫衰减系数呈现一定的梯度性,从东部到西部逐渐变高;从时间上来说,早上太湖漫衰减系数相对较高,从上午到下午,大体上呈现逐渐降低的趋势.     

千岛湖水体悬浮颗粒物吸收特性及其典型季节差异

利用千岛湖2012年12月~2013年2月冬季及2013年6~8月夏季的采样数据,分析了千岛湖水体的营养水平和悬浮颗粒物的吸收特性季节变化及空间分布规律.结果表明千岛湖营养水平夏高冬低,整体处于中营养水平.冬季和夏季总悬浮颗粒物吸收系数在440 nm的均值分别为:(0.20±0.07)m-1和(0.24±0.17)m-1;675 nm的均值为(0.07±0.02)m-1和(0.10±0.07)m-1;夏季显著高于冬季(t-test,P<0.05).冬季总悬浮颗粒物的吸收光谱可分为两种情况:西北湖区与浮游植物吸收类似,其它站点与非藻类颗粒物的吸收相似;而夏季,在可见光范围,50%以上总悬浮颗粒物的吸收是由藻类颗粒物贡献,因此,总悬浮颗粒物的吸收光谱曲线与浮游植物光谱曲线类似.冬夏季浮游植物吸收系数差异显著(P<0.05),440 nm均值分别为(0.10±0.03)m-1和(0.17±0.14)m-1;相应地675 nm的均值为(0.05±0.02)m-1和(0.08±0.07)m-1.冬季和夏季440 nm浮游植物比吸收系数(以Chla计)的均值分别为:(0.045±0.010)m2·mg-1和(0.039±0.013)m2·mg-1;675 nm处为:(0.022±0.004)m2·mg-1和(0.019±0.005)m2·mg-1.440 nm和675 nm浮游植物吸收系数随Chla浓度及综合营养状态指数的增加线性增大;比吸收系数和Chla浓度呈幂函数关系,随Chla浓度增大而减小.冬季非藻类颗粒物吸收与无机颗粒物的相关性最好;夏季440 nm非藻类颗粒物吸收与总悬浮颗粒物和有机颗粒物呈线性关系,随着总悬浮颗粒物和有机颗粒物含量增加非藻类颗粒物吸收增加.     

庭院垃圾对填埋场甲烷的减量化研究

将熟化时间为24个月和2个月的庭院垃圾分别用于建设0.9 m厚的1#和2#两个生物覆盖层单元,并进行了为期15个月的野外试验,以验证庭院垃圾能否作为生物覆盖层材料用于减少垃圾填埋场甲烷的排放,以及利用同位素和质量守恒方法量化生物覆盖层对垃圾填埋场甲烷的氧化能力.结果表明,两个生物覆盖层对甲烷的氧化能力在建设初期达到整个观测期的最高值,分别为(141±10)g·m-2·d-1和(197±27)g·m-2·d-1,随后生物覆盖单元的甲烷氧化能力随季节交替降低至18~120 g·m-2·d-1和23~70 g·m-2·d-1.试验的中后期,在两个生物覆盖单元中均观测到明显数量的甲烷产出.试验结果表明24个月和2个月熟化时间的庭院垃圾作为生物覆盖填料,均具有较好的甲烷减量化能力,但所含不稳定有机质在厌氧条件下的降解会造成额外的甲烷释放.除此之外,在利用质量守恒方法量化甲烷氧化率时,忽略非甲烷氧化菌的呼吸作用会高估庭院垃圾对甲烷的减量化能力.     

高蛋白有机废弃物厌氧消化系统稳定性及其耐氨氮机制解析

病死及自然灾害产生的大量畜禽尸体的不恰当处理处置会带来较为严重的环境卫生和公众安全隐患.本研究利用厌氧消化技术对畜禽尸体这类高蛋白有机废弃物的无害化处理进行尝试,旨在探索其适宜的有机负荷条件、系统的稳定性及潜在的氨抑制风险.研究表明高蛋白有机废物(以猪肉作为实验样品)作为厌氧消化基质时,系统稳定运行的有机负荷能够达倒(4.76±0.41)kg·m~(-3)·d~(-1);同时,VS降解率、单位体积沼气产率、单位添加VS沼气产率、单位降解VS沼气产率以及甲烷含量分别能达到95%、(3.72±0.21)L·L~(-1)·d~(-1)、(0.78±0.02)m~3·kg~(-1)、(0.82±0.02)m~3·kg~(-1)以及65%.在该条件下,TAN和FAN的浓度与系统产气性能没有直接线性关系,且在浓度高达5700 mg·L~(-1)和700 mg·L~(-1)时未呈现对系统的明显抑制作用.454高通量焦磷酸测序法对系统内古菌种群相对密度的分析结果表明,系统中氨抑制问题得到一定程度的缓解或者消除的原因可能为甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)的优势地位并未受到明显影响,以及整个产甲烷菌种群在系统运行过程所得到的明显驯化.     

