2016年夏季南海海盆水体颗粒物粒径分布特征*     

郑文迪  周雯  曹文熙  王桂芬  邓霖  徐文龙  许占堂  李彩  蔡建南 《热带海洋学报》2018,37(5):74-85

颗粒物粒径分布(Particle Size Distribution, PSD)代表了颗粒物浓度与颗粒物粒径之间的关系, 影响着海洋生态环境和水体光学特性等。文章基于2016年夏季航次调查的生物光学剖面数据, 研究了南海海盆海域PSD的分布特征。研究发现, 幂律函数可以较好地拟合南海海盆区域的PSD, 对数空间中的实测的PSD与模拟的PSD平均决定系数高达0.95。PSD斜率(ξ)的分布范围为[1.27, 7.65], 均值为3.93±0.56。南海海盆区域表层水体的ξ均值与全球大洋表层水体的ξ均值相近, 但高于海湾等表层水体的ξ均值。ξ能较好地表征颗粒物平均粒径D_A的大小, 两者存在明显负相关关系, 即ξ值越高, D_A越小; 反之, D_A越大。通过分析T1断面的生物光学剖面数据及总体平均的PSD剖面数据, 发现PSD剖面分布特征如下: 1)表层水体的ξ值相对较高, 且D_A值相对较低, 推测可能是由于微微型藻类为主导颗粒物所致; 2) ξ值极小值层出现在次表层叶绿素浓度极大值层(Subsurface Chlorophyll Maximum Layer, SCML)中, 并伴随D_A极大值层的出现, 其原因可能是SCML中的大粒径浮游植物占比显著增加; 3)弱光层中的ξ值较SCML中的高, 但略低于表层的ξ值, 而D_A则位于表层与SCML的D_A之间, 这可能与浮游植物及其碎屑的絮凝、分解、沉降等过程相关。PSD特征影响着海水的固有光学特性, 分析发现: 由于SCML中的叶绿素浓度增加, 颗粒物散射系数(b_p(532))和颗粒物后向散射系数(b_bp(532))也相应呈现显著增加的趋势。弱光层中的平均b_p(532)与平均b_bp(532)最小。ξ与颗粒物衰减光谱斜率之间呈高分散性, Boss 等(2001b)的模型适合用于粗略估算区域性的ξ分布范围及均值。  相似文献   

A bio-optical inversion model to retrieve absorption contributions and phytoplankton size structure from total minus water spectral absorption using genetic algorithm     

林俊芳  曹文熙  周雯  胡水波  王桂芬  孙兆华  许占堂  宋庆君 《中国海洋湖沼学报》2013,31(5):970-978

We propose a bio-optical inversion model that retrieves the absorption contributions of phytoplankton and colored detrital matter(CDM),as well as the phytoplankton size classes(PSCs),from total minus water absorption spectra.The model is based on three-component separation of phytoplankton size structure and a genetic algorithm.The model performance was tested on two independent datasets(the NASA bio-Optical Marine Algorithm Dataset(NOMAD) and the northern South China Sea(NSCS) dataset).The relationships between the estimated and measured values were strongly linear,especially for aCDM(412),and the Root Mean Square Error(RMSE) of the CDM exponential slope(SCDM) was relatively low.Next,the inversion model was directly applied to in-situ total minus water absorption spectra determined by an underwater meter during a cruise in September 2008,to retrieve the phytoplankton size structure in the seawater.By comparing the measured and retrieved chlorophyll a concentrations,we demonstrated that total and size-specific chlorophyll a concentrations could be retrieved by the model with relatively high accuracy.Finally,we applied the bio-optical inversion model to investigate changes in phytoplankton size structure induced by an anti-cyclonic eddy in the NSCS.  相似文献   

海洋透光率仪的设计及其在初级生产力研究中的应用*     

许占堂  施震  谢栢成  廖健祖  杨跃忠  周雯  李彩  杨顶田 《热带海洋学报》2022,41(3):38-45

海洋浮游植物光合作用固碳在全球碳循环中扮演着极为重要的角色, 获取不同光衰减对应的海水深度, 对于采集水样用于海洋初级生产力的研究具有重要意义。本研究于国际上首次开发了无缆便携式海洋透光率仪, 特殊的光学结构设计和光谱滤光技术使得光谱响应在波段400~700nm范围内超过了同类海洋传感器, 特定光衰减下对应的深度误差小于0.5m。将本设备应用于南海中尺度涡旋初级生产力的研究中, 在采样率和自动化方面验证了仪器的便携性; 通过对涡旋中初级生产力的空间分布规律进行分析, 检验了仪器数据结果的可靠性。海洋透光率仪在价格、准确性、可靠度和操作的便携性上具有不可比拟的优势, 将在未来海洋生态环境的研究中发挥重要作用。  相似文献   

