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有机改性粘土去除赤潮生物的机制研究

环境科学 2006年第8期27卷 1522-1530页

作者：曹西华宋秀贤俞志明王奎中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室青岛266071

研究了季铵化合物改性粘土的制备条件对其去除赤潮藻效果的影响,探讨了该粘土体系高效除藻的机制.实验表明,十六烷基三甲基铵(HDTMA)可以有效地提高粘土的絮凝能力,同时HDTMA改性粘土中含有亚稳态HDTMA,增加了该改性粘土对赤潮生物的灭... 详细信息

研究了季铵化合物改性粘土的制备条件对其去除赤潮藻效果的影响,探讨了该粘土体系高效除藻的机制.实验表明,十六烷基三甲基铵(HDTMA)可以有效地提高粘土的絮凝能力,同时HDTMA改性粘土中含有亚稳态HDTMA,增加了该改性粘土对赤潮生物的灭杀能力.改性粘土去除赤潮藻的能力与所吸附季铵化合物的杀藻能力、吸附量正相关,当老化时间延长、吸附季铵化合物稳定性增强时改性粘土除藻能力大大降低.结构不同的粘土对于吸附HDTMA的稳定化产生的空间阻力不同,在吸附量相同的情况下3层结构的蒙脱土中会有更多的亚稳态HDTMA产生;由于同离子效应,反应介质中高价金属阳离子的存在提高了亚稳态HDTMA的量,因此相应的改性粘土具有更高的赤潮藻去除能力.在60℃条件下吸附的HDTMA会更有效地占据粘土中的阳离子交换位,达到稳定态;而升高或降低温度都会有利于亚稳态HDTMA的出现,相应的改性粘土具有更高的赤潮藻去除能力.

关键词：季铵化合物粘土改性赤潮去除机理亚稳态

深圳湾海域赤潮生物演变及赤潮预警关键因子分析

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生态科学 2022年第3期41卷 82-89页

作者：李丽马方方翟晓辉杨伟思叶鹏浩刘悦深圳市海洋发展研究促进中心深圳518029 清华苏州环境创新研究院苏州215163

2020年5月初,深圳湾海域发生近5年来首次赤潮,面积达到6km^(2),前期赤潮优势种为中肋骨条藻(Skeletonema costatum),后期转变为赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo)。布放于深圳湾海域的海洋环境综合浮标自动监测到了赤潮发生过程的海水... 详细信息

2020年5月初,深圳湾海域发生近5年来首次赤潮,面积达到6km^(2),前期赤潮优势种为中肋骨条藻(Skeletonema costatum),后期转变为赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo)。布放于深圳湾海域的海洋环境综合浮标自动监测到了赤潮发生过程的海水水质和生态数据变化:赤潮发生前(4月底)硝酸盐和磷酸盐均大幅升高;赤潮发生期间,叶绿素a浓度迅速升高,最高值达到127.1μg·L^(-1)(5月2日),海水温度持续升高,盐度整体下降;5月4日开始,赤潮逐渐消散,当日水温日均值达到28℃以上,风力也开始升高,盐度则继续降低。经研究分析,本次深圳湾赤潮的主要调控因素可能是水温,活性磷酸盐大幅升高可能是引发中肋骨条藻大规模增殖的诱因,而赤潮后期的陆源水体输入导致的悬浮物增加导致了赤潮快速消亡。本次赤潮优势种从硅藻到针胞藻的转变,主要原因可能是赤潮前期磷酸盐快速消耗导致的磷供应不足。通过数据分析发现,近十几年来,深圳湾海域赤潮生物逐渐从硅藻转变为甲藻及其他藻类,其原因与海域氮磷比持续升高、磷成为限制因子有关,故海域赤潮监测预警应重点关注磷酸盐的变化。

关键词：深圳湾磷酸盐赤潮中肋骨条藻赤潮异弯藻

光照与东海近海中肋骨条藻(Skeletonema costatum)赤潮发生季节的关系

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环境科学 2008年第7期29卷 1849-1854页

作者：孙百晔梁生康王长友王晓波王修林李雁宾中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室国家海洋局宁波海洋环境监测中心站宁波315040

利用船基现场培养实验和模型计算的方法,研究了光照与东海近海春夏季均能发生中肋骨条藻赤潮的关系.结果表明,中肋骨条藻生长的最适光照强度(Iopt)随水温(t)的增加呈'慢升快降'的不对称'倒V'形变化特征,在25℃左右Iopt最大,为121.6 W.m-... 详细信息

利用船基现场培养实验和模型计算的方法,研究了光照与东海近海春夏季均能发生中肋骨条藻赤潮的关系.结果表明,中肋骨条藻生长的最适光照强度(Iopt)随水温(t)的增加呈'慢升快降'的不对称'倒V'形变化特征,在25℃左右Iopt最大,为121.6 W.m-2,Iopt-t曲线符合Blanchard方程;由东海海表水温计算的中肋骨条藻Iopt的季节变化特征与东海海面光照强度、海水透明度的季节变化基本同步(R2=0.907±0.115,p赤潮的重要原因之一.

