基于MODIS模拟的辽东湾叶绿素a的遥感反演模型

叶绿素a浓度对于水质和富营养化评价、赤潮探测及海洋生产力研究有重要意义.利用卫星遥感反演获取叶绿素a浓度弥补了传统采样方法的数据离散化、耗时长且费用高的缺陷,可以实时和全面地观测大尺度海洋叶绿索a分布.通过实测光谱模拟卫星波段,可以在一定程度上削除大气干扰,有助于准确地确定特征波段和建立遥感反演模型.本文以辽东湾为研究区,利用现场实测光谱模拟了MODIS波段,并在光谱特征分析基础上进行叶绿素a的特征波段选择,通过比较单波段和波段比值法等算法,建立了2个具有区域特色的叶绿素a遥感反演模型,并进行了模型验证.结果表明:在辽东湾海域,运用红光附近特征波段667和678 nm来反映叶绿素特征比传统蓝绿光波段(440和550nm)似乎更能削弱其它水体组分的干扰,突出辽东湾水体的特点.利用667、678和551nm的三波段模型要比单纯考虑667和678nm波段比值的模型要好一些,该模型r为0.856,标准差为0.190.模型验证预测值和实测值的相关系数为0.93(p<0.01),表明了模型良好的预测能力.模型具有明显的区域特色,结果是否具有普适性,还需进一步验证.     

络合硫酸铜除藻剂应急治理水华对水质及鱼类的影响

在水华爆发严重时期,投加络合硫酸铜除藻剂对富营养化池塘进行应急治理,考察了投药后水体的水质动态变化及非洲鲫鱼对铜的富集作用。结果表明,水华在投药后得到了有效控制,ρ(叶绿素a)从298.98降至40.71μg.L-1,浊度从14.45降至5.70 NTU,投药期间水体ρ(Cu2+)低于0.3 mg.L-1;停止投药后10 d藻类生物量开始上升,叶绿素a浓度从40.71上升至125.29μg.L-1,浊度从5.70上升至12.15 NTU,22 d后水体ρ(Cu2+)低于检出限。非洲鲫鱼各组织对铜的富集能力从大到小依次为肝脏(512.50 mg.kg-1)、鳃(17.00 mg.kg-1)、肌肉,鱼肉中未发现明显的铜富集,停止投药后鱼鳃中铜富集量明显降低。     

梅梁湖水华暴发时的水质及浮游植物种群特点

2007年6、7月份对梅梁湖全湖区12个点位进行了5次全面监测.结果表明,梅梁湖水体处于富营养化水平,水华暴发时整个梅梁湖的TN平均浓度为2.72mg.l-1,TP平均浓度为0.13mg.l-1,氨氮含量较低;藻类大量聚集的区域叶绿素a含量可以达到1031.24μg.l-1,从浮游植物的数量和出现频率看,蓝藻门特别是微囊藻为优势种,蓝藻占浮游植物总量的42%—100%;梅梁湖水体的总氮、总磷浓度对浮游植物的数量起到一定的决定作用.     

崇明岛典型河道水体中叶绿素a动态特征及其与环境因子的相关分析

目前,水体富营养化已成为最棘手的全球环境问题之一。分析水体中叶绿素a时空分布特征、变化规律及其影响因素,可为水体的生态修复提供重要的数据支持。选取崇明岛典型河道团旺河水体为研究对象,布设7个采样点,于2013年4月—2014年3月间对各采样点进行叶绿素a、水温、透明度、TN、TP、氨氮、高锰酸盐指数等水质因子的监测与评价。结果表明,该河道中叶绿素a浓度及相关环境因子随季节变化较为显著,叶绿素a浓度季节性变化表现为夏季(42.33μg?L~(-1))春季(31.68μg?L~(-1))秋季(20.88μg?L~(-1))冬季(11.70μg?L~(-1))。SPSS分析结果表明,叶绿素a与总氮、总磷及温度间呈显著相关关系,而与其他环境因子相关关系不显著。建立了叶绿素a的多元回归方程:Y=377.873X_1-0.507X_2+0.505X_3-21.834(r~2=0.911),验证方程ρ计算(Chl-a)=2.503+0.905×ρ实测(Chl-a)(r2=0.946)表明,该回归方程能够准确地预测团旺河水体叶绿素a的变化趋势,可为水体富营养化的预警提供可靠的科学依据。     