2008年夏季南海北部海区生物光学特性的垂向变化特征     

王桂芬  周雯  许占堂  徐文龙  杨跃忠  曹文熙 《海洋学报(英文版)》2020,39(4):42-56

Vertical variability in the bio-optical properties of seawater in the northern South China Sea(NSCS) including inherent optical properties(IOPs) and chlorophyll a concentration(Chl) were studied on the basis of in situ data collected in summer 2008 using an absorption/attenuation spectrophotometer. An empirical model was developed to estimate Chl profiles based on the absorption line height at long wavelengths, with a relative root mean square error of 37.03%. Bio-optical properties exhibited large horizontal and vertical spatial variability. As influenced by coastal upwelling and the Zhujiang River(Pearl River) discharge, both IOPs and Chl exhibited high values in the surface waters of the inner shelf, which tended to decrease with distance offshore. Subsurface maximum layers of IOPs and Chl were observed in the middle and outer shelf regions, along with significantly higher values of attenuation coefficients beneath this layer that rapidly increased towards the bottom. In the open ocean, both IOPs and Chl exhibited consistent variability, with the subsurface maximum layer typically located at34–84 m. Phytoplankton were found to be one of the major components in determining the vertical variability of bio-optical properties, with their vertical dynamics influenced by both physical forcing and light attenuation effects. The depth of the subsurface maximum layer was found to be closely related to the fluctuation of the oceanic thermocline and the depth of the euphotic zone, which also affected the total integrated biomass of the upper ocean. Typically high values of attenuation coefficients observed in the bottom waters of the continental shelf reflected the transport of particulate matter over the bottom boundary layer. Our results reveal large spatial differences in bio-optical profiles in response to complex marine ecodynamics in the NSCS. From the perspective of marine research, high-resolution optical measurements are clearly advantageous over conventional bottle sampling.  相似文献   

基于船载走航观测高光谱颗粒物吸收系数反演浮游植物粒级结构*     

王桂芬  徐文龙  周雯  许占堂  曹文熙 《热带海洋学报》2018,37(5):50-61

利用高光谱监测数据反演浮游植物种群组成是当前海洋光学和水色遥感的研究热点。文章采用大西洋经向断面航次中走航式观测系统测量的海水总颗粒物吸收光谱数据, 尝试建立了两种模型对浮游植物粒级结构(Phytoplankton size class, 简称PSC)进行反演和比较讨论。一类模型是基于总颗粒物吸收光谱高斯分解获得的典型波段高斯带强度与色素浓度之间的关系, 建立了偏最小二乘回归模型(Partial Least Squares regression model, 简称PLS回归模型); 另一类模型是采用长波波段吸收基线高度推算海水总叶绿素a浓度, 进而根据Brewin等(2010)生物量算法推算PSC的三组分模型(简称三组分模型)。模型比较验证结果显示, 两类模型对海水总叶绿素浓度的反演都有较高的精度, 相对偏差ME在15%左右; 对于三个粒级浮游植物对应的叶绿素浓度(Pico级C_p, Nano级C_n, Micro级C_m)的反演效果也相当, PLS回归模型反演的ME分别为28.4%、31.9%和41%, 三组分模型反演的ME分别为31%、35.9%、37.7%。研究结果初步表明了采用高光谱吸收系数反演浮游植物种群结构的潜在优势, 可为不同海域走航式高光谱观测系统的推广应用提供思路。  相似文献   

南海东北部夏季叶绿素a浓度垂向变化特征及其对水动力过程的响应*     

徐文龙  王桂芬  周雯  许占堂  曹文熙 《热带海洋学报》2018,37(5):62-73

叶绿素a浓度是估算海洋初级生产力的一个重要参数, 在海洋中垂向分布极不均匀, 其分布特征及影响机制是海洋生态学研究的重要基础问题。利用海洋光学观测的高垂向分辨率剖面数据, 系统地研究叶绿素a浓度垂向剖面的时空分布特征及其与海洋动力环境要素的关系, 可为揭示南海典型动力过程的生态环境效应提供重要基础。文章基于2015年夏季黑潮调查航次实测生物光学剖面, 利用676nm处吸收基线高度(a_LH(676))与叶绿素a浓度(Chla)之间的关系, 建立了具有较高反演精度的叶绿素a浓度反演算法(Chla=49.96×(a_LH(676))^0.9339, 决定系数R²=0.87和均方根误差RMSE=0.16mg·m^-3); 进一步结合观测期间物理过程, 揭示了叶绿素垂向分布对不同水动力过程的响应特征。研究结果表明, 近岸区域表层叶绿素a浓度变化范围为0.42~1.57mg·m^-3, 随着水深增加, 叶绿素a浓度逐渐降低, 在沿岸上升流影响区域, 叶绿素a浓度明显增高, 垂向上相对趋于均一分布; 次表层叶绿素极大值(Subsurface Chlorophyll Maximum, SCM)现象在外海显著存在, 受中尺度过程影响明显, SCM深度在34m到100m之间变化, 在吕宋岛以西海域, 黑潮入侵加速了上层水体的混合, SCM所在水层被显著抬升至34m左右; 在冷涡影响区域, 次表层叶绿素极大值层被抬升, 涡旋中心比涡旋边缘抬升更为显著, 同时SCM的厚度增大。  相似文献   

