- 曹文熙;杨跃忠;张敬祥;柯天存;卢桂新;李彩;郭超英;孙兆华;
文中设计的光学浮标采用了柱状浮体,提出了自由旋转的马鞍链结构。理论计算结果表明,该光学浮标一是初稳性高度大,二是光学浮标重心位于浮心之下,浮标的摇摆角较小,抗倾斜及倾覆能力强。海上试验结果表明,对于风力7节、浪高3—4m以下的海况,浮标倾角≤5°的次数占总采样次数的54%,浮标倾角≤10°的次数占总采样次数的83%,浮标性能较好地满足了水下光辐射测量的技术要求。为减小阴影效应带来的光辐射测量误差,文中采用了两种解决方法:一是伸臂结构解决浮标体阴影的影响,当太阳天顶角为0°时,在近岸或者清洁水体中浮标体阴影引起的向上辐亮度测量误差分别不大于4%和1%;二是光纤光谱仪测量技术减少仪器自阴影的影响,设计的光谱辐照度和辐亮度光学探头直径均为0.042m,当水体光束衰减系数为0.12m-1,太阳天顶角为10°时,自阴影引起的向上辐亮度测量误差仅为1.5%。
2010年02期 v.29 1-6页 [查看摘要][在线阅读][下载 774K] - 杨跃忠;卢桂新;柯天存;许占堂;
以光学浮标为控制对象,以工作稳定、低功耗为目的,设计海上工作控制硬件。采用嵌入式PC/104CPU主板和以单片机为核心多功能板组合,由PC/104CPU主板完成采集数据、保存数据、通讯等工作,多功能板实现计数、I/O控制、A/D转换、定时等功能。单片机结合日历时钟和电源总开关组成二级"看门狗",实现了海洋光学浮标控制系统无人值守、全天候、全过程独立工作。
2010年02期 v.29 7-11页 [查看摘要][在线阅读][下载 721K] - 李彩;曹文熙;程远月;孙兆华;杨跃忠;
基于交叉非对称的czerny-Turner结构,研制了一种微型光纤光谱仪,采用光栅分光、线阵CCD探测光,基于复杂可编程逻辑器件及PC104设计CCD数据采集电路,采样结果通过PC104总线上传至PC104工控机,光谱仪及数据采集电路集成为一光谱仪模块,约为96mm(宽)×104mm(长)×18mm(高),该模块与PC104工控机之间通过PC104总线以"针"和"孔"形式层叠连接,在具有体积小、功耗低、采样速度快等优点的同时还具有极好的抗震性,非常适合于野外恶劣工作环境下的在线使用。将其应用于海水中铁等痕量元素及营养盐在线检测仪,试验结果良好。
2010年02期 v.29 12-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 492K] - 曹文熙;杨跃忠;王桂芬;赵俊;周雯;李彩;孙兆华;梁少君;柯天存;卢桂新;
有害赤潮发生频度有逐年增加的趋势,建设赤潮的早期监测和预警系统是一个难点。文章研究表明,珠江口赤潮前后,叶绿素a浓度和细胞密度变化范围分别为0.9—31.1mg·m-3和1.28×104—1.76×106cell·L-1,优势藻为聚生角毛藻;高光谱辐射计获取的光漫射衰减系数、遥感反射率和荧光强度可反演叶绿素a浓度和细胞密度,其中反演叶绿素a浓度的平均相对均方根差(RRMS)为30.6%、33.8%和77.4%,而反演细胞密度的平均RRMS为83.6%、83.9%和136.4%。因高光谱辐射计可以获取每小时或者更短时间尺度的数据,因此,装备了高光谱辐射计的光学浮标可用于赤潮监测与预警系统。
2010年02期 v.29 17-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 1181K] - 王桂芬;曹文熙;周雯;梁少君;杨跃忠;赵俊;
浮游植物的粒级结构是一个重要的生物参数。基于南海北部海区不同水体环境下测量的生物光学数据,作者深入研究了粒级结构对浮游植物吸收光谱的影响。结果表明,选择443和510nm波段计算得到的浮游植物光谱斜率S对粒级结构的变化具有较高的敏感性,其随着小型浮游植物比例的增大呈不断增加的趋势。S与水体叶绿素a浓度、浮游植物吸收系数(aph(443))之间表现出明显的正相关特征。以40%为界对不同粒级浮游植物的优势进行定义,发现在S与叶绿素a浓度、aph(443)的关系分布中小型(Micro)和微微型(Pico)浮游植物占据优势的水体表现出较为明显的分界,叶绿素a浓度和aph(443)分别在0.70mg·m-3和0.05m-1附近,相应的S在0.0004(m·nm)-1左右。基于实测数据建立的遥感反射率蓝绿波段比值与S之间的统计关系,决定系数高达0.91,为从水色遥感数据反演浮游植物粒级结构提供了重要手段。
