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沉降除藻协同沉积物覆盖对藻华水体甲烷释放的影响

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环境科学 2019年第9期40卷 4238-4243页

作者：朱琳于江华施文卿易齐涛曹华勇蒲寅羽南京信息工程大学环境科学与工程学院江苏省大气环境监测与污染控制高技术研究重点实验室南京210044 南京水利科学研究院生态环境研究中心南京210029 安徽理工大学地球与环境学院淮南232001

本研究以藻华水体甲烷释放为对象,利用模拟柱培养实验,探究了沉降除藻和沉积物覆盖复合技术对富营养化甲烷释放的影响.结果表明,沉降除藻结合沉积物覆盖处理可有效改善水环境,实现对甲烷释放的控制,但不同覆盖材料的效果存在差异;活性... 详细信息

本研究以藻华水体甲烷释放为对象,利用模拟柱培养实验,探究了沉降除藻和沉积物覆盖复合技术对富营养化甲烷释放的影响.结果表明,沉降除藻结合沉积物覆盖处理可有效改善水环境,实现对甲烷释放的控制,但不同覆盖材料的效果存在差异;活性炭效果要优于土壤和沸石.相比于对照体系水体溶解氧(DO)藻协同活性炭覆盖体系中水体DO和ORP分别升高至3.1mg·L^-1和174mV,沉积物界面ORP逆转为168mV,实验期间甲烷释放量相对于对照组减少90.2%.研究结果在富营养水体甲烷减排方面具有指导性意义.

关键词：甲烷藻华沉降除藻沉积物覆盖氧化还原电位

深圳大鹏湾一次球形棕囊藻藻华的发生过程及成因分析

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热带海洋学报 2022年第3期41卷 164-171页

作者：刘悦李丽翟晓辉周娟叶鹏浩黄盛东深圳市海洋发展研究促进中心广东深圳518029

2021年1月下旬深圳大鹏湾沿岸海域发生球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)藻华。为了探究球形棕囊藻藻华发生动态特征及其影响因素,于1月20日至2月1日系统调查分析了藻华发生过程中浮游植物优势种演替、球形棕囊藻囊体数量、营养盐水平以... 详细信息

2021年1月下旬深圳大鹏湾沿岸海域发生球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)藻华。为了探究球形棕囊藻藻华发生动态特征及其影响因素,于1月20日至2月1日系统调查分析了藻华发生过程中浮游植物优势种演替、球形棕囊藻囊体数量、营养盐水平以及其他环境因素的变化。结果表明:1月20日,中肋骨条藻(Skeletonema costatum)为绝对优势种,1月21日球形棕囊藻囊体开始出现,1月25日囊体数量达到最高,达69colonies·L^(–1);1月27日红色赤潮藻(Akashiwo sanguinea)藻华出现,随后球形棕囊藻藻华逐渐消退。灰关联分析显示,铵盐和硝酸盐是影响球形棕囊藻囊体丰度的最主要因素。水体扰动和球形棕囊藻在磷限制条件下的竞争优势也可能有利于球形棕囊藻藻华的发生。红色赤潮藻藻华可能是球形棕囊藻藻华消退的主要原因。球形棕囊藻藻华的发生和消亡是各种理化因素和生物因素共同作用的结果。

关键词：大鹏湾球形棕囊藻藻华环境因素

基于3种时间序列模型的九龙江河流库区藻华预测

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环境科学学报 2022年第11期42卷 172-183页

作者：任树顺高萌王煦雯余镒琦陈纪新陈能汪厦门大学环境与生态学院福建省海陆界面生态环境重点实验室厦门361102 厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室厦门361102 罗德岛大学海洋学研究生院纳拉甘西特美国罗德岛028824 中国海洋大学环境科学与工程学院青岛266100

湖库富营养化和有害藻华是全球性生态环境问题,藻华预测与早期预警是保障湖库水源地供水安全的关键技术.如何基于高频水生态在线监测数据进行藻华的实时动态预测成为水生态管理领域的重大需求.本研究以福建省九龙江江东库区(水源地)为例... 详细信息

