2015年南黃海海域滸苔時空分布特征

矯新明， 袁廣旺， 毛成責(zé)， 花衛(wèi)華， 邵曉陽

(1. 江蘇省海涂研究中心，江蘇 南京210036；2. 江蘇省海洋環(huán)境監(jiān)測預(yù)報中心，江蘇 南京 210036；3. 南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210046；4. 杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310036)

2015年南黃海海域滸苔時空分布特征

矯新明1,2,3， 袁廣旺1,2， 毛成責(zé)1,2， 花衛(wèi)華1,2， 邵曉陽4

(1. 江蘇省海涂研究中心，江蘇 南京210036；2. 江蘇省海洋環(huán)境監(jiān)測預(yù)報中心，江蘇 南京 210036；3. 南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210046；4. 杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310036)

利用2015年獲得的MODIS、GF-1號等衛(wèi)星遙感影像資料，分析南黃海海域滸苔發(fā)生的時空分布特征，以期對南黃海海域今后的滸苔預(yù)防及綜合治理提供參考依據(jù).結(jié)果顯示：2015年度首次發(fā)現(xiàn)滸苔時間較2014年晚12 d，滸苔災(zāi)情嚴(yán)重時期較2014年提前10 d左右，月累計覆蓋面積最大值從7月提前到6月，受臺風(fēng)連續(xù)過境影響，滸苔消亡時間比2014年提前了15 d；2015年滸苔的發(fā)現(xiàn)位置、分布趨勢情況與2014年基本一致，但高頻分布區(qū)域有向外海及向北延伸的趨勢.

南黃海；滸苔；時空分布

綠潮是由石莼屬和滸苔屬等大型綠藻于飄浮狀態(tài)并大量增殖形成的一種有害藻華[1]，已成為世界性海洋生態(tài)災(zāi)害[2-9].而中國南黃海爆發(fā)的滸苔綠潮是目前世界上規(guī)模最大的綠潮災(zāi)害.根據(jù)國家海洋局統(tǒng)計，在2007年南黃海滸苔綠潮第一次小規(guī)模爆發(fā)后，2008—2015年，滸苔綠潮的發(fā)生頻率、生物量及影響規(guī)模和范圍總體呈明顯的上升趨勢[10-11].滸苔綠潮的大規(guī)模爆發(fā)，不僅破壞了海洋生態(tài)系統(tǒng)平衡，還對沿海城市發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，尤其對山東、江蘇的漁業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和旅游業(yè)發(fā)展帶來巨大的影響[12-16].

為積極應(yīng)對滸苔災(zāi)害帶來的不利影響，2014年開始，江蘇省海涂研究中心會同國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心，對南黃海海域開展了滸苔遙感衛(wèi)星監(jiān)視監(jiān)測.本文利用2015年獲得的衛(wèi)星遙感影像資料，分析了南黃海海域滸苔發(fā)生的時空分布特征，以期為南黃海海域今后的滸苔預(yù)防及綜合治理提供參考依據(jù).

1 數(shù)據(jù)來源及處理方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

衛(wèi)星遙感技術(shù)具有大范圍、全天候、全天時、多頻次、多角度的優(yōu)點[17-24].利用衛(wèi)星遙感手段可及時監(jiān)測滸苔的動態(tài)變化，及時明確滸苔爆發(fā)區(qū)域、富集程度，有針對性地指導(dǎo)滸苔的海上打撈工作，有效控制滸苔災(zāi)害的發(fā)展態(tài)勢[25].本文所用遙感衛(wèi)星影像資料由國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心提供，主要來自于MODIS系列(Terra、Aqua)、HJ-1、GF-1和Landsat-8等衛(wèi)星傳輸?shù)挠跋駭?shù)據(jù).主要衛(wèi)星數(shù)據(jù)載荷和分辨率見表1.

表1 主要衛(wèi)星數(shù)據(jù)源

Tab. 1 Data source of the main satellites

衛(wèi)星名稱傳感器分辨率/m重訪周期/d所屬國家TERRA/AQUAMODIS250～10001美國HJ-1A/1BCCD302中國GF-1WFV/PMS2～164中國Landsat-8OLI3016美國

圖1 滸苔水體與正常海水的光譜信息Fig. 1 Spectral information of Ulva proliferaand normal seawater

1.2 數(shù)據(jù)處理方法

作為水生綠藻類植物，滸苔的光譜特性與陸地植被相似[26].相對于水體，滸苔在綠色波段(550～560 nm)存在一個反射峰，同時近紅外波段(700 nm)反射率急劇上升，這些均為植被最顯著的光譜特征.由于滸苔在可見光中的500～600 nm綠光部分反射率較大，滸苔信息在衛(wèi)星遙感影像上顯示為綠色(圖1).

