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.     

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。     

基于GOCI影像和水体光学分类的内陆湖泊叶绿素a浓度遥感估算

叶绿素a作为水质参数之一,常用来作为衡量水体富营养化程度的指示标准.利用从太湖及洞庭湖获取的326个实测数据,基于实测遥感反射率对水体光谱进行光学分类,结果表明所采集的样点可分为3种水体类型.结合GOCI的波段设置,建立了不同类型水体的叶绿素a浓度反演模型.水体类型一可以利用490 nm(3波段)和555 nm(4波段)来反演,水体类型二可利用660 nm(5波段)和443 nm(2波段),水体类型三利用745 nm(7波段)和680 nm(6波段).精度分析表明,分类后的平均相对误差明显下降,类型一为38.91%、类型二为24.19%、类型三为22.90%;类型一均方根误差为4.87μg·L-1、类型二为8.13μg·L-1、类型三为11.66μg·L-1;分类前后的总体平均相对误差由49.78%降低到29.59%,总体均方根误差由14.10μg·L-1降低到9.29μg·L-1,分类后反演精度得到了显著提高.利用2013年5月13日8景GOCI影像反演了太湖的叶绿素a浓度,结果表明,2013年5月13日太湖叶绿素a浓度日变化显著,高值区主要集中在竺山湾、梅梁湾、贡湖湾,低值区主要集中在湖心区以及南部区域,10:00以后太湖西南部沿岸的叶绿素a浓度显著降低.这种先分类后反演的方法对于二类水体的模型反演精度的提高具有重要作用.     

几种微囊藻定量方法的比较

以铜绿微囊藻单细胞藻株PCC7806和群体藻株XW01为实验材料,通过梯度稀释、细胞计数测定了藻细胞密度与OD值、叶绿素a含量、藻蛋白含量的线性关系曲线。结果显示720 nm处的OD值比其他短波长测定的OD值有更好的相关性。用4种不同氮浓度培养的微囊藻为材料,比较了OD、叶绿素a和蛋白质浓度3种定量方法的可靠性。结果发现OD法能更稳定地反映了微囊藻的浓度,而其他2个指标则由于细胞的不同生理状态差异较大。结果提示,OD720是用于测定微囊藻细胞浓度的最佳方法。     

内陆水体叶绿素反演模型普适性及其影响因素研究

利用具有较大时空差异性的水体组分和光学特性数据集对现有叶绿素半分析(三波段和四波段模型)和生物光学反演模型进行检验,研究叶绿素反演模型的普适性及其影响因素.结果表明,叶绿素生物光学分析反演模型具有较高的普适性,总体反演精度可以接受,但反演精度受叶绿素比吸收系数时空差异影响较大;三波段和四波段叶绿素反演模型反演精度较高,但是由于水体组分组成及其生物光学特性差异使得反演因子最佳波段位置和反演模型参数存在较大的变异性,大大降低了三波段和四波段叶绿素反演模型的普适性,其中后向散射系数光谱曲线形状和叶绿素比吸收系数是三波段和四波段模型普适性的主导影响因素.     

藻类的三维荧光光谱辨别及算法研究

采用三维荧光技术分析了栅藻,微囊藻和小环藻的色素组成.通过对3种藻的特殊激发谱线的分析,采用435,485,525,630nm作为叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c与藻蓝胆素的特征激发波长,采用684nm作为发射波长,建立了3种藻叶绿素浓度与藻密度的荧光强度矩阵方程.根据水样的标准荧光光谱和4个激发波长可以计算出每种藻类的叶绿素浓度与藻密度.     