台风强降雨输入水源水库的泥沙沉降模拟分析

台风强降雨作用能够引起湖泊水体中悬浮泥沙含量升高、水体营养盐浓度改变、透明度降低,使得藻类生长受到影响。目前关于水体中悬浮泥沙静态沉降的研究主要集中在正常条件下,而有关极端气候台风强降雨后泥沙自然沉降过程对水质的影响研究还相对较少。因此,进行台风强降雨输入水源水库的泥沙静态沉降实验研究,对于分析识别极端气候条件对水源水库水质和富营养化的影响具有重要意义。该研究于2015年10月强台风"彩虹"登陆粤西期间,采集台风强降雨后高州水库含悬浮泥沙的原水,通过实验模拟台风强降雨期间水库含沙原水自然沉降过程中水环境因子的变化情况,分析台风强降雨输入的泥沙沉降对高州水库水质的影响。结果表明,泥沙沉降过程中水体水质变化明显,随沉淀时间延长,水体溶解氧、pH、泥沙含量、浊度、氮磷浓度、叶绿素a、综合营养状态指数(Trophic Level Index,TLI)降低,透明度增大,氮磷比呈先增加后降低趋势;水体叶绿素a浓度与浊度、泥沙含量、总磷、pH和溶解氧呈显著正相关(P0.001),且与浊度的相关系数最高(r=0.941,P0.001),与透明度呈显著负相关(P0.001),与总氮、电导率、CODMn的相关性未达到显著水平(P0.01);台风后约9d时间,水体pH、电导率、溶解氧、透明度、浊度和泥沙含量可以恢复至正常水平;台风强降雨输入高州水库的泥沙沉降作用降低了水体磷营养盐和叶绿素a浓度,使得综合营养状态指数TLI由中营养水平的41.6降低至贫营养水平的23.4,减缓了高州水库富营养化进程。     

华南沿海地区小型水库叶绿素a浓度的影响因子分析

在华南沿海地区,小型水库是重要的供水水源.于2006年4月、8月、12月3次对珠海市12座小型水库的叶绿素a(Chl.a)、浮游植物、总氮(TN)、总磷(TP)、透明度(SD)等进行采样测定,分析了叶绿素a浓度的分布、动态及其与浮游植物和环境因子的关系.12座水库叶绿素a浓度分布范围为1.3～33.2 μg/L,抽水水库的叶绿素a浓度在8月份最低,而非抽水水库的叶绿素a浓度在8月份最高.12座水库TN浓度分布范围为0.18～1.76 mg/L,TP浓度分布范同为0.01～0.79 mg/L.总磷与叶绿素a浓度显著相关,In(Chl.a)=0.55961n(TP)+4.5581(R2=0.2337,P<0.01).总氮与叶绿素a浓度呈正相关关系,In(Chl.a)=0.60771n(TN)+2.6199(R2=0.2004,P<0.01).浮游植物生物量为0.135～8.759 mg/L.非抽水水库主要以绿藻、硅藻、甲藻为优势类群,但木头冲水库12月份以蓝藻为优势种类.抽水水库的浮游植物优势种变化较大,叶绿素a浓度与浮游植物生物量呈显著正相关,In(Chl.a)=0.27921n(biomass)+2.1083(R2=0.245,P<0.01).叶绿素a浓度与环境因子的相关性具有明显的季节变化,这主要是由营养盐负荷和水文条件的季节变化所决定.抽水与非抽水水库的叶绿素a浓度与环境因子的相关性具有明显的差别,这主要是由于涮水改变了水体的营养盐负荷和水文节律.叶绿素a浓度与浮游植物生物量具有正相关关系,这种相关性的季节变化随浮游植物组成的变化(特别是优势种类的变化)而变化.图7表1参29     

