福建近岸海域悬浮泥沙浓度遥感定量监测研究

论文在分析MODIS数据对海洋水体反射光谱特征的基础上,选用合适的探测波段构成悬浮泥沙遥感参数,并根据2003～2004年福建近岸海域海洋监控区内9个站点的海洋水色数据建立悬浮泥沙浓度遥感定量反演模式。利用已建立的模式对2001～2005年福建近岸海域悬浮泥沙浓度进行遥感反演,根据反演结果分析该海域悬浮泥沙浓度的分布及其变化特征,着重分析闽江口海域的悬浮泥沙运动特点。结果表明：福建近岸海域悬浮泥沙浓度与基于MODIS蓝光（0.438～0.448μm）和绿光（0.545～0.565μm）探测波段数据构成的遥感参数呈指数函数关系,定量反演效果比较理想,反演结果能客观地揭示福建近岸海域悬浮泥沙的浓度分布及其变化特征,为今后对该海域悬浮泥沙运动规律的深化研究奠定了基础。

福建近岸海域表层沉积物稀土元素地球化学特征及其物源指示意义

对福建东部近岸海域173个表层沉积物进行稀土元素(REE)含量分析,探讨稀土元素分布特征及影响因素,揭示沉积物物源信息。结果表明,研究区表层沉积物稀土元素总量(ΣREE)分布范围为35.25~296.98μg/g,平均值171.05μg/g,与长江、闽江沉积物的ΣREE非常接近。轻重稀土元素含量比值(LREE/HREE)的变化范围为7.56~16.35,平均值11.27,轻稀土明显富集。REE球粒陨石标准化配分模式以及(La/Sm)CN、(Gd/Yb)CN比值显示,配分曲线为右倾负斜率,LREE内部分异明显,HREE内部分异小,存在中等程度Eu负异常(分布在0.55~1.06,平均值0.80),Ce异常不明显(分布在0.71~1.19,平均值1.00),与上陆壳REE特征相似。REE上陆壳标准化配分模式显示沉积物与上陆壳之间分异不明显,其源岩以上陆壳长英质岩石为主。综合分析认为,研究区表层沉积物REE富集和分布主要受沉积物粒度控制,REE趋向于在细粒组分中富集,局部可能受生物碳酸盐及重矿物含量制约。

基于MODIS遥感影像的福建近岸海表温度反演

借助福建沿岸13个海洋台站的海表温度(SST)实测资料,选取相应时间的MODIS遥感影像,通过对4个相关变量的线性回归统计,建立了适用于福建近岸的SST区域反演模型,对建立的反演模型精度进行验证,并与SeaDAS模型的反演精度进行比较,SST区域反演模型的精度优于SeaDAS模型。利用该SST区域反演模型,对福建近岸的SST进行了遥感反演和时空变化分析。结果表明,福建近岸的SST与大陆沿岸流、南海暖流、台湾海峡东岸黑潮暖流的分布以及季节的变化密不可分。

福建近岸浅海沉积物元素丰度及含量变化特征

通过福建省沿海经济带生态地球化学调查,在福建近岸浅海区域共采集479件沉积物样品,分析测试了52种化学元素以及pH值和有机碳等指标。总结了该区域浅海沉积物化学元素的丰度、含量变化及其区域分布,并分不同沉积物类型统计有害元素的污染起始值。福建近岸浅海沉积物与中国浅海沉积物对比,大部分元素的含量高于中国浅海沉积物,含量变化基本遵循"元素的粒度控制律",除Si元素相反外,Al、Fe、Cu、Co、Ni等绝大多数元素的含量随沉积物粒度变细(砂→粉砂→泥)而升高,有些元素在泥质沉积物中的含量常高出砂质的数倍;其高值、高背景区的区域分布也总是与细粒沉积物有关,而低值、低背景区则明显地与砂质沉积物的分布相关。

福建近岸海域海水中^(137)Cs活度浓度分析

随着宁德核电和福清核电首台机组投产,核电逐步发展成为福建省中远期的主力能源之一,由此,近岸海域的放射性水平受到民众关注。分布在海水中的多种裂变产物中,137Cs占有特殊地位,其半衰期长,对海水生物和人类的潜在危害深远。该研究选取了福建近岸海域7个地点海水进行调查,对这些海水进行137Cs的放射性水平检测,结果表明,7个地点海水的137Cs平均活度在1.33~1.89 m Bq/L之间,远低于海水水质标准中137Cs环境容许标准(0.7Bq/L),7个地点海水137Cs活度浓度均在环境正常水平。