本文數(shù)據(jù)處理依據(jù)《海洋監(jiān)測技術(shù)規(guī)程第7部分：衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)方法(HY/T 147.7-2013)》，根據(jù)滸苔水體與周圍正常水體的實際值來確定提取閾值，得到初步滸苔信息提取結(jié)果，再結(jié)合目視判讀方法，解譯滸苔信息，修正基于NDVI指數(shù)方法計算得到的滸苔提取結(jié)果，最終確定滸苔分布范圍，計算滸苔分布面積、覆蓋面積、離岸距離等.

2 結(jié)果與討論

綠潮多數(shù)發(fā)生在春夏兩季，一般在夏季高溫期間結(jié)束，部分地區(qū)會持續(xù)到秋季，而且會多年連續(xù)爆發(fā)[27].2015年南黃海滸苔衛(wèi)星遙感監(jiān)測結(jié)果顯示，南黃海滸苔于5月12日首次發(fā)現(xiàn)，8月14日最后一次監(jiān)測到零星滸苔.全年衛(wèi)星遙感可監(jiān)測的南黃海滸苔災(zāi)情持續(xù)時間為95 d.

2.1 時間分布

滸苔從出現(xiàn)到消亡存在一個顯著的周期性，即“出現(xiàn)-生長爆發(fā)-消亡”[28].從衛(wèi)星遙感的角度來看，2015年滸苔災(zāi)害基本于4月底、5月初出現(xiàn)于蔣家沙、竹根沙附近海域，隨后分布面積逐步擴(kuò)大，滸苔密集度也逐漸增加，至6月12日，滸苔災(zāi)害分布及覆蓋面積達(dá)到峰值，后逐漸減小，8月14日后未監(jiān)測到滸苔分布，滸苔消亡.

2.1.1 滸苔發(fā)生階段

監(jiān)測結(jié)果顯示，5月12日首次利用衛(wèi)星遙感手段于蔣家沙、竹根沙海域監(jiān)測到零星滸苔分布，呈條帶狀、斑塊狀分布，分布面積小且密集度較低；至5月20日滸苔分布面積進(jìn)一步擴(kuò)大，短短一周時間滸苔分布面積擴(kuò)大一個數(shù)量級，并首次統(tǒng)計到覆蓋面積(圖2).

2.1.2 滸苔生長爆發(fā)階段

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，2015年滸苔分布面積高值主要出現(xiàn)在5月下旬—7月中旬，此時期為滸苔生長爆發(fā)階段，而覆蓋面積高值主要出現(xiàn)在6月上旬—7月中旬，因此兩個時段的重疊期(6月上旬—7月中旬)為滸苔災(zāi)情較為嚴(yán)重的時期(圖3、圖4).

5月下旬開始，南黃海海域氣溫升高，大量的降水也將更多陸源污染物帶入近海，使近海的營養(yǎng)鹽水平升高，適宜滸苔的快速增長，滸苔進(jìn)入全面生長爆發(fā)階段.滸苔分布面積、覆蓋面積呈迅速增加的趨勢，滸苔密集區(qū)分布于鹽城、南通外海；隨著溫度由南向北逐漸升高，海州灣海域及山東外海逐漸出現(xiàn)滸苔分布，且分布與覆蓋面積逐漸增大.至6月上旬，山東外部海域開始大面積爆發(fā)滸苔綠潮，6月12日南黃海滸苔分布面積與覆蓋面積均達(dá)到峰值(圖4)。此期間，滸苔分布范圍最南至東海海域，最北至山東威海石島海域，滸苔密集區(qū)分布于連云港、日照及青島外海，并在鹽城射陽、濱海沿岸出現(xiàn)登灘現(xiàn)象.

6月中旬—7月上、中旬，滸苔主體繼續(xù)沿山東半島南岸海域向東北方向發(fā)展，受附近海域海流等綜合作用，其主體主要在山東南部沿岸來回移動，移動范圍始終在37°N以南海域.受氣象條件影響滸苔分布與覆蓋面積有一定的波動，分布面積范圍16 800～45 550 km2，覆蓋面積范圍450～3 930 km2，并在山東半島南岸登灘13次.

圖2 滸苔發(fā)生階段衛(wèi)星遙感影像解譯圖Fig. 2 Satellite remote sensing image interpretation map of the occurrence stage of Ulva prolifera

圖3 歷次滸苔衛(wèi)星遙感監(jiān)測面積Fig. 3 Daily distribution and coverage area of Ulva prolifera monitored by remote sensing

圖4 滸苔爆發(fā)階段衛(wèi)星遙感影像解譯圖Fig. 4 Satellite remote sensing image interpretation map of the bloom stage of Ulva prolifera

2.1.3 滸苔消亡階段

7月中、下旬—8月中旬是滸苔的消退、消亡階段，滸苔分布面積和覆蓋面積逐漸減小，主要分布在山東半島南部海域，并隨時間的推移，由北向南逐漸消亡.8月14日最后一次于連云港近岸海域監(jiān)測到零星滸苔分布，之后未監(jiān)測到滸苔分布，滸苔消亡(圖5).

