基于拐点分析的汉江水华暴发突变与归因研究

作     者：程兵芬 夏瑞 张远 张楠 张新飞 刘成建 CHENG Bingfen;XIA Rui;ZHANG Yuan;ZHANG Nan;ZHANG Xinfei;LIU Chengjian

作者机构：北京师范大学水科学研究院北京100875 中国环境科学研究院北京100012 西北大学城市与环境学院/陕西省地表系统与环境承载力重点实验室陕西西安710127 

出 版 物：《生态环境学报》 (Ecology and Environmental Sciences)

年 卷 期：2021年第30卷第4期

页      面：787-797页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 0706[理学-大气科学] 

基　　金：美丽中国生态文明建设科技工程专项资助项目(XDA23040500) 长江生态环境保护修复联合研究(第一期)(2019-LHYJ-01-0103,2019-LHYJ-01-0102) 

主　　题：汉江 藻类密度 STL趋势分解 影响因素 冗余分析 

摘      要：科学认知河流生态退化的突变过程一直是水生态学科的研究难点。该文面向汉江河流水华的演变规律和成因,建立基于拐点分析(Mutation Test)的河流水华诊断与归因分析方法。综合采用STL趋势分解法(Seasonal Trend Decomposition using LOSS)、MK突变检验法(Mann-Kendall)以及冗余分析(Redundancy Analysis,RDA)等多源统计诊断与归因分析方法,重点分析了2004—2017年2—4月汉江武汉段藻类密度的时间变化趋势和突变点,识别了水华年和非水华年期间藻类密度主要影响因子。结果表明,(1)2004—2017年2—4月汉江武汉段宗关、白鹤嘴与琴断口3个观测站藻类密度均值为0.37×10^(7) cell·L^(−1),峰值浓度为5.3×10^(7) cell·L^(−1),其中2004—2008年呈显著上升趋势,2008—2014年呈显著下降趋势,2008年前后为汉江藻类密度突变点。(2)汉江武汉段水华年主要发生在2008—2011年和2016年,2月中旬至3月上旬藻类密度最大,2008年水华事件为近20年最严重。(3)汉江武汉段藻类密度2008年前后出现峰值及拐点的主要原因为总氮、总磷、流量以及水位差的突变;其中,与非水华年相比,水华年流量下降15%,总氮、总磷均偏高2%左右。(4)较高的总磷含量、适宜的水位差及较小的流量综合导致2004—2017年春季汉江水华现象发生。总磷含量是水华年与非水华年汉江藻类生长的主要限制营养元素,水华年水位差对藻类生长影响显著。建议下一步重点开展汉江总磷源解析,监控汉江武汉段的流量,预防“顶托作用的形成。