关键词：中肋骨条藻赤潮季节变化光照东海

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光照在东海近海东海原甲藻赤潮发生中的作用

环境科学 2008年第2期29卷 362-367页

作者：孙百晔王修林李雁宾王长友王爱军梁生康张传松中国海洋大学化学化工学院海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室国家海洋标准计量中心天津300112

利用船基现场培养实验和模型计算的方法,通过对东海原甲藻生长的光照效应和海水中光照最适宜生长水层的分析,研究了光照在东海近海东海原甲藻赤潮孕育和发生中的作用.结果表明,东海原甲藻生长与光照的关系可用Steele方程描述,其生长的... 详细信息

利用船基现场培养实验和模型计算的方法,通过对东海原甲藻生长的光照效应和海水中光照最适宜生长水层的分析,研究了光照在东海近海东海原甲藻赤潮孕育和发生中的作用.结果表明,东海原甲藻生长与光照的关系可用Steele方程描述,其生长的最适光照强度（Iopt）为（38.2±3.8）W·m^-2,比其它几种常见赤潮藻的Iopt（40～133 W·m^-2）低,适应低光照的能力使东海原甲藻在高混浊海水中形成赤潮更具优势.东海近海光照最适宜东海原甲藻生长的水层厚度,由近岸向远岸逐渐增加,在赤潮高发区一般在5～10 m,而且位于水深3～15 m的次表层水层内.赤潮在“赤潮高发区”这个特定海域发生是水体光照和营养盐权衡的结果,而次表层光照最适的特性是导致春季次表层孕育赤潮的重要因素之一.

关键词：东海原甲藻赤潮光照东海

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基于机器学习的绿潮和赤潮提取算法研究

基于机器学习的绿潮和赤潮提取算法研究

作者：李敬虎鲁东大学

学位级别：硕士

绿潮和赤潮是由海水中藻类暴发性增殖导致的海洋灾害,其暴发期间会产生有毒物质造成海洋生物死亡,对沿海地区的水产养殖业、旅游业,以及海洋生态环境造成严重破坏,积极开展绿潮和赤潮监测工作具有重要现实意义。迄今为止,借助卫星遥感... 详细信息

绿潮和赤潮是由海水中藻类暴发性增殖导致的海洋灾害,其暴发期间会产生有毒物质造成海洋生物死亡,对沿海地区的水产养殖业、旅游业,以及海洋生态环境造成严重破坏,积极开展绿潮和赤潮监测工作具有重要现实意义。迄今为止,借助卫星遥感的绿潮和赤潮监测算法主要为指数阈值分割方法,即利用指数公式对卫星遥感数据的不同波段进行组合运算,设定分割阈值以提取目标像元信息。指数阈值分割方法凭借计算简单、处理速度快的优点,在绿潮和赤潮的识别提取、生物量计算等领域得到了广泛应用,但是由于分割阈值需要人工选择使其无法应用于大规模的绿潮和赤潮连续监测任务。另外受限于卫星遥感的固定时空分辨率,无法为绿潮和赤潮监测提供更加精准和实时的技术支持。为了解决以上问题,本研究以手持设备和低空无人机获取的高分辨率绿潮和赤潮RGB（Red Green Blue）影像作为数据源,分别提出基于机器学习算法的绿潮和赤潮识别模型,实现了复杂环境下绿潮和赤潮信息的自动化提取,有效避免了数据中建筑物、云雾、海浪和太阳耀光等干扰对结果的影响。主要研究内容和结论如下:（1）本研究提出一种基于Alex Net模型与支持向量机（Support Vector Machine,SVM）的绿潮提取方法。通过简单线性迭代聚类（Simple Linear Iterative Clustering,SLIC）进行超像素分割,融合了Alex Net模型SVM两种算法,共同进行绿潮提取。以手持设备和低空无人机采集的高分辨率绿潮RGB影像作为数据样本,首先使用SLIC算法在原始高分辨率影像上生成局部多尺度斑块,解决了原始图像因为尺寸过大无法用于模型训练测试的问题;然后使用Alex Net模型将多尺度斑块分为绿藻斑块、背景斑块和混合斑块三种类型,并使用SVM算法对混合斑块中绿藻进行像素级别的提取,进一步提高识别精度。为准确地评估此方法的性能,本论文在绿潮数据集BG-Algae DB上进行实验,实验结果显示此方法的总体精度为95.23%,F1 score为0.9612,Kappa为0.9436,优于三种常用指数阈值分割法（Ex R、RGBVI、NGBDI）。选取PSPNet、Deep Lab V3+和U-Net三种语义分割网络进行绿潮提取对比实验,结果表明本研究所提出的方法在处理小面积绿潮上具有较大优势,可以实现高分辨率影像中绿潮自动化、高精度的提取,可为精细化、近实时性的绿潮监测工作提供参考。（2）本研究提出一种基于改进UNet++模型的赤潮提取方法。以手持设备和低空无人机采集的高分辨率赤潮RGB影像作为监测数据,在原始UNet++网络基础上,修改主干网络为VGG-16模型;同时引入空间dropout策略将dropout扩展到整个UNet++网络,降低各个通道之间的依赖关系,加快模型的收敛速度。为可靠地评估本研究赤潮提取方法的性能,在赤潮数据集Redtide-DB上进行实验。实验结果显示,本研究提出的赤潮提取模型的总体精度为94.63%,F1评分为0.9552,Kappa为0.9496。与K近邻、支持向量机和随机森林算法,以及PSPNet,Seg Net和U-Net模型相比,本研究提出的赤潮提取模型在精度上有较大优势。在模型泛化能力测试中,本研究提出的赤潮提取模型对不同拍摄设备和拍摄环境的赤潮影像表现出一定泛化能力,其总体精度为97.41%,F1评分为0.9659,Kappa为0.9382。本研究提出的赤潮提取模型有效解决了卫星遥感中赤潮识别精度低、实时性差的问题,可以实现高分辨率影像中赤潮自动化、高精度的提取,为精细化的赤潮监测和研究工作提供参考。

