基于三维荧光光谱—平行因子分析技术的黄东海有色溶解有机物（CDOM）的分布特征研究

发布时间：2017-03-17 11:09

  本文关键词：基于三维荧光光谱—平行因子分析技术的黄东海有色溶解有机物（CDOM）的分布特征研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文对黄东海春秋季采集的水样进行了表、中、底层有色溶解有机物（CDOM）的现场调查及室内分析，利用CDOM的吸收和荧光特性对黄东海CDOM的来源、水平和垂直分布、季节性变化、迁移转化、保守行为与非保守行为、稳定性和相对分子量大小等进行了分析，，从定性与定量2个角度研究该海域CDOM的光学特性，主要对该海域水体中CDOM的EEMs性质进行研究，并采用平行因子分析（PARAFAC）方法对数据进行处理，探讨控制CDOM的分布与变化的主要因素和时空变化趋势，主要结果如下： 1、本节通过EEMs-PARAFAC方法鉴别出黄东海水体CDOM中有10种荧光组分。其中Cl、C2、C3、C4、C6、C8和C9为类腐殖质荧光团；C5和C10为类蛋白质荧光团；C7为生物产物。并对黄东海的样品进行聚类分析，发现春季的样品主要分为5类，秋季分为4类。然后从10种组分、叶绿素a浓度和盐度的水平分布特征来看，黄东海春秋季航次中类腐殖质组分Cl、C2、C3、C4、C6、C8与盐度的分布模式相反，表现出近岸海域高，远岸海域低的趋势；类蛋白质C5和C10与类腐殖质C9除了近岸出现高值，远岸也出现高值；生物产物C7的变化情况比较复杂，表明其有独特的来源或形成过程。此外还研究了长江口和杭州湾附近3个典型断面10种组分、叶绿素a浓度和盐度的垂直分布。 按照不同海域和不同季节，分别研究了10种组分与盐度的相关性分析，结果发现除了黄海秋季，其他航次中类腐殖质C1、C2、C3、C4和C6等5个组分基本上与盐度呈线性负相关；类色氨酸C5和类腐殖质C8与盐度也呈负一定的相关；而生物产物C7、类腐殖质C9与类酪氨酸C10组分与盐度没有相关关系，表明陆源输入是黄东海海水中CDOM的主要来源。10种组分与叶绿素a浓度的相关性都较差，表明该海域受生物活动的影响相对较小，微生物降解、浮游植物并不是该海域CDOM的主要来源。 通过结合10种组分与盐度的相关性分析和10种组分占总组分的比例与盐度的相关性分析，研究了黄东海春秋季10种组分的保守行为与非保守性为，发现各组分在不同海域、不同季节呈现的保守行为均不相同。 此外，通过在不同海域、不同季节对各种组分做相关性分析，研究了CDOM各组分的共变化情况，结果发现，黄东海春秋季类腐殖质C1、C2、C3、C4和C6的来源和去除过程相似，类色氨酸C5和类腐殖质C8的来源和去除过程与其它组分既有相似性，又有非相似性，其它组分有自己独特的来源和去除过程。 2、通过分析腐殖化因子HIX的平面分布图，来研究黄东海CDOM组分的稳定性；通过分析荧光因子FI的平面分布图，来判断黄东海春秋季CDOM各组分的陆源特性或者海源特性。结果显示，春季的HIX值要高于秋季的HIX值，春季底层的HIX值最高，秋季表层的HIX值最高，而且春秋季的HIX高值区都出现在离岸较远的海域，表明春季的CDOM组分的稳定性高于秋季CDOM的稳定性，海源性的CDOM的稳定性高于陆源性的CDOM的稳定性。并且发现春秋季类腐殖质C9和类酪氨酸C10的分布模式与HIX值得分布模式相似，进一步证明C9和C10荧光组分的稳定性较高。春季的FI值要高于秋季的FI值，春秋季表层的FI值最高，而且春秋季的FI高值区都出现在长江口附近以及离岸较远的海域，表明远岸区域海源性的CDOM成分含量高于陆源性成分含量。 3、在研究黄东海CDOM吸收特性时，吸收系数a280与吸收斜率比值S值的季节性变化呈一种对应关系，春季高于秋季。S值的季节性变化表明春季CDOM的相对分子量高于秋季CDOM的相对分子量，这可能反映了夏末秋初CDOM的光化学反应影响，大分子量有机质被分解成小分量有机质。春季表层的吸收系数a280浓度要高于中底层，且高值区出现在长江口近岸和离岸较远的区域；而秋季中层吸收系数a280浓度要高于表底层，且高值区出现在近岸海域。说明春季主要受海洋浮游生物的影响，而秋季主要受陆源输入的影响。春秋季表层的S值均高于中底层，且高值均出现在长江口附近以及离岸较远区域，说明海源性有机质的相对分子量高于陆源性有机质。 通过研究吸收系数a280与盐度和叶绿素a浓度的相关性分析，发现吸收系数a280与盐度和叶绿素a浓度的相关性都不是很好，说明黄东海春秋季CDOM的来源比较复杂，除了陆源输入、海洋生物活动以外，还受黄海水团、苏北沿岸流、江浙沿岸流、台湾暖流等影响。 此外，进一步分析了黄东海春秋季CDOM各组分与吸收系数a280之间的关系，结果显示，类腐殖质与吸收系数a280相关性较好，表明CDOM发色团与类腐殖质组分有相似性质，特别是陆源类腐殖质荧光团。此外类腐殖质荧光团和类色氨酸荧光团都与吸收系数a280有一定的线性相关，说明它们的来源和形成过程相似，而类酪氨酸组分和生物产物组分与它们的变化趋势却不同，说明这两种组分具有独特的来源和形成过程。
【关键词】：黄东海 三维荧光光谱 平行因子分析法 有色溶解有机物 荧光组分
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X834;O657.3
【目录】：

