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1998~2003年卫星反演的中国陆架海叶绿素a浓度变化分析


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第2 5卷 第 1 期 
20 0 6 年 2 月       

海 洋 环 境 科 学 
M ARI NE  ENVI R0NM ENTAL SCI   ENCE 

Vo 1.25 .No .1    

F b . 2

 0   e  0  6

19   8~2 0 9 0 3年 卫 星 反 演 的 中国 陆 架海  叶绿 素 a浓 度 变 化 分 析 
丛丕福  牛  铮  蒙继华2李 向军  , , ,
(. 1 中国科学院遥感 应用研究 所遥感科学 国家重点 实验 室 , 北京 10 0 ; . 0 1 12 中国科学 院遥感应用研究所应用 中心 。 北京 10 0 ) 0 11  



要: 利用 19 — 03 Sa F 反演计算 出的叶绿 素 a 98 20 年 eWiS 浓度 数据 。 对中国陆架海 叶绿素 a 浓度分布的规律 和机理进行 

了分析探讨 。结果 表明 。 同海 区叶绿 素 a 不 的浓度在各 年间 基本呈周期 变化 。 每年随季 节不 同而变化。 Sa F e Wi S反演的 叶  绿素 a 浓度分布情 况与前人 现场调查 的结果较 为一致 。 为直观地揭示 了中国陆架海 的水文 物理特征 。遥感 方法作为海洋  更
科学研究的重要手段 。 更具应用前景 。  

关键词 : 遥感 ; 叶绿素 4陆架海 ;eWi   ; Sa F S
中围分类号 : 8 ; 9 5 1 X 7 Q 4 .1   文献 标识码 :   A 文章编号 : 0 76 3 (0 6 0 . 3  4 10 .3 6 2 0 )1 0 00   0

Va i b l y o   h o o h l a r t iv d f o  a el e ra ii   fc l r p y l   e re e  r m s t l t  t   i
i n  i s  h l e   o   9 8 t   0 3 ne es e fs a f m 1 9  o 2 0   r
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CONG P —u 。NI   h n     if  U Z e g ,M ENG J— u 2  i a h



( .tt K yL b rtr f moeSnigSine ntue f e tS nigA pct n 。 hns  cd my f c ne 。 1Sae e  aoa yo    o Re t es  c c ,Isi t    moe e s   p lai s C ieeA ae     i cs   n e t oR   n i o oSe  

B i g10 0 , h a 2 A p c i   et , nt u     e o  e s g p la o s C i s A ae yo S i c , e   ei  0 11 C i ; + p la o C ne I i t o R m t S ni   p ctn , h e   cdm     e e B i j n n itn r st e f e nA i i ne fcn s —
j g10 0 ,C ia  i  0 1 1 hn) n

Ab t a t sr c  ̄On b sso   h o o h l ac n e ta i n r tiv d fo S a i S i   9 8 2 0   a i fc lr p yl   o c n r t   e re e  r m  e W F  n 1 9   0 3,v ra i t   fc l r p l a e n e ta in     o a i l y o  h o o hyl  o e n r to   b i  

wa n lzd.Choo h l ac n e tain   u t ae  e o ial n dfe e tae  n y a s Th y v r  t e s n n o ey a , sa ay e lr p y   o c n rto sf cu td p r dc l i  ifrn  rai  e r. l i y e   ay wih sa o si  n   e r   Th  eree  ho o h lac n e taindsrb t ni c n itn  t h   e iu e ut b an  yf l ure  n   d l i   ert vd c lrp yl  o c nr t   it ui  s o sse twiht eprvo srs l o tie b  i ds v ya dmo e  mu- i   o i o   s d e s lto ain.Th  c a   h s a e ueo  iees efsawa e e e  o ho o h la ormoesn igi p op ciemeho  o  eo en p yi l atr fChn s h l e  srv a dfrc lrp y   .S  e t e sn  s rs e tv  t df r c f   l   O el ce c  e erh a d c ud h  p l d e tn iey  C Olsin ersac  n  o l  ea pi  xe svl . e Ke  r s :e t e sn ; hoo h la sefsa S a iS ywo d r rmoesn ig c lr p yl ;h l e ; e W F      

海域叶绿素 a 的时空变化包含着海区基本 的   生态信息u ,  是同光 照、 J 温度 、 盐度以及风潮流等  各种 因素密切相关 的, 因此它对于海 区的各种科  学研究具有重要意义 , 而只靠船只的走航取样调  查显然无法满足这一要求。水色遥感可对海洋实  现大尺度、 长时间连续的观测 , 弥补了走航实测数  据分散的缺陷ll   更利 于对海洋现象进行分析和  2, 2 研究 。关于叶绿素 a我 国各海 区 已进行 了大量  , 研究  J以遥感手段来反演分析叶绿素 a的研  , 究也有很多l 1l 7  ,   0 但这些很多限于方法都只是针  I