关键词：机器学习绿潮赤潮无人机图像处理

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东海赤潮高发区半分析算法色素浓度反演

环境科学 2006年第8期27卷 1516-1521页

作者：丘仲锋席红艳何宜军陈介中简伟军中国科学院海洋研究所深港产学研基地海岸与大气研究重点实验室深圳518100 国家海洋局第二海洋研究所杭州310012

为研究赤潮机理和预测预报以减少其危害,根据2002-04东海赤潮调查航次实测资料,得出经验系数,建立方程,发展了东海赤潮高发海区的叶绿素a浓度反演半分析算法.由现场实测数据对算法进行检验,叶绿素a吸收系数aph(675)及浓度的反演结果误... 详细信息

为研究赤潮机理和预测预报以减少其危害,根据2002-04东海赤潮调查航次实测资料,得出经验系数,建立方程,发展了东海赤潮高发海区的叶绿素a浓度反演半分析算法.由现场实测数据对算法进行检验,叶绿素a吸收系数aph(675)及浓度的反演结果误差基本在30%以内,其中浓度反演结果比较,均方根偏差为0.24,最大相对偏差为40.93%,平均相对偏差为18.83%,相关系数R2为0.83.从检验的结果来看,算法反演的精度较好,对于研究海区相对适用.

关键词：赤潮半分析算法色素

基于OLCI数据的东海赤潮遥感监测方法评估与应用

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基于OLCI数据的东海赤潮遥感监测方法评估与应用

作者：王瀚厦门大学

学位级别：硕士

赤潮在我国已成为主要海洋灾害之一。利用水色遥感技术开展有效、实时、准确的赤潮监测,对我们科学认识赤潮与应对赤潮灾害,避免赤潮带来的各种负面影响有着重要的意义。本文利用新型水色传感器—搭载在Sentinel-3卫星上的海陆色度仪(Oc... 详细信息

