东中国海表层悬浮体分布的遥感反演及输运机制研究

论文摘要

悬浮体作为影响水色的三要素之一,对于水体质量及水环境有着重要影响。悬浮体浓度分布是自然环境条件的综合反映,与物质来源以及海洋环流、风场、波浪等动力要素密切相关,也与底质、地形等有着密切的联系。作为营养盐和其他污染物的载体,悬浮体的分布和输运可以影响海水中污染物的分布以及造成营养盐的富集,进而影响海洋生态环境。悬浮体输运还可以为海洋沉积动力学的研究提供依据,对海岸淤积、海底侵蚀等造成影响,对海洋测绘、港口规划、保护海洋环境等有重要意义。由于悬浮体对于水动力环境反应敏感,为了建立悬浮体分布和输运的宏观格局,需要长时间连续序列以及大空间覆盖范围的数据,这一点仅凭需耗费大量人力、物力和财力的现场观测基本不能做到。而随着卫星遥感技术的发展,可以利用水色传感器获取的各波段离水辐射率来进行水色的探测与研究。本文利用潘德炉等于2001年提出的反演公式以及美国国家宇航局（NASA）提供的1998-2006年SeaWiFS月平均三级网格化数据,对渤、黄、东海（即东中国海）的表层悬浮体浓度进行了反演。由反演结果得到的表层悬浮体时空分布特征与已有实测及模式结果一致性较好,说明这一反演体系（反演公式、遥感数据选取及处理）是有效可行的。利用遥感反演结果对东中国海表层海水中悬浮体的分布和输运的空间特征和季节变化进行了详细研究。研究发现,东中国海悬浮体分布和输运呈现明显的空间分布和季节变化特征。悬浮体浓度近岸高离岸低;径流入海的河口区一般为悬浮体浓度高值区,渤海湾和苏北浅滩也存在常年浓度高值区;辽东湾内的悬浮体存在着“西低东高”的分布特征,对冬季而言尤为显著。冬半年（11月-4月）较高浓度悬浮体分布面积远大于夏半年（6月-9月）,且对于同一点而言悬浮体浓度一般也是冬季大于夏季。南黄海和东海悬浮体向东部深海的延伸存在着如下规律:冬季悬浮体向外扩散的范围比夏季大,呈现“夏贮冬输”的格局,而5月份和10月份为悬浮体“外延”和“内退”的过渡季节;以10mg/L等值线来标记的话,夏季该海域悬浮体向外海输运一般不能越过124°00′E,冬季不能越过126°30′E。影响表层悬浮体分布和输运的因素包括地形、海底沉积物类型、径流、跃层、风浪以及环流等等,海水中的悬浮体在这些因素的综合作用下呈现出上述的空间分布特征和季节变化规律。研究发现,风浪引起的再悬浮作用对于浅水区（一般为水深小于50m）的悬浮体分布起着最为重要的作用,浅水区同一地点的悬浮体含量的季节变化与之密切相关,这表明海底沉积物的再悬浮是表层海水悬浮体物质的重要来源。环流在悬浮体向外输送的过程中起着极为重要的作用,尤其是对南黄海和东海海域中悬浮体向东部深海的输运起着控制作用。入海径流为海水提供了丰富的淡水资源和悬浮体资源,对入海口海区的夏季悬浮体分布和输送起着控制作用。而跃层作为海底底层悬浮体向上扩散的屏障,其随季节的生消对同一地点表层悬浮体含量的季节变化产生明显影响。海底沉积物类型对悬浮体含量并不起决定作用,二者的关系常因海底地形及水动力因素的综合作用而复杂化。本文还利用月平均及天平均遥感资料的反演结果对1998年长江特大洪水事件对长江口外悬浮体分布和输运的影响进行了分析,结果表明,洪水汛期内长江口外悬浮体分布和输运主要受入海径流的控制,由于长江冲淡水比平常年份的强度大而导致长江口外悬浮体向外海输运地更远,可达125°E左右;而洪水事件对于1998年冬季长江口外悬浮体的分布和输运也有影响,悬浮体沿浙闽沿岸向西南输运的距离更远;长江口门及杭州湾（30°N-32°N）附近海域的悬浮体浓度值与高值区面积与平常年份同期相比也增大。且由悬浮体分布的型态可以得到汛期长江冲淡水主轴为偏东北转向,直指济州岛。本文是首次利用水色遥感资料对东中国海表层悬浮体进行长时间、大范围的研究,根据反演结果给出了东中国海表层悬浮体浓度的时空分布特征,反映了这一方法的有效可行性。进一步的研究可以在更高时空分辨率上展开,以得到更加细致的结果,加深对悬浮体分布及输运的认识。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 0.1 本文的研究意义
• 0.2 东中国海悬浮体研究的历史回顾
• 0.2.1 实测分析的研究历史与成果
• 0.2.2 数值模拟方法的发展与成果
• 0.2.3 水色遥感反演的发展及成果
• 0.3 本文的创新点以及主要工作内容
• 1. 东中国海自然环境及动力特征
• 1.1 东中国海海底地形及沉积物类型概述
• 1.1.1 渤海
• 1.1.2 黄海
• 1.1.3 东海
• 1.2 注入东中国海的径流概述
• 1.3 东中国海环流概述
• 1.3.1 渤海
• 1.3.2 黄海
• 1.3.3 东海
• 1.4 东中国海风场概述
• 1.5 东中国海风浪概述
• 1.6 东中国海跃层特点
• 2. 悬浮体水色遥感反演
• 2.1 SEAWIFS 传感器及遥感数据介绍
• 2.2 采用的反演公式介绍
• 2.3 遥感数据的读取与处理
• 2.3.1 数据格式及读取
• 2.3.2 反演过程及计算
• 2.3.3 关于海冰的处理
• 2.3.4 反演结果的精度
• 2.4 表层悬浮体浓度反演结果及时空分布特征
• 2.4.1 空间分布总体特征
• 2.4.2 季节变化总体特征
• 3. 东中国海悬浮体浓度影响机制分析
• 3.1 海底表层沉积物类型
• 3.2 径流
• 3.2.1 径流作用的概况
• 3.2.2 河口外不同位置的断面上悬浮体浓度季节变化规律的比较
• 3.3 跃层
• 3.4 环流
• 3.4.1 环流对渤海和北黄海悬浮体分布的影响
• 3.4.2 环流对南黄海和东海悬浮体向深海输运的影响
• 3.5 风浪
• 4. 特殊事件对长江口外悬浮体分布与输运的影响
• 4.1 长江口海域及其悬浮体分布与输运的基本情况
• 4.2 1998 年长江特大洪水事件
• 4.2.1 1998 年长江特大洪水事件概况
• 4.2.2 月平均数据分析洪水事件对夏季长江口外悬浮体分布和输运的影响
• 4.2.3 洪水发展各阶段对应的悬浮体浓度分布
• 4.2.4 月平均数据分析洪水事件对冬季长江口外悬浮体分布和输运的影响
• 5. 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文