湖库富营养化和有害藻华是全球性生态环境问题,藻华预测与早期预警是保障湖库水源地供水安全的关键技术.如何基于高频水生态在线监测数据进行藻华的实时动态预测成为水生态管理领域的重大需求.本研究以福建省九龙江江东库区(水源地)为例,利用3年连续观测的逐时平均总叶绿素a浓度数据,对比研究了SARIMA、Prophet和LSTM(长短期记忆神经网络)3种时间序列模型在藻华(日平均叶绿素a大于15μg·L^(-1))预测方面的效果.结果表明:(1)时间序列模型要求参数少,灵活性强,能清晰反映水质特征和未来变化趋势,可弥补传统藻类监测预警方法的局限性;(2)基于深度学习框架的LSTM模型,具有独特的迭代优化算法,对藻类非线性变化特征的识别和预测能力较强,其总叶绿素a逐日预测和7日预测效果均显著优于SARIMA模型和Prophet模型;(3)输入数据长度会在一定程度上影响模型预测效果,最优的输入数据时间长度为7 d;输入数据频率对预测效果也有影响,在预测非藻华日时,小时数据的预测效果优于日频率数据;在预测藻华日时,两种频率数据无显著差异,但日频率数据能更准确识别藻华日特征.总结起来,基于LSTM模型实现总叶绿素a浓度的短期预测,可为九龙江河流库区藻华早期预警和供水安全保障提供技术支撑.

关键词：藻华预测模型人工神经网络高频监测叶绿素a 九龙江

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岱海叶绿素a遥感反演模型及藻华监测研究

岱海叶绿素a遥感反演模型及藻华监测研究

作者：冷潇涵内蒙古大学

学位级别：硕士

岱海湖面持续萎缩和人类活动增强造成水质环境不断恶化,水体富营养化严重,藻华发生频率增加,开展岱海水体叶绿素浓度反演模型和藻华遥感监测研究对岱海水环境治理及保护具有重要意义。本文利用现场实测数据,建立了基于Sentinel-2卫星的... 详细信息

岱海湖面持续萎缩和人类活动增强造成水质环境不断恶化,水体富营养化严重,藻华发生频率增加,开展岱海水体叶绿素浓度反演模型和藻华遥感监测研究对岱海水环境治理及保护具有重要意义。本文利用现场实测数据,建立了基于Sentinel-2卫星的叶绿素a浓度遥感反演模型;基于长时序Landsat系列卫星,构建了一种新的藻华监测指数,即降噪藻华指数(Denoising algal bloom index,DABI);利用多期卫星遥感数据,分析了2016-2022年岱海非冰封期叶绿素浓度的时空变化特征,及1986-2022年岱海藻华暴发的时空特征;并探究了水质参数和气象要素对叶绿素浓度及藻华的影响。主要结论如下:(1)705、665和560nm波段组合与叶绿素a浓度的相关性高于其他波段或组合,所构建的Sentinel-2卫星影像叶绿素a多项式反演模型效果最佳,验证精度为:R=0.78,RMSE=3.52 mg/m,MAPE=46.05%。(2)基于不同水体组分反射光谱特征,构建了一种新的适用于Landsat系列卫星影像的降噪藻华指数,经岱海2期遥感影像藻华识别精度验证,总体精度为0.9631和0.9574,Kappa系数为0.8019和0.8865,R为0.9481和0.9714,RMSE为0.0048和0.0052,相比于NDVI、EVI、FAI和AFAI等指数的藻华监测效果更佳;且该藻华监测指数具有较强的普适性,可应用于太湖、巢湖、滇池等内陆湖泊以及胶州湾等沿海海域。(3)2016-2022年,岱海平均叶绿素浓度总体上呈现出下降趋势,2016和2017年较高,年均值在20 mg/m左右,2018-2021在10-15 mg/m之间,2022年略有上升,约为14.4 mg/m。空间上,近岸叶绿素高于湖中心,但整体上较为均一。(4)1986-2022年,Landsat系列卫星共监测到藻华15次,2000年前藻华发生较少,且面积较小;2000年后,藻华发生次数明显增加,且面积相对增大,2013年藻华最为严重,面积比例达24.14%,但2018年后未监测到藻华发生。岱海藻华主要发生在7-10月,尤以8和9月频次最高,且面积比例较大。(5)各水质参数中,总氮和总磷在藻华发生年份均升高,总磷尤为明显,溶解氧则显著降低;气象要素中,仅水温与岱海藻华面积比例变化趋势相同。(6)风速月际变化与叶绿素浓度和藻华面积比例呈负相关,降水和气温的月际变化与叶绿素浓度和藻华面积比例呈正相关,风速是实时影响叶绿素浓度和藻华面积比例,而降水和气温则呈现出滞后性。

