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.     

三峡小江回水区叶绿素a季节变化及其同主要藻类的相互关系

通过分析三峡小江回水区2007年5月～2008年4月115个样品叶绿素a的季节特点,提出了适用于表征小江回水区叶绿素a与不同藻类细胞密度和生物量的3种状态：Chla≤5 μg·L^-1、5 μg·L^-1-1和Chla>19 μg·L^-1,目的是探讨小江回水区不同水平下Chla与同期各主要藻类细胞密度和生物量的相互关系,为进一步了解三峡水库特定水域藻类季节演替特征提供参考. 全年数据下,小江回水区藻类总细胞密度、生物量和叶绿素a间均呈极显著的正相关关系（R>>0.70,Sig.≤0.01）. 研究期间小江回水区叶绿素a、绿藻、硅藻、蓝藻、甲藻生物量均值分别为(9.58±10.77)、(1605±647)、(707±124)、(511±266)和(4019±1345) μg·L^-1. Chla≤5 μg·L^-1的水平下,绿藻、硅藻与Chla浓度呈显著正相关;5 μg·L^-1-1水平下,仅有蓝藻与Chla含量呈显著正相关关系;Chla>19 μg·L^-1时,甲藻与Chla含量呈显著的正相关关系,但其它藻门与Chla含量无显著相关关系.     

太湖水体中氮、磷空间分布特征及环境效应

研究分析了太湖水体中氮、磷空间分布规律. 结果表明,太湖水体中各种形态氮、磷的空间分布呈现出非均一性特征,梅梁湾、竺山湾、贡湖湾、西岸区和湖心区水体中总氮、总磷浓度显著高于其他湖区,溶解态氮/磷、碎屑氮/磷的空间分布规律与总氮/磷的基本一致. 总氮与溶解态氮、碎屑态氮之间存在显著的线性正相关,且相关系数分别为r_DN=0.819 2和r_DeN=0.696 9;总磷与溶解态磷、碎屑态磷也存在极显著的线性正相关,对应的相关系数为r_DP=0.747 7和r_DeP=0.926 0. 水体中叶绿素a的空间分布差异较大,最高浓度出现在太湖的西部(179.2 μg·L^-1±25.9 μg·L^-1),最低的则出现在东太湖七都水域附近(11.3 μg·L^-1±2.7 μg·L^-1). 叶绿素a与总氮、碎屑态氮、总磷、溶解态磷、碎屑态磷、高锰酸盐指数、pH值和悬浮质存在显著的线性正相关,对应相关系数为r_TN=0.662 2、r_DeN=0.873 9、r_TP=0.813 0、r_DP=0.407 7、r_DeP=0.878 1、r_COD=0.868 9、r_pH=0.517 3和r_SS=0.533 4,与溶解态氮、电导率和碱度之间相关不显著.     

澜沧江流域梯级水库建设下水体营养盐和叶绿素a的空间分布特征

澜沧江梯级水库群建设对流域水生态环境产生了一定的影响,将流域水体划分为自然河道段和水库段.为了探究梯级水库建设后澜沧江流域不同类型水体氮、磷营养盐和叶绿素a浓度的空间变化规律以及叶绿素a浓度与环境因子之间的关系,于2017年6月对澜沧江流域生态环境进行了调查分析.结果表明,澜沧江水体总氮质量浓度变化范围为0.37~1.22 mg·L^-1,均值为0.70 mg·L^-1;总磷质量浓度变化范围0.01~0.19 mg·L^-1,均值为0.04 mg·L^-1.单因素ANOVA分析表明,总氮空间差异显著,表现为支流段 > 水库段 > 自然河道段;但总磷没有明显的空间差异.澜沧江水库段水体叶绿素a浓度变化范围为2.6~10.2μg·L^-1,均值为5.8μg·L^-1.Pearson相关性分析结果显示,水体叶绿素a浓度与总磷浓度、水温和真光层与混合层之比（Z_eu/Z_mix）等具有显著相关性,其中与Z_eu/Z_mix的相关性最高（R²=0.689,P=0.001）,表明水温分层驱动下的Z_eu/Z_mix是影响澜沧江水库水体中浮游植物生长的关键性指标.     

