基于現(xiàn)場調(diào)查和MODIS衛(wèi)星遙感下東海原甲藻主導(dǎo)的混合甲藻赤潮生消規(guī)律研究

陳莉嬋，楊萌萌，許永久，沈盎綠*

(1. 上海海洋大學(xué)海洋生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，上海 201306；2. 日本名古屋大學(xué)宇宙地球環(huán)境研究所陸域海洋圏生態(tài)研究部，名古屋 464-8601；3. 浙江海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，浙江 舟山 316022)

赤潮，廣義上亦稱有害藻華(Harmful Algal Blooms，HABs)，是由于海洋中微型浮游生物在一定環(huán)境條件下異常增殖引起水體變色的一種異常生態(tài)現(xiàn)象，且其對水生生物和生態(tài)系統(tǒng)具有破壞性影響[1-2]。長江口和東海沿岸是著名的赤潮高發(fā)區(qū)[3-5]，其中，浙江南部沿海地區(qū)(包括洞頭和南麂列島)每年春夏季頻繁暴發(fā)規(guī)模較大的硅藻和甲藻赤潮[6-9]。而且，甲藻通常是有毒赤潮的“肇事者”，主要是某些甲藻暴發(fā)性增殖時(shí)產(chǎn)生的毒素，即使是不含毒素的甲藻赤潮，也會造成缺氧現(xiàn)象從而對浮游動物和魚類具有致死性[2,10]。近年來東?；旌霞自宄喑泵磕甓紩l(fā)生，對沿海地區(qū)造成重大損失，引起了社會的廣泛關(guān)注，如2000年5月舟山中街山海域發(fā)生的混合甲藻赤潮，最大面積達(dá)7 000 km2[11]，而2005年5月發(fā)生的東海原甲藻(Prorocentrumdonghaiense)和米氏凱倫藻(Kareniamikimotoi)混合赤潮面積達(dá)到1.7 萬km2[12]。2010年以來在福建中北部沿海春季東海原甲藻赤潮也曾有多次報(bào)道，偶爾伴有夜光藻(Noctilucascintillans)赤潮[13]，同時(shí)在該海域暴發(fā)的大規(guī)模東海原甲藻赤潮，給當(dāng)?shù)睾Ｑ蟾∮蝿游镌斐闪撕艽蟮牟焕绊慬14]。鑒于赤潮暴發(fā)對海洋生態(tài)環(huán)境的不利影響，人們嘗試監(jiān)測完整的赤潮生消過程，從而更好地了解不同赤潮過程對環(huán)境的影響程度[15]，但是赤潮生消往往速度很快，常規(guī)斷面走航調(diào)查有很大的隨機(jī)性，很難監(jiān)測到完整的赤潮生消周期。

目前，海洋水色遙感技術(shù)具有成本低廉、覆蓋范圍廣、快速且便于長期監(jiān)測等優(yōu)勢，其衛(wèi)星數(shù)據(jù)被廣泛應(yīng)用于赤潮的檢測、制圖和監(jiān)測[16-17]。近年來不少算法被嘗試開發(fā)出來用以區(qū)分不同種類的赤潮生物，如短凱倫藻(Kareniabrevis)、東海原甲藻、球形棕囊藻(Phaeocystisglobosa)、米氏凱倫藻、海洋藍(lán)藻束毛藻(Trichodesmiumspp.)、卡盾藻(Chattonellaspp.)和硅藻之間的有效區(qū)分[17-26]。由于不同種類的赤潮生物可能具有不同的光學(xué)性質(zhì)，近期相關(guān)的研究都強(qiáng)調(diào)針對具體海域的算法來劃分赤潮水體[24,27-31]。東海屬于二類水體，光學(xué)特征極為復(fù)雜[22,30]，因此識別不同種類的赤潮生物仍然需要更多的研究和驗(yàn)證。Tao 等(2015)基于東海原甲藻和硅藻在東海的吸收光譜特性與實(shí)測遙感反射率(Rrs)之間的差異，開發(fā)了一種東海原甲藻赤潮水體識別方法[24]，該方法被應(yīng)用于處理中等分辨率成像光譜儀(Moderate Resolution Imaging Spectro Radiometer，MODIS)的遙感反射率數(shù)據(jù)，基于光譜形態(tài)特征識別東海原甲藻和硅藻赤潮，通過大量現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)檢驗(yàn)證明該算法具有較高的準(zhǔn)確性。

