海洋地质与环境重点实验室知识库

边缘海是整个海洋系统初级生产力较高的地方，是有机碳埋藏的重要地带，受陆源和海源的影响。气候变暖以来，海洋碳循环一直是全球各国研究的热点问题，颗粒有机碳（Particulate Organic Carbon，以下简称POC）作为海洋碳循环的重要组成部分，与生物化学过程以及水体的光学特征有着密切联系，POC浓度的变化在一定程度上是衡量海洋对大气CO₂调控的重要指标。中国边缘海黄海水体中的颗粒有机碳主要受到近岸人类活动的影响，藻类养殖即为该区重要的人类活动之一。卫星遥感技术成为长时间、大范围监测颗粒有机碳的重要方法，克服了传统实地采样的局限性。因此研究海带养殖对水体光学特性和POC浓度的影响，一方面有助于了解海带养殖生态系统的固碳能力，为调节全球气候变化提供一定的科学依据；另一方面有助于探索海带养殖对海水水质的影响。

本文针对山东半岛东南侧近岸海域黑泥湾开展野外调查，共设置9个采样点，春季和夏季各开展一个航次，每个航次按照相同的9个采样点采样，实行9船同步观测，获得藻类颗粒物、非藻类颗粒物、总颗粒物和黄色物质吸收系数数据，POC数据以及悬浮物浓度和粒度数据，分析发现黑泥湾水体光学特性季节变化较大，本文基于黑泥湾表层总颗粒物吸收系数at410，at443，at490和at550及其组合变化，建立了黑泥湾表层和垂向各层水体POC浓度的遥感反演算法，利用MODIS影像揭示了不同季节POC浓度的空间分布特征，并结合实测数据分析了海带养殖对水体POC浓度的影响。

本文主要研究内容和结果：

(1)黑泥湾春季水体中各组分的吸收系数均大于夏季，两个季节的总颗粒物吸收光谱曲线均为非藻类颗粒物主导型。春季藻类颗粒物吸收受海带养殖活动的影响，在水柱中层出现吸收最大值，非藻类颗粒物和总颗粒物吸收特征相似，春季时由于水体的垂向混合作用，垂向各层吸收系数近乎相等；夏季时由于水体层化作用和再悬浮作用，随深度增加，吸收系数呈增加的趋势。

(2)本文基于QAA算法利用MODIS遥感影像对黑泥湾表层水体总吸收特征进行反演，结果表明，QAA_v5算法能较好的估算研究区表层水体的总吸收系数，但QAA_v5算法的应用需要根据研究区总吸收系数相较于纯水吸收系数的实际变化情况进行一定的调整，此处我们根据黑泥湾实测水体吸收特征的季节变化特征，将QAA算法的参考波长向红波方向移动，反演得到了精度较高的总吸收系数数据。

（3）通过MODIS遥感影像反演得到的黑泥湾表层水体总吸收系数空间分布图表明，黑泥湾春季表层水体总吸收系数明显大于夏季，春季养殖区表层水体总吸收系数明显大于无养殖区，并对养殖区附近海域吸收特征产生了一定的影响；夏季无海带养殖季节黑泥湾表层水体总吸收系数在空间上基本没有变化，趋于自然水体的特征，表明海带养殖会改变水体中光学组分的浓度和分布情况，引起水体光学性质的变化。

(4)本文基于黑泥湾表层水体总吸收系数与POC浓度的关系建立了表层POC浓度的遥感反演模型，从结果图中可以发现：表层POC浓度与总吸收系数分布特征相似，春季呈近岸大于远岸，海带养殖区大于非海带养殖区的特征，春季POC浓度明显高于夏季；夏季在空间上呈均匀分布。

(5)本文通过表层总吸收系数和垂向各层水体POC浓度的关系建立了垂向水体POC浓度反演模型，结果表明：黑泥湾春、夏季POC浓度的垂向变化特征相似，均为随深度增加，先减小后增大，海带养殖引起春季上层POC浓度明显高于其他层，夏季底层POC浓度增大的幅度明显大于春季以及其他层，这可能是由于夏季水体较强的层化作用和表层沉积物再悬浮作用引起。总体来看，春季垂向各层POC浓度明显大于夏季，说明海带养殖能引起水体中POC浓度的升高。