基于生物光学模型的二类水体光学活性物质估算：以晋江下游河段为例

水体中各组分对光谱的吸收和散射构成了水体的固有光学特性,是生物光学模型的重要参数,是建立水质遥感半分析模型的基础.目前该方法多应用于湖泊水质监测,很少用于河流.因此, 本研究以福建晋江下游河段为例, 探讨水面下反射率R(0^-)与光学活性物质之间的关系,并建立了光学活性物质的估算模型.结果表明,利用R(0^-)₇₅₃与总悬浮物浓度、R(0^-)₇₀₂/R(0^-)₆₈₀与浮游植物色素浓度、R(0^-)₆₇₀/R(0^-)₄₂₃与CDOM吸收系数分别建立的估算模型能取得理想的效果,其决定系数分别是0.953、 0.820 5和0.621 3,对应的相对误差分别是6.1%、 21.87%和22.18%.三者中以悬浮物浓度的反演精度最高,然后依次为浮游植物色素浓度和CDOM.主要原因在于浮游植物色素的浓度相对较低,光谱信号较弱;CDOM的特征光谱波段很窄,而且该波段内的R(0^-)受到其它２种物质存在的影响.     

3种杀菌剂对日本青鳉早期生命阶段毒性效应初步研究

为了评价杀菌剂对水生生物的基础毒性,在室内进行了多菌灵、三唑酮和三唑醇对日本青鳉幼体阶段的毒性效应.急性毒性试验结果表明,多菌灵、三唑酮和三唑醇对日本青鳉幼鱼96 h-LC₅₀值分别为0.47(0.42~0.51) mg·L^-1、11.02(9.34~13.01)mg·L^-1、14.49(12.28~17.10)mg·L^-1.胚胎60 d慢性毒性试验结果表明,多菌灵对日本青鳉胚胎孵化率的最低可观察效应浓度(LOEC_60d)为5.2 μg·L^-1,暴露在10~37 μg·L^-1浓度范围内对胚胎孵化时间、幼鱼存活率均有显著影响;三唑酮对日本青鳉幼鱼存活率的LOEC_60d为75 μg·L^-1,暴露浓度高于240 μg·L^-1时对胚胎孵化时间、幼鱼存活率、体长、湿重等均有显著影响;三唑醇对日本青鳉胚胎孵化率的LOEC_60d为140 μg·L^-1,暴露浓度高于520 μg·L^-1时三唑醇对胚胎孵化时间、幼鱼存活率、体长、湿重等均有显著影响.3种杀菌剂对日本青鳉幼体阶段的毒性次序为:多菌灵>三唑酮、三唑醇,胚胎孵化时间和幼鱼存活率可作为慢性毒性的敏感指标.     

太湖苕溪流域氮磷的生物学阈值评估

水体富营养化与氮、磷含量过高密切相关,本研究从悬浮、底栖叶绿素a限值及其与氮、磷的响应关系入手,选择干、支流清晰的太湖苕溪流域作为研究区域,建立河道氮磷阈值评估方法. 90个点位的监测数据表明,苕溪流域总氮污染超标比例高;悬浮叶绿素a与总氮、总磷存在显著相关性,而底栖叶绿素a只与总氮存在显著相关性,与总磷的相关性不显著;根据回归分析、El-Shaarawi经验方程,以及对应的目前公认的悬浮叶绿素a和底栖叶绿素a的限制值(悬浮叶绿素a≤ 5 μg·L^-1,底栖叶绿素≤100 mg·m^-2),苕溪流域干流和支流的总氮阈值相差较大,支流(1.3 mg·L^-1)大于干流(0.9 mg·L^-1),总磷阈值相差不大,约为0.05 mg·L^-1.干、支流有区分的氮磷阈值的限定有利于改善苕溪河流整体水质,对其他类似苕溪、支流较多的河流面源污染控制同样具有借鉴意义.     

过量无机氮造成的富营养化对孔石莼存在下海水无机碳体系的影响

通过室内模拟培养,研究了孔石莼存在下过量无机氮对水体无机碳体系变化的影响及其机制.结果表明,无机氮的添加均会导致水体DIC、HCO^-₃和P(CO₂)的减少,pH和CO^2-₃的增加.当NO^-₃-N和NH⁺₄-N浓度分别低于71 μmol·L^-1和49.7 μmol·L^-1时,随着营养盐浓度的增加,水体无机碳体系各组分的变化幅度增大,其中以NO₃-3和NH₄-3组变化最为明显,至实验结束DIC分别较空白组下降了151 μmol·L^-1和232 μmol·L^-1;当NO^-₃-N和NH⁺₄-N浓度分别高于355 μmol·L^-1和248.5 μmol·L^-1时,则随着浓度的增加无机碳各组分的变化幅度减小.对无机碳的减少与孔石莼的生长(Δm)做相关性分析发现,二者密切相关(R=-0.91, P<0.000 1,n=11),当营养盐浓度促进孔石莼的生长时,水体DIC浓度下降,孔石莼干重增加;反之,当营养盐过量时,则会对其产生毒性作用,抑制其对无机碳的吸收.NH⁺₄-N对海水无机碳体系的影响较NO^-₃-N明显.     