三种抗生素对几种海洋微藻叶绿素a含量影响的初步研究

实验室条件下,研究了氯霉素(chloramphenicol ,Cm)、遗传霉素 (geneticin G418)、青霉素 (penicillin)对三种常见海洋饵料微藻:小球藻 (Chlorella vulgaris Beij. ) ,金藻8701(Isochrysis galbana Parke 8701.) 和小新月菱形藻(Nitzschia closterium Ehr.)叶绿素a含量的影响.结果表明: (1) 低于100 mg/L的氯霉素对小球藻和金藻8701叶绿素a含量影响较小(P>0.05);氯霉素浓度大于50 mg/L时,小新月菱形藻叶绿素a含量显著降低(P<0.05) .(2) 不同浓度的G418均明显抑制三种微藻叶绿素a含量的增加.(3) 低于100 mg/L的青霉素能够促进三种藻叶绿素a的增加,相对增长率随青霉素浓度的升高而逐渐下降;三种藻对青霉素的敏感性存在差异.试验结果可为微藻无菌培养体系的建立提供参考.     

基于导数光谱的混浊河口水体叶绿素浓度反演

基于2004年5月和2006年8月于珠江口现场实测的遥感反射率光谱及叶绿素浓度数据,采用导数光谱技术,对高光谱在河口浑浊水体的叶绿素反演的应用进行了研究。结果表明,二阶导数光谱的特征波段较原始光谱、一阶导数光谱对浑浊水体的叶绿素含量更为敏感;当水体浊度变化范围为10～130 NTU,光谱分辨率为10 nm、中心波长为620 nm、670 nm及680 nm的二阶导数光谱与叶绿素浓度(1～50μg/L)呈显著相关(线性相关系数分别为0.75、0.85及0.7);基于670 nm处二阶导数光谱的简单线性模型对叶绿素浓度有较好的反演精度。该结果可为光学复杂水体的叶绿素高光谱遥感估算提供新的方法。     

北京市城区地表水体叶绿素a与藻密度相关性研究

实验主要研究在实验室培养条件下,对北京市城区地表水体进行分析,发现在叶绿素a浓度>40μg/L时,叶绿素a与藻密度有较好的相关性,R2值均>0.8705。同时,通过对实验数据及现象的分析,得到了水华阈值在叶绿素a浓度40μg/L,以及结合藻类生长曲线和藻密度、叶绿素a的日增长率的变化量得出各个河湖"水华"暴发的暴发点。     

五氯酚对斜生栅藻的毒性效应研究

以斜生栅藻细胞的生长状况、色素(叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素)及蛋白质含量的变化作为指标,研究了不同质量浓度的五氯酚(0,0.02,0.05,0.10,0.50,1.00 mg/L)对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)的毒性效应.24,48,72,96和120 h五氯酚对斜生栅藻的EC50分别为0.883,0.283,0.225,0.168和0.192 mg/L.斜生栅藻生长受抑制程度随五氯酚质量浓度增加而加强,当五氯酚的质量浓度超过0.50 mg/L时,斜生栅藻的生长几乎完全受到抑制.染毒96 h的斜生栅藻色素(叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素)含量以及蛋白质含量随着五氯酚质量浓度的增加呈下降趋势,色素比例失调,色素对五氯酚的敏感程度为:类胡萝卜素＞叶绿素a＞叶绿素b;可溶性蛋白质含量与色素含量的减少呈明显线性相关(r=0.793,n=6).      

寿县地区气溶胶光学特性研究

利用2014年9月-2015年8月寿县综合观测数据分析了该地区气溶胶光学特性的变化特征以及重污染过程中气溶胶光学参数的变化。(1)统计分析表明PM_(2.5)年平均质量浓度及525 nm波段散射系数、后向散射比、吸收系数、单次散射反照率分别为71.6μg/m~3、399.9 Mm~(-1)、0.15、31.6 Mm~(-1)和0.92;而最大频率分别出现在35~75μg/m~3、100~200 Mm~(-1)、10~20 Mm~(-1)、0.12~0.13和0.9~0.96。其中PM_(2.5)质量浓度、散射系数、吸收系数秋冬季节较高,夏季最低且双峰结构的日变化特征明显;后向散射比和单次散射反照率在秋季均较其它季节小,但后向散射比白天大、夜晚小而单次散射反照率在早晚交通高峰期间明显减小。(2)气团后向轨迹聚类分析表明来自人为活动频繁区域的颗粒物后向散射比较大,来自西北地区的颗粒物后向散射比较小;而来自海洋和局地的颗粒物单次散射反照率较大。(3)重污染个例分析表明秸秆焚烧使PM_(2.5)质量浓度、散射系数、吸收系数增大,但伴随的吸湿增长和化学反应过程使得单次散射反照率、后向散射比增大。     