2010年02期 v.29 25-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 1025K] - 周雯;曹文熙;李彩;王桂芬;孙兆华;赵俊;
藻细胞抽象为细胞质和叶绿体构成的两层球体结构,结合Aden-Kerker散射理论,分析了藻细胞各物理属性对其光学特性的影响,同时也与均匀球体藻细胞的光学特性进行了对比分析。分析结果表明,与均匀球体结构相比,叶绿体为外裹层的细胞结构将显著增强其后向散射效率及后向散射比率,而叶绿体为内核层的细胞结构因打包效应将削弱藻细胞的吸收效率;当叶绿体为外裹层时,细胞粒径大小、叶绿体相对体积、叶绿体复折射率的虚部都对藻细胞的吸收效率会产生显著影响;同时,细胞粒径大小和叶绿体复折射率实部是决定细胞后向散射效率和后向散射比率的两个重要指标。
2010年02期 v.29 33-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 736K] - 周雯;曹文熙;杨跃忠;王桂芬;赵俊;孙兆华;许占堂;
采用2007年5月大亚湾浮标定点航次采集的生物-光学数据,分析了大亚湾水体后向散射比率的光谱变化及其影响因素。分析结果表明,660nm处后向散射比率变化范围在0.0040—0.0245之间,均值为0.0082±0.0032,实测后向散射比率光谱波段间的相对变化不超过15%;颗粒后向散射比率随着叶绿素a浓度增加呈减小的趋势,高叶绿素浓度显著对应较低的后向散射比率;粒径是影响大亚湾水体后向散射比率的重要因素之一,随着水体中Junge粒级斜率的增大,颗粒后向散射比率显著增大;折射率的变化也对后向散射比率产生一定影响,类似的水体粒径分布情况下,浮游植物与非藻类物质相对贡献的变化将导致折射率的明显变化,并将主导水体后向散射比率的变化。
2010年02期 v.29 39-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 736K] - 周雯;曹文熙;王桂芬;梁少君;赵俊;孙兆华;
浮游植物吸收光谱已逐渐成为高光谱水色遥感的可获取参量。文章采用了多层感知器模型,由珠江口担杆群岛附近水体的浮游植物吸收光谱进行了色素浓度的反演,感知器的输入量是浮游植物吸收光谱,输出量分别对应叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c、光保护类胡萝卜素和非光保护类胡萝卜素五大类主要色素的浓度。分析结果表明,叶绿素a和叶绿素c估算结果的平均相对偏差比较低,在测试数据集中两者的偏差分别为19.06%和15.90%;光保护类胡萝卜素和非光保护类胡萝卜素的估算浓度的相对偏差比较高,对于测试数据而言,分别为37.62%和36.96%;叶绿素b浓度在测试数据集中的估算相对偏差约为27.47%。五大类色素在测试数据集和训练数据集的估算偏差比较接近,已训练好的多层感知器可用于担杆岛水体中色素信息的反演。同时,此色素反演方法也为遥感监测水体浮游植物种群动态提供了重要的手段。
2010年02期 v.29 46-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 785K] - 王桂芬;曹文熙;杨跃忠;周雯;梁少君;
基于2007年8月海洋光学浮标在珠江口投放期间获得的近16天的实测生物光学数据,对一次藻华过程中水体总吸收系数和水色光谱的变化特性及其相互关系进行了研究。结果表明,藻华前后水体中非藻类物质尤其是有色溶解有机物在蓝光波段具有较强的吸收贡献,而当藻华爆发时,随着叶绿素a浓度的急剧增大,浮游植物的吸收贡献明显增强;各波段之间总吸收系数呈现出较好的线性相关关系,吸收光谱蓝绿波段比值的变化对遥感反射率的光谱分布有重要的贡献;据此建立了对水体总吸收系数反演的经验关系模型,表现出较高的反演精度,计算值与实测值之间相对偏差的均方根在可见光波段可控制在24%以内。
2010年02期 v.29 52-58页 [查看摘要][在线阅读][下载 1028K] - 梁少君;曹文熙;王桂芬;周雯;赵俊;孙兆华;