关键词：岱海叶绿素a 藻华反演模型藻华指数遥感监测

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春末东海北部冷涡区环境特征及藻华成因探讨

中国环境科学 2023年第3期43卷 1349-1359页

作者：赵宇航韦钦胜辛明谢琳萍孙霞王保栋自然资源部第一海洋研究所海洋生态环境科学与技术重点实验室山东青岛266061 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室山东青岛266237

基于2019年春末所获取的东海调查资料,通过分析温度、盐度、营养盐和叶绿素a(Chl-a)等理化参数的分布特征和空间格局,重点对东海北部冷涡区水文环境特征、营养盐动力过程及藻华发生机制进行了探讨.研究表明:济州岛西南海域的低温区清晰... 详细信息

基于2019年春末所获取的东海调查资料,通过分析温度、盐度、营养盐和叶绿素a(Chl-a)等理化参数的分布特征和空间格局,重点对东海北部冷涡区水文环境特征、营养盐动力过程及藻华发生机制进行了探讨.研究表明:济州岛西南海域的低温区清晰显示了春末东海北部冷涡的位置,且冷涡边缘锋面区冷水的抬升指示了上升流的存在.冷涡区的营养盐来源于冬季南下的黄海西部沿岸流的水平输运,冷涡边界锋区的上升流在一定程度上控制着营养盐的垂向输送.春末济州岛西南的Chl-a高值区(最高Chl-a含量为5.69μg/dm^(3))预示了藻华的发生,其与东海北部冷涡和营养盐高值区位置总体相吻合.较高的营养盐水平、良好的光照和增强的水体稳定度是春末东海北部冷涡区藻华形成的有利因素,同时该冷涡与南部高温、高盐水交汇形成的西北-东南向锋面对Chl-a高值区的空间格局与位置也具有重要影响.济州岛西南海域水体浊度较低,满足浮游植物生长所需光照条件所能达到的垂向深度较大,导致冷涡藻华区存在次表层Chl-a高值.该研究为进一步深入认识东海北部初级生产过程的调控机制和开展区域生态系统动力学研究等提供了重要科学依据.

关键词：东海北部冷涡营养盐藻华东海

春末东海北部冷涡区的环境特征及藻华成因探讨

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中国环境科学 2022年

作者：赵宇航韦钦胜辛明谢琳萍孙霞王保栋自然资源部第一海洋研究所海洋生态环境科学与技术重点实验室青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室

基于2019年春末所获取的东海调查资料，通过分析温度、盐度、营养盐和叶绿素a(Chl-a)等理化参数的分布特征和空间格局，重点对东海北部冷涡区水文环境特征、营养盐动力过程及藻华发生机制进行了探讨.研究表明:济州岛西南海域的低温区清... 详细信息