对局部海区的, 关于多年整个中国陆架海 区的叶  绿素 a 总体研究 目前还没有。本文利用 Sa F   eWiS 数据对 19 ~ 03年 中国陆架 海的叶绿素 a 98 20 浓  度的变化情况进行 了研究和分析 , 以期为 中国陆  架海的海洋动力学特征、 海洋生产力和海洋生态 

环境研究提供佐证和参考。  

l 数据和算 法 
Sa F 是美 国于 19 eWiS 97年 8 月发射 的海洋  卫星 Sat 上所携带的传感器 , es r a 主要用于海洋水 

收 稿 日期 :0 41 -0 修 订 日期 :0 54 1  2 0 .13 ; 2 0 ..1

基金项 目: 国家重点基础研究发展规划项 目资助 ( 2 0 0 7 0 ) 国家 自然科学基金资 助项 目(0 70 6 ; G 0 0 7 92 ; 4 2 1 8 ) 中国科学 院知识创 新  工程重大项 目资助( Z X1S 0 .2  K C .W.10 )

作者简 介: 丛丕福 (92)男 , 17-, 辽宁 大连人 , 博士生 , 从事全球变化研究 ,- a:f n@l .s.cC。 Emipc g a iaa.   l o b r B

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第1 期 

丛丕福等 :9 8 0 3 19 —2 0 年卫 星反演 的中国陆架海 叶绿素 a 浓度变化分 析 

3  1

色因子即叶绿素 、 浮泥沙和黄色物质的定量探  悬 测[] 1 。本文采用的卫星数据是 Sa F   ee 3 1 eWiSLvl   
级数据。这种数据是由 Sa F  ee 2全球尺  eWiSLvl   度数 据 集 生 成 的。采 用 G SD S N S S E . IC( A A’ 
Go d r  rh S in e  t n  n o main S r d ad Eat  ce c sDaaa d I fr t   e . o  

v e C ne ) G oa n(neat eO l eVi . i s e tr 的 ivn iI t ci   ni   s   c  r v n u l ai  n   nls  nr t tr) a zt na d A ayi If srcue 系 统 处 理 按  i o s a u

公式( ) 1计算生成叶绿素 a 浓度数据 。  
c = 1 (- 6 307 l 3   2 ? 9   l52   a O 0 6 —  6 月十 ? 月 + 06 R 一 ? R ) 3 9 4 3  

l  

2  

3  

4  

5  

6  

7  

8  

0  

1   1  1   0 l 2

月份 

() 1 

图 1 南黄海海区叶绿素 E 度在 19 . 1 浓 9 8—20 0 3年 问的 
变 化 
F g.  Va ib l y o   ho o h l   o c n r to   n h   i 1 r i t  f c l r p yl c n e ta i n i t e a i  a su ho o t   fYel w S ai  9 8—2 0   l   e n 19 o o3

这里 , R:lg0 o1(  

)  

其中: ac1 ) C h a为叶绿素 a ( . 的浓度 ( gm ) R是  m /  , 由卫星数据计算出的遥感反射率。  

年, 各月叶绿素 a 浓度最低值 0 8 6m /  最高  .2  g m ,
值 5 54m / 3均值为 2 4 2m /   .6  g m , .3  g m 。图 2叶  绿素 a 变化基 本反映 的是海域 内浮游植物 的变  化。各年海区叶绿素 a 浓度变动的总体趋势基本 


Sa F   vl eWiSl e3的叶绿素 a e   产品反演的中值  平均相对误差 为 3 .7 64 2% , M R S为 0 701 。 .3 [  2  J
该数据已经过大气修正和几何校正 , 投影采用等  距圆柱地 图投 影 , 间分辨率 约为 1 XI, 9 空 。  。 即   k 。本文对 19 ~ 0 3 6 间 的月平均 叶绿  m 98 20 年 a 素a 浓度数据进行分析研究。  

致 , 某些 月份 年 际变化 相对 较 大 , 一个 高峰  但 第

期除 19 99年外 , 其余各年基本都 出现在 2 , 月 次 
高峰期出现月份有早有迟 ,9 8 19 19 、99和 2 0 年  02 次高峰 出现在 8 ,00年拖后到 9 月 20 月份 ,0 3 20  年则提前到 7 , 月 年际变化较明显。但 20 年与  01

2 结果与讨 论 
2 1 各海区叶绿素 a . 的年际变化  本研究区是在 7 ON一 5 ON和 10 0E .。 4 .。 0 .。  14 E之 间中国陆架海 。由于 图像本 身 的限  3 .o 制, 本文只提取南黄海 、 东海和南海三个海区中各 


其他年份明显不同, 叶绿素 a 浓度在 7 8 9 、、 月没  有出现第二个高峰值 , 相反却达最低值。  

部分海区为代表进行年际变化分析 。  

2 11 南黄 海海 区  ..