在本研究中，我們現(xiàn)場跟蹤監(jiān)測了2016年5月發(fā)生在浙江南部洞頭列島與南麂列島附近海域的東海原甲藻為主導(dǎo)、夜光藻伴生的混合甲藻赤潮整個(gè)生消過程，分析浮游植物優(yōu)勢種的細(xì)胞密度、優(yōu)勢度和出現(xiàn)頻率等變化。下載了有效的MODIS遙感數(shù)據(jù)，反演得到赤潮區(qū)域及對赤潮水體進(jìn)行分類的遙感影像[24,29]，并與現(xiàn)場調(diào)查情況相互驗(yàn)證。綜合應(yīng)用這些方法可以為赤潮生消規(guī)律的長期有效監(jiān)測提供更加科學(xué)合理的借鑒。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域和浮游植物樣品采集及分析

本研究區(qū)域位于浙江南部洞頭和南麂列島海域(圖1、表1)，根據(jù)2016年5月9日—20日赤潮的生消進(jìn)程設(shè)置了采樣站位，5月11日和5月16日由于海況原因沒有進(jìn)行采樣。浮游植物采樣方式有水采(即利用有機(jī)玻璃采水器在每個(gè)站位海水表面下0.5 m處采集1 000 mL的海水作為浮游植物樣品，用魯哥氏試劑固定至最終濃度為1.5%)和網(wǎng)采(即利用淺水Ⅲ型網(wǎng)由底層勻速拖至表層，網(wǎng)口直徑37 cm，網(wǎng)目為76 μm，過濾一定體積的樣品后用4 %福爾馬林溶液固定)，赤潮浮游植物采樣方式均按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》規(guī)定的方法進(jìn)行[32]。后期采用鏡檢法分析浮游植物的種類組成、密度、優(yōu)勢度、多樣性等指標(biāo)，即樣品在光學(xué)顯微鏡下對浮游植物進(jìn)行種類鑒定及按細(xì)胞計(jì)數(shù)(高級熒光相差顯微鏡，Nikon,80i)，并參照楊世民等(2004)的資料對海洋浮游植物進(jìn)行分類鑒定[33]。另外，采用浮游植物熒光儀(Phyto-PAM，德國Walz公司)現(xiàn)場取水面下0.5 m水深的海水同步測定海水中總?cè)~綠素a(Chl a)的含量。

圖1 東海原甲藻赤潮現(xiàn)場采樣位置圖

表1 東海原甲藻赤潮現(xiàn)場采樣日期和站位

續(xù)表1

1.2 衛(wèi)星影像處理

MODIS Level-2數(shù)據(jù)(2016年5月9日—20日，2016年7月25日)，包括遙感反射率(Rrs，單位為弧度的倒數(shù)sr-1)，可從NASA官方網(wǎng)站(https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/)批量下載，其中由于本次研究區(qū)域?qū)儆诙惡Ｓ颍捎肶OC (Yellow and East China Sea Ocean Color)算法計(jì)算Chl a[34]，赤潮指數(shù)(Red Tide Index，RI)[29]的構(gòu)建與使用藍(lán)綠波段反射率比值來反演Chl a濃度的原理相同，并通過減去Rrs(443)(443 nm波段的遙感反射率)來減小懸浮泥沙對赤潮信息提取的影響，方程如下。

(1)

