论文部分内容阅读
【摘 要】黄色物质是水体的重要组成成分，研究其光谱吸收性质及浓度遥感反演对监测鄱阳湖水体成分变化及水色遥感的研究具有重要意义。今年来随着鄱阳湖流域的经济快速发展，水土流失导致水文环境发生改变，对湖泊和湿地生态安全带来隐患，因而对鄱阳湖的生态保护及有效监测水体成分变化亟不可待。根据2014年6月份实测数据，研究鄱阳湖黄色物质的光学特性并与前人研究结果进行对比，分析黄色物质的浓度变化。结果表明：实测的黄色物质浓度呈现随波长增加指数递减的规律，在短波段附近具有强烈吸收，在近红外波段或者700nm附近吸收几乎为零。
【关键词】鄱阳湖；黄色物质；光学特性
黄色物质（Chromophoric dissolved organic matter，CDOM）又称有色可溶性有机物，存在于所有水体中，被认为是全球有机碳重要的活性储库之一，主要由腐质酸、富里酸等成分组成，主要是土地和浮游植物分解的产物。黄色物质对紫外波段的光线具有强吸收性质，限制了紫外线在水中的穿透，并且黄色物质在吸收了紫外辐射后易发生化学降解，能够把大分子有机物分解为小分子有机物和无机盐，有利于微生物和浮游植物的生长。郭卫东在黄色物质光学性质的研究中发现，在自然光照射下，九龙江口的黄色物质在自然光辐射下易发生光化学分解。黄色物质在蓝光波段附近表现为高吸收，这种吸收与泥沙、叶绿素a的吸收重合，影响了浮游植物的生物量，研究黄色物质的光学特性对悬浮泥沙和叶绿素a的吸收特性研究起到重要作用。国外研究黄色物质的时间较早，Stedmon等研究发现格陵兰岛海水的黄色物质吸收系数ag（375）的范围是0.05-0.77m-1；Boss等在黄色物质吸收特性的研究中发现海域内黄色物质吸收系数随泥沙浓度的增减而增减；王林等对黄海北部黄色物质研究发现ag（400）变化范围为0.18753-10.2616m-1，Sg（250-275）在0.01461-0.2644m-1之间；冯龙庆等对太湖冬季黄色物质研究发现ag（355）变化范围为1.83-7.34m-1，梅梁湾水域存在最高值浓度。在前人的研究基础上，对鄱阳湖黄色物质的光学特性及和泥沙浓度进行进一步研究，为湖泊水环境遥感定量监测提供一定的数据资料，具有一定的理论与现实意义。
一、研究区与方法
（一）鄱阳湖概况
鄱阳湖是一个高动态的吞吐型通江湖泊，位于东经115°47′～116°45′，北纬28°22′～29°45′之間。鄱阳湖汇集赣江、修河、饶河、信江、抚河等水由入江通道注入长江。湖体受到赣江、信江、抚河、饶河和修水五大河流的来水来沙的共同影响，大量陆源经五河入湖、搬运、迁移，使得黄色物质（CDOM）长期以来成为鄱阳湖流域水生态安全、水环境研究的重点。实测站点如图1所示，2014年6月份从都昌县出发，共布设14个站点，站点位置主要集中在鄱阳湖主湖区，无异常数据。
（二）数据采集及处理方法
在野外数据采集中，主要对水体光谱数据（水面辐亮度（Lsw）、天空光辐亮度（Lsky）、灰板辐亮度（Lp））、水样、站点地理坐标、水面及天气状况及风速风向等辅助数据进行测量，测量仪器采用ASD光谱仪，扫描范围主要为350-2500nm。测量水面光谱数据和采集水样要同时进行，以避免较大的测量误差。其中水面光谱数据主要采用水面之上法进行测量。在低温条件下保存的野外采集的水样在室内进行过滤，使用0.2μm大小的聚碳酸酯滤膜进行过滤，滤纸使用前需浸泡在10%的盐酸溶液中；黄色物质样品经低温保存后需恢复常温，在实验室使用紫外分光光度计测量黄色物质的光学密度。黄色物质浓度一般用其吸收系数表示，其公式表达式为：
式中ag（λ）为波段为λ时黄色物质的吸收系数；l为比色皿的长度，通常为10cm；ODs（λ）为CDOM相对于纯水的光学密度；ODbs（λ）是空白纯水相对于纯水的光学密度；ODnull是在可见光波段或者近红外波段黄色物质的表现残余光学密度。
二、结果与分析