在南海北部、大亚湾及珠江口3个不同水体生物-光学数据的基础上,研究了浮游植物粒径结构的变化特征,建立了基于浮游植物吸收光谱提取的浮游植物粒径参数(S<f>)的混合光谱模型。南海海区不同的水体环境下浮游植物的粒级结构有着很大的差异:在河口和沿岸水体小型浮游植物占优势,在外海水体微微型浮游植物占优势。浮游植物粒径参数随小型浮游植物增多而减少,随微微型浮游植物增多而增大。叶绿素a浓度从外海到沿岸逐渐增大,浮游植物粒径参数随叶绿素a浓度的增大而减小,它们之间呈幂函数关系。结果表明,利用混合光谱模型得到的浮游植物粒径参数与南海海区不同水体的生物-光学特征(粒级结构Rpico和Rmicro、粒级指数SI、叶绿素a浓度)有一定的相关性。具体的相关性表示为:S<f>与粒级结构(Rpico和Rmicro)存在一定的关系,与小型浮游植物和微微型浮游植物之间的线性相关系数分别是0.55和0.65;S<f>与浮游植物粒级指数(SI)有较好的线性关系,相关系数是0.57;S<f>与叶绿素a浓度呈幂函数关系,相关系数是0.64。这个混合光谱模型为从光学参数反演浮游植物种群的生态学信息提供了有效的手段,同时又可用于分析浮游植物优势粒径结构对光学特性的影响。
2010年02期 v.29 59-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 800K] - 李涛;刘胜;王桂芬;曹文熙;黄良民;林秋艳;
根据2004年9月18日-10月2日南海北部航次所获得的表层浮游植物群数据,对其组成及数量分布进行了探讨分析。该次调查鉴定浮游植物共53属152种(含变种和变型),分别属于硅藻门35属88种、甲藻门15属60种、蓝藻门1属2种及金藻门1属1种等;优势种中分布较广泛的有柔弱伪菱形藻Pseudo-nitzschia delicatissima、反曲原甲藻Prorocentrum sigmoides、微小原甲藻P.mininum、锥状施克里普藻Scrippsiella trochoidea和红海束毛藻Trichodesmium erythraeum等;浮游植物细胞丰度的数量范围为(0.11-23.61)×106cells·m-3,呈现近岸区域高于远岸区域的平面分布格局,最大值和最小值分别出现在海南岛东北部海域的E506站和海南岛东南部海域的B3站;浮游植物物种丰富度也是近岸的站点较高,以靠近珠江口E708站的51种为最多。硅藻类细胞丰度范围为(0.02-8.13)×106cells·m-3,主要分布在高盐的外海水域,其中产二甲基磺酸丙酯(DMSP)的小环藻Cyclotella spp.在多个站点出现;甲藻类以近岸水域居多,细胞丰度最高达15.67×106cells·m-3(E506站),其中数量较多的赤潮种类主要有锥状施克里普藻、反曲原甲藻、微小原甲藻、环沟藻Gyrodinium spp.等;固氮的红海束毛藻在调查海域广泛分布,但主要集中于东部,以E206站最多,高达1.8×107cells·m-3。结合水文资料和其他层次的浮游植物资料进行对比分析,结果表明,红海束毛藻的分布与黑潮水的入侵存在一定关系,其分布受水团和海流的影响。
2010年02期 v.29 65-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1146K] - 杨超宇;杨顶田;赵俊;
以三亚湾泰莱藻为例,对海草光谱特征进行分析。结果表明,450—780nm是海草光谱主要敏感波段,其波段内的导数光谱是海草叶面积大小序列辨别的有效依据。一阶导数获得的红边与叶片叶绿素a浓度密切相关。海草在625nm、675nm两处出现明显的导数特征峰,两峰峰值相差较大;其优势特征峰分布在550nm、700nm、750—780nm。实际应用中,此特征可作为海草底质分类的识别条件,与海草覆盖率和光谱特征的关系相结合,可对大量的遥感数据进行识别,从而达到大尺度遥感监测海草分布和动态变化的目的。
2010年02期 v.29 74-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 781K] -
<正>《热带海洋学报》是由中国科学院南海海洋研究所主办、科学出版社出版、国内外公开发行的海洋学综合学术刊物,是我国自然科学核心期刊之一,是《中国学术期刊综合评价数据库》、《中国科学引文数据库》、《万方数据——数字化期刊群》
2010年02期 v.29 80页 [查看摘要][在线阅读][下载 386K] 下载本期数据