式(1)中：RI表示赤潮指數(shù)，Rrs(443)、Rrs(488)、Rrs(555)分別表示443、488、555 nm波段的遙感反射率(sr-1)?；赗I指數(shù)，根據(jù)Lou等(2014)的標(biāo)準(zhǔn)將RI值(>2.8)范圍定義為赤潮面積，另外以Chl a含量>3 mg/m3作為輔助參考標(biāo)準(zhǔn)。然后參考Tao 等基于MODIS數(shù)據(jù)開發(fā)的東海沿岸赤潮水體分類程序[24]，結(jié)合上述赤潮區(qū)域面積對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整(將RAB=Rrs(555)/Rrs(531)≤1.1歸為混合水體，RAB>1.1，則可以確定為赤潮水體)，將本研究海域的不同水體類型進(jìn)行水平空間的劃分(如干凈水體、高渾濁水體、混合水體、東海原甲藻赤潮水體、硅藻或其他赤潮水體)。首先，根據(jù)將水體Rrs(555)不處于峰值的海區(qū)定義為干凈水體，剩下的水體根據(jù)Rrs(555)>0.014 sr-1歸為高濁度水體，在Rrs(555)<0.014 sr-1水體基礎(chǔ)上將RAB≤1.1歸為混合水體，RAB>1.1，則可以確定為赤潮水體，最后將DI<25×PDI-0.125的水體確定為東海原甲藻赤潮區(qū)域，DI>25×PDI-0.125的水體則為硅藻或其他赤潮水體。其中PDI為東海原甲藻指數(shù)(ProrocentrumdonghaienseIndex)、DI為硅藻指數(shù)(DiatomIndex)，PDI和DI的關(guān)系式如下。

(2)

(3)

DI=25×PDI-0.125

(4)

式(2)至(4)中：Rrs(488)、Rrs(531)、Rrs(555)、Rrs(645)、Rrs(667)分別表示488、531、555、645、667 nm波段的遙感反射率(sr-1)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用優(yōu)勢度(Y)來確定浮游植物的優(yōu)勢種[35-36]，藻類密度和Chl a含量分布圖采用Origin pro 8.0 (OriginLab，Northampton公司)繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 混合甲藻赤潮優(yōu)勢種的變化趨勢(現(xiàn)場調(diào)查)

在本次監(jiān)測過程中，5月9日開始進(jìn)行現(xiàn)場采樣跟蹤監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)浮游植物第一優(yōu)勢種為東海原甲藻(主要以水采數(shù)據(jù)定量，優(yōu)勢度Y=0.82，出現(xiàn)頻率為82.46%)。在東海原甲藻出現(xiàn)的站位中，每日平均密度最低值出現(xiàn)在5月20日為5.67×105個(gè)/m3，最高平均密度出現(xiàn)在5月13日為6.06×109個(gè)/m3(表2)。我們前期研究根據(jù)東海原甲藻細(xì)胞密度將本次東海原甲藻赤潮生消分為生長階段(5月9日—12日)、維持階段(5月13日—18日)和消散階段(5月19日—20日)[圖2(a)][9]。另外，根據(jù)優(yōu)勢度的分布趨勢(表2)，也可以清晰的分為這3個(gè)階段，5月9日—12日優(yōu)勢度均在0.60以下，5月13日—18日的優(yōu)勢度則均在0.9以上，5月19日—20日也大幅下降，5月20日更是低至0.04，說明本次赤潮已經(jīng)消亡。

表2 東海原甲藻細(xì)胞平均密度、優(yōu)勢度和出現(xiàn)頻率

在本次赤潮現(xiàn)場調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)夜光藻也是明顯的伴生赤潮優(yōu)勢種(主要以網(wǎng)采數(shù)據(jù)定量，優(yōu)勢度Y=0.34，出現(xiàn)頻率為98.25 %)。夜光藻赤潮細(xì)胞密度的對數(shù)值變化情況如圖2(b)所示，在調(diào)查期間其細(xì)胞密度變化范圍是1.0×104～3.62×106個(gè)/m3。跟東海原甲藻密度分布類似，夜光藻的最高密度也出現(xiàn)在19號站位(5月13日)，即3.62×106個(gè)/m3。但從整體來看，夜光藻在這期間細(xì)胞密度的變化幅度相對較小，優(yōu)勢度也大部分在0.5～0.8之間(表3)，因此難以像東海原甲藻[圖2(a)]那樣能夠劃分3個(gè)明顯的生消階段。