如图2所示，为2014年6月份实测的黄色物质吸收系数随波长变化曲线图。由图2可知，黄色物质吸收系数在短波段附近具有强烈吸收，在近红外波段或者700nm附近吸收几乎零，表现了黄色物质随波长呈指数递减的性质。这与宋玲玲、雷惠等的研究结果相一致。宋玲玲等在淀山湖水体的黄色物质光学特性研究中发现黄色物质浓度随波长的增加而逐渐递减；雷惠等在东海水域黄色物质光学特性的研究中发现CDOM吸收曲线呈随波长的递增而递减的趋势，类型不同的水体CDOM吸收系数范围变化很大。文章选择黄色物质在波长440nm处的吸收系数作为其浓度（ag（440））。对2014年6月份实测数据分析发现ag（440）变化范围为0.254-0.676m-1，均值为0.395m-1，浓度高值区出现在近岸水域，离岸越远黄色物质浓度越低，体现了黄色物质陆源输入的特性。侯佳妮对二龙湖黄色物质的光学特性进行分析发现九月份黄色物质浓度变化范围为0.015-0.347m-1，均值为0.147 m-1；朱伟健研究长江口黄色物质光学特性发现2009年夏季ag（440）的变化范围为0.127-0.551m-1，均值为0.316m-1。与侯佳妮、朱伟健等的研究结果相比，鄱阳湖黄色物质浓度较高，分析其可能是研究区域的生态环境所引起。
三、结语
根据2014年6月份实测数据，对鄱阳湖黄色物质样品进行光谱测量与分析，得到鄱阳湖黄色物质的吸收特性。选择黄色物质在波长440nm出的吸收系数作为其浓度，实测的黄色物质浓度变化范围为0.254-0.676m-1，结果表明实测的黄色物质浓度呈现随波长增加指数递减的规律，在短波段附近具有强烈吸收，在近红外波段或者700nm附近吸收几乎为零；并且黄色物质浓度在沿岸水域较其他水域要高，随着离岸距离的增加，黄色物质浓度逐渐降低。与国内侯佳妮、朱伟健等研究结果相比，鄱阳湖黄色物质浓度较高。
参考文献
[1] 王林，赵冬至，杨建洪，陈艳拢.黄海北部CDOM近紫外区吸收光谱特性研究[J].光谱学与光谱分析，2010（12）：3379-3383.
[2] 冯龙庆，时志强，潘剑君，殷燕，张运林，刘明亮.太湖冬季黄色物质吸收荧光特性及遥感算法[J].湖泊科学，2011（03）： 348-356.
[3] 唐军武，田国良，汪小勇等.水体光谱测量与分析I：水面以上测量法[J].遥感学报，2004，8（01）：37-44.
[4] 宋玲玲，仇雁翎，张洪恩，刘登国，韩中豪，赵建夫.淀山湖黄色物质的光谱吸收特性[J].湖泊科学，2007（03）：250-254.
[5] 雷惠，潘德炉，陶邦一，沈亮，康林冲，张汉松.东海典型水体的黄色物质光谱吸收及分布特征[J].海洋学报（中文版），2009 （02）：57-62.
[6] 侯佳妮.二龙湖水质参数特性与遥感反演研究[D].长春：东北师范大学，2013.
【关键词】鄱阳湖；黄色物质；光学特性
黄色物质（Chromophoric dissolved organic matter，CDOM）又称有色可溶性有机物，存在于所有水体中，被认为是全球有机碳重要的活性储库之一，主要由腐质酸、富里酸等成分组成，主要是土地和浮游植物分解的产物。黄色物质对紫外波段的光线具有强吸收性质，限制了紫外线在水中的穿透，并且黄色物质在吸收了紫外辐射后易发生化学降解，能够把大分子有机物分解为小分子有机物和无机盐，有利于微生物和浮游植物的生长。郭卫东在黄色物质光学性质的研究中发现，在自然光照射下，九龙江口的黄色物质在自然光辐射下易发生光化学分解。黄色物质在蓝光波段附近表现为高吸收，这种吸收与泥沙、叶绿素a的吸收重合，影响了浮游植物的生物量，研究黄色物质的光学特性对悬浮泥沙和叶绿素a的吸收特性研究起到重要作用。国外研究黄色物质的时间较早，Stedmon等研究发现格陵兰岛海水的黄色物质吸收系数ag（375）的范围是0.05-0.77m-1；Boss等在黄色物质吸收特性的研究中发现海域内黄色物质吸收系数随泥沙浓度的增减而增减；王林等对黄海北部黄色物质研究发现ag（400）变化范围为0.18753-10.2616m-1，Sg（250-275）在0.01461-0.2644m-1之间；冯龙庆等对太湖冬季黄色物质研究发现ag（355）变化范围为1.83-7.34m-1，梅梁湾水域存在最高值浓度。在前人的研究基础上，对鄱阳湖黄色物质的光学特性及和泥沙浓度进行进一步研究，为湖泊水环境遥感定量监测提供一定的数据资料，具有一定的理论与现实意义。
一、研究区与方法
（一）鄱阳湖概况