基于2019年春末所获取的东海调查资料，通过分析温度、盐度、营养盐和叶绿素a(Chl-a)等理化参数的分布特征和空间格局，重点对东海北部冷涡区水文环境特征、营养盐动力过程及藻华发生机制进行了探讨.研究表明:济州岛西南海域的低温区清晰显示了春末东海北部冷涡的位置，且冷涡边缘锋面区冷水的抬升指示了上升流的存在.冷涡区的营养盐来源于冬季南下的黄海西部沿岸流的水平输运，冷涡边界锋区的上升流在一定程度上控制着营养盐的垂向输送.春末济州岛西南的Chl-a高值区(最高Chl-a含量为5.69μg/dm3)预示了藻华的发生，其与东海北部冷涡和营养盐高值区位置总体相吻合.较高的营养盐水平、良好的光照和增强的水体稳定度是春末东海北部冷涡区藻华形成的有利因素，同时该冷涡与南部高温、高盐水交汇形成的西北-东南向锋面对Chl-a高值区的空间格局与位置也具有重要影响.济州岛西南海域水体浊度较低，满足浮游植物生长所需光照条件所能达到的垂向深度较大，导致冷涡藻华区存在次表层Chl-a高值.该研究为进一步深入认识东海北部初级生产过程的调控机制和开展区域生态系统动力学研究等提供了重要科学依据.

关键词：东海北部冷涡营养盐藻华东海

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阳离子化壳聚糖改性黏土絮凝去除藻华

环境工程学报 2018年第9期12卷 2437-2445页

作者：靳晓光张洪刚潘纲中国科学院生态环境研究中心北京100085 中国科学院大学北京100049

壳聚糖改性黏土可以用于治理藻华,但未经改性的壳聚糖具有电荷密度小、溶解度小、pH适用范围较窄以及分子质量较小等缺点,影响了壳聚糖改性黏土除藻的性能。为了优化壳聚糖的絮凝除藻性能,以二甲基二烯丙基氯化铵为阳离子醚化剂,在微波... 详细信息

壳聚糖改性黏土可以用于治理藻华,但未经改性的壳聚糖具有电荷密度小、溶解度小、pH适用范围较窄以及分子质量较小等缺点,影响了壳聚糖改性黏土除藻的性能。为了优化壳聚糖的絮凝除藻性能,以二甲基二烯丙基氯化铵为阳离子醚化剂,在微波条件下对壳聚糖进行改性合成阳离子型壳聚糖,并研究了阳离子壳聚糖溶解度随pH的变化,以及用它改性后的黏土颗粒的表面电位的变化,并对阳离子壳聚糖改性黏土和壳聚糖改性黏土的絮凝除藻性能进行比较。结果表明,阳离子壳聚糖在酸性和碱性条件下都具有很好的溶解性,经其改性后的黏土颗粒的等电点(pH 10.8)显著高于壳聚糖改性黏土的等电点(pH 9.5)。在絮凝实验中,阳离子壳聚糖改性黏土的最大除藻率达到99%,藻絮体粒径为978μm,即使在pH为10时,仍有87%的去除率。结果表明,阳离子壳聚糖改性黏土的除藻性能明显优于未改性的壳聚糖改性黏土。

关键词：壳聚糖阳离子化改性黏土藻华絮凝

基于多源遥感影像的中国藻华和水生植被识别研究

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基于多源遥感影像的中国藻华和水生植被识别研究

作者：蒲静长春师范大学

学位级别：硕士

我国气候多样,湖泊众多,湖泊不仅承担了观赏,娱乐和生态功能,还是人们重要的饮用水来源。然而随着社会经济的发展,越来越多的湖泊水质受到严重污染,在2020年中华人民共和国生态环境部发布的中国生态环境公报中显示,我国有28.1%的湖泊处... 详细信息