氮磷营养盐因子对缘管浒苔生长、叶绿素荧光特性和氮磷富集的影响

为探讨大型海藻缘管浒苔(Ulva linza)对氮、磷加富的生理响应及其机制,分析了氮、磷浓度变化对藻体相对生长速率(Rr.g),氮、磷富集,叶绿素(Chl)含量,类胡萝卜素(Car)含量,色素比值(Chl a/Chl b、Chl/Car)以及叶绿素荧光参数的影响.结果表明,在30μmol·L-1P浓度不变条件下,随着N浓度的增加,藻体P含量持续降低,而其Rr、g、N含量、Chl含量、Car含量、色素比值(Chl a/Chl b、Chl/Car)和叶绿素荧光参数均逐渐上升,N3处理(500μmol· L-1 N)缘管浒苔Rr.g和叶绿素荧光参数均达到最大值,N4处理(1 000 μmol·L-1)缘管浒苔Chl含量、Car含量和Chl a/Chl b比值均达到最大值.在500 μmol·L-1N浓度不变条件下,依次增加P浓度,缘管浒苔Rr,g没有显著差异,N含量没有显著变化,而P含量则呈明显上升趋势,其他指标变化幅度小.综上所述,与P相比,N的变化对缘管浒苔生长、光合色素和光合作用的影响更明显,在N浓度为500 μmol·L-1、P浓度为30 μmol ·L-1、N/P比值为16.67条件下,藻体生长最佳.当水体富营养化加剧时,缘管浒苔富集氮、磷的能力持续上升.     

土壤铜污染光谱特征波段分析、界限浓度划分及含量预测

土壤重金属污染高光谱预测的大部分研究集中在重金属浓度的预测上,但是预测模型精度不高,或精度较高而均方根误差较大。利用土壤Cu污染在538~834 nm波段区间的光谱数据检测土壤Cu污染的界限浓度及光谱特征波段区间,并根据界限浓度建立土壤Cu浓度的预测模型。先对土壤Cu污染光谱数据进行一阶导数处理,利用一阶导数距离检测土壤Cu污染的界限浓度及光谱特征波段;再利用经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和多重分形理论预测土壤Cu污染浓度,旨在为土壤重金属污染的高光谱研究提供依据,精确土壤重金属污染光谱的研究范围,为利用界限浓度建立土壤重金属浓度预测模型提供新思路。结果表明,538~834 nm波段区间土壤Cu污染的界限浓度为120~160μg?g~(-1),根据一阶导数距离最大值和多重分形谱参量将土壤Cu污染划分为60~120μg?g~(-1)和160~740μg?g~(-1)两个浓度区间,其预测土壤Cu污染的特征波段分别为730~760 nm和540~590 nm;根据划分的界限浓度,利用土壤Cu污染光谱多重分形谱参量、538~834 nm波段区间反射率最大值、一阶导数最大值、及实测土壤含水率、实测土壤有机质含量等参数,分别建立20~120μg?g~(-1)和160~740μg?g~(-1)两个浓度区间土壤Cu含量MLR预测模型,R2在0.99以上,RMSE最大为47.3。因此,多重分形谱参量Δα值和一阶导数距离最大值可作为土壤Cu污染界限浓度划分和光谱特征波段提取的依据,其界限浓度为120~160μg?g~(-1),光谱特征波段区间为730~760 nm和540~590 nm;该文构建的MLR模型可有效预测土壤Cu浓度。     