• 摘要5-8
• Abstract8-16
• 0 前言16-18
• 1 文献综述18-31
• 1.1 CDOM 概述18
• 1.1.1 CDOM 定义18
• 1.1.2 CDOM 与 DOM 之间的关系18
• 1.2 CDOM 的光学性质18-20
• 1.2.1 CDOM 的荧光性质18-19
• 1.2.2 CDOM 的吸收性质19-20
• 1.3 CDOM 的组成20
• 1.3.1 类蛋白质荧光20
• 1.3.2 类腐殖质荧光20
• 1.4 CDOM 的来源与归宿20-23
• 1.4.1 CDOM 的主要来源20-22
• 1.4.2 CDOM 的去除途径22-23
• 1.5 CDOM 的研究意义23
• 1.6 CDOM 测定的技术发展23-25
• 1.6.1 三维荧光光谱技术（EEMs）23-24
• 1.6.2 平行因子分析（PARAFAC）方法24-25
• 1.7 国内外研究动态25-26
• 1.8 研究海域生态环境特征26-29
• 1.8.1 黄海26-27
• 1.8.2 东海27-29
• 1.9 本论文总研究目标29-31
• 2 实验部分31-36
• 2.1 实验仪器及材料31
• 2.1.1 仪器与耗材31
• 2.1.2 试剂31
• 2.2 采样区域31-33
• 2.2.1 黄东海春季样品31-33
• 2.2.2 黄东海秋季样品33
• 2.3 样品采集与前处理33
• 2.4 样品测定33-35
• 2.4.1 荧光测定33
• 2.4.2 吸收测定33-34
• 2.4.3 盐度测定34
• 2.4.4 叶绿素 a 浓度的测定34-35
• 2.5 腐殖化因子和荧光因子的分析35
• 2.5.1 腐殖化因子的分析35
• 2.5.2 荧光因子的分析35
• 2.6 聚类分析35-36
• 3 平行因子分析过程36-45
• 3.1 数据转换及散射去除36
• 3.2 去除异常样36-37
• 3.3 选择最佳组分37-38
• 3.4 半分析原理以及验证38-41
• 3.5 使用随机赋值分析41-43
• 3.6 荧光强度和荧光组分占总组分比例的计算43-45
• 4 黄东海春秋季 CDOM 的荧光特性研究45-114
• 4.1 黄东海春秋季 CDOM 的荧光组分特征45-48
• 4.2 黄东海春秋季 CDOM 的聚类分析48-55
• 4.2.1 黄东海春季 CDOM 的聚类分析48-52
• 4.2.2 黄东海秋季 CDOM 的聚类分析52-54
• 4.2.3 黄东海春秋季 CDOM 的聚类分析比较54-55
• 4.3 黄东海 CDOM 荧光组分、叶绿素 A 浓度和盐度的时空分布特征55-91
• 4.3.1 黄东海 CDOM 荧光组分、叶绿素 a 浓度和盐度的水平分布特征及季节变化55-74
• 4.3.2 黄东海 CDOM 荧光组分、叶绿素 a 浓度和盐度的垂直分布特征及季节变化74-91
• 4.4 黄东海春秋季 CDOM 荧光组分的影响因素91-99
• 4.4.1 陆源输入的影响91-95
• 4.4.2 浮游生物的影响95-99
• 4.5 黄东海春秋季 CDOM 的保守行为与非保守行为99-104
• 4.6 黄东海春秋季 CDOM 各组分的共变化分析104-113
• 4.7 小结113-114
• 5 黄东海 CDOM 腐殖化因子和荧光因子研究114-125
• 5.1 黄东海 CDOM 腐殖化因子的时空变化特征114-119
• 5.1.1 黄东海 CDOM 腐殖化因子的水平分布特征及季节变化114-116
• 5.1.2 黄东海 CDOM 腐殖化因子的垂直分布特征及季节变化116-119
• 5.2 黄东海 CDOM 荧光因子的时空变化特征119-124
• 5.2.1 黄东海 CDOM 荧光因子的水平分布特征及季节变化119-121
• 5.2.2 黄东海 CDOM 荧光因子的垂直分布特征及季节变化121-124
• 5.3 小结124-125
• 6 黄东海春秋季 CDOM 的吸收特性研究125-143
• 6.1 黄东海 CDOM 吸收系数 A280的时空分布特征125-130
• 6.1.1 黄东海 CDOM 吸收系数 a280的水平分布特征及季节变化125-127
• 6.1.2 黄东海 CDOM 吸收系数 a280的垂直分布特征及季节变化127-130
• 6.2 黄东海 CDOM 光谱斜率比值 S 的时空分布特征130-135
• 6.2.1 黄东海 CDOM 光谱斜率比值 S 的水平分布特征及季节变化130-132
• 6.2.2 黄东海 CDOM 光谱斜率比值 S 的垂直分布特征及季节变化132-135
• 6.3 黄东海春秋季 CDOM 的影响因素135-137
• 6.3.1 陆源输入的影响135-136
• 6.3.2 浮游生物的影响136-137
• 6.4 黄东海春秋季 CDOM 荧光组分和吸收系数的相关性137-141
• 6.5 小结141-143
• 7 结语143-146
• 7.1 主要结论143-145
• 7.2 本文的主要创新点145-146
• 参考文献146-155
• 致谢155-156
• 个人简历156
• 发表的学术论文156

【参考文献】

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本文编号：252809