BF和BTF工艺去除DCM性能比较

分别以营养型缓释填料的生物过滤塔(BF)和聚氨酯小球为填料的生物滴滤塔(BTF)去除二氯甲烷(DCM)模拟废气.结果表明,采用"专属菌+综合菌"挂膜方式,BTF和BF分别在25 d和22 d内完成快速挂膜.扫描电镜结果表明,BF填料表面的菌落结构较为疏松、生物膜较薄,BTF填料表面的菌落结构致密、生物膜较厚.在DCM进口浓度100~1 500 mg·m-3、停留时间25~85 s条件下,BTF和BF对DCM均有较好的去除效果,最大去除负荷分别为22.61 g·(m3·h)-1和29.05g·(m3·h)-1.滤塔中CO2生产量与DCM降解量呈线性关系,经拟合得出BTF和BF的矿化率分别为70.4%和66.8%,且BTF矿化程度好于BF,表明滤塔内减少的DCM主要是被微生物利用降解.滤塔内DCM的降解动力学行为符合Michaelis-Menten模型,BTF和BF单位体积最大降解速率r max分别为22.779 0 g·(m3·h)-1和28.571 4 g·(m3·h)-1,气相饱和常数K s分别为0.141 2 g·m-3和0.148 6 g·m-3.     

三峡库区典型河流水-气界面CO2通量日变化观测及其影响因素分析

为研究河流水-气界面CO_2通量的季节和日变化特征;于2016年7月15～17日以及2017年11月4～6日对三峡库区嘉陵江支流竹溪河进行定点定时采集表层水样,并同步监测关键环境因子,采用亨利定律结合薄边界层模型计算其水-气界面CO_2通量F(CO_2).结果表明,竹溪河表层水CO_2分压p(CO_2)及界面CO_2脱气通量呈现出显著的日间和季节变化,以及明显的日内变化特征:在上午09:00前后达到释放高峰,随后波动下降;水-气界面CO_2通量日间均值分别为(100. 9±31. 6)、(78. 6±12. 1)、(83. 9±29. 7)、(137. 5±42. 1)、(147. 6±34. 0)、(132. 4±21. 7) mmol·(m~2·d)~(-1);并表现出夏季表层水体CO_2释放通量明显低于秋季,其均值分别为(87. 8±27. 5) mmol·(m~2·d)~(-1)和(139. 2±34. 0) mmol·(m~2·d)~(-1);总体表现出大气CO_2源的特征.竹溪河p(CO_2)和F(CO_2)受到诸多环境因子的影响,相关分析表明,pH、碱度、水温和气温是主要环境影响因子,CO_2释放通量可以用pH和碱度预测.     

西安市大气降水的主要化学组分及其来源

为认识西安市大气降水主要化学组分的现状,对2019年西安市市区和郊区大气降水样品的pH值、电导率、水溶性离子和重金属的质量浓度、湿沉降通量和来源进行了研究.结果表明,西安市冬季大气降水pH、电导率、水溶性离子和重金属浓度均高于其它季节.降水中主要的水溶性离子为Ca²⁺、 NH⁺₄、 SO■和NO^-₃,其之和占总离子浓度的(88.5±2.8)%;市区和郊区主要重金属是Zn和Fe、 Zn和Mn,其之和分别占总金属浓度的(54.0%±3)%和(47.0%±8)%.市区和郊区降水中水溶性离子的湿沉降通量分别为(253.2±58.4)mg·(m²·month)^-1和(241.9±61.1)mg·(m²·month)^-1,呈现出冬季高于其他季节的特点;重金属的湿沉降通量分别为(86.2±37.5)mg·(m²·month)^-1和(88.1±37.4)mg·(m...     

南京北郊PM2.5中有机组分的吸光性质及来源

对南京北郊2018年9月~2019年9月PM_2.5中有机组分的吸光性质进行了研究,并利用PM_2.5化学组成及主成分分析法分析该地区吸光性有机碳（棕碳,brown carbon,BrC）的主要来源.结果表明,水溶性有机碳（water-soluble organic carbon,WSOC）和甲醇可提取有机碳（methanol extractable organic carbon,MEOC）在365 nm处光吸收系数（Abs_365,w和Abs_365,m）的平均值分别为（3.22±2.18）Mm^-1和（7.69±4.93）Mm^-1.Abs_365,w和Abs_365,m分别与WSOC（r=0.72,P<0.01）和MEOC（r=0.62,P=0.04）的质量浓度显著相关,均表现为冬高夏低,夜高昼低的时间变化特征.这可归结于冬季和夜间的气象特征（例如边界层高度降低和大气稳定度升高）、冬季一次源排放的增加以及夏季和白天更强的"光漂白作用".Abs_365,m/Abs_365,w的年均值（2.60±0.92）远高于MEOC/WSOC（质量浓度比值,1.37±0.30）,表明MEOC中非水溶性组分的吸光作用更强,在BrC的吸光作用中占主导地位.WSOC、MEOC、Abs_365,m和K⁺均未表现出强相关性（r<0.60）,因此生物质燃烧不是该地区BrC的主要一次来源.WSOC和MEOC质量吸收效率（MAE_365,w和MAE_365,m）及其比值（MAE_365,m/MAE_365,w）的季节变化和Abs₃₆₅相同.MEOC中非水溶性组分的MAE₃₆₅［（4.10±5.15）m²·g^-1］分别是MAE_365,w和MAE_365,m的6.0和2.9倍,支持BrC的吸光作用受非水溶性有机组分主导这一推断.和WSOC的埃氏吸收指数（Å_WSOC）相比,MEOC的埃氏吸收指数（Å_MEOC）随时间变化更显著,这可能与非水溶性吸光组分排放的季节变化有关.主成分分析结果显示,本研究PM_2.5中有机组分的吸光作用主要来源于二次形成过程和人为活动相关的一次排放,而不是生物质燃烧.