基于MODIS数据的太湖蓝藻变化与水温关系研究

以太湖为研究区,基于2008年4～12月的60景EOS—MODIS 1B遥感影像数据。利用NDVI算法结合目视判读解译了水华分布变化的基本信息,通过劈窗算法反演太湖湖面水温,发现在2008年太湖蓝藻生长、暴发、衰退周期中。水华面积的大小与湖面均温值之间关系密切：在20℃以下时表层水温与太湖蓝藻生长暴发或沉寂消亡具有明显的相关性;20℃-30℃时水华的面积大小受到湖面温度和其他因素的共同影响,容易发生大规模蓝藻暴发：30℃以上时过高的表层水温会对蓝藻的上浮聚集具有一定抑制作用：太湖蓝藻全年消亡的临界温度与其初始生长的临界温度相比更低。研究同时发现太湖湖面温度的空间差异是影响蓝藻水华分布迁移的重要因素之一。     

一种基于MODIS影像反演太湖Ⅱ类水体上空气溶胶参数的算法

基于Ⅱ类水体短波红外（Short-Wave Infrared,SWIR）波段离水反射率为0的假设,提出一种反演Ⅱ类水体上空气溶胶参数的算法（CaseⅡWater Algorithm, C2W）,并与AERONET(Aerosol Robotic Network)太湖站实测数据进行了比较分析.结果表明,反演得到的0.670μm与0.870μm两个波段的气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth, AOD）与实测值呈现明显的线性关系（R2=0.974、0.971）,在气溶胶光学厚度τ>0.2时不确定性在Δτ=±0.03±0.05τ范围内.11期气溶胶有效半径（Aerosol Effective Radius,AER）数据中,9期的不确定性在±25%范围内,另外两期数据的不确定性在±30%以内.反演精度符合MODIS气溶胶产品的精度要求.     

利用三维荧光技术分析太湖水体溶解性有机质的分布特征及来源

利用三维荧光光谱法研究了太湖125个样点表层(0.5m)和底层(1.5m)水体溶解性有机质(DOM)的组成和分布特征,并对不同湖区DOM的来源进行了分析.结果表明,太湖大部分湖区水体DOM以类蛋白物质为主,其中,竺山湾DOM中的腐殖质和类蛋白物质含量均较其它湖区高.太湖水体DOM的分布存在区域差异性,即:竺山湾湖区西部湖区梅梁湾湖心区贡湖湾南部湖区.分析认为,太湖DOM的来源具有陆源输入与内源微生物降解的双重特征,但竺山湾和西部湖区以陆源输入为主,而梅梁湾、贡湖、南部湖区及湖心区以内源微生物降解为主.分析各类荧光峰强度与水质参数的相关性发现,太湖水体DOM4类荧光峰之间呈显著正相关关系,DOM的4类荧光峰均与总氮(TN)、总磷(TP)、硝酸根离子(NO3-)、铵根离子(NH4+)呈显著正相关关系(p0.01),DOM的各类荧光峰强度和溶解氧呈显著负相关(p0.01),这可能是由于水体DOM含量升高后,微生物比较活跃,消耗大量的溶解氧所致;DOM的各类荧光峰强度和溶解性有机碳(DOC)之间的相关性不显著,可能与不同湖区样品中一些非荧光物质在DOM中的比例不同有关.     

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.     

太湖山地强降雨事件中不同水体的氮磷负荷分析

夏季暴雨洪水是太湖山区氮磷营养盐流失的主要载体,对强降雨事件中的不同水体农业养分负荷的观测和分析,将有助于更准确地评估农业非点源污染。在台风“麦莎”期间,选择典型山区流域对台风降雨径流过程进行观测。结果表明太湖山地短时强降水事件中,地下径流约占总径流的51％,而对无机氮径流负荷的贡献在80％以上;可溶性总磷在河道径流中的浓度低于在地下水和地表径流中的浓度,显示可溶性磷在汇流过程中被截留,说明可溶性磷的迁移具有流域尺度的迟滞特征。     

针对太湖蓝藻危机的水质监测

环境监测部门对太湖湖体水质的监测数据显示.蓝藻爆发数月中(2007.5～2007.10)太湖湖体、53个目标断面和11个饮用水源地水体水质情况有恶化现象.应对蓝藻危机情况,监测部门增加了遥感监测、藻密度监测、水质自动监测以及监督监测等项目.     

