基于MODIS数据的渤海叶绿素a浓度的时空分布特征研究

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作为我国唯一的内海,渤海面临的环境压力大,藻华频发。叶绿素a是表征浮游植物的重要指标,可以体现海洋初级生产力状况。深入研究渤海叶绿素a的时空变化特征,有助于进一步认识海洋生态环境的变化规律,对海洋生态环境保护具有重要的意义。本文首先介绍了研究区域的概况、改进的大气校正算法、经验正交函数原理和数据来源;随后对2003-2017年的MODIS数据进行反演,得到连续15年的渤海叶绿素a浓度数据,并分析其在空间、年际变化和季度变化的特征;接着分析了渤海的余流场和流场强度与叶绿素a浓度的关联;之后通过累计方差取阈值的方法得到藻华开始时间,统计了藻华期间叶绿素a增长率、增长幅度、持续时间等特征变量,并结合经验正交分解的方法分析了藻华的时空变化特征;最后研究了风力混合强度与藻华特征变量的响应关系。主要结果如下:渤海叶绿素a浓度呈现近海高远海低的空间分布特征,高值集中在渤海湾、辽东湾、莱州湾等近岸海域,低值集中在渤海中部海域和渤海海峡。季节变化上春季近岸海域叶绿素a浓度达到全年最高;夏季表层的叶绿素a浓度整体下降,但是近岸海域叶绿素a浓度仍然较高;秋季渤海表层叶绿素a浓度相比夏季有所增长,且中部海域的叶绿素a浓度明显高于春季和夏季;冬季渤海表层叶绿素a浓度整体偏高。年际变化上2004-2009年渤海叶绿素a浓度空间分布特征变化不大,2010年渤海叶绿素a浓度整体下降,在2011年又逐步上升,2017年渤海叶绿素a浓度整体相对较高。渤海叶绿素a与流场强度无明显的线性关系,但不排除其他影响关系。藻华暴发的开始时间可以利用累计方差取特定阈值的方法确定,根据渤海海域藻华的持续时间,设定阈值为10%。近岸海域的藻华开始时间比中部海域相对较晚。叶绿素a浓度的增长率基本呈现出从近岸到远海逐渐增大,春季比夏秋季偏高的趋势。北部海域的增长幅度低于南部海域。2011-2017年春季持续时间相比夏秋季长;在年际变化上春季藻华特征变量的上述空间分布在2007年、2010年和2017年比其他年份更明显;夏秋季藻华特征变量的上述空间分布特征在2004年、2007年和2012年比其他年份更明显。春季风力混合强度比夏秋季大;风力混合强度与藻华的开始时间相关性较强,春季风力混合强度越强,渤海藻华的开始时间越早,夏秋季风力混合强度越强,渤海藻华的开始时间越晚;无论春季还是夏秋季,风力混合强度的增强在一定程度上促进了渤海叶绿素a增长率的增大;风力混合强度与增长幅度基本无关。
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