赤潮在我国已成为主要海洋灾害之一。利用水色遥感技术开展有效、实时、准确的赤潮监测,对我们科学认识赤潮与应对赤潮灾害,避免赤潮带来的各种负面影响有着重要的意义。本文利用新型水色传感器—搭载在Sentinel-3卫星上的海陆色度仪(Ocean and Land ColourInstrument,OLCI)数据,在评估并比较不同赤潮算法对东海赤潮监测有效性和一致性的基础上,提出一个综合判别指数法一赤潮确定性指数,并基于该指数判别的赤潮位置、发生频次、影响面积等信息,初步分析了东海赤潮的时空分布特征及其物理调控机制,研究结果有望为区域性赤潮判别算法的改进及业务化应用,提升区域性赤潮灾害的监测、预报及防控管理等提供重要的数据基础与参考依据。论文得到的主要结果有:首先,采用 F-measure 与组内相关系数(Intraclass Correlation Coefficient,ICC)来评估各类赤潮遥感判别算法的应用效果,评估结果表明赤潮检测指数法(Redtidedetectionindex,RDI)、改进的荧光高度法(Modified Fluorescence Line Height,MFLH)和归一化差异叶绿素指数法(Normalized Difference Chlorophyll Index,NDCI)三种算法在选用的5个赤潮案例中都有相当高的FM值和较低的漏报率和误报率。这表明不同算法在利用OLCI数据对东海赤潮判别上具有良好的应用效果。同时,四种算法彼此间具有较好的一致性,对2019～2021三年赤潮面积统计的ICC系数为0.88。与MODIS的判别结果比较,具有高空间分辨率的OLCI数据对近岸赤潮区的判别更具有优势。然后,本研究综合各种赤潮判别算法,提出了赤潮确定性指数(Red Tide Certainty Index,RTCI),评估结果表明,当RTCI取值为2时可以在一定程度上减少单一算法在赤潮监测的不确定性,具有较好的判别精度,在赤潮应急监测中具有一定的应用潜力。最后,对2019～2021年3～9月卫星遥感判别的赤潮结果进行分析,东海赤潮高频区主要位于长江口及其邻近海域,该海域及浙江沿岸的赤潮频发区主要分布在-10～-50米等深线之间浙闽沿岸水的影响范围,赤潮次数和影响面积以7～8月为最多;福建沿岸的赤潮则主要发生在-10米等深线靠近岸一侧以及港湾内,赤潮次数和影响面积以5～6月为最多。地形、长江冲淡水、上升流、浙闽沿岸水以及台湾暖流等多种物理过程的交互作用及其形成的锋面对于东海赤潮的时空分布特征具有相当重要的影响。

关键词：赤潮算法评估水色遥感 OLCI 东海

基于GIS的我国渤海1952～2016年赤潮时空分布

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中国环境科学 2018年第3期38卷 1142-1148页

作者：宋南奇王诺吴暖林婉妮大连海事大学交通运输工程学院辽宁大连116026

收集了渤海海域自1952年有赤潮发生记录以来长达65a的相关资料,采用地理信息系统(GIS)技术研究了该海域赤潮发生的时空分布特征,并对其危害程度进行了评估.研究结果表明,渤海赤潮发生最频繁的区域为渤海湾北部、辽东湾西部和东部的海域... 详细信息

收集了渤海海域自1952年有赤潮发生记录以来长达65a的相关资料,采用地理信息系统(GIS)技术研究了该海域赤潮发生的时空分布特征,并对其危害程度进行了评估.研究结果表明,渤海赤潮发生最频繁的区域为渤海湾北部、辽东湾西部和东部的海域;渤海共发生赤潮189次,其中影响面积超过1000km^2的有21次;2000年以后,赤潮发生频率在明显增加;在6、7和8月份赤潮发生次数最多,分别占总次数的26%、22%和21%;由夜光藻、中肋骨条藻和原甲藻引发的赤潮次数分别为65、11和10次;发生在渤海湾西部、辽东湾西部以及黄河口海域的赤潮对海洋生态危害最大.首次以可视化的方法全方位展现和认识了渤海海域65a来赤潮发生的范围、分布与特点,实现了对该地区发生赤潮信息的整合与处理.这一方法对其他海域赤潮研究亦具有借鉴价值.

关键词：环境赤潮地理信息系统渤海时空分布

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赤潮藻的分子生物学检测技术

高技术通讯 2009年第3期19卷 314-322页

作者：陈国福张春云王广策张宝玉哈尔滨工业大学海洋学院威海264209 中国科学院海洋研究所青岛266071 天津科技大学天津300222

综述了目前用于赤潮藻的分子生物学检测技术,这些技术总体分为3类,即基于核酸提取的检测技术、全细胞杂交技术和酶联免疫吸附分析技术(ELISA)。分子生物学检测技术能用于自然水样的种群分析、有害赤潮藻种的日常监控、赤潮藻孢囊的鉴别... 详细信息

综述了目前用于赤潮藻的分子生物学检测技术,这些技术总体分为3类,即基于核酸提取的检测技术、全细胞杂交技术和酶联免疫吸附分析技术(ELISA)。分子生物学检测技术能用于自然水样的种群分析、有害赤潮藻种的日常监控、赤潮藻孢囊的鉴别和对压舱水外来生物的检测等。今后研究的重点是如何将各种已建立的检测技术运用于实践,特别是如何提高检测的速度、灵敏度,并发明新的检测设备,实现检测自动化。

关键词：赤潮赤潮藻鉴定检测分子生物学