结合卫星遥感技术的太湖蓝藻水华形成风场特征

为进一步了解太湖蓝藻水华形成和分布与近地面风场的关系,利用太湖湖面及周边地区2003~2013年气象与卫星观测数据分析、并应用WRF3.5.1数值模型模拟,发现太湖蓝藻水华主要出现在卫星观测时刻前6h平均风速为0.5~3.4 m/s的区间,占比达94.7%;蓝藻水华面积总体上随风速增大而减小,大范围蓝藻水华主要出现在前6h平均风速≤2 m/s的情形下,占比达89%;风向则主要影响蓝藻水华在太湖的空间分布格局.结果表明局地风场对于太湖蓝藻水华的形成、输移和分布具有重要作用.     

基于多源数据的巢湖蓝藻水华时空分布及驱动因素分析

富营养化和有害藻类水华暴发是全世界淡水湖泊共同面临的生态环境问题之一.巢湖作为典型的内陆淡水湖泊,其富营养化水平和蓝藻水华暴发面积常年居高不下,且在各湖区表现为一定的时空分布差异.为认识和了解不同阶段巢湖蓝藻水华发生和发展基本规律,利用巢湖水上综合观测平台和卫星遥感等多源数据,获得2015~2020年水体中藻密度和水华面积的时空分布信息,并采用基于增强回归树的机器学习算法,定量评估不同阶段各环境因子对蓝藻水华影响的重要程度及相互作用关系.结果表明：①巢湖蓝藻水华表现出较大的季节变化特征,蓝藻细胞在春季开始复苏,主要在巢湖西半湖和沿岸地区形成轻度水华,水体藻密度在夏、秋季达到最大,该季节发生中等程度以上的水华频率较高.②非暴发期间,巢湖藻密度变化受物理和化学因素影响较大,二者对解释藻密度方差变化的贡献率可达80.3%,水体中高浓度溶解氧、弱碱性pH值（7.2~7.6）和适宜水温（3℃）是藻类细胞生长繁殖的有利环境条件,巢湖蓝藻水华首次暴发一般在气温稳定通过7℃初日11 d前后出现.③暴发期内,巢湖蓝藻水华发生主要受藻类生物量和气象条件的综合影响,气温、藻密度、日照时数和风速的累计贡献率为95%,各因子均存在一个有利于蓝藻水华发生的最适区间.多因子交互作用分析结果显示,在水体藻密度大、气温适宜和微风的综合作用下,巢湖蓝藻水华发生概率较高.上述研究成果分析和揭示了不同阶段巢湖蓝藻水华的时空分布特征及其主导影响因子,可为巢湖蓝藻水华防控和预测、预警提供科学依据.     

网络版摘要

2种新型絮凝剂对巢湖蓝藻水华的去除效果张强1,2马玉萍1秦伯强2王淦1孟平1(1.安徽围祯环保节能科技股份有限公司,安徽合肥230088;2.中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室,江苏南京210008)研究了2种新型絮凝剂(剥离液与CP-8750)对巢湖蓝藻水华的絮凝去除能力。结果表明,剥离液与CP-8750在添加量分别为O.100、0.005 g/L时,     

基于BP人工神经网络和模糊理论的太湖蓝藻水华发生风险评价

目前,湖泊蓝藻水华是我国乃至世界的重大环境问题之一。蓝藻水华的暴发机制复杂,具有明显的不确定性。以太湖为例,根据近5 a水环境和水华发生的实测数据,结合BP（Back Propagation）人工神经网络和模糊理论,建立了蓝藻水华发生风险的模糊风险评价方法。对太湖9个水环境功能区的评价结果表明：西部沿岸区、梅梁湖蓝藻水华发生风险最大,为重度蓝藻水华风险区;竺山湖、五里湖次之,为中度蓝藻水华风险区;南部沿岸区、贡湖、湖心区为轻度蓝藻水华风险区,东太湖和东部沿岸区水华发生风险最小,为轻微蓝藻水华风险区。建立的评价方法和评价结果,可为蓝藻水华的预测、预警以及风险管理提供参考和依据。     

基于欧洲航天局“哨兵-2A”卫星的太湖蓝藻遥感监测

欧洲航天局(ESA)2015年6月23日成功发射"哨兵-2A"卫星,该卫星搭载的多光谱成像仪(MSI)在可见光(VIS)至短波红外(SWIR)波长区间配置了多种光谱波段/地面分辨率组合,可以获取大范围、较短重访周期、较高空间分辨率(10 m)的遥感影像。以太湖2016年6月13日MSI数据为例,在完成大气校正的基础上,分析了太湖典型地物类型光谱特征,采用归一化植被指数(NDVI)结合叶绿素反射峰强度(ρchl)构建的综合阈值法对贡湖湾的蓝藻水华信息进行了提取实验。结果表明:"哨兵-2A"卫星MSI影像质量清晰,可精细地反映植被、蓝藻、水体等典型地物类型的光谱特征;ρchl指数对中-高蓝藻聚集区与水生植被、轻度蓝藻聚集区与混合水体具有较好的分离能力;利用综合阈值法提取贡湖湾中-高蓝藻聚集区面积为60.37 km2,主要分布在贡湖北部沿岸、湖心和南部沿岸。"藻-水"混悬体面积为79.49 km2,贡湖湾东部蓝藻水华相对较轻。     

