基于MODIS数据的太湖浮游植物物候变化及其对水表温度的响应
发布时间：2021-10-24 10:03
浮游植物物候能够反映浮游植物的生长变化与湖泊生态系统的变化,水温、营养盐浓度等因素对物候有重要影响。太湖富营养化程度较高,水温的影响作用日趋显著,物候与水温关系的研究对理解、控制和改善太湖生态系统具有重要意义。本研究利用2003—2018年MODIS遥感数据计算浮游植物物候指标和湖泊水表温度（Temperature of Water Surface,LSWT）,通过分析太湖浮游植物物候时空变化特点探究了不同区域的物候特征,并结合LSWT揭示了浮游植物物候对LSWT变化的响应关系。结果表明:①不同浮游植物物候指标具有不同空间分布特点,水华发生次数、峰值叶绿素a（Chla）浓度和水华总持续时间呈现由西部沿岸向湖心区递减的趋势;浮游植物生长开始时间和峰值Chla发生时间分布复杂但在沿岸区域相对较早;②太湖可被划分为4种具有不同物候特征的区域,Ⅰ类区域主要位于贡湖湾、东部沿岸以及太湖中部开阔水域,该区Chla浓度范围为50～60μg/L,且波动平缓,水华发生次数最少、开始最晚、持续时间最短;Ⅱ类区域主要分布于太湖西部沿岸,Chla浓度范围为50～90μg/L且变化剧烈,该区水华发生次数最多、开...
【文章来源】：地球信息科学学报. 2020,22(10)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
太湖地理位置与样点分布
阈值法以高于浮游植物Chla浓度年中值的1%～30%作为阈值来计算物候指标，许多学者以5%为阈值[19]。本研究中，若采用5%会出现阈值超出Chla浓度范围的情况，经过对比，最终选择2%作为阈值，逐年逐像元地提取6种物候指标，分别为浮游植物生长开始时间、峰值Chla浓度、峰值Chla发生时间、水华发生次数、水华平均持续时间以及水华总持续时间，计算过程如图2所示。阈值线将年Chla时序数据折线划分为若干峰，每个峰即为一次浮游植物生长事件，峰的个数即为事件的次数，每个峰的起始即为该次事件开始的时间，每个峰的最高值即为该次事件的峰值Chla浓度，每个峰最高值所在的时间即为该次事件峰值Chla的发生时间，每个峰的长度即为该次事件的持续时间，平均持续时间和总持续时间即为所有事件持续时间的平均和总和。某次生长事件是否为水华事件则通过计算该次生长事件峰值Chla发生时间对应的NDVI是否大于0来判断。由于每次生长事件都会有对应的开始时间、峰值浓度以及峰值发生时间，按照每次生长事件峰值Chla浓度的高低对事件进行分级，浓度越高级别越高[9]，本研究计算的开始时间、峰值浓度以及峰值发生时间均为级别最高的生长事件所对应的值。2.5 基于物候指标的太湖湖区划分方法
图3—图8为2003—2018年太湖区域6种浮游植物物候指标的空间分布特征，图中的斜线阴影区域为植被和水产养殖区域，呈植被光谱，不属于本文研究范畴。图3为水华发生次数空间分布图，整体来看当全湖水华爆发面积较小时，水华爆发频次相对较低，如2003、2004、2009年。若某年水华爆发范围较大，则该年对应的水华爆发次数也较多，如2007、2008、2017年。空间上水华发生次数由沿岸向湖心递减。竺山湾、梅梁湾、西部沿岸和南部沿岸是水华的多发区域，其中西部沿岸最高达到5～6次，而贡湖湾以及湖心区域则较少发生水华。图4展示了浮游植物生长开始时间的空间分布，为了便于直观分析，将其中的水华事件分离出，形成水华发生时间的空间分布（图5）。对于全湖来说，2008年和2016年水华开始时间较前几年出现了明显的提前。对于水华高发的太湖西岸区域，其水华开始时间相对较早，越往湖心水华开始时间越晚。非水华事件的开始时间与水华事件的开始时间一般在空间上没有明显的界限，也没有明显的时间差。峰值Chla发生时间的空间分布与生长开始时间的分布类似，时间整体有所延后。
【参考文献】：
期刊论文
[1]淡水湖泊生态系统退化驱动因子及修复技术研究进展[J]. 王志强,崔爱花,缪建群,王海,黄国勤. 生态学报. 2017(18)
[2]气候变化对湖库水环境的潜在影响研究进展[J]. 张晨,来世玉,高学平,刘汉安. 湖泊科学. 2016(04)
[3]太湖水华程度及其生态环境因子的时空分布特征[J]. 张艳会,李伟峰,陈求稳. 生态学报. 2016(14)
[4]全球变暖对淡水湖泊浮游植物影响研究进展[J]. 邓建明,秦伯强. 湖泊科学. 2015(01)
[5]3S技术在太湖富营养化和蓝藻水华分布规律中的应用研究[J]. 黄君,庄严,宋挺,吴蔚,张虎军. 环境污染与防治. 2014(12)
[6]基于环境一号卫星高光谱数据的太湖富营养化遥感评价模型[J]. 徐祎凡,施勇,李云梅. 长江流域资源与环境. 2014(08)