泉州城区浅水湖泊生物有效磷分布特征及其与叶绿素a的相关性

通过对泉州城区浅水湖泊水体生物有效磷及叶绿素a的采样分析,探讨水体中生物有效磷的分布特征及其与叶绿素a的相关性,结果表明:泉州东湖水体生物有效磷浓度在0.25 mg·l-1-0.38 mg·l-1之间,西湖水体生物有效磷浓度在0.05mg·l-1-0.10mg·l-1之间.东、西湖溶解态生物有效磷和颗粒态生物有效磷均与总生物有效磷的浓度有着相似的空间分布趋势.东湖水体叶绿素a与西湖水体叶绿素a含量相差悬殊.除东湖颗粒态生物有效磷之外,东湖和西湖各种生物有效磷浓度与叶绿素a含量之间有显著的线性相关关系.湖泊周边的地形、风浪和船只运行扰动是影响生物有效磷浓度和叶绿素a含量的重要原因.     

蓝藻水华强度的显著相关环境因素识别模型

为识别蓝藻水华强度的显著相关环境因素,克服现有研究中因变量选择不合理、时间与空间精度较低等问题,构建了以蓝藻水华强度等级为因变量,以水质、水文和气象3类监测指标为自变量的多元线性回归模型,并将该模型应用于太湖蓝藻水华研究.基于水华面积和集聚强度数据,用7级量表生成水华强度等级值,使因变量具有宏观性,避免了仅使用叶绿素a浓度等类似指标表示水华强度所体现出的微观性不足.该数据集的时间精度达到每天采样2次,空间精度则达到太湖湖湾内的某个水域空间范围.因此因变量具有适度宏观性,而自变量的值则与因变量的值在较高的时间和空间精度基础上严格对应.模型的分析结果显示,太湖大贡山水域蓝藻水华强度与气温和硝酸盐浓度呈显著正相关,与风速、湿度和电导率呈显著负相关.上述结论与该研究领域的主流结论一致,验证了该模型的有效性.     

高原深水湖泊程海氮磷形态分布特征及其与叶绿素a的相关性

湖泊水体氮、磷形态分布特征及其与藻类生长的关系是湖泊富营养化研究的重要方面。采用GPS定位,在程海湖设置了3个断面9个采样点,研究了氮、磷形态分布特征,并分析了各形态氮磷与叶绿素a的相关性。结果表明：总氮（TN）质量浓度为0.773 mg.L-1,总磷（TP）质量浓度为0.046 mg.L-1,叶绿素a质量浓度为0.024 mg.L-1。氮素的赋存形态特征是以溶解态总氮（DTN）占大部分,DTN中又以溶解态有机氮（DON）占绝大部分;磷素的存在特点是溶解态无机磷（DIP）含量比重较大。各形态氮、磷都有明显的季节性波动但区域性差异不明显,叶绿素a则有明显的季节节律和时空差异。叶绿素a很好地响应了总氮（TN）、总磷（TP）、溶解态总氮（DTN）、溶解态总磷（DTP）、颗粒态总氮（PTN）、颗粒态总磷（PTP）的变化。程海富营养化受氮和磷共同限制,控制富营养化必须同时削减氮和磷。     

泥沙沉降对长江水体富营养化相关因素的影响初探

针对三峡库区重庆段蓄水后,泥沙沉降对长江水体富营养化相关因素的影响进行了研究。三峡库区含沙量大,泥沙对水环境的影响不容忽视。为准确预测成库后三峡库区重庆段富营养化的发生,文章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叶绿素a、透明度、溶解性总磷、溶解性总氮、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、透明度增大,这可能利于藻类的生长,导致叶绿素a的质量浓度增加,同时,泥沙沉降也使水体的溶解性氮磷比增大,对富营养化发生有抑制作用。     

高效液相色谱-串联质谱法测定五种微囊藻毒素

近几十年由于水体富营养化程度的日益加剧,涉及范围不断扩大,包括水源水库水在内的淡水水体经常发生蓝藻水华.有害藻类水华的频繁发生已成为国内外普遍关注的环境问题.据2004年资料,已从不同藻株中分离、     