圖2 現(xiàn)場東海原甲藻細(xì)胞密度、夜光藻細(xì)胞密度以及總?cè)~綠素a含量變化

表3 夜光藻細(xì)胞平均密度、優(yōu)勢度和出現(xiàn)頻率

另外，在本次赤潮現(xiàn)場調(diào)查中，各站海水葉綠素a的含量在1.10～145.27 mg/m3(因?yàn)镃hl a是水采方式獲得，所以其數(shù)據(jù)更多的表現(xiàn)與水采方式獲得的絕對優(yōu)勢種東海原甲藻相關(guān))，其最高值也是出現(xiàn)在在19站位，最低值出現(xiàn)在14站位(5月12日)。其中有66.7%的站位Chl a含量超過3 mg/m3(圖2c中劃線)，低于3 mg/m3主要集中分布在5月12日、5月19日和5月20日三天，而5月19日和20日是東海原甲藻赤潮消亡時(shí)期，與東海原甲藻密度分布基本一致。而處于東海原甲藻赤潮維持期各個(gè)站位的Chl a含量的幾乎全部超過3 mg/m3，19、21、36、37、38、39和40站位的Chl a含量全部超過10 mg/m3。

2.2 基于MODIS數(shù)據(jù)反演的東海原甲藻赤潮生消規(guī)律

由于2016年5月份多云的天氣居多，在本次調(diào)查期內(nèi)只有5月11日、12日、13日和15日才有MODIS影像數(shù)據(jù)(圖3)。本次赤潮從洞頭海域的東北部開始(5月11日)，南麂列島南部也有零星呈條帶狀分布，赤潮類群主要以東海原甲藻為主，在洞頭列島東北部近岸海域有少量硅藻赤潮分布，近岸則是高濁度水體為主，然后過渡到混合水體，最后往東面外海則為干凈水體。5月12日在洞頭列島東北部近岸海域東海原甲藻赤潮面積減少，而硅藻赤潮分布則略有增加，與5月11日相比在西南近岸海域的東海原甲藻赤潮分布明顯減少。5月13日東海原甲藻赤潮分布延續(xù)5月12日的趨勢，在洞頭列島東北部的赤潮面積有縮小并向西南海域發(fā)展的趨勢，而硅藻赤潮分布有所擴(kuò)大，南麂列島南部和西南近岸的東海原甲藻赤潮分布幾乎看不到，其水體分布基本上從近岸到外海依次為高濁度水體、混合水體和干凈水體。5月15日東海原甲藻赤潮則更接近西南近岸，在有限的衛(wèi)星影像中發(fā)現(xiàn)近岸水體以高濁度水體為主，南麂列島南部海域則為干凈水體，東海原甲藻赤潮與干凈水體之間為混合水體?？傊?，由圖3并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果可知，本次東海原甲藻赤潮從洞頭列島東北部海域開始發(fā)生，然后逐步向南麂列島以及西南近岸海域發(fā)展。結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)也印證了東海原甲藻赤潮生消趨勢。

圖3 基于MODIS數(shù)據(jù)反演的東海原甲藻赤潮生消規(guī)律趨勢(5月11日至5月15日)