[7]水温和营养盐增加对太湖冬、春季节藻类生长的影响[J]. 吴攀,邓建明,秦伯强,马健荣,张运林. 环境科学研究. 2013(10)
[8]湖泊水面温度遥感定量反演研究综述[J]. 项文华,张玉超,林珊,钱新,陈兆丰. 四川环境. 2011(06)
[9]太湖蓝藻水华的预防、预测和预警的理论与实践[J]. 孔繁翔,马荣华,高俊峰,吴晓东. 湖泊科学. 2009(03)
[10]我国湖泊富营养化及其水环境安全[J]. 秦伯强. 科学对社会的影响. 2007(03)
本文编号：3455083
【文章来源】：地球信息科学学报. 2020,22(10)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
太湖地理位置与样点分布
阈值法以高于浮游植物Chla浓度年中值的1%～30%作为阈值来计算物候指标，许多学者以5%为阈值[19]。本研究中，若采用5%会出现阈值超出Chla浓度范围的情况，经过对比，最终选择2%作为阈值，逐年逐像元地提取6种物候指标，分别为浮游植物生长开始时间、峰值Chla浓度、峰值Chla发生时间、水华发生次数、水华平均持续时间以及水华总持续时间，计算过程如图2所示。阈值线将年Chla时序数据折线划分为若干峰，每个峰即为一次浮游植物生长事件，峰的个数即为事件的次数，每个峰的起始即为该次事件开始的时间，每个峰的最高值即为该次事件的峰值Chla浓度，每个峰最高值所在的时间即为该次事件峰值Chla的发生时间，每个峰的长度即为该次事件的持续时间，平均持续时间和总持续时间即为所有事件持续时间的平均和总和。某次生长事件是否为水华事件则通过计算该次生长事件峰值Chla发生时间对应的NDVI是否大于0来判断。由于每次生长事件都会有对应的开始时间、峰值浓度以及峰值发生时间，按照每次生长事件峰值Chla浓度的高低对事件进行分级，浓度越高级别越高[9]，本研究计算的开始时间、峰值浓度以及峰值发生时间均为级别最高的生长事件所对应的值。2.5 基于物候指标的太湖湖区划分方法
图3—图8为2003—2018年太湖区域6种浮游植物物候指标的空间分布特征，图中的斜线阴影区域为植被和水产养殖区域，呈植被光谱，不属于本文研究范畴。图3为水华发生次数空间分布图，整体来看当全湖水华爆发面积较小时，水华爆发频次相对较低，如2003、2004、2009年。若某年水华爆发范围较大，则该年对应的水华爆发次数也较多，如2007、2008、2017年。空间上水华发生次数由沿岸向湖心递减。竺山湾、梅梁湾、西部沿岸和南部沿岸是水华的多发区域，其中西部沿岸最高达到5～6次，而贡湖湾以及湖心区域则较少发生水华。图4展示了浮游植物生长开始时间的空间分布，为了便于直观分析，将其中的水华事件分离出，形成水华发生时间的空间分布（图5）。对于全湖来说，2008年和2016年水华开始时间较前几年出现了明显的提前。对于水华高发的太湖西岸区域，其水华开始时间相对较早，越往湖心水华开始时间越晚。非水华事件的开始时间与水华事件的开始时间一般在空间上没有明显的界限，也没有明显的时间差。峰值Chla发生时间的空间分布与生长开始时间的分布类似，时间整体有所延后。
【参考文献】：
期刊论文
[1]淡水湖泊生态系统退化驱动因子及修复技术研究进展[J]. 王志强,崔爱花,缪建群,王海,黄国勤. 生态学报. 2017(18)
[2]气候变化对湖库水环境的潜在影响研究进展[J]. 张晨,来世玉,高学平,刘汉安. 湖泊科学. 2016(04)
[3]太湖水华程度及其生态环境因子的时空分布特征[J]. 张艳会,李伟峰,陈求稳. 生态学报. 2016(14)
[4]全球变暖对淡水湖泊浮游植物影响研究进展[J]. 邓建明,秦伯强. 湖泊科学. 2015(01)
[5]3S技术在太湖富营养化和蓝藻水华分布规律中的应用研究[J]. 黄君,庄严,宋挺,吴蔚,张虎军. 环境污染与防治. 2014(12)
[6]基于环境一号卫星高光谱数据的太湖富营养化遥感评价模型[J]. 徐祎凡,施勇,李云梅. 长江流域资源与环境. 2014(08)
[7]水温和营养盐增加对太湖冬、春季节藻类生长的影响[J]. 吴攀,邓建明,秦伯强,马健荣,张运林. 环境科学研究. 2013(10)
[8]湖泊水面温度遥感定量反演研究综述[J]. 项文华,张玉超,林珊,钱新,陈兆丰. 四川环境. 2011(06)
[9]太湖蓝藻水华的预防、预测和预警的理论与实践[J]. 孔繁翔,马荣华,高俊峰,吴晓东. 湖泊科学. 2009(03)
[10]我国湖泊富营养化及其水环境安全[J]. 秦伯强. 科学对社会的影响. 2007(03)
本文编号：3455083
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/swxlw/3455083.html
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