基于实测高光谱数据的太湖悬浮物浓度与透明度分区

通过实地测量太湖水体的反射光谱和表层水质,利用实测数据以及水-气界面辐射传输模型计算其遥感反射率,并根据太湖的实际水质状况将其划分为3个区域,分别分析太湖总体和分区的反射光谱曲线,建立太湖不同区域水体悬浮物浓度和透明度的反演模型。结果表明,就悬浮物浓度和透明度而言,太湖3个区域中以东太湖水质最佳,贡湖、梅梁湖和竺山湖次之,南部和西部最差;对太湖进行分区研究能够更好地反应太湖水质的差异性,拟合各区域的水质状况,分区模型精度较全湖区模型高,误差也普遍较小,能够提高研究结果的可信度和可行性。     

天津津河营养状态综合评价及防治对策

2000年10月对改造过的津河设8个取样点，未改造过的卫津河设2个取样点，进行采样，测定其主要化学因子和浮游生物。依据总氮、总磷、溶解氧、叶绿素a及指示藻类综合评价水体的营养状态：位于卫津河的9、10站位处于极富营养化，位于津河的1—8站位的水质总体好于卫津河河段，但有的站位也呈现一定程度的富营养化，津河的总体营养水平为中—富营养化。藻类定性分析表明水体富营养化类型为绿藻—硅藻型。建议加强环境保护的宣传和管理工作、逐步实现雨污分流、保证水源水质，有效地保护津河水环境。     

我国淡水藻华长期变动特征综合分析

水体富营养化与淡水藻华（水华）是全球普遍现象,我国是一个高氮磷投入的国家,在人类活动和全球气候变化背景条件下,河流湖库富营养化问题日益突出。文章收集了近30年来我国水华事件的相关文献资料,基于综合研究和统计学分析,回顾性评估了我国水华发生的基本特征、变动规律和成因。数据表明,自上世纪80年代以来,水华发生频率从上世纪80年代每年1～2次上升到2000年以后的每年近10次（不完全统计）,总体呈现上升趋势;水华从湖泊向河流库区扩展,从点到面蔓延,且主要集中在人口密集、污染严重的长江中下游地区和东部沿海地区;在我国化肥施用、畜禽养殖、电站大坝建设等人类活动以及气候变暖的叠加影响下,河流湖库的氮磷浓度上升、氮磷比值下降,水体水化学和生态环境的长期变动加大了水华发生的风险。文章认为,在流域海域综合管理框架下进行氮磷污染的联合控制,以及多学科交叉开展特定水体的水华过程和机理研究是今后藻华防控的根本要求。     

基于ASD和FISS的植被叶片氮素含量反演研究

地面成像光谱系统能够在更为微观的尺度上满足多元化应用需求,实现对植物群体、单个植株的快速精细探测,获取精细的植被生理参量的空间信息,从而弥补大尺度远距离遥感难以发挥作用的领域。本文采用ASD地物光谱仪和新型地面成像光谱系统FISS,以大豆叶片为研究对象,获取大豆叶片ASD光谱及FISS成像光谱数据,探讨大豆植株叶片的图像特征、反射率光谱、导数光谱、光谱指数等光谱特征变量与叶片氮素含量的相关性,建立植株叶片氮素含量的估算模型。研究结果表明：FISS地面成像光谱仪和ASD地面非成像光谱仪对氮素具有敏感指示的波段区间一致,480~520 nm和680~720 nm区间的波段范围与氮素含量具有较高的相关性;导数光谱特征所得精度要比原始光谱特征所得精度高,说明导数光谱对氮素含量的指示更为敏感,可以更加有效地提取氮素含量信息;反演模型对氮素含量反演精度的影响低于光谱特征对精度的影响。研究表明FISS数据由于其独特的测量方式和图谱合一的特点,可以更加准确地用于植被氮素含量的反演,实现植被叶片氮素含量的快速实时无损监测及图像可视化表达。     