與2014年度相比，2015年度首次發(fā)現(xiàn)滸苔時間較2014年晚12 d，但滸苔長勢迅猛，滸苔災(zāi)情嚴(yán)重時期較2014年提前10 d左右；月累積分布與覆蓋面積峰值均提前到了6月，且6-7月的月累積覆蓋面積較2014年有所增加；但由于2015年7月臺風(fēng)連續(xù)過境產(chǎn)生的影響，使?jié)G苔生長發(fā)展受到影響，滸苔消亡時間比2014年提前了15 d(圖6).

圖5 滸苔消亡階段衛(wèi)星遙感影像解譯圖Fig. 5 Satellite remote sensing imageinterpretation map of the decayingstage of Ulva prolifera

圖6 2014-2015年滸苔分布面積和覆蓋面積的月累積變化圖Fig. 6 Monthly variation comparison ofdistribution and coverage area ofUlva prolifera between 2014 and 2015

2.2 空間分布

空間分布上，2015年滸苔首先發(fā)現(xiàn)于鹽城、南通交界的蔣家沙、竹根沙海域，并沿鹽城近岸海域向西北方向發(fā)展，在鹽城北部海域出現(xiàn)分化，小部分進(jìn)入海州灣，滸苔主體則向青島海域發(fā)展，同時沿山東半島近岸海域繼續(xù)向東北方向發(fā)展，最遠(yuǎn)到達(dá)山東威海石島海域.

將歷次滸苔分布范圍疊加，得到滸苔空間分布頻次圖(圖7)，可見，海州灣以東、青島以南海域的滸苔監(jiān)測分布頻次最高，說明滸苔爆發(fā)期主要分布在海州灣以東、青島以南海域.

由圖7可見，2015年滸苔的發(fā)現(xiàn)位置、分布趨勢情況與2014年基本一致，但高頻分布區(qū)域有向外海及向北延伸的趨勢.

圖7 2014和2015年滸苔空間頻率分布Fig. 7 Spatial frequency distribution of Ulva prolifera in 2014 and 2015

3 結(jié) 論

2015年5月12日利用衛(wèi)星遙感手段于蔣家沙、竹根沙海域首次監(jiān)測到零星滸苔分布，較2014年首次發(fā)現(xiàn)滸苔晚12 d.5月下旬—7月中旬為南黃海海域滸苔生長爆發(fā)階段，月累計覆蓋面積最大值從往年7月提前到6月，此時滸苔主要分布于海州灣以東、青島以南海域；6月上旬—7月中旬進(jìn)入滸苔災(zāi)情較為嚴(yán)重的時期，較2014年提前10 d左右.因受到2015年7月臺風(fēng)連續(xù)過境影響，南黃海海域滸苔消亡時間比2014年提前了15 d.2015年滸苔的發(fā)現(xiàn)位置、分布趨勢情況與2014年基本一致，但高頻分布區(qū)域有向外海及向北延伸的趨勢.

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Tempo-spatial Distribution Features ofUlvaprolifera
in South Yellow Sea in 2015

JIAO Xinming1,2,3， YUAN Guangwang1,2， MAO Chengze1,2， HUA Weihua1,2， SHAO Xiaoyang4

(1. Tidal Flat Research Center of Jiangsu Province, Nanjing 210036, China; 2. Jiangsu Marine Environment Monitoring and Forecasting Center, Nanjing 210036, China; 3. School of the Environment, Nanjing University, Nanjing 210046, China;4. College of Life and Environmental Science, Hangzhou Normal University, Hangzhou 310036, China)

Objective to provide reference basis forUlvaproliferaprevention and integrated management South Yellow Sea area, tempo-spatial distribution features ofUlvaproliferawere analyzed utilizing satellite remote sensing image data from MODIS & GF-1 in 2015. The result showed that the date thatUlvaproliferafirst detected was 12 days later than that in 2014, blooming period was 15 days earlier than that in 2014, peak of the cumulative monthly covering area was almost 1 month ahead in the comparison to that in 2014. Influenced by the successive typhoon, decay date was almost 15 days early. Initial detected location, tendency of development and drift ofUlvaproliferain the 2 years were basically in line, whereas the high-frequency distribution area was extending northeastward.

South Yellow Sea;Ulvaprolifera.; spatial-temporal distribution

2016-04-27

國家海洋公益性行業(yè)專項(201205005)；滸苔綠潮應(yīng)急處置和資源化利用技術(shù)(2016YFC1402105)；海域使用金使用項目(江蘇省重點海域海洋環(huán)境容量研究).

毛成責(zé)(1986—)，男，工程師，主要從事海洋生物學(xué)研究.E-mail: maochengze@126.com

10.3969/j.issn.1674-232X.2017.01.014

X87

A

1674-232X(2017)01-0051-06