黄海典型海域浮游生物发光分布及其传输特性研究

The bioluminescence of marine organisms is ubiquitous in the global ocean waters. The bioluminescent organisms in the ocean have a widespread species distribution. The types of these luminous displays from the bioluminescent organisms appear to be as varied as the organisms themselves. A ubiquitous feature of the plankton organisms with the type of flash is that mechanical stimulation will cause these organisms to generate light. This feature makes the bioluminescence of plankton very important for the monitoring of marine ecological environment, the night marine military operations, and the night security surveillance of harbors and ports. Influenced by the marine processes, the waters with different types have different distribution and radiative transfer characteristics of bioluminescence. In this study, the Yellow Sea which plays an important role in both economic and strategic stages is set as the research object area. On the basis of fully recognizing the temporal and spatial distribution characteristics of bioluminescence by making extensive field measurements, the focus of our research is on the radiative transfer characteristics of bioluminescence. We anticipate that the research results will play important roles in the development of strategies to attack and defense at night in the marine military and the night security surveillance of harbors and ports in our country.

海洋生物发光现象在全球海洋水体中普遍存在。海洋中具有发光能力的生物有机体具有较广的物种分布范围。这些具有发光能力的生物有机体随着有机体自身的差异，其发光类型有所不同。对于闪烁型的浮游生物发光，其普遍存在的特性就是当受到机械刺激时便会发光。这种特性使得浮游生物发光对于海洋生态环境监测、夜间海洋军事行动以及港口和码头的安全监视上具有重要的研究意义和实际使用价值。受海洋过程的影响，不同水体具有不同的浮游生物发光分布特征及其传输特性，本研究以经济和战略上均具有重要地位的黄海典型海域为研究目标海域，通过广泛的现场测量，在深入认识目标海域浮游生物发光的时空分布特征的基础上，重点围绕浮游生物发光的辐射传输特性进行研究，以期研究成果为我国海洋军事上夜间攻击与防御策略的制定及港口和码头的夜间安全监视上发挥重要作用。

生物发光无论在海洋生态环境监测还是对于水下目标探测均具有重要的意义，然而对我国近海生物发光的时空分布及传输特性尚未见到定量和系统的测量研究，既没有生物发光在生态环境中作用的研究，也没有关于生物发光强度可探测性及生物发光传输特性的研究。鉴于我国近海生物发光物种的广泛分布，究竟我国近海机械刺激下生物发光强度的时空分布特征如何?可被探测性如何?其在我国的军事行动、国家安全以及海洋生态学研究方面能发挥多大的作用?等一系列问题亟待解决。 本项目作为海洋生物发光特性的探索性创新研究，通过本项目的执行，不仅首次定量化系统获得不同季节下的整个黄海和渤海的浮游生物发光强度、发光动力学及相应的浮游植物种群分布数据，同时获取了相应的环境参数数据，包括温度、盐度等水文数据；叶绿素浓度、有色可溶有机物浓度、浊度、营养盐等生物地球化学数据；水体光吸收、衰减、散射等固有光学性质数据以及相应的气象数据。在上述获取的数据的支撑下，首次系统性揭示了整个黄海和渤海的浮游生物发光强度的在季节时间尺度上的空间分布特征，结合同步测量的水文及生物地球化学数据进一步分析了黄渤海海域浮游生物发光强度分布的影响因素。并进一步基于辐射传输理论，利用同步测量的固有光学性质数据分析了整个黄海和渤海海域的浮游生物发光的辐射传输特性，揭示了固有光学性质对不同水体深度下的浮游生物发出的光传输至表层的强度衰减及光谱变化是如何影响的，在此基础上，进一步分析了其可探测性。并围绕其应用潜力进行了深入分析和研究，填补了我国在该领域的研究空白，也为未来进一步深入的研究及充分的利用自然水体下浮游生物发光的特性服务于生态及国防安全奠定了基础。