2.3 討論

2.3.1 采樣方式的選擇以及赤潮閾值的設(shè)定 一般來說，用于顯微鏡下定性和定量分析的浮游植物樣品在前期需要現(xiàn)場分別使用網(wǎng)采和水采方式進(jìn)行采集。但并非所有的浮游植物都適合網(wǎng)采或水采，本次現(xiàn)場調(diào)查中都嚴(yán)格按照要求使用了這兩種方式，鏡檢得出的數(shù)據(jù)卻有明顯的差異。采用水采方式獲得的結(jié)果表明，東海原甲藻出現(xiàn)頻率為82.40 %，出現(xiàn)東海原甲藻的站位平均密度為8.0×108個(gè)/m3，而夜光藻的出現(xiàn)頻率僅為19.30 %，出現(xiàn)夜光藻的站位平均密度為6.4×105個(gè)/m3；而采用網(wǎng)采方式獲得的結(jié)果表明則恰恰相反，夜光藻的出現(xiàn)頻率為98.20%，出現(xiàn)夜光藻的站位平均密度為2.3×105個(gè)/m3，東海原甲藻的出現(xiàn)頻率僅為36.80%，出現(xiàn)東海原甲藻的站位平均密度為8.0×105個(gè)/m3。另外，水采和網(wǎng)采得到的東海原甲藻出現(xiàn)站位平均密度差別也很大，分別為8.0×108個(gè)/m3和8.0×105個(gè)/m3，相差1 000倍之多，而夜光藻出現(xiàn)站位的平均密度則相差不大，在同一個(gè)數(shù)量級之內(nèi)(6.4×105個(gè)/m3和2.3×105個(gè)/m3)。出現(xiàn)這種差異的原因可能跟采集對象自身的尺寸大小相關(guān)，東海原甲藻和夜光藻的細(xì)胞個(gè)體長度分別為10～22 μm[37]和200～600 μm[38]，我們通過不同采樣方式對所獲得的不同藻類大小、密度和出現(xiàn)率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)藻類長度小于50 μm的浮游植物，比如中肋骨條藻(Skeletonemacostatum，6.57±1.03 μm)、具槽直鏈藻(Melosirasulcata，14.06±0.37 μm)、具翼漂流藻(Planktoniellablanda，45.51±1.52 μm)、離心列海鏈藻(Thalassiosiraexcentrica，32.05±0.77 μm)等水采方式獲得的樣品出現(xiàn)率要高于網(wǎng)采獲得的樣品，其平均密度也高出1 000倍左右，而藻類長度大于100 μm的浮游植物，比如蛇目圓篩藻(Coscinodiscusargus，110.61±2.75 μm)、星臍圓篩藻(Coscinodiscusasteromphalus，191.72±4.06 μm)、瓊氏圓篩藻(Coscinodiscusjonesianus，202.09±2.23 μm)、虹彩圓篩藻(Coscinodiscusoculus-iridis，165.82±6.04 μm)、布氏雙尾藻(Ditylumbrightwellii，142.81±5.6 μm)等網(wǎng)采方式獲得的樣品出現(xiàn)率要明顯高于水采獲得的樣品，其平均密度也跟本次調(diào)查夜光藻類似，相差一般在10倍左右(未發(fā)表數(shù)據(jù))。另外，夜光藻是一種較大型的單細(xì)胞生物，近于球形，采集時(shí)容易溢出采水器或采水瓶導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差。因此，綜合考慮大于100 μm的浮游植物更適合網(wǎng)采方式，小于50 μm的浮游植物更適合水采方式。由此可見，前期工作要根據(jù)所需數(shù)據(jù)和采集對象特性來規(guī)劃更合理的采樣方式，避免因體積大小或形態(tài)因素導(dǎo)致采樣誤差，如浮游植物細(xì)胞密度的計(jì)算(東海原甲藻以水采數(shù)據(jù)為主，夜光藻以網(wǎng)采數(shù)據(jù)為主)。當(dāng)然，兩者采樣方式多少都會有偏差，通常會選擇偏差較小且適用的方法，那么如何完善海洋浮游植物的調(diào)查采樣策略有待進(jìn)一步研究[39]。

