珠江口海洋初级生产力的遥感研究

Remote sensing of ocean primary productivity plays an important role on marine ecosystem research, as well as on the utilization and management of marine biological resources. Though the area of estuarine , coastal and other continental shelf is small compared to the open ocean, the contribution of global ocean primary productivity is relatively high. As a typical Case II water area, the optical properties of Pearl River estuary (PRE) is very complex. This has resulted in low accuracy when using the global VGPM to estimate primary productivity. .In this research, the in-situ data would be employed to establish the regional empirical model to retrieval the euphotic depth (Zeu) and chlorophyll a concentration (Chla) in the PRE. By considering the influence of diffuse attenuation coefficient (Kd) and chlorophyll a fluorescence height (FLH), the remote sensing estimate model would be certainly improved and applicable in the PRE. Based on the improved model, the long-time series’ primary productivity would be estimated by using ocean color remote sensing data (i.e. MODIS or VIRRS) and used for further analysis to find out the environmental mechanism. These relatively accurate remote sensing-estimated primary productivity could also provide useful data for the assessment of marine ecological process and the research of marine fishery sources.

海洋初级生产力遥感对正确理解海洋生态系统，合理利用和管理海洋生物资源具有重要的意义。河口、近岸等陆架边缘海区虽然占全球海洋面积小，对海洋初级生产力的贡献却可以达到较高的比例。珠江口作为典型河口二类水体区域，其水体光学特性复杂，采用目前全球性的VGPM模型估算其海洋初级生产力存在精度问题。本研究将通过分析现场实测数据，建立适用于珠江口水体真光层深度Zeu与叶绿素浓度Chla的遥感经验算法，综合考虑水体的漫射衰减系数Kd与叶绿素荧光高度FLH等参数的影响，改进海洋初级生产力遥感估算模型，在此基础上利用长时间序列的MODIS/VIRRS等水色遥感资料获得较高精度的珠江口海洋初级生产力产品，分析海洋初级生产力的环境调控机制，为珠江口海洋生态过程和海洋渔业资源研究提供参考资料。

海洋中的初级生产者包括大型藻类、单细胞浮游植物以及自养细菌等。其中，浮游植物在海洋初级生产中占据十分重要的地位，它们利用光能摄取营养盐，把无机碳转化为有机碳，并释放出氧气，从而直接或间接为海洋中其它生物提供赖以生存的物质基础。研究海洋初级生产力对深刻理解全球生物地球化学循环及其全球变化具有重要的意义。珠江口等近岸河口生态系统一直是海洋生态学研究领域的一项重要内容，相对于开阔大洋，陆架边缘海虽然仅占全球海洋面积的7.6%，但对海洋初级生产力的贡献却高达30%。课题组前期研究表明，珠江口属于我国典型的近岸二类水体环境，其光学特性除了受浮游植物及其附属物影响，还受悬浮泥沙、陆源颗粒和陆源溶解有机质等影响，对珠江口初级生产力的遥感估算工作仍然存在许多可以改进之处，一方面由于标准的大气校正算法通常在近岸高浑浊水体区失效，进而影响到整个珠江口区域的初级生产力估算；另一方面，叶绿素浓度的遥感反演精度在珠江口高浑浊水体区仍有待提高。据此，本研究探讨了利用6S和短波红外指数外推法结合的方法对珠江口海区的Lansat-8 OLI遥感数据进行大气校正，并取得了优于标准大气校正方法的校正结果；本研究还基于现场实测的光谱数据，建立了适用于珠江口水体的GF-4卫星数据的叶绿素a浓度遥感反演算法，并且应用Hydrolight模拟了不同叶绿素浓度的遥感反射率，并通过Hydrolight数据进行比对，结果证明该算法具有较好的适用性。在此基础上，利用改进后的VGPM模型估算了长时间序列的珠江口海洋初级生产力水平，并分析了其时空分布特征和影响因素。