福建近岸海域表层沉积物重金属、PCBs潜在生态风险评价

对福建近岸海域38个表层沉积物样进行测试分析,探讨了沉积物中重金属(Hg、Cd、Cr、Pb、Cu、Zn、As)和多氯联苯(PCBs)的空间分布特征及其可能的来源,并采用Hakanson潜在生态风险指数法进行了污染评价。结果表明:(1)三沙湾和闽江口—妈祖海域的重金属富集较为严重,罗源湾及湾口外海域沉积物污染程度较低;(2)沉积物中PCBs没有新的来源,重金属主要来自岩石自然风化和侵蚀、工业排污、生活污水以及船只油品泄漏;(3)三沙湾具有中等偏高的潜在生态风险;闽江口—妈祖海域整体接近、局部已达中等潜在生态风险;罗源湾及湾口外海域均属低潜在生态风险。Cd和Hg是主要的生态风险贡献因子,各元素的平均生态风险指数由大到小依次为:Cd>Hg>As>Cu>PCBs>Pb>Cr>Zn。

福建近岸悬浮泥沙浓度遥感监测

本文研究利用遥感技术监测大面积海域的悬浮泥沙浓度(SSC)、综合探究福建近岸SSC的时空变化规律:采用前人通过实测资料建立的福建近岸海域的SSC反演模型,选取不同时相的MODIS数据集,利用IDL&ENVI对福建近岸海域的SSC进行遥感反演,并从SSC的基本分布模式、随潮汐变化、随季节变化和随风场变化等4个方面进行时空变化分析。结果表明,福建近岸海域SSC由近岸向外岸逐渐降低;大潮时的SSC高于小潮时的SSC;福建省三大流域入海处的SSC在秋季最高;此外,SSC的分布受风速和风向的影响很大。

MODIS时序影像的福建近岸叶绿素a浓度反演

叶绿素a(Chl-a)浓度是可以直接遥感反演的重要水质参数之一,常用来评价近岸水体的富营养化程度.为有效监测福建近岸水域中的叶绿素a浓度变化,本文利用MODIS时间序列影像数据,采用适用于小样本数据的机器学习方法随机森林(Random Forest, RF)和传统的特征波段比值(Band Ratio, BR)方法,结合时序浮标观测数据,在浮标观测站点有限的情况下,采用"以时间连续补空间稀疏"的建模策略,分别对福建近岸不同时相叶绿素a浓度进行遥感反演,并对反演结果进行验证与分析.结果显示RF、BR两种方法反演的均方根误差(RMSE)分别为0.49、0.52μg·L^(-1),平均绝对百分比误差(MAPE)分别为37.50%、50.20%,平均决定系数(R^2)分别为0.87、0.21.可见,基于MODIS时序影像的RF模型可较准确估测福建近岸叶绿素a浓度,且精度优于BR模型.在近岸水环境普遍恶化且浮标观测站点有限的情况下,本研究可提供一种有效监测叶绿素a浓度的方法,有利于福建近岸水环境(如赤潮)的遥感监测.

基于历史记录的赤潮灾害危险性区划方法的构建与应用

利用福建省近岸海域1959—2018年的赤潮历史记录数据资料,在地理信息系统(Geographical Information System,GIS)平台下采用核密度估计函数(kernel density estimation)对赤潮历史记录数据中的赤潮发生频次、赤潮发生持续时间、赤潮面积和赤潮藻类毒性等参数进行了空间评估分析并根据赤潮灾害危险度区划方法得到未来5 a福建省近岸海域赤潮灾害危险性空间分布情况,同时创新性地提出赤潮危险性区划结果的验证方法。危险性区划结果表明未来5 a福建省近岸海域处于极高危险性区的海域主要有霞浦县近岸海域、连江县近岸海域、平潭县近岸东部海域及厦门市同安湾近岸海域。处于高危险性区的海域主要有福鼎市-霞浦县近岸海域、罗源县-连江县近岸海域、平潭县周边近岸海域东部海域、福清市南部-莆田东北部近岸海域、石狮市周边近岸海域及厦门市近岸海域,其余海域处于中危险性区和低危险性区。验证结果表明构建的区划方法和区划结果具有较好的合理性和可信性,区划结果将为福建省近岸海域赤潮灾害应急处置、纳污海域污染总量控制制定有效的管理措施提供科学依据,从而达到防灾减灾的目的,而且对指导海洋水产养殖、滨海旅游业规划等具有重要的科学意义。