矯新明， 袁廣旺， 毛成責(zé)， 花衛(wèi)華， 邵曉陽(yáng)

(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(cè)預(yù)報(bào)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(shí)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(yáng)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(cè)預(yù)報(bào)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(hào)等衛(wèi)星遙感影像資料，分析南黃海海域滸苔發(fā)生的時(shí)空分布特征，以期對(duì)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(shí)間較2014年晚12 d，滸苔災(zāi)情嚴(yán)重時(shí)期較2014年提前10 d左右，月累計(jì)覆蓋面積最大值從7月提前到6月，受臺(tái)風(fēng)連續(xù)過(guò)境影響，滸苔消亡時(shí)間比2014年提前了15 d；2015年滸苔的發(fā)現(xiàn)位置、分布趨勢(shì)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(shì).

南黃海；滸苔；時(shí)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(guó)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(guó)家海洋局統(tǒng)計(jì)，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(shì)[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(duì)沿海城市發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，尤其對(duì)山東、江蘇的漁業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和旅游業(yè)發(fā)展帶來(lái)巨大的影響[12-16].

為積極應(yīng)對(duì)滸苔災(zāi)害帶來(lái)的不利影響，2014年開始，江蘇省海涂研究中心會(huì)同國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，對(duì)南黃海海域開展了滸苔遙感衛(wèi)星監(jiān)視監(jiān)測(cè).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(shí)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(lái)源及處理方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

衛(wèi)星遙感技術(shù)具有大范圍、全天候、全天時(shí)、多頻次、多角度的優(yōu)點(diǎn)[17-24].利用衛(wèi)星遙感手段可及時(shí)監(jiān)測(cè)滸苔的動(dòng)態(tài)變化，及時(shí)明確滸苔爆發(fā)區(qū)域、富集程度，有針對(duì)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(shì)[25].本文所用遙感衛(wèi)星影像資料由國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心提供，主要來(lái)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(guó)家TERRA/AQUAMODIS250～10001美國(guó)HJ-1A/1BCCD302中國(guó)GF-1WFV/PMS2～164中國(guó)Landsat-8OLI3016美國(guó)

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(duì)于水體，滸苔在綠色波段(550～560 nm)存在一個(gè)反射峰，同時(shí)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(cè)技術(shù)規(guī)程第7部分：衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)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(shí)際值來(lái)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(jì)算得到的滸苔提取結(jié)果，最終確定滸苔分布范圍，計(jì)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(huì)持續(xù)到秋季，而且會(huì)多年連續(xù)爆發(fā)[27].2015年南黃海滸苔衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)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(cè)到零星滸苔.全年衛(wèi)星遙感可監(jiān)測(cè)的南黃海滸苔災(zāi)情持續(xù)時(shí)間為95 d.

2.1 時(shí)間分布

滸苔從出現(xiàn)到消亡存在一個(gè)顯著的周期性，即“出現(xiàn)-生長(zhǎng)爆發(fā)-消亡”[28].從衛(wèi)星遙感的角度來(lái)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(cè)到滸苔分布，滸苔消亡.

2.1.1 滸苔發(fā)生階段

監(jiān)測(cè)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(cè)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(shí)間滸苔分布面積擴(kuò)大一個(gè)數(shù)量級(jí)，并首次統(tǒng)計(jì)到覆蓋面積(圖2).

2.1.2 滸苔生長(zhǎng)爆發(fā)階段

根據(jù)監(jiān)測(cè)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(shí)期為滸苔生長(zhǎng)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(gè)時(shí)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(shí)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(yíng)養(yǎng)鹽水平升高，適宜滸苔的快速增長(zhǎng)，滸苔進(jìn)入全面生長(zhǎng)爆發(fā)階段.滸苔分布面積、覆蓋面積呈迅速增加的趨勢(shì)，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(yáng)、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(lái)回移動(dòng)，移動(dòng)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(dòng)，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(cè)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(shí)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(cè)到零星滸苔分布，之后未監(jiān)測(cè)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(shí)間較2014年晚12 d，但滸苔長(zhǎng)勢(shì)迅猛，滸苔災(zāi)情嚴(yán)重時(shí)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(tái)風(fēng)連續(xù)過(guò)境產(chǎn)生的影響，使?jié)G苔生長(zhǎng)發(fā)展受到影響，滸苔消亡時(shí)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(shí)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(cè)分布頻次最高，說(shuō)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(shì)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(shì).

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(cè)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(zhǎng)爆發(fā)階段，月累計(jì)覆蓋面積最大值從往年7月提前到6月，此時(shí)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(shí)期，較2014年提前10 d左右.因受到2015年7月臺(tái)風(fēng)連續(xù)過(guò)境影響，南黃海海域滸苔消亡時(shí)間比2014年提前了15 d.2015年滸苔的發(fā)現(xiàn)位置、分布趨勢(shì)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(shì).

[1] FLETCHER R L. The occurrence of “green tides”: a review[M]//SCHRAMM W, NIENHUIS P H. Marine benthic vegetation: recent changes and the effects of eutrophication. Berlin: Springer，1996.