长江中下游浅水湖泊水下辐照度漫射衰减特征研究

基于2007年9月底和10月初在湖北武汉东湖、梁子湖、洪湖以及2010年4月在昆山市傀儡湖进行的水下光场测定数据,分析了4个湖泊漫射衰减系数变化特征及其主导因素.在东湖和傀儡湖各站点水体主要光学因子变化不大,梁子湖和洪湖由于具有草型和藻型湖区,所以各因子在不同点位变化较大.通过对透明度和各光衰减因子的回归分析可知,无机颗粒物是影响东湖和傀儡湖透明度的主要因子,而梁子湖和洪湖透明度则受无机和有机颗粒物的共同制约.4个湖泊的光谱漫射衰减系数最低值均出现在580 nm处,在675 nm处各点均具有相应的叶绿素a的特征吸收峰,在叶绿素a浓度较低站点衰减峰相对不明显.东湖平均真光层深度小于湖体平均深度,在目前的光场条件下沉水植物很难生长,而在梁子湖、洪湖和傀儡湖其真光层深度均超过了水深,为沉水植物的生长提供了良好的水下光环境.对PAR衰减与各衰减因子进行回归分析发现,在东湖、傀儡湖主导PAR衰减的是无机颗粒物,梁子湖和洪湖PAR衰减受到无机颗粒物、有机颗粒物和叶绿素a的共同作用.颗粒物特征波长750 nm处的光束衰减系数与PAR漫射衰减系数存在显著正相关,说明颗粒物散射显著贡献水下光辐射漫射衰减.研究结果有助于指导浅水湖泊水下光场条件改善和沉水植物恢复.     

利用Hyperion高光谱数据的三波段法反演太湖叶绿素a浓度

以2004-08-19太湖野外试验所获取的水质数据(叶绿素a浓度7.8~154.3μg.L-1,总悬浮物浓度65.0~190.2 mg.L-1,N=38)和同步的Hyperion星载高光谱数据为研究对象,利用三波段算法反演太湖水体的叶绿素a浓度.通过分析太湖固有光学量的特点,提出适用于太湖的3个特征波段的选择依据,并对波段进行优化计算,在此基础上建立了三波段统计模型,最后对模型的反演精度进行分析与评价.结果表明,Hyperion的B34(691.37 nm)、B37(721.90 nm)和B50(854.18 nm)组成三波段模型变量与叶绿素a浓度具有最高的相关系数(r=0.934),模型的决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)分别为0.872和13.93μg.L-1,其反演精度优于传统经验统计模型,如比值模型(R2=0.844,RMSE=15.41μg.L-1)和一阶微分模型(R2=0.831,RMSE=16.00μg.L-1).研究结果证实了三波段法适用于内陆富营养化浑浊水体和Hyperion高光谱数据,为今后更精确地反演内陆水体的叶绿素a浓度提供了参考依据.     

太湖水域叶绿素a浓度的遥感反演研究

利用太湖水域MODIS遥感数据的各波段反射率组合计算值,与实测的叶绿素a浓度进行相关性分析,找到相关性最好的反射率组合,建立反演太湖叶绿素a浓度的遥感模型.结果表明,利用MODIS数据可以较好地实现对太湖水域叶绿素a浓度的定量反演计算,并以MODIS数据第3、第17波段的反射率组合作为遥感指数建立了反演叶绿素a浓度的模型.第3、第17波段的波长范围分别为459nm～479nm、890nm～920nm,这一波段选择与以往使用TM数据得到的结论有所不同.     