基于“哨兵-3A”OLCI影像的太湖蓝藻水华荧光基线高度指数信号特征分析

利用新型遥感数据"哨兵-3A"卫星OLCI影像数据,基于其665,681和708 nm波段构建的"荧光基线高度"指数算法,采用SNAP 6.0遥感专业软件,计算了2017年不同季节4个典型日期太湖FLH的全湖分布及蓝藻水华区信号强度特征。以完成了瑞利散射及气体吸收订正的3个波段的遥感反射率数据计算FLH图像,结果表明,FLH数值的"负偏"程度与蓝藻水华强度有很好的对应关系,FLH值"负偏"越大,蓝藻水华越严重,可以作为比较不同季节水华强度的有效遥感指标;富营养化较严重、较为浑浊、以蓝藻为优势种的内陆水体与大洋清洁、非蓝藻优势浮游植物水体的FLH"正偏"信号特征迥异。     

北京城市河湖营养状态与蓝藻水华研究

2003-2004年的调研结果显示,北京城市河湖(长河水系)总氮平均含量为1.667 mg/L,总磷平均含量为0.144 mg/L,浮游藻类平均细胞密度为41 150×104/L,其中蓝藻占90.0%.浮游藻类的群落结构为蓝藻(Cyanophyta)-绿藻(Chlorophyta)型,河湖水体中营养盐与初级生产力的关系为浮游藻类响应型,连续两年发生以微囊藻(Microcystis)占优势的蓝藻水华.河湖水体5项指标(SD、TP、TN、CODMn、Chla)的TSIM值在57～87间,水体已达到富营养或重富营养程度.其主要原因是:1)营养盐和有机物的污染;2)北京市淡水资源紧缺,补给城市河湖水量少;3)在河湖水系治理中,底部硬化,两侧(或周围)衬砌,破坏了水体的自然生态系统,使其自净能力大大降低.     

基于MODIS数据的太湖蓝藻水华时空分布规律研究

利用EOS/MODIS遥感影像数据,采用蓝藻水华分级评价方法和蓝藻水华发生频率分析方法,对2010年～2013年不同级别太湖蓝藻水华时空分布规律进行分析和研究,以期为太湖蓝藻水华预警、监控、治理工作提供技术支持.结果表明：（1） 2010年～2013年,全太湖共发生蓝藻水华354次,其中小型水华发生次数最多,蓝藻水华级别越高,发生次数越少.（2）年际变化上,蓝藻水华发生次数总体趋于平稳,蓝藻水华发生呈现“小型多发、中大型少发、重大型偶发”趋势,蓝藻水华发生规模呈显著缩小趋势.（3）月际变化上,蓝藻水华主要发生在8 ～10月,8月和9月尤其是太湖蓝藻水华的高发月份.发生规模上,4～6月蓝藻水华发生规模较小,7月开始规模逐步扩大,到9月达到顶峰,10月规模有所缩小.（4）空间变化上,太湖西部沿岸是太湖蓝藻水华首次爆发最频繁的水域.从空间分布频率来看,太湖西部沿岸区尤其宜兴沿岸是蓝藻水华爆发频率最高的水域.     

龟石水库夏季富营养化状况与蓝藻水华暴发特征

龟石水库是贺州市主要的饮用水源,2014年夏季第一次暴发大规模的蓝藻水华.本研究通过分析水体的富营养化时空变化规律、外源污染来源以及浮游藻类群落结构动态变化特征,进而评价水体的富营养化状况,并提出合理的防控措施.结果表明,水库的氮磷浓度逐年升高,TN含量已远超过地表水Ⅱ类标准,部分样点的TP含量也超过Ⅱ类标准,且主要来源为规模化养殖和农业面源污染.水华期间浮游藻类细胞密度变化范围为8.60×10~6~5.36×10~8cells·L~(-1),水华优势种为惠氏微囊藻,密度最高达到5.36×10~8cells·L~(-1)以上,叶绿素a浓度最高为74.48μg·L~(-1),惠氏微囊藻细胞密度随时间推移呈现逐渐降低的趋势,并且垂直方向集中分布在表层及水下2 m处.水华期间浮游藻类总细胞密度与TN、TP、NO_3~--N和高锰酸盐指数呈现显著正相关,与透明度呈显著负相关.微囊藻毒素监测结果表明龟石水库水质未受到微囊藻毒素的污染.综合分析,对于中营养水平的龟石水库而言,蓝藻水华的防控既要关注气候和气象条件,更要尽量削减氮、磷营养盐入库量,维持较低营养盐水平是防范蓝藻水华的关键.     

水体富营养化及蓝藻水华预警模型研究进展

目前,水体富营养化及蓝藻水华污染已成为最为突出的世界性水环境问题之一,做好水华的预测预警工作显得尤为重要.预警模型是水体富营养化及蓝藻水华预警工作的前提与基础.文章讨论了主要预警参数因子的选择,包括物理因子、化学因子和生物因子;介绍了常用的水体寓营养化及蓝藻水华预警模型的研究进展,总结了各个常用模型的概念、优缺点、建模...