我国气候多样,湖泊众多,湖泊不仅承担了观赏,娱乐和生态功能,还是人们重要的饮用水来源。然而随着社会经济的发展,越来越多的湖泊水质受到严重污染,在2020年中华人民共和国生态环境部发布的中国生态环境公报中显示,我国有28.1%的湖泊处于富营养状态,爆发藻华则是水体富营养化发展到最高阶段的表现。藻华的爆发严重影响了湖泊的饮用水源地功能、旅游观光功能、渔业养殖功能等功能,而且一旦饮用水源地发生藻华,还将严重威胁周围居民的健康,为此有效监测藻华刻不容缓。遥感作为一种新的监测方式具有大范围,实时,快速,低成本等优点,被广泛应用。遥感技术从提出到不断发展,研究者们提出各种模型算法丰富了藻华识别方法,提高了藻华反演的精度。也存在一些问题,一是单纯的利用浮游藻类指数（FAI）识别藻华时,在水体高度浑浊的情况下可能出现误判;二是由于藻华和水生植被由于光谱特征相似,利用遥感手段很难区分二者,这些都会降低藻华识别的精度,不利于有效的监测藻华。本文选取五个不同类型的湖泊,利用MODIS和哨兵2影像,基于藻华和水生植被的不同物候特点,实现浑浊水体中藻华和水生植被的区分。经过精度验证,使用MODIS影像的区分精度均在76.6%以上,最高可达97.48%,可以有效区分藻华和水生植被。同时本文利用MODIS影像时间分辨率高的优点,对藻华和水生植被的时空动态变化进行统计分析,有效反映了湖泊藻华爆发的时间,空间特征,藻华面积变化以及湖泊水生植被的生长状况。针对用单一指数提取藻华时浑浊水体易造成干扰等问题,本文通过多个光谱指数有效去除高度浑浊水体对提取植被信息的干扰。选择空间分辨率较高的哨兵2影像,使用FAI、归一化植被指数（NDVI）和归一化水体指数（NDWI）多个指数求并集的方法,构建决策树提取草藻信息,有效去除了高度浑浊造成的干扰。影像提取的植被信息精度明显提高,精度为96.1%。用改进后的植被出现频率指数（VPF）方法分别提取藻华和水生植被,参与精度验证的四个湖识别精度都达到80%以上,实现了藻华和水生植被更加精确的识别。本文所选取的五个湖泊分别位于不同气候带,不同的湖区,代表了不同的湖泊类型,分别用两种影像识别中国五个典型湖泊的藻华和水生植被,实现了藻华和水生植被区分方法在全国不同地区的应用,同时新加入的两个湖泊验证了方法的空间可移植性,并讨论了在中国几个典型湖区的藻华和水生植被最佳识别方法,也为其他相似地物的区分提供参考,该方法在具有不同光学特性的独立湖泊中的空间转移性测试表明了其在其他浑浊水体中的应用前景。这项研究为今后的浑浊水体水质监测提供强有力的方法和理论支持。特别是在缺乏实际测量数据的情况下,这对水环境管理和治理部门具有实际意义。

关键词：藻华水生植被多源遥感植被出现频率指数（VPF）

东海原甲藻藻华和台湾暖流种源关系的进一步研究

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海洋学研究 2020年第2期38卷 38-48页

作者：曾宇兰陆斗定王鹏斌郭若玉管卫兵戴鑫烽自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室浙江杭州310012 自然资源部第二海洋研究所浙江杭州310012 卫星海洋环境动力学国家重点实验室浙江杭州310012

近20 a来,东海近岸海域频繁爆发了大规模的东海原甲藻藻华,造成了该海域生态系统的严重失衡。2013年前的调查研究显示东海原甲藻藻华发源于台湾暖流锋面,随台湾暖流锋面入侵近海而发展扩大,但受调查范围限制未能明确该藻华最早发生位置... 详细信息

近20 a来,东海近岸海域频繁爆发了大规模的东海原甲藻藻华,造成了该海域生态系统的严重失衡。2013年前的调查研究显示东海原甲藻藻华发源于台湾暖流锋面,随台湾暖流锋面入侵近海而发展扩大,但受调查范围限制未能明确该藻华最早发生位置。本研究往南扩展了调查断面,于2013年春、夏季,在24°N^30°N海域进行了4次大面调查。结果显示东海原甲藻藻华最早发生于台湾海峡北端,且随台湾暖流锋面推进向北及近岸扩展。这不仅再次证实了台湾暖流锋面为东海原甲藻藻华的发生提供种源,而且明确了在东海区域东海原甲藻藻华最初发生的位置。这为该藻华的监控提供了重要的科学依据,为其他类似藻华的发生、发展提供了参考。

关键词：东海原甲藻台湾暖流种源藻华