水体有机和无机颗粒组分变化对散射和后向散射特性影响研究

研究颗粒物的比例构成对散射及后向散射特性的影响,对推动水色遥感的发展具有重要的意义。本文结合2017年6月和9月秦皇岛附近海域的实测数据,获取了各站位有机颗粒（POM）、无机颗粒（PIM）的浓度以及散射、后向散射等光谱参数,并进行了相关性分析。结果表明,受水体颗粒物浓度的影响,各波段比后向散射系数的变化幅度明显增大,变异系数CV最大值出现在550 nm处;通过建立散射、后向散射系数与总悬浮颗粒物浓度（SPM）以及与PIM和POM之间的关系模型发现,水体的后向散射受水体颗粒物构成影响较大,与有机、无机颗粒物浓度之间的模型精度较高,均方根误差（RMSE）的变化范围为0.0094~0.0143,模型精度在700 nm处最好;同时,分析了无机颗粒物的比例构成（PIM/SPM）对散射效率和后向散射效率的影响,得出相对于散射效率Q_be,后向散射效率Q_bbe受无机颗粒物比例构成影响最大,但是Q_bbe与PIM/SPM的相关性并不是很高,决定系数R2为0.4。     

Fe(Ⅲ)对太湖铜绿微囊藻和四尾栅藻竞争的影响

采用批量培养的方法研究Fe(Ⅲ)及其不同化学形态与EDTA,柠檬酸和羟基等配体作用对铜绿微囊藻和四尾栅藻的生长和光合作用的影响.结果表明, 当Fe(Ⅲ)浓度(18 μmol/L)高于强有机配体EDTA浓度(2.69 μmol/L)时,Fe(Ⅲ)主要以胶体和沉淀形态存在,但Fe3+及Fe(Ⅲ)的羟基配合物等藻类易于利用的化学态能维持较高的浓度,铜绿微囊藻和四尾栅藻都生长良好;Fe(Ⅲ)浓度(≤1.0 μmol/L)低于强有机配体的浓度(2.69 μmol/L)时,有机配体可以与Fe(Ⅲ)形成稳定的鳌合物; 可利用态的Fe(Ⅲ)浓度较低,铜绿微囊藻和四尾栅藻的生长、单位细胞叶绿素a质量、最大光合作用速率、呼吸速率、光限制部分P-I曲线斜率都下降,但铜绿微囊藻变化较快,表明Fe(Ⅲ)与强有机配体络合造成的限制有利于四尾栅藻占据优势.      

香港近海海域叶绿素a定量反演及时空变化分析

以2009~2019年HJ-1A/B卫星多光谱数据和对应日期的实测数据为数据源,通过预处理提取出各波段组合反射率并与实测叶绿素a浓度数据进行统计相关性分析,选取相关性最高的波段组合作为特征变量与2/3的实测叶绿素a浓度数据进行建模,并用剩下的1/3实测叶绿素a浓度数据进行精度验证以确定最佳遥感反演模型,最后根据最佳反演模型对2009-2019年的香港近海海域叶绿素a浓度进行反演,明晰该海域近10年的叶绿素a浓度时空变化特征.结果表明：利用HJ-1A/B卫星多光谱数据反演香港近海海域叶绿素a浓度的最佳波段组合为第3波段和第2波段比值（B3/B2）,相关系数（r）为0.893;最佳反演模型为利用B3/B2构建的e指数回归模型（Chl=0.004e^6.693(B3/B2)）,决定系数（R²）为0.934,均方根误差（RMSE）为0.255μg/L,平均相对误差（RPD）为25%;近10年香港近海海域的叶绿素a浓度时空变化特征：空间上整体呈现“东高西低,由东向西逐渐减小”的分布特征,西部海域比东部海域平均浓度低5μg/L左右;2017年内呈“春低秋高,夏升冬降”的随季节变化特点,其中秋季最高,夏春两季次之,冬季最低.     