裂片石莼和土霉素复合压力下弧菌群落及耐药基因变化特性研究

近年来,水产养殖病源弧菌污染及其耐药性问题备受关注,本研究首次采用宏基因组测序技术分析了海水养殖沉积物在大型海藻裂片石莼（12 g·L^-1）与不同浓度（0、10、100、500 μg·L^-1）土霉素作用3个月后,弧菌群落结构及其耐药基因变化特性.结果表明,经裂片石莼诱导培养后,沉积物中弧菌属相对丰度降低了0.22%,但对弧菌多样性和弧菌耐药基因含量提升明显.裂片石莼和土霉素复合压力下,100 μg·L^-1土霉素对弧菌群落多样性及弧菌耐药基因影响最大,而500 μg·L^-1对其影响最小.沉积物弧菌属共检测出21种耐药基因,多为BL1_fox、BL2be_per、BL2_veb等β-内酰胺类耐药基因.裂片石莼能减少耐药基因tetPB富集,而进一步添加土霉素能诱导产生VatB、BcrA耐药基因.此外,弧菌耐药基因迁移与转化还受弧菌群落结构变化影响.     

有机修饰土对苯酚的吸附动力学

以十六烷基三甲基溴化铵单一修饰（CB）和十六烷基三甲基溴化铵+十二烷基磺酸钠混合修饰（CS）土耕层和黏化层土样,采用批处理法通过不同的速度参数研究了修饰土样对苯酚的吸附动力学特征,并对其机制进行了探讨.结果表明,在2个温度下,土两层次修饰土样吸附苯酚的总吸附速度V_t和快速吸附反应速度V_f在低添加浓度下分别为2.64～3.31 μg·(g·h)^-1和39.19～61.23 μg·(g·h)^-1,在较高添加浓度下分别为13.09～16.30 μg·(g·h)^-1和247.87～325.64 μg·(g·h)^-1,耕层土样V_t、V_f的大小顺序均为100 CB>120 CS>50 CB>CK,而黏化层土样均为100 CB>50 CB>120 CS>CK.结果证实土两层次土样的有机修饰能够显著加快对苯酚的吸附速度.苯酚的吸附反应分为快速反应和慢速反应2个阶段,总吸附反应以快速吸附反应为主,与快速反应有关的不同速度参数之间具有良好的相关性,而慢速吸附反应则影响不大.修饰土样快速反应和慢速反应的转折时间均小于2　h,且与吸附速度呈现相反的大小顺序.黏化层修饰土样对苯酚的吸附速度高于耕层修饰土样.吸附温度的升高、苯酚添加浓度的提高均可以加快修饰土样对苯酚的吸附反应速度.指数Ⅱ型动力学模型是描述修饰土样吸附苯酚的最佳模型.拟合参数A值与快速吸附反应相关的各项速度参数具有良好的相关性,而模型参数-B与转折时间具有良好的相关性,-B可以作为描述吸附反应速度的特征参数.修饰土样对苯酚的吸附机制以有机相对苯酚的疏水吸附为主.     

厦门海域水体悬浮物遥感反演算法研究

通过现场实测厦门海域水体遥感反射率及水体悬浮物浓度,分析了该海域水体的遥感反射光谱特征,选取了特征波段及组合建立了该海域水体悬浮物浓度反演模型。本文经过对比分析水体中呈悬浮态的总颗粒物质量浓度的不同反演方法,最后得出悬浮颗粒物在近红外波段的反射曲线的反射率高值和低值围成的区域面积可较好的反演研究区域的悬浮颗粒物浓度,其统计回归模型的决定系数是0.66,该反演算法的RMSE是10.25mg/L,相对误差是7.79mg/L。     

基于半分析方法的内陆湖泊水体总悬浮物浓度遥感估算研究

根据生物光学原理,通过对总悬浮物吸收占水体总吸收比例光谱的分析,确定适宜总悬浮物浓度反演的波段范围;结合以往学者对太湖等水体固有光学特性的研究成果,运用最小二乘法,确定生物光学模型的相关参数,建立了浑浊湖泊水体总悬浮物浓度的单波段估算模型.结果表明,在短波波段,总悬浮物的吸收占水体总吸收的比例较高,出现光饱和现象,不适...     

