基于GOCI数据的浙江沿海赤潮监测

浙江是一个拥有丰富海洋资源的海洋大省,同时浙江沿海也是赤潮高发区,开展浙江海域赤潮监测的研究对于浙江省海洋生态保护和海洋经济发展具有重要的意义。遥感技术可以实现赤潮的高效监测,在赤潮监测研究中被广泛应用。文章基于高时空分辨率GOCI影像研究浙江沿海的赤潮监测。首先使用紫外波段大气校正方法获得GOCI的遥感反射率数据,进而基于遥感反射率数据反演得到浙江沿海的总悬浮物浓度(Total Suspended Particulate Matter,TPM)和赤潮指数(Red Tide Index,RI),最后在通过实验获得用于浙江沿海赤潮信息提取的TPM和RI的最佳阈值后进行赤潮监测。统计分析结果表明TPM和RI的最佳阈值分别为17 mg·L^−1和0.23,即当水体TPM不大于17 mg·L^−1且RI不小于0.23时判断为赤潮水体。使用TPM和RI最佳组合阈值提取2011—2016年间5次较为典型的赤潮事件的面积误差范围为20.45%—127.34%,平均面积误差为64.86%,表明本文赤潮提取结果的误差是可接受的;同时提取到的赤潮分布及位置信息亦与海洋公报中的记录基本吻合。赤潮提取结果所具有的位置准确性和较小的面积误差说明该文的方法可用于浙江沿海赤潮监测的参考。最后,又以2011年5月29日温州海域和2014年5月23日舟山海域的赤潮事件为例进行了浙江海域赤潮的日变化规律研究。结果表明浙江海域的赤潮发生面积存在明显的先增后减的日变化规律,并且在正午时刻左右达到最大值,这种赤潮面积的日变化可能与浮游植物昼夜垂直迁移有关。

赤潮灾害风险评估方法研究——以辽宁近岸海域为例

以赤潮灾害风险理论为依据,结合辽宁沿海城市近70年长期赤潮灾害历史资料数据,建立了辽宁近岸赤潮灾害风险评估指标体系,运用熵权法及层次分析法分析指标权重,构建了危险度指数、承灾体脆弱性指数灾害风险评价模型,最后,利用自然灾害风险分级矩阵方法进行灾害风险分级。风险评估结果显示,辽宁沿海城市大连市属于极高风险等级,丹东市、营口市、葫芦岛市属于中风险等级,盘锦市和锦州市处于较低风险等级。评价结果与近十年赤潮灾害历史统计数据基本吻合,该方法的建立对辽宁近岸海域赤潮灾害风险界定及防治具有重要意义。

江蓠对赤潮消亡及主要水质指标的影响

跟踪监测八尺门海区赤潮的消亡过程并在室内和海区进行实验,研究江蓠(Gracilariatenuistipitata)对赤潮的消亡和水质的影响。结果表明,江蓠可以加速中肋骨条藻赤潮的消亡,避免赤潮消亡后水体出现缺氧状态,减轻赤潮对环境的损害。采用室内模拟的办法,可以了解海区赤潮的发展趋势及赤潮消亡过程中溶解氧的浓度变化情况,为控制赤潮提供科学依据。

基于海洋一号D卫星海岸带成像仪的赤潮遥感监测特征

为进一步加强对赤潮等海洋生态灾害的动态监测,科学支撑海洋防灾减灾工作,文章基于海洋一号D卫星搭载的海岸带成像仪数据,选取北部湾、茂名近岸和陵水湾为研究区域,分析2021年2月发生的4例赤潮事件的遥感影像、叶绿素a浓度和赤潮指数特征。研究结果表明:遥感影像可清晰呈现赤潮分布状况,叶绿素a浓度和赤潮指数的异常值范围与遥感影像一致,赤潮水体的叶绿素a浓度和赤潮指数整体高于非赤潮水体。