關(guān)于判斷水域是否發(fā)生赤潮的定義不同國家有不同的指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)，但海水顏色變化和生物量指標(biāo)通常用來表征是否存在赤潮[9,40]?，F(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)如《赤潮監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》[40]里設(shè)定的夜光藻赤潮基準(zhǔn)密度(≥3×106個(gè)/m3)和國外有關(guān)夜光藻赤潮記錄的文獻(xiàn)如D′Silva等(2012)[41]系統(tǒng)綜述了印度沿海的赤潮暴發(fā)情況(圖4，兩次夜光藻赤潮密度分別為2.4×105～4.1×105個(gè)/m3和3.0×105～7.7×105個(gè)/m3)，但是有關(guān)夜光藻密度計(jì)算均為采用水采方式獲得，根據(jù)我們前期同時(shí)對兩種采樣方式夜光藻密度的對比分析，網(wǎng)采數(shù)據(jù)大約是水采數(shù)據(jù)的10倍左右，因此，我們認(rèn)為現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)夜光藻的赤潮基準(zhǔn)密度可能偏高，在以后標(biāo)準(zhǔn)修訂中建議增加夜光藻網(wǎng)采數(shù)據(jù)更為合適。東海原甲藻赤潮暴發(fā)閾值定為1.0×107個(gè)/m3，高于這個(gè)密度，海水顏色明顯發(fā)生了改變[9]。此外，其他甲藻赤潮(水采數(shù)據(jù))也表明與東海原甲藻赤潮類似的基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，Son等(2011)定義多環(huán)旋溝藻(Cochlodiniumpolykrikoides)赤潮暴發(fā)的密度為1.0×107個(gè)/m3，短凱倫藻赤潮暴發(fā)的密度也定義為0.1×107～5.0×107個(gè)/m3[15,20,42-47]。多環(huán)旋溝藻細(xì)胞尺寸大約為15～35 μm[48]，短凱倫藻細(xì)胞長寬分別大約為20～40 μm[49]，東海原甲藻細(xì)胞尺寸大約為10～22 μm[37]，它們的細(xì)胞大小基本上在一個(gè)量級上，赤潮閾值也基本一致。另外，本研究取優(yōu)勢度Y≥0.02的浮游植物作為調(diào)查海域混合甲藻赤潮的優(yōu)勢藻種[35-36]，東海原甲藻(Y=0.82)和夜光藻(Y=0.34)都是本研究期間同時(shí)存在較典型的優(yōu)勢種，且兩者的藻細(xì)胞密度都在5月13日達(dá)到了峰值，鑒于東海原甲藻的密度更高而且生消過程更加明顯，因此本文將此次赤潮定義為東海原甲藻為主的混合甲藻赤潮。夜光藻往往與東海原甲藻赤潮相生相伴，這與夜光藻攝食東海原甲藻也有一定的關(guān)系，李正華(2016)在福建定海灣也曾觀察到的一次東海原甲藻和夜光藻雙相赤潮[13]。

圖4 東海原甲藻和夜光藻雙赤潮現(xiàn)場照片

2.3.2 定義赤潮閾值相關(guān)遙感參數(shù)的選擇 Ahn等(2006)[50]提出應(yīng)用RI指數(shù)(RI2)來劃定赤潮暴發(fā)區(qū)域，該指數(shù)基于赤潮生物快速生長的原理，吸收輻射在較低的綠色到藍(lán)色波長的一部分光譜中的綠波部分強(qiáng)烈反射輻射的特點(diǎn)，通過將扣除和組合比率Lw(510)/Lw(555)與443 nm處的離水輻射率的絕對值歸一化而建立的。在一類水體中不僅可以了解Chl a的含量，還可以很好的區(qū)分高濁度和有色溶解有機(jī)物(Colored Dissolved Organic Matter, CDOM)海區(qū)，具體公式見方程：

(5)

式(5)中：Lw(443)、Lw(510)和Lw(555)分別代表波長在443、510、555 nm處的離水輻射率。但是對東海赤潮高發(fā)區(qū)海域近岸尤其是長江口海域，是屬于二類水體，濁度和CDOM的影響更大，Lou等(2014)[29]在前面的基礎(chǔ)上，該指數(shù)(RI3)的構(gòu)建與前面本研究中使用MODIS遙感影像原理一致，通過對地靜止海洋水色衛(wèi)星(Geostationary Ocean Color Imager，GOCI)的數(shù)據(jù)將在調(diào)整個(gè)別波段的Rrs值(將488 nm 調(diào)整為490 nm)基礎(chǔ)上，使用藍(lán)綠波段反射率比值來反演Chl a濃度的原理相同，并通過減去Rrs(443)減小懸浮沉積物對赤潮信息提取的影響，具體公式為：

(6)