艾比湖流域地表水水体悬浮物、总氮与总磷光谱诊断及空间分布特征

水体悬浮物(SS)、总氮(TN)和总磷(TP)是衡量水质的一个重要指标。选择新疆艾比湖流域为靶区,基于2015年10月实测光谱数据,采用微分法和反射率变换法以及偏最小二乘法估算水体中的SS、TN和TP的质量浓度。结果表明,(1)水体悬浮物的自然对数(ln SS)的显著性波段出现在350、410、520、570、655和940 nm处,基于偏最小二乘法的ln SS均方根一阶拟合效果最好,P0.01水平下拟合系数r~2=0.3562。此外,ln SS与总氮、总磷存在显著性正相关,相关系数分别为0.506和0.505(P0.01)。(2)水体TN的显著性波段出现在393~399 nm与674~678 nm范围内,水体TN的倒数一阶拟合效果最好,P0.01水平下拟合系数r2=0.438 9;(3)水体TP的显著性波段出现在333、349、862、882和905 nm处,水体TP的倒数一阶拟合最优,P0.01显著性水平下拟合系数r~2=0.634 8。从水体SS、TN和TP浓度的空间分布可知,水体SS、TN和TP含量高值点位于艾比湖的北岸,基于最优模型反演的SS、TN和TP的浓度整体偏高,且与原始数据的空间分布相差不明显。综上所述,利用光谱数据可以精准、快速的估算水体悬浮物、总氮和总磷,可为水质的评价提供科学依据,亦可为今后利用星载高光谱传感器对艾比湖流域水质参数进行大面积估算提供新思路。     

滇池水体磷的时空变化与藻类生长的关系

水体磷的时空变化与藻类生长的关系对研究水体富营养化具有十分重要的作用。采用GPS定位,对滇池海埂、斗南、罗家村、新街、昆阳等5个代表性位点监测断面水体总磷、可溶性磷及叶绿素a含量进行了为期1年（2003年5月至2004年5月）的动态研究,并在滇池海埂位点进行了日变化试验,全面分析了滇池不同区域、不同层次、不同时期水体总磷和可溶性磷的年变化、日变化及水体氮/磷比对藻类生长的影响。结果表明,滇池水体磷与藻类生长呈现显著的年变化和日变化特征,显示了滇池全湖水体总磷与叶绿素a周年变化呈显著正相关,水体可溶性磷与叶绿素a呈正相关趋势;海埂位点水体总磷与叶绿素a日变化呈显著正相关,水体可溶性磷与叶绿素a日变化呈显著的负相关,水体氮磷比与叶绿素a呈显著正相关。表明水体磷负荷对藻类生长影响呈现显著的水体区域性和水层差异性和季节性,藻类生长主要吸收水体中的可溶性磷,暗示了滇池水体磷是藻类生长的主要限制因子之一。     

三维荧光光谱技术在水环境修复和废水处理中的应用

近年来我国水环境污染问题情况日益严重,其引发的水华问题频发,藻类生长代谢过程释放的各类衍生物对水生生态系统及原水处理工艺性能造成影响。为此,分析环境水体、废水处理系统中溶解性有机污染物（DOM）的组成、性质和来源,对水环境安全及水污染控制具有重要意义。三维荧光光谱技术通过在不同的激发波长上扫描发射荧光谱以获得激发．发射矩阵（EEM）,基于EEM数据构建三维立体图或等高线（指纹图）描绘监测对象特性,可分析水体溶解性有机物、藻类及藻毒素等,近年来已在饮用水源水质监测、湖库富营养化成因分析及废水生物处理性能评价等方面得到应用。与传统分析方法相比,该技术具有灵敏度高、操作简便、检测快速、试剂消耗量少等优点。文章从荧光光谱分析技术基本原理出发,对三维荧光峰的分类、影响因素及其在水环境中的应用进行了综述,并对今后该技术在环境领域的研究方向进行了展望,以期为水污染控制、污染环境修复提供先进可靠的分析方法。