基于浮标观测的东海赤潮高发区秋、冬季漫射衰减系数的反演     

张雨  王桂芬  许占堂  杨跃忠  周雯  郑文迪  曾凯  邓霖 《热带海洋学报》2020,39(5):71-83

浮标测量的光学数据时间序列长、分辨率高, 能可靠地测量快速变化的漫射衰减系数(K_d)。东海赤潮高发区水体中的浮游植物生物量及悬浮泥沙含量存在较大的变化, 光学性质复杂。文章利用2013年9月至2014年1月的海洋光学浮标数据, 获得了该海域水体的表观光学特性, 基于K_d(490)与遥感反射比[R_rs(λ)]的相关关系建立了K_d(490)的经验算法, 并与已有7种反演算法进行了比较。结果表明, 该海域的K_d(λ)及R_rs(λ)具有显著的Ⅱ类水体光谱特征, 其中, K_d(490)的范围为0.01~4.31m^-1, 水体的浑浊程度变化大。K_d(490)与R_rs比值的相关性较好, 据此建立了以R_rs(650)/R_rs(510)、R_rs(555)/R_rs(510)作为自变量的K_d(490)双比值经验算法。将新建算法反演获得的K_d(490)与实测K_d(490)相比, 均方根误差、平均相对误差百分比和线性回归的决定系数分别为0.27m^-1、27.08%和0.77, 优于其他7种算法。算法精度的提高源于新建算法选择的R_rs能充分反映水体信息, 并适应水体组分的变化, 可为东海赤潮高发区K_d(490)的反演提供较好的选择, 并为海洋光学浮标在水体环境监测中的应用提供示例。  相似文献   

大亚湾水体后向散射比率的光谱变化   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

周雯  曹文熙  杨跃忠  王桂芬  赵俊  孙兆华  许占堂 《热带海洋学报》2010,29(2):39-45

采用2007年5月大亚湾浮标定点航次采集的生物-光学数据, 分析了大亚湾水体后向散射比率的光谱变化及其影响因素。分析结果表明, 660nm处后向散射比率变化范围在0.0040—0.0245之间, 均值为0.0082±0.0032, 实测后向散射比率光谱波段间的相对变化不超过15%; 颗粒后向散射比率随着叶绿素a浓度增加呈减小的趋势, 高叶绿素浓度显著对应较低的后向散射比率; 粒径是影响大亚湾水体后向散射比率的重要因素之一, 随着水体中Junge粒级斜率的增大, 颗粒后向散射比率显著增大; 折射率的变化也对后向散射比率产生一定影响, 类似的水体粒径分布情况下, 浮游植物与非藻类物质相对贡献的变化将导致折射率的明显变化, 并将主导水体后向散射比率的变化。  相似文献   

光学浮标控制系统硬件设计   总被引：2，自引：0，他引：2       下载免费PDF全文

杨跃忠  卢桂新  柯天存  许占堂 《热带海洋学报》2010,29(2):7-11

以光学浮标为控制对象, 以工作稳定、低功耗为目的, 设计海上工作控制硬件。采用嵌入式PC/104 CPU主板和以单片机为核心多功能板组合, 由PC/104 CPU主板完成采集数据、保存数据、通讯等工作, 多功能板实现计数、I/O控制、A/D转换、定时等功能。单片机结合日历时钟和电源总开关组成二级“看门狗”, 实现了海洋光学浮标控制系统无人值守、全天候、全过程独立工作。  相似文献   

辽东湾海冰后向光场分布的研究     

许占堂  杨跃忠  曹文熙  孙兆华  杨超宇  叶海彬  王国青  李志军 《海洋通报》2011,30(3):277-282

海冰光场分布特性的研究是冰区大气-海冰-海洋能量交换和生物特性研究的基础,通过设计"L"型辐亮度探头,运用自主研发的海冰高光谱辐射仪器于国内首次现场测量了辽东湾海冰内部光场的分布特性,研究发现海冰表层5cm至底层在水平方向上光场各向同性,进而认为在所观测站点的附近,采集冰块测量光场分布不依赖于海冰侧表面的选择.采集海冰...  相似文献