式(6)中：Rrs(443)、Rrs(490)、Rrs(555)分別表示443、490、555 nm波段的遙感反射率(sr-1)。使用修正后的RI同樣可以根據(jù)藍(lán)綠波段反演Chl a的含量，根據(jù)Rrs(443)可以降低高濁度對赤潮水體的影響[24]。另外，Lou等(2014)根據(jù)大量現(xiàn)場數(shù)據(jù)得出RI>2.8為赤潮暴發(fā)的海域[圖5(a)、圖6(a)]。但是RI>2.8范圍之內(nèi)海區(qū)也會有部分明顯錯(cuò)誤信息，比如遠(yuǎn)岸的水體[圖6(a)右下角]理論上存在赤潮的概率很小，因此本研究額外引進(jìn)Chl a的限定值來消除這個(gè)誤差。因?yàn)楹芏嘌芯恐赋?，可以通過Chl a的變化來指示赤潮情況，人們發(fā)現(xiàn)結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查和衛(wèi)星反演Chl a數(shù)據(jù)綜合來看，當(dāng)海區(qū)短凱倫藻細(xì)胞密度達(dá)到1.0×107～1.5×107個(gè)/m3，Chl a含量為1～3 mg/m3時(shí)，海區(qū)就暴發(fā)赤潮[20,43-46]。在韓國附近海域，很多研究指出當(dāng)海域多環(huán)旋溝藻細(xì)胞密度達(dá)到1.0×107～1.5×107個(gè)/m3，Chl a含量>3 mg/m3時(shí)，多環(huán)旋溝藻赤潮才發(fā)生[27,42,50]。另外，有人指出在不同營養(yǎng)鹽濃度的海區(qū)赤潮暴發(fā)時(shí)的Chl a濃度也有很大差異，在地中海寡營養(yǎng)鹽一類水體海區(qū)Chl a含量>2 mg/m3時(shí)就有可能暴發(fā)赤潮，而在近岸富營養(yǎng)海區(qū)則Chl a含量>5 mg/m3才有赤潮發(fā)生[51]。Chang等(2008)指出Kareniaconcordia赤潮在新西蘭東北海域暴發(fā)時(shí)，海域Chl a含量>5 mg/m3[52]，同樣在東海海域，Shang等(2014)也指出當(dāng)Chl a含量>5 mg/m3，再結(jié)合其他指數(shù)可以區(qū)分東海海域赤潮水體類型[30]。當(dāng)然，也有人以更高的標(biāo)準(zhǔn)甚至Chl a含量>10 mg/m3作為赤潮暴發(fā)的依據(jù)[53]。為此，我們比較了RI>2.8以及在此基礎(chǔ)上不同Chl a含量作為輔助標(biāo)準(zhǔn)在研究海區(qū)制作了一系列赤潮區(qū)域圖(圖5)，我們在比較RI>2.8和RI>2.8外加Chl a含量>3 mg/m3時(shí)發(fā)現(xiàn)兩幅圖非常接近[圖5(a)、(b)]，Chl a含量>3 mg/m3可以很好的消除RI的誤差。為了更好更廣泛的應(yīng)用這個(gè)結(jié)果，我們在更大范圍也制作了同樣的圖鑒(圖7、8)，結(jié)果也是非常的一致。因此，結(jié)合前人研究和本次赤潮現(xiàn)場調(diào)查Chl a含量分布情況[圖2(c)]，本研究最后確定將RI>2.8外加Chl a含量>3 mg/m3作為東海赤潮高發(fā)區(qū)赤潮暴發(fā)的界定標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 2016年5月13日浙江南部赤潮區(qū)域分布圖

