【摘要】：本研究通過2013年3月和8月兩個航次的調(diào)查(范圍為122.2°～124.1°E,28.9°～32.1°N)結(jié)果對比分析了長江口鄰近海域冬、夏季浮游植物生物量分布和粒級結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境要素分布的關(guān)系,探索了浮游植物光吸收特性的時空變化,建立吸收系數(shù)參數(shù)化模型；對比分析了8月赤潮水體與非赤潮水體的三要素光吸收特性；通過實驗室內(nèi)對長江口鄰近海域常見的5種硅藻——中肋骨條藻、威氏海鏈藻、柔弱角毛藻、璇鏈角毛藻和三角褐指藻以及2種甲藻——東海原甲藻和米氏凱倫藻進(jìn)行單種培養(yǎng)實驗,分別探索了藻類生長過程中水色組分光吸收特性,并建立吸收系數(shù)參數(shù)化模型。浮游植物生物量的空間分布因季節(jié)不同而存在差異。3月葉綠素a濃度(cholorophyll-a concentration, Chla濃度)在調(diào)查海域自西向東逐漸降低,由北向南先升高后降低,變化范圍為0.46～2.07 mg m-3；8月Chla濃度整體上由西北向東南降低,高值區(qū)與長江沖淡水的擴展方向較為一致,最低值出現(xiàn)在東南外海,變化范圍為0.24～37.73 mg m-3,由河口及東北部淺水海域向外海過渡時小粒徑浮游植物細(xì)胞所占比例抬升。Chla濃度的變化直接影響浮游植物吸收系數(shù)(phytoplankton absorption coefficient, αph(γ))的數(shù)值大小,3月和8月aph(440)的變化范圍分別是0.008～0.073m-1和0.012～0.822 m-1。浮游植物比吸收系數(shù)(specific absorption coefficient of phytoplankton, α* ph(γ))的時空變化較大,3月和8月a*ph(440)的范圍分別是0.016～0.123 m2 mg-1和0.012～0.064 m2 mg-1。3月浮游植物粒徑和Chla濃度更小,非光合類胡蘿卜素與Chla濃度之比更大,因而其a*ph(λ)大于8月。aph(λ)與參考波長440 nm和670 nm處的吸收系數(shù)服從Lee(1995)模型,且A類水體aph(λ)基于參考波長440 nm的參數(shù)化模型對A類水體的模擬精度最高,B類水體aph(λ)基于參考波長440 nm的參數(shù)化模型對B類水體的模擬精度最高。aph(440)和aph(675)與Chla濃度呈冪函數(shù)關(guān)系,單獨擬合8月數(shù)據(jù)和綜合考慮3、8月數(shù)據(jù)時aph(440)和aph(675)與Chla濃度的擬合程度高,反推aph(λ)的精度最高。8月的現(xiàn)場調(diào)查顯示,在52個調(diào)查站位中,共10個站位觀測到赤潮,其中,6個站位為硅藻赤潮,3個站位為甲藻赤潮。赤潮水體和非赤潮水體aph(λ)變化很大,而a*ph(λ)變化相對較小,赤潮和非赤潮水體a*ph(440)的平均值分別為0.023 m2mg-1和0.035 m2 mg-1。從赤潮水體向非赤潮水體過渡,大粒徑浮游植物所占比例減小,小粒徑浮游植物所占比例上升,打包效應(yīng)減小,因而比吸收系數(shù)升高。浮游植物粒徑指數(shù)的變化對440 nm和675 nm處的比吸收系數(shù)變化的貢獻(xiàn)可分別達(dá)到43%和25%。不同類型赤潮(如硅藻和甲藻赤潮)在浮游植物粒級結(jié)構(gòu)接近的情況下吸收光譜仍具有明顯差異,這是色素組成不同的結(jié)果。甲藻赤潮中硅甲藻黃素和葉綠素c2的濃度之和與葉綠素a濃度的比值大于硅藻赤潮,是甲藻在465 nm附近出現(xiàn)吸收肩峰的重要原因。有色溶解有機物(colored dissolved organic matter, CDOM)是長江口鄰近海域重要的水色組分。赤潮暴發(fā)時,CDOM吸收系數(shù)(absorption coefficient of CDOM,αg(γ))在440 nm處的吸收系數(shù)顯著升高,并與Chla濃度呈弱正相關(guān),且CDOM光譜斜率(spectral slope of CDOM, Sg)在近岸赤潮區(qū)升高,這都表明浮游植物降解是CDOM的重要組分。受赤潮影響,非色素顆粒物(non-algal particles, NAP)的吸收系數(shù)(absorption coefficient of NAP,ad(λ)也有著與非赤潮水體不同的特性,赤潮水體ad(440)與Chla濃度呈現(xiàn)良好的正相關(guān),說明由浮游植物產(chǎn)生的有機碎屑是赤潮水體NAP的重要來源,而非赤潮水體則ad(440)與Chla濃度則無明顯相關(guān)關(guān)系。為進(jìn)一步探索不同類型赤潮所引起的水體光吸收特性差異,本研究對7種長江口鄰近海域常見藻類物種進(jìn)行室內(nèi)單種培養(yǎng)實驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn),7種藻的吸收光譜總體上在各自的培養(yǎng)期內(nèi)變化趨勢較為相似,aph(λ)參考波長440 nm和675nm處的吸收系數(shù)服從Lee(1995)模型,且東海原甲藻基于aph(675)參數(shù)化模型的擬合效果優(yōu)于基于aph(440)的參數(shù)化模型,而米氏凱倫藻和5種硅藻基于aph(675)和aph(440)的參數(shù)化模型精度相仿。2種甲藻在465 nm處的吸收峰很明顯,而硅藻的吸收峰不明顯。495 nm附近硅藻和甲藻的吸收峰分別是巖藻黃素和多甲藻素作用的結(jié)果。硅藻在630～650 nm內(nèi)硅藻吸收光譜較陡,而甲藻由于葉綠素c含量高,其在643 nm附近的吸收峰填補了由Chla造成的吸收谷的影響,因而630～650 nm內(nèi)的吸收光譜較為平緩。7種藻在培養(yǎng)周期內(nèi)ad(λ)的在可見光波段的量值遠(yuǎn)小于與其分別對應(yīng)的aph(λ),440 nm處硅藻的ad(λ)與顆粒物總吸收系數(shù)之比不超過13%,甲藻不超過27%。硅藻和甲藻藻液的ad(λ)在412 nm處有脫鎂葉綠素殘余的吸收峰。5種硅藻藻液的NAP光譜斜率(spectral slope of NAP,Sd)的平均值均為0.014 nm-1,而2種甲藻均為0.012 nm-1。5種硅藻Sg的平均值在0.013-0.019 nm-1范圍內(nèi)：而2種甲藻Sg的平均值均為0.016 nm-1。本研究從光吸收的角度分析了赤潮水體與非赤潮水體以及不同藻類之間的差別,這對于更加深入地了解長江口鄰近海域水色組分的光學(xué)性質(zhì),建立基于固有光學(xué)量的水色遙感反演算法和赤潮提取算法具有重要意義。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X55

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本文編號：2433696