基于GOCI的渤海海域赤潮监测研究

自2000年以来,渤海海域每年都有赤潮发生,这往往使渤海沿海水域深受其害。世界首个地球同步海洋水色成像仪GOCI在监测渤海海域赤潮的分布和短期运动上具有明显的优势。利用GOCI遥感数据,建立了一个改进型赤潮指数(red tide index)的赤潮反演模型,并且证明了在浑浊水域中描述赤潮的有效性。2014年5月15日、26日和28日的每天8幅RI图像均呈现出赤潮面积先增大后减小的变化,并且使用RI阈值3.8,4和4.2,虽然赤潮面积有所改变,但1 d内相对的变化趋势仍基本保持一致。5月15日、26日和28日赤潮区域叶绿素a浓度均在11:30达到最大值,1 d内赤潮区域叶绿素a浓度的不断变化是引起赤潮的藻类垂直迁移导致的结果,从而导致赤潮1 d内发生明显的变化。因此,GOCI可以有效地进行渤海赤潮的短期和长期运动监测。

基于OLCI数据的浙江近岸海域赤潮监测研究

赤潮监测对于赤潮的治理、预防和减少灾害具有重要意义。与传统的赤潮监测手段相比,遥感技术具有低成本、高效率、高覆盖度等优势,在赤潮监测方面具有广阔的应用前景。本文首先基于实测光谱数据,验证了C2RCC大气校正算法在浙江近岸海域的有效性;然后,利用2017—2020年3期赤潮爆发时期的OLCI影像数据,分别采用Chl-a浓度阈值法、改进型赤潮指数RI和赤潮水体遥感识别指数RDI 3种典型算法展开浙江近岸海域的赤潮监测研究。结果表明:1)C2RCC算法大气校正效果较好,适用于OLCI影像数据和浙江近岸海域。2)基于OLCI影像的RDI模型的赤潮监测精度最高,不易受高TSS和CDOM等成分的影响,监测结果更稳定;Chl-a浓度阈值法和RI方法易受悬浮物泥沙的影响,导致临岸海域误判赤潮现象。3)赤潮遥感监测技术可以弥补传统手段无法获取赤潮空间分布的缺点,大大提升海洋赤潮监测预警的效能。本文研究对于浙江近岸海域赤潮监测预警、海洋生态保护、海洋资源管控等具有重要现实意义,同时也可以为我国其他海域的赤潮监测提供技术参考。

秦皇岛湾人工智能赤潮预警研究

本文提出了多指标阈值和基于机器学习的人工智能赤潮预警模型两种赤潮灾害预警方法。其中,多指标阈值法根据赤潮生消过程中环境因子的变化规律,基于已知藻类密度超过基准密度或发生赤潮事件数据极少的现状,结合秦皇岛湾海域的地域特色,找出主要影响因子并基于这些影响因子的数值分布分别设置阈值,预测赤潮现象的发生;基于机器学习的赤潮综合预警模型是将发生赤潮与未发生赤潮的数据集建立对照组,从数据中学习并掌握赤潮发生规律,继而对赤潮现象做出预测。实验结果表明本文提出的赤潮预警方法具有较准确的预测结果。

渤海湾天津近岸海域化学需氧量的分布特征、影响因素及与富营养化的关系

本文根据2014年春季(5月)、夏季(8月)、秋季(10月)天津近岸海域18个站位的海水质量监测数据,分析了海水中化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)的时空分布特征和海域富营养化状况,研究了COD与营养状态质量指数(NQI)的关系,浅析了赤潮生消过程中COD浓度的变化。结果表明,夏季COD高于春季和秋季,季节性差异显著;COD基本呈现近岸高外海低、南部高北部低的趋势;NQI指数的变化范围为1.68~12.50,平均值为4.46,富营养化严重;COD与NQI指数具有显著正相关性,一定程度上可以反映海域富营养化状况;COD与赤潮生物密度、Chl a呈极显著正相关关系,在反映赤潮生消过程中有重要作用。

基于光谱相似性指数的赤潮藻荧光识别技术

东海原甲藻(Prorocentrum dentatum)、裸甲藻(Gymnodinium stein)和中肋骨条藻(Skeletonema costatum)是近几年我国东海频繁引发赤潮的藻种。基于这三种赤潮藻的活体叶绿素荧光激发光谱,通过计算光谱相似性指数对其进行识别。结果表明,活体叶绿素荧光激发光谱在平行测量和不同生长期的相对标准偏差(RSD)分别小于3%和5%;光谱混合及混合海藻荧光光谱与标准谱之间的光谱相似性指数与混合比例之间存在线性关系。通过计算混合藻的荧光光谱与标准谱之间的相似性指数能够定性地识别引发赤潮的藻种,并半定量地估计赤潮藻种的相对含量。当噪声小于25%时,噪声基本不会对赤潮藻的识别分析产生影响。