[2] TAYLOR R, FLETCHER R L, RAVEN J A. Preliminary studies on the growth of selected ‘Green tide’ algae in laboratory culture: effects of irradiance，temperature，salinity and nutrients on growth rate[J]. Botanica Marina,2001,44(4):327-336.

[3] KIM K Y, CHOI T S, KIM J H, et al. Physiological ecology and seasonality of Ulva pertusa on a temperate Rocky shore[J]. Phycologia,2004,43(4):483-492.

[4] PALOMO L, CLAVERO V, IZQUIERDO J J, et al. Influence of macrophytes on sediment Phosphorus accumulation in a eutrophic estuary(Palmones River,Southern Spain)[J]. Aquatic Botany,2004,80(2):103-113.

[5] VAN ALSTYNE K L, NELSON A V, VYVYAN J R, et al. Dopamine functions as an antiherbivore defense in the temperate green algaUlvariaobscura[J]. Oecologia,2006,148(2):304-311.

[6] PERROT T, MENESGUEN A, DUMAS F. Ecological modelling of Ulva mass blooms on the Britanny coasts[J]. Houille Blanche-Revue Internationale de L Eau,2007,150(5):49-55.

[7] YABE T, ISHII Y, AMANO Y, et al. Green tide formed by free-floating Ulva spp. at Yatsu tidal flat, Japan[J]. Limnology,2009,10(3):239-245.

[9] 張學(xué)成，秦松，馬家海，等.海藻遺傳學(xué)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2005.

[10] 國(guó)家海洋局.中國(guó)海洋環(huán)境狀況公報(bào)[M].北京:國(guó)家海洋局,2010.

[11] 國(guó)家海洋局.中國(guó)海洋災(zāi)害公報(bào)[M].北京:國(guó)家海洋局,2015.

[12] 梁剛.大型藻類遙感監(jiān)測(cè)方法研究[D].大連：大連海事大學(xué)，2011.

[13] 張娟.滸苔遙感監(jiān)測(cè)方法研究及軟件實(shí)現(xiàn)：以青島奧帆賽場(chǎng)及周邊海域?yàn)槔齕D].成都：電子科技大學(xué)，2009.

[14] RAMSEY I E, RANGOONWALA A, THOMSEN M S, et al. Spectral definition of the macro-algae Ulva curvata in the back-barrier bays of the Eastern Shore of Virginia, USA[J]. International Journal of Remote Sensing,2012,33(2):586-603.

[15] 李三妹，李亞君，董海鷹，等.淺析衛(wèi)星遙感在黃海滸苔監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2010，21(1)：76-82.

[16] 蔣興偉，鄒亞榮，王華，等.基于SAR快速提取滸苔信息應(yīng)用研究[J].海洋學(xué)報(bào)，2009，31(2)：63-68.

[17] SON Y B, MIN J E, RYU J H. Detecting massive green algae (Ulva prolifera) blooms in the Yellow Sea and East China Sea using Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) data[J]. Ocean Science Journal,2012,47(3):359-375.

[18] SHEN H, PERRIE W, LIU Q R, et al. Detection of macroalgae blooms by complex SAR imagery[J]. Marine Pollution Bulletin,2014,78(1/2):190-195.

[19] ZHANG H Y, XU Q, CHENG Y C, et al. Environment and transportation engineering[C]//Proceedings of 2013 International Conference on Remote Sensing. Amsterdam：Atlantis Press,2013:902-905.

[20] CASAL G, SANCHEZ-CARNERO N, SANCHEZ-RODRIGUEZ E, et al. Remote sensing with SPOT-4 for mapping kelp forests in turbid waters on the South European Atlantic shelf[J]. Estuarine，Coastal and Shelf Science,2011,91(3):371-378.

[21] LYONS M, PHINN S, ROELFSEMA C. Integrating quickbird multi-spectral satellite and field data: mapping bathymetry, seagrass cover, seagrass species and change in Moreton Bay, Australia in 2004 and 2007[J]. Remote Sensing,2011,3(1):42-64.

[22] 趙英時(shí).遙感應(yīng)用分析原理與方法[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[23] 梅新安，彭望琭，秦其明，等.遙感導(dǎo)論[M].北京：高等教育出版社，2001.

[24] 邱亞會(huì)，盧劍波.滸苔遙感監(jiān)測(cè)研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，35(15)：4977-4985.

[25] 姚東瑞.滸苔[M].北京：海洋出版社，2011.

[26] 葉娜，賈建軍，田靜，等.滸苔遙感監(jiān)測(cè)方法的研究進(jìn)展[J].國(guó)土資源遙感，2013，25(1)：7-12.

[27] HODGKISS I J, LU S H. The effects of nutrients and their ratios on phytoplankton abundance in Junk Bay, Hong Kong[J]. Hydrobiologia,2004,512(1):215-229.

[28] 吳孟泉，郭浩，張安定，等.2008年—2012年山東半島海域滸苔時(shí)空分布特征研究[J].光譜學(xué)與光譜分析，2014，34(5)：1312-1318.

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(guó)家海洋公益性行業(yè)專項(xiàng)(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(xiàng)目(江蘇省重點(diǎn)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