圖6 2016年5月13日浙江南部赤潮水體分類圖、RI以及赤潮區(qū)域分布圖

圖7 2016年7月25日東海赤潮區(qū)域分布圖

Tao等基于MODIS數(shù)據(jù)開發(fā)的東海沿岸赤潮水體分類程序，可以將水體具體分為干凈水體、高渾濁水體、混合水體、東海原甲藻赤潮水體、硅藻或其他赤潮水體[24]。根據(jù)歷年東海赤潮高發(fā)區(qū)赤潮優(yōu)勢種分布特點(diǎn)，即絕大部分赤潮為硅藻和甲藻，甲藻以東海原甲藻為主，最近幾年米氏凱倫藻爆發(fā)次數(shù)也頗多，同時(shí)不同甲藻體內(nèi)具有類似的光譜特性，要區(qū)分非常困難，一般是通過現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)合遙感數(shù)據(jù)最后確定[21]。因此，本研究中浙江南部海域2016年5月中旬的甲藻赤潮根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查可以確定為東海原甲藻赤潮(圖3)，而其他時(shí)間段更大范圍海域的甲藻赤潮只能定義為甲藻而無法細(xì)分具體為哪個(gè)優(yōu)勢種赤潮生物(圖9)。另外，我們在選擇Tao等的方法作為區(qū)分水體類型時(shí)發(fā)現(xiàn)，作者在通過Rrs(547)=0.014 sr-1區(qū)別高濁度水體后，選擇RAB=1.25作為區(qū)分赤潮與非赤潮水體的依據(jù)，但是從圖7可知，RAB在1.05到1.30之間由于沒有更多的現(xiàn)場數(shù)據(jù)來進(jìn)一步確認(rèn)，或者說在這兩者之間的選擇都可以，我們最終選擇RAB=1.1更加符合之前根據(jù)RI>2.8和Chl a>3 mg/m3確定的赤潮區(qū)域[圖6(b)、(f)，圖8(b)、(f)]。

圖8 2016年7月25日赤潮水體分類圖、 RI以及赤潮區(qū)域分布圖

圖9 基于現(xiàn)場調(diào)查RAB和Rrs(555)散點(diǎn)分布圖

3 結(jié)論

2016年5月9日—20日在浙江南部洞頭列島與南麂列島附近海域的現(xiàn)場赤潮跟蹤調(diào)查中，結(jié)合采集浮游植物的細(xì)胞平均密度、優(yōu)勢度及Chl a含量等的分布趨勢分析(表1、圖2)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場水采浮游植物的第一優(yōu)勢種為東海原甲藻，并且可以清晰的將本次東海原甲藻為主的赤潮分為生長、維持和消亡這3個(gè)階段。同時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)采浮游植物中，夜光藻也是明顯的伴生赤潮優(yōu)勢種，但它在這期間每天細(xì)胞密度的變化幅度相對較小，優(yōu)勢度也大部分在0.50～0.80之間(表2)，赤潮生消不同階段分布不明顯。東海原甲藻(Y=0.82)和夜光藻(Y=0.34)都是本研究期間同時(shí)存在較典型的優(yōu)勢種，且兩者的藻細(xì)胞密度都在5月13日達(dá)到了峰值，鑒于東海原甲藻的密度更高而且生消過程更加明顯，因此本研究將此次赤潮定義為東海原甲藻為主的混合甲藻赤潮。

另外，基于Tao等有關(guān)赤潮分類結(jié)果結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查情況下，可以嘗試將RI>2.8外加Chl a>3 mg/m3作為輔助手段作為東海赤潮高發(fā)區(qū)赤潮暴發(fā)的界定標(biāo)準(zhǔn)，按實(shí)際情況比對后選擇RAB=1.1作為東海本研究區(qū)域的赤潮水體分類的關(guān)鍵依據(jù)。但是，由于MODIS每天只有一次過境東海，數(shù)據(jù)量相對較少，我們也嘗試通過對地靜止海洋水色衛(wèi)星Chl a數(shù)據(jù)進(jìn)行赤潮生消趨勢研究，也得出類似的結(jié)果[54]，最終可從衛(wèi)星影像層面更宏觀的角度顯示了本次東海原甲藻為主混合赤潮的生消特征，即本次東海原甲藻為主的赤潮從洞頭列島東北部海域開始發(fā)生，然后逐步向南麂列島以及西南近岸海域發(fā)展。鑒于GOCI衛(wèi)星數(shù)據(jù)具有500 m的空間分辨率、時(shí)間觀測尺度1 h等方面的優(yōu)點(diǎn)，后期可以利用GOCI數(shù)據(jù)對赤潮水體分類進(jìn)行深入研究?？偟膩碚f，在現(xiàn)場調(diào)查確定赤潮優(yōu)勢種的基礎(chǔ)上結(jié)合遙感影像可以為赤潮監(jiān)測提供更加科學(xué)合理的結(jié)果。