北太平洋柔鱼渔场时空分布与海洋环境要素的研究

根据2010 年7~9月和2011年7~10月“舟渔1301#” 2个航次的北太平洋柔鱼渔场海上调查资料,利用渔获生产数据?海况天气数据以及同期的卫星遥感获取的海表面温度(SST) ?海表盐度(SSS)及叶绿素a (Chl-a)浓度和海流等数据,分析柔鱼的中心渔场分布与海洋环境的变动关系.研究结果显示:整个调查期间渔获频次在SST和Chl-a因子上均呈正态分布,渔场高产的最适SST范围为18~20℃, 最适SSS范围为33.60‰~34.80‰, 最适Chl-a浓度范围为0.08~0.24mg/m3,其中SST与柔鱼渔场之间有较好的匹配关系,中心渔场通常位于18~20℃的等温线附近,且位置一般出现在冷水团和暖水团交汇区的冷水团一侧;中心渔场位于亲潮和黑潮交汇混合区的向北一侧,离交汇地带的距离较近,而且随着时间的推移,渔汛期间中心渔场的位置逐步往其向西北方向移动.总体上多个环境因子皆可作为确定潜在中心渔场的指标,但以海表水温为最佳,另外辅助寒?暖流的交汇情况以及Chl-a浓度?天气海况等因素来综合分析,判断渔场的中心位置会更准确.     

基于实测光谱的杭州湾悬浮物浓度遥感反演模式

悬浮物是我国近海水质遥感监测的主要参数之一.利用ASD地物光谱仪测量杭州湾水体的反射光谱,同步采集表层水样获取悬浮物浓度,模拟水色卫星MODIS和MERIS的波段设置提取遥感反射率,基于人工神经网络分别建立2种悬浮物浓度的遥感反演模式.实测结果表明,杭州湾水体中悬浮物浓度较高,泥沙含量远远大于叶绿素浓度,平均值分别为705 mg/L和1.164 mg/m³;2个监测站位的悬浮物浓度表现出时空上的差异,尤其是随潮汐变化的短周期变异十分显著;实测水体反射率光谱曲线在650～700 nm之间与800 nm附近分别出现峰值,光谱曲线一阶微分结果显示第一反射峰的位置随着悬浮物浓度增大向长波方向移动.基于神经网络建立的模拟算法充分利用了卫星不同通道的光谱信息,可以同时模拟水体中色素与非色素悬浮物的浓度,模型取得了较好的拟合效果,R²均大于0.95,可以应用于实际卫星遥感反演,尤其是MERIS数据,因其具有相对较高的空间分辨率,在近海水环境遥感监测中的应用前景更为广阔.     

浒苔反射光谱库系统设计与实现

浒苔光谱特征是遥感之本,可为浒苔灾害的遥感实时监测与预警研究提供重要基础数据。本文基于Delphi开发工具和Interbase数据库平台,采用"面向应用"的系统开发方法,运用dbExpress、DataSnap技术和TeeChart组件,设计并实现了浒苔反射光谱数据库系统,利用本系统可以实现对海量浒苔光谱数据及其属性信息的共享、信息查询、可视化分析和管理等功能。     

富营养化水体中黑水团的吸收及反射特性分析

对黑水团水体光学特性进行研究,是利用遥感技术监测和评估黑水团事件的前提.针对2015年7月在太湖发生的黑水团现象,采集了太湖黑水团区(区域一)、蓝藻水华区(区域二)、清水区(区域三)共36个水样,对这3个区域的水体遥感反射率以及吸收特性进行对比分析.结果表明:1区域一水体的总颗粒物、色素颗粒物和非色素颗粒物吸收系数比区域二、区域三高出1~2倍,在400~500 nm之间,区域一CDOM吸收系数相比另外两个区域的水体高出2倍左右.导致黑水团区域水体具有很低的遥感反射率,被人眼感知时呈现为黑色;2黑水团区域水体M值低于滇池、巢湖和太湖的M值变化范围,说明黑水团中CDOM的腐殖酸含量较高.此外,叶绿素a浓度与CDOM在350 nm处吸收系数之间具有很好的相关性,表明蓝藻的降解可能是黑水团中CDOM的一个主要来源;3在380 nm之后,黑水团区域的水体总吸收以色素颗粒物占主导,但在短波350~380 nm处,CDOM对总吸收的贡献率高于色素颗粒物和非色素颗粒物.     