鄱阳湖是一个高动态的吞吐型通江湖泊，位于东经115°47′～116°45′，北纬28°22′～29°45′之間。鄱阳湖汇集赣江、修河、饶河、信江、抚河等水由入江通道注入长江。湖体受到赣江、信江、抚河、饶河和修水五大河流的来水来沙的共同影响，大量陆源经五河入湖、搬运、迁移，使得黄色物质（CDOM）长期以来成为鄱阳湖流域水生态安全、水环境研究的重点。实测站点如图1所示，2014年6月份从都昌县出发，共布设14个站点，站点位置主要集中在鄱阳湖主湖区，无异常数据。
（二）数据采集及处理方法
在野外数据采集中，主要对水体光谱数据（水面辐亮度（Lsw）、天空光辐亮度（Lsky）、灰板辐亮度（Lp））、水样、站点地理坐标、水面及天气状况及风速风向等辅助数据进行测量，测量仪器采用ASD光谱仪，扫描范围主要为350-2500nm。测量水面光谱数据和采集水样要同时进行，以避免较大的测量误差。其中水面光谱数据主要采用水面之上法进行测量。在低温条件下保存的野外采集的水样在室内进行过滤，使用0.2μm大小的聚碳酸酯滤膜进行过滤，滤纸使用前需浸泡在10%的盐酸溶液中；黄色物质样品经低温保存后需恢复常温，在实验室使用紫外分光光度计测量黄色物质的光学密度。黄色物质浓度一般用其吸收系数表示，其公式表达式为：
式中ag（λ）为波段为λ时黄色物质的吸收系数；l为比色皿的长度，通常为10cm；ODs（λ）为CDOM相对于纯水的光学密度；ODbs（λ）是空白纯水相对于纯水的光学密度；ODnull是在可见光波段或者近红外波段黄色物质的表现残余光学密度。
二、结果与分析
如图2所示，为2014年6月份实测的黄色物质吸收系数随波长变化曲线图。由图2可知，黄色物质吸收系数在短波段附近具有强烈吸收，在近红外波段或者700nm附近吸收几乎零，表现了黄色物质随波长呈指数递减的性质。这与宋玲玲、雷惠等的研究结果相一致。宋玲玲等在淀山湖水体的黄色物质光学特性研究中发现黄色物质浓度随波长的增加而逐渐递减；雷惠等在东海水域黄色物质光学特性的研究中发现CDOM吸收曲线呈随波长的递增而递减的趋势，类型不同的水体CDOM吸收系数范围变化很大。文章选择黄色物质在波长440nm处的吸收系数作为其浓度（ag（440））。对2014年6月份实测数据分析发现ag（440）变化范围为0.254-0.676m-1，均值为0.395m-1，浓度高值区出现在近岸水域，离岸越远黄色物质浓度越低，体现了黄色物质陆源输入的特性。侯佳妮对二龙湖黄色物质的光学特性进行分析发现九月份黄色物质浓度变化范围为0.015-0.347m-1，均值为0.147 m-1；朱伟健研究长江口黄色物质光学特性发现2009年夏季ag（440）的变化范围为0.127-0.551m-1，均值为0.316m-1。与侯佳妮、朱伟健等的研究结果相比，鄱阳湖黄色物质浓度较高，分析其可能是研究区域的生态环境所引起。
三、结语
根据2014年6月份实测数据，对鄱阳湖黄色物质样品进行光谱测量与分析，得到鄱阳湖黄色物质的吸收特性。选择黄色物质在波长440nm出的吸收系数作为其浓度，实测的黄色物质浓度变化范围为0.254-0.676m-1，结果表明实测的黄色物质浓度呈现随波长增加指数递减的规律，在短波段附近具有强烈吸收，在近红外波段或者700nm附近吸收几乎为零；并且黄色物质浓度在沿岸水域较其他水域要高，随着离岸距离的增加，黄色物质浓度逐渐降低。与国内侯佳妮、朱伟健等研究结果相比，鄱阳湖黄色物质浓度较高。
参考文献
[1] 王林，赵冬至，杨建洪，陈艳拢.黄海北部CDOM近紫外区吸收光谱特性研究[J].光谱学与光谱分析，2010（12）：3379-3383.
[2] 冯龙庆，时志强，潘剑君，殷燕，张运林，刘明亮.太湖冬季黄色物质吸收荧光特性及遥感算法[J].湖泊科学，2011（03）： 348-356.
[3] 唐军武，田国良，汪小勇等.水体光谱测量与分析I：水面以上测量法[J].遥感学报，2004，8（01）：37-44.
[4] 宋玲玲，仇雁翎，张洪恩，刘登国，韩中豪，赵建夫.淀山湖黄色物质的光谱吸收特性[J].湖泊科学，2007（03）：250-254.
[5] 雷惠，潘德炉，陶邦一，沈亮，康林冲，张汉松.东海典型水体的黄色物质光谱吸收及分布特征[J].海洋学报（中文版），2009 （02）：57-62.
[6] 侯佳妮.二龙湖水质参数特性与遥感反演研究[D].长春：东北师范大学，2013.