赤潮灾害应急决策支持系统的概念设计

赤潮灾害是目前已知海洋最大的生态灾害之一,它危及海洋渔业资源、破坏海洋生态环境、危及人类健康,造成的海洋经济损失逐年增加。本文在分析国内外各种自然灾害应急决策支持系统的研究现状及赤潮灾害应急决策支持系统研究成果的基础上,设计实现了赤潮灾害应急决策支持系统。本系统集成卫星遥感、浮标、船载快速监测和走航等多源监测数据,实时或准实时地监测赤潮灾害的环境、生物和灾情各相关要素的状况与动态变化,提供实时监测数据和赤潮灾害的决策信息,并按照赤潮灾害的生消变化分成灾前、临灾、灾中和灾后四个阶段,以达到快速、实用、准确地提供专门的赤潮灾害决策成果,为有关部门的赤潮灾害预测预报及选取科学有效的防灾、减灾和救灾措施提供依据。     

强壮前沟藻生消过程中水体的散射特性

基于2011年7月藻类培养实验期间的实测数据,研究了强壮前沟藻生消过程中水体的散射特性.结果表明,强壮前沟藻本次培养周期共21d,前15 d为生长期,之后进入消亡期;生消过程中水体散射光谱变化明显,叶绿素浓度较低时,散射系数随波长增加近似呈幂函数衰减,而叶绿素浓度较高时,蓝绿光波段散射系数随波长增加呈现近似线性增大趋势,红光波段叶绿素强吸收造成的散射谷更明显;生长期和消亡期时,散射系数与叶绿素浓度幂函数回归的可决系数均随波长增加逐渐增大,750 nm波段达到最大值,R2分别为0.95、0.97;生长期时,蓝光波段散射占总散射量的比例逐渐减小,而红光波段逐渐增大,绿光波段变化较小,但基本呈现增大趋势,水色由蓝绿色逐渐变为红褐色,消亡期时,恰恰相反;生长期和消亡期的绿蓝、红蓝、红绿波段散射比与叶绿素浓度均存在正相关关系,说明随叶绿素浓度增加水色逐渐趋近于长波颜色.     

辽东湾MODIS生物光学算法研究(Ⅰ)算法适用性评估

辽东湾是典型的复杂二类水体,我们利用2002～2004年在辽东湾现场实测的叶绿素a数据(分光法、荧光法和HPLC法),以及水面之上法现场实测的离水辐射率和遥感反射率数据模拟的MODIS各相应波段值对MODIS海洋水色算法进行了评估.评估的MODIS生物光学算法有四个,即CZCS_pigm、chlor_MODIS、chlor_a_2和chlor_a_3算法.结果表明,两个一类水体生物光学算法(CZCS_pigm和chlor_MODIS)反演值与分光法和荧光法测试分析结果相比,算法均低估了叶绿素a浓度,与HPLC分析结果相比算法高估了叶绿素a浓度;两个二类水体算法(chlor_a_2和chlor_a_3)与所有叶绿素a分析方法相比,均高估了叶绿素a浓度.根据MODIS生物光学算法在辽东湾的具体表现,我们认为HPLC法分析的叶绿素a浓度更适合于作为海洋水色算法评估的现场检验依据.叶绿素a浓度的反演值和实测值之间较低的相关系数则显示MODIS两个一类水体算法所采用的波段比值不适合本海区.     

辽东湾MODIS生物光学算法研究(I) 算法适用性评估

辽东湾是典型的复杂二类水体,我们利用2002~2004年在辽东湾现场实测的叶绿素a数据(分光法、荧光法和HPLC法),以及水面之上法现场实测的离水辐射率和遥感反射率数据模拟的MODIS各相应波段值对MODIS海洋水色算法进行了评估。评估的MODIS生物光学算法有四个,即CZCS_pigm、chlor_MODIS、chlor_a_2和chlor_a_3算法。结果表明,两个一类水体生物光学算法(CZCS_pigm和chlor_MODIS)反演值与分光法和荧光法测试分析结果相比,算法均低估了叶绿素a浓度,与HPLC分析结果相比算法高估了叶绿素a浓度;两个二类水体算法(chlor_a_2和chlor_a_3)与所有叶绿素a分析方法相比,均高估了叶绿素a浓度。根据MODIS生物光学算法在辽东湾的具体表现,我们认为HPLC法分析的叶绿素a浓度更适合于作为海洋水色算法评估的现场检验依据。叶绿素a浓度的反演值和实测值之间较低的相关系数则显示MODIS两个一类水体算法所采用的波段比值不适合本海区。     

渤海非色素颗粒物和黄色物质的吸收特性研究

非色素颗粒物和黄色物质的吸收是海水总吸收系数中重要的组成部分,也是海洋光学和水色遥感目前主要的研究内容.本文利用2005年测量的渤海黄色物质与非色素颗粒物的吸收系数,回归了两者吸收系数的曲线斜率,平均值分别为0.012和0.014 nm-1,这与国外测量的结果是一致的;分析了吸收系数和曲线斜率的时空分布,发现两者存在比较明显的负相关关系,可能是由于非色素颗粒物与黄色物质的两种来源导致的.     