基于Sentinel-2数据的近岸高悬沙水体漂浮绿潮遥感识别

黄海浒苔绿潮自2007年以来连年暴发。为筛选跟踪监测绿潮发生、发展过程的遥感识别方法,本研究使用Sentinel-2 MSI多光谱数据,在分析漂浮绿潮及背景高悬沙水体光谱特征的基础上,利用归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）、漂浮藻类指数（floating algae index,FAI）、虚拟基线漂浮藻类指数（virtual baseline floating macroalgae height,VB-FAH）等多种遥感指数算法开展漂浮绿潮识别,比对分析了各算法的监测效果。结果显示,Sen2cor大气校正后地物光谱曲线峰谷特征显著,与实测光谱谱型的相似度明显提升;以近红外和绿光波段反射率差值为基础的VB-FAH指数算法可在一定程度上降低高悬沙水体对近红外和红光通道反射率的影响,漂浮绿藻识别效果比NDVI及FAI指数更好。本研究可为高悬沙水体漂浮绿潮遥感识别提供技术支持。     

珠江口冬春季悬浮泥沙浓度遥感反演模式分析

利用珠江口2014年2月和2014年5月的高光谱遥感反射率和实测悬浮泥沙质量浓度数据进行了两波段悬浮泥沙遥感反演模式的研究。通过分析和对比发现,冬季2月悬浮泥沙质量浓度和光谱遥感反射率相关性较低（R2=0.422）,春季5月二者相关性较好R2=0.693。由于5月为珠江口丰水期,径流量增大,携带泥沙能力增强,存在因上升流引起的泥沙再悬浮现象。另外,丰水期存在咸淡水锋面和锋区附近的盐度梯度也导致悬浮泥沙质量浓度增大。悬浮泥沙质量浓度高,对光敏感,建立模式好。而2月珠江口为冬季枯水期,珠江口伶仃洋海域悬浮泥沙主要来自径流,径流量小,含沙量少,模式较5月差。     

基于高分1号杭州湾河口悬浮泥沙浓度遥感反演模型构建及应用

杭州湾高悬浮泥沙的实时快速遥感监测是河口沿岸水质保护的关键。本文利用杭州湾实测的高光谱及悬浮泥沙浓度数据,模拟高分1号卫星数据并分析不同波段组合的遥感反射率与悬浮物浓度之间的相关关系,开展杭州湾河口水体悬浮泥沙遥感反演模式的比较验证,得出适用于高分1号卫星的悬浮泥沙浓度的遥感反演模型,并利用该模型进行杭州湾河口跨海大桥水域悬浮泥沙浓度反演,研究发现跨海大桥对潮水稀释悬浮泥沙有一定影响,大桥两侧悬浮泥沙有明显差异。     

Spectral characteristics of plant communities from salt marshes:A case study from Chongming Dongtan,Yangtzeestuary,China

The spectral reflectance of recently formed salt marshes at the mouth of the Yangtze River, which are undergoing invasion by Spartina alterniflora, were assessed to determine the potential utility of remotely sensed data in assessing future invasion and changes in species composition. Following a review of published research on remote sensing of salt marshes, 53 locations along three transects were sampled for paired data on plant species composition and spectral reflectance using a FieldSpec™ Pro JR Field Portable Spectroradiometer. Spectral data were processed concerning reflectance, and the averaged reflectance values for each sample were reanalysed to correspond to a 12-waveband bandset of the Compact Airborne Spectral Imager. The spectral data were summarised using principal components analysis (PCA) and the relationships between the vegetation composition, and the PCA axes of spectral data were examined. The first PCA axis of the reflectance data showed a strong correlation with variability in near infrared reflectance and ‘brightness’, while the second axis was correlated with visible reflectance and ‘greenness’. Total vegetation cover, vegetation height, and mudflat cover were all significantly related to the first axis. The implications of this in terms of the ability of remote sensing to distinguish the various salt marsh species and in particular the invasive species S. alterniflora were discussed. Major differences in species with various physiognomies could be recognised but problems occurred in separating early colonising S. alterniflora from other species at that stage. Further work using multi-seasonal hyperspectral data might assist in solving these problems.