水华期间太湖梅梁湾微囊藻原位生长速率的测定

2007 年8 月太湖发生水华期间采用细胞分裂频率法(FDC)对太湖梅梁湾蓝藻的原位生长速率进行了测定.结果表明,微囊藻的细胞分裂频率有明显的日变化规律,即白天高,最大值约为20%;夜晚低,最小值约为5%.计算得到4 个采样点蓝藻原位生长速率分别为0.23,0.19,0.37,0.26d-1.实验同时测定了水体的营养盐水平和叶绿素a 的含量,表明较高的细胞分裂频率可能与水体中较高的营养盐水平、叶绿素a 含量有关.     

太湖不同湖区无机氮转化潜力

采集太湖梅梁湾和东太湖的水样和积物,在实验室内模拟研究不同湖区水体中溶解性无机氮(DIN)短期内的转化潜力.研究结果表明,太湖藻型湖区(梅梁湾)和草型湖区(东太湖)水体中存在着强烈的硝化作用,NH 4-N和NO3-N含量之间表现出显著的负相关关系(P＜0.05或P＜0.01),NH 4-N质量浓度下降速率为0.08～0.19 mg·L-1·d-1.在同样的试验条件下,藻型湖区硝化速率高于草型湖区.NH 4-N初始浓度越高则硝化速率也越高,不添加外源氮时硝化速率随着时间的推移而逐渐降低.藻型湖区的反硝化作用强于草型湖区.室内模拟试验20 d后,沉积物中TN含量平均下降了3.7%,东太湖水样中平均下降26.7%,梅梁湾平均下降42.2%.湖泊沉积物是进行反硝化作用的重要场所.短期内DIN的转化潜力反映了不同湖区氮素转化速率,也反映了不同生态类型水体对湖泊氮素转化的影响.     

太湖五里湖浮游植物群落结构特征分析

根据Jaccard相似性指数、Pielou均匀度指数、Mcnaughton优势度指数和Shannon-Wiener多样性指数研究了2008年太湖五里湖浮游植物的群落结构特征.2008年1-12月,五里湖共出现绿藻Chlorophyta、硅藻Bacillariophyta、蓝藻Cyanophyta、裸藻Euglenophyta、隐藻Cryptophyta、甲藻Pyrrophyta、黄藻Xanthophyta 7门64种(包括变种和变型).其中绿藻种数最多,共35种,占浮游植物总种数的54.7%;其次是蓝藻和裸藻,都为9种,均占浮游植物总种数的14.1%;硅藻7种,占浮游植物总种数的10.9%;隐藻2种,占浮游植物总种数的3.1%;甲藻和黄藻各一种,均占浮游植物总种数的1.6%.五里湖浮游植物数量和生物量分别变化在320.4×104～3 390.6×104ind·L-1和0.627～2.025 mg·L-1之间.浮游植物数量以夏末秋初最高,秋末最低;且除绿藻外,五里湖浮游植物的季节演替规律与PEG模型基本相似.相似性分析表明,浮游植物相似性指数变化在0.19～1之间;其中1月8日-4月3日的生境相似、4月23日-5月25日的生境相似、6月22日-8月12日的生境相似、8月28日-10月15日生境相似.优势度分析显示,浮游植物优势度指数变化在0.02～0.86之间,优势度不高;且除5月13日外,其他调查时间下的浮游植物优势种都在3种以上,优势种种数较多.多样性和均匀度分析显示,五里湖浮游植物多样性和均匀度分别变化在0.92～2.61和0.20～0.63,大多数调查时间下的浮游植物多样性和均匀度都较好,表明2008年五里湖浮游植物群落结构比较复杂、群落信息含量较大,群落结构处于较完整的状态.     

夏季太湖水体势能异常的空间分异特征及其机制

基于2013年6月7日~8月28日在大浦口、梅梁湾、避风港、平台山及小雷山附近湖体中获取的气象数据及水温廓线,探讨了太湖水体势能异常的空间特征及其可能机制.结果表明:太湖水体势能异常不仅存在日变化,而且呈现明显的空间差异:湾区附近的梅梁湾和避风港,较易形成相对稳定的水体层化,且可能维持多天;而位于西岸的大浦口、湖心区的平台山及湖南部的小雷山区域的水体势能异常呈典型的日分层现象,即白天可能形成层化,晚间基本消失.水体获得的热量存在空间差异,但差异度较小,而动力混合作用的空间差异明显.动力混合作用的空间差异是造成水体势能异常或层化空间分异的主要成因.