三种典型赤潮藻的散射特性研究

基于室内藻液配比实验的实测数据研究了抑食金球藻(Aureococcus anophagefferens)、强壮前沟藻(Amphidinium carterae)及海洋原甲藻(Prorocentrum micans)的散射特性。结果表明,3种典型赤潮藻的归一化散射光谱存在较大差异,但红光波段675 nm处叶绿素强吸收引起的散射谷均非常明显,而蓝绿光波段散射谷的波长位置却有所不同;400 nm、550 nm、660 nm、750 nm波段的散射系数与叶绿素浓度均存在非常高的相关性,回归曲线因藻种差异变化较大;绿蓝、红蓝及红绿波段的散射比与叶绿素浓度均存在正相关关系,表明随叶绿素浓度增加水色逐渐趋近于长波颜色,回归曲线也因藻种差异变化较大。     

海温季节性变化对藻类生长影响的定量研究

利用沿海海洋观测台站多年的海温观测资料,依据赤潮藻比生长率与海水温度间的响应关系,模拟了不同适温藻种比生长率在相同海区季节性变化规律,以及同一适温藻种比生长率在不同海区的季节性变化规律。结果表明:不同适温藻种在相同海区有不同的高生长时段,赤潮藻通常易在高生长时段出现爆发性增殖而形成赤潮;同样的,由于南北地域的差异性导致海温季节性变化规律不同,同一适温藻种在不同海区最大比生长率出现的时间也各不相同,比生长率的季节性变化规律有较大差异。以夜光藻和东海原甲藻为例,模拟了该藻种在各自赤潮多发海域比生长率的季节变化规律,并与1933～2009年间的赤潮灾害发生记录资料对比,藻种在各海区的高生长时段与赤潮高发期较为吻合。     

基于多源数据的海水水质空间评价系统设计

传统海水水质评价的数据来源单一,其评价结果不具对比性.本文将多源监测数据(浮标、走航和遥感数据等)引入海水水质评价中,利用多源监测数据增加评价结果在空间和时间尺度上的对比性,并结合GIS技术建立基于ArcGIS Engine、SQL Server数据库和Visual C#的海水水质空间评价系统,以实现多源监测数据的输入与管理、水质环境信息的选择与查询、海水水质空间评价以及综合评价结果制图输出与发布的功能,同时实现海水水质评价结果的直观、可视化表达.实践表明多源监测数据应用于海水水质空间评价系统是可行的,并为控制环境污染、进行浴场和度假区的规划提供了科学依据.     

基于环境一号卫星的大洋河河口海域营养盐遥感反演

综合利用大洋河河口海域水体调查的实测数据及环境一号CCD影像数据,进行了该区域营养盐反演研究.结果表明,对数函数拟合NO2--N与Rrs(Band2)效果最佳,而线性函数拟合NH4+-N与Rrs(Band2)、NO3--N与Rrs(Band1)、TIN与Rrs(Band1)效果最佳,相关性R2分别可达0.939、0.935、0.945、0.970,未发现较佳的PO43--P反演模型;营养盐在可见光波段并非光敏感性物质,其与等效遥感反射率存在相关性的主要原因在于河口海域陆源输入物质典型的扩散特征,使得营养盐与某些水色参数存在较高的相关性,NO2--N、NH4+-N、NO3--N以及TIN与有色溶解性有机物吸收系数ag(400)的相关性R2分别可达0.836、0.808、0.786、0.854,这决定了在河口海域进行营养盐遥感反演的可行性;从卫星产品专题图可看出,大洋河河口海域NO2--N、NH4+-N、NO3--N以及TIN都存在一个明显的高值区,该高值区营养盐浓度由河口向外逐渐降低,直至外海最低.     

北黄海浮游植物吸收系数的季节性变化研究

利用2007年1、4、7和10月份对北黄海中部长海县附近海域的浮游植物吸收系数及叶绿素a浓度实测数据,分析了该海域浮游植物吸收系数的季节性变化。结果表明,浮游植物特征吸收光谱存在明显的季节性差异,冬季和春季吸收光谱蓝光和红光吸收峰较为平坦,夏季和秋季并未发现这一现象。此外,浮游植物吸收系数波段关系分析中,以440 nm为参考波段并采用二阶函数拟合的相关性最高。675 nm波段浮游植物吸收系数与叶绿素a浓度乘幂拟合的相关性高于440 nm。不同季节数据拟合得到的经验系数存在较大差别,与浮游植物生长区域的环境因子变化有直接关系。