近岸海域叶绿素和赤潮的AVHRR波段比值探测方法研究

提供了利用NOAAAVHRR的短波波段探测近岸海域叶绿素和赤潮的方法。本方法采用AVHRR的波段1(580～680nm)和波段2(720～1100nm)之间的比值水色因子C21[C21=(R2-Ra2)/(R1-Ra1)],建立了C21与辽东湾海域现场测定的叶绿素a之间的相关关系,相关系数为0.75。叶绿素a的最小探测浓度为2.22mg/m3,探测精度为±4mg/m3,同时也讨论了叶绿素探测的影响因素。     

辽河口海域叶绿素a的时空分布特征及其影响因素

2013年8月、2013年10月和2014年5月先后3次对辽河口海域进行航次调查,对相关数据运用多种分析方法,研究了浮游植物粒级结构的时空分布特征及其主要环境影响因子。结果表明:辽河口叶绿素a浓度的季节变化特征表现为夏季最大、春季次之、秋季最小。空间分布特征表现为:春季西北部浓度高,东南区域浓度较低;夏秋呈相反的分布特征在夏季为近河口区域低、河口外区域高,且区域之间的浓度差异较大,最大值出现在西南区域;秋季表现为近河口区域高,远离河口区域较低,叶绿素a较大值主要分布在靠近河口的区域。在不同季节,不同粒径对叶绿素a的贡献率也不尽相同,Nano-级对总叶绿素a的贡献率在3个季度中均为最大。影响叶绿素a浓度变化的环境因素复杂:在春季,硝酸盐与叶绿素a呈负相关;在夏季,硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐以及总氮均与叶绿素a呈显著负相关,悬浮物浓度与叶绿素a之间呈显著负相关,表层水温(SST)与叶绿素a表现为显著正相关;在秋季,悬浮物(SS)与叶绿素a存在显著正相关。     

太湖水体上行漫射衰减系数的变化特征研究

水体上行漫射衰减系数是反映水体中上行光强衰减的重要光学参数,它直接影响着水下光场分布,对水环境生态系统变化具有重要意义.然而,对于太湖水体而言,上行漫射衰减系数的变化特征尚不明确.为此,本课题组于2010年4月29日到5月2日对太湖水体28个采样点进行了野外原位观测,获取了相应的水体光学参数和水质参数数据集.在分析水体上行衰减系数光谱特征和空间分布特征的基础上,对其与太阳高度角、悬浮物浓度和叶绿素浓度之间的关系进行了研究.结果表明,上行漫射衰减系数的光谱特征表现为短波蓝光部分衰减系数较大,长波红光部分衰减系数较小,且衰减系数在575~700 nm之间随着波长的增加变化不明显,在675 nm附近出现相对高值,其与叶绿素a浓度存在显著的相关关系(r=0.574,n=28,p<0.05).下行与上行漫射衰减系数随波长的变化特征大致相似,其差值谱线的变化规律为:小于400 nm的范围内,呈线性减小;在400~800 nm之间除760 nm附近有一峰值外,其余部分基本无明显变化;大于800 nm时,又迅速增加.上行衰减系数在不同湖区的空间分布大致为:开阔水域区>草型湖区>典型藻型湖区>草、藻过渡型湖区,藻型和草、藻过渡湖区在675 nm附近的峰值皆较为明显.上行衰减系数基本上随太阳高度角的增大而减小,上行漫射衰减系数与悬浮物浓度的偏相关性最好(r=0.963,n=28,p<0.05),太阳高度角次之(r=0.474,n=28,p<0.05),叶绿素浓度的最低(r=0.175,n=28,p<0.05).