代表海区位于 3 .o 5 0N~3 .。 6 ON和 13 0E 2 . ̄ 


14 E之 间 。该 海 区在 19 2 .o 9 8年 到 2 0 0 3年 ,  

各月叶绿素 a 最低值 0 35m /  最高值 26 3 .8  g m , .0  m /  平均值为 0 9 1m / 。 gm , .6  g m 。各年海 区叶绿 
素a 浓度变动的趋势基本一致( 1 。叶绿素 a 图 )   浓度每年出现一个 比较 明显 的高峰期 , 峰值 主要 
图 2东海海区叶绿素 a 浓度在 19 20 年问的变化  9 8 03
F g 2 Vaibly o  ho o h l a c n e tain i  at i .   r it  fc lr p y     o c nrt  n E s  a i l o
C i a S a i  9 8—2 0   h n   e  n 1 9 03

出现在 3或 4 , 月 而且春季叶绿素 a 浓度值 普遍  比较高。王保栋等l J l研究认为 4   月份在南黄海 
中央海域真光层 中含有高浓度 的叶绿素 a最 高  , 达 1 . m /  4 2 6 g m , 月之后 ,   黄海水体分层加强 , 上  混合层中浮游植物的生长由于缺乏营养盐而受到   限制 , 表层叶绿素 a 含量远远低于 4月份的含量 ,   并一直持续到秋末冬初温、 密跃层消失。  
2 12 东海海 区  ..

2 13 南 海海 区  ..

本文所研究的代表海 区位于 2 . N一 10N 00  ̄ 2 . ̄ 
和 13  ̄ 一1 . E 1. E 1 0 之间。由图 3 0 4  ̄ 可见, 各年海区  叶绿素 a 浓度变动大体接近, 叶绿素 a 浓度每年基本 

出现两个高峰期, 一个高值基本出现在 l 2 另  或 月, 个高峰期出现在 l 月, 2 峰值浓度差不多。在 56  、、 7 月达 1 年中的最低值 , 然后逐渐回升。这因为在春 


该代表海区位于 3 .o   3 .o 1 N 2 N和 14 0 2 .。  
E一 2 . ̄ 160E之间。此东海海区在 19 年到 20  98 03

季和冬季, 海温较低, 适合藻类生长 , 而夏秋季温度 

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3  2











学 

第2 5卷 

高峰值, 月的峰值为当年最高值 , 6 其他月份大致 与  
c   】6



 

I5 I   .

_ 
● 

其他年份变化趋势一致。在东海和南海海区, 同在  20 年出现异于其他年份的变化趋势, 01 不知是受什 

\  

譬 I{ I 
0: .  l

么因素影响, 有待进一步研究。此南海海区在 19  98
年到 20 年, 03 各月叶绿素 a 浓度最低值 015m, .  e 0 /   m, 3 最高值 252m- 3 .   rm , 2 / 均值 024m/ 3 .   rm 。这跟  5 , 很多 学 者 在太 平 洋 海域 调 查 研 究 结 果 比较 接  近l.J I 。本海区各年在 12 4   、 月份和 9 1 、 0月份年 际 


u 

I 2 I   .

1  

0  

变化相对较大。   2 2 中国陆架海 叶绿素 a . 浓度月份变化  以 20 年各月份 中国陆架海 叶绿素 a 03 浓度  分布为例进行分析 。图 4 是其中最有代表性和质 
量 较好 的 5和 9月 份分 布 图 。  

图 3南海海区叶绿素 a 浓度在 19 ~2O 年问的变化  98 O3
Fg3 Vai it f hooh lacne t t n i o t  hn  i.  r blyo  lrp y  o cnr i  nS uhC ia a i c l ao
S ai  9 8 0 3 e n 1 9 ~2 0  

过高 , 影响藻类生长 , 光合作用较慢。唯有 20 年  01 比较特殊, 6 8 即在 和 月未呈现低值 , 反而分别出现 

整体看来 , 中国陆架海 叶绿 素 a的浓度分布 
呈现 由近岸 向外海递减的趋势 , 沿岸最高 , 而且 内  

图 4 0 3 5和 9月份 中国陆架海叶绿素 a 度分布(  2 0 年 浓 单位 : g n   m -l 。)
F g 4 Cho o h l ac n e tai n i   ie e s efs a i  y a d S p , 0 3 i .   lr p yl   o c n r t  n Ch n s  h l e  n Ma   n   e . 2 0     o

湾的叶绿素含量要明显高于外海。渤海海域叶绿  素a 的浓度最高, 黄海和东海次之 , 南海最低 。在  长江 口外侧有一块很大呈三角形 向外海伸入的高 

附近出现一块较大的低值 区, 5 在 月份左右 出现,  
9 0 ~1 月份渐达 最大 , l 月 份 的时候减小 ,2 到 1 1  月份完全 消失。夏滨 等【 J0 0年在 黄海 中部 、 "20  

值区 , 13E附近 , 在 2。 这是因为长江冲淡水的作用 
带来大量营养盐 , 在长江 口外形成高营养盐区域 ,   为藻类生长提供有利条件 。从各图上可 以看 出,   长江径流出长江 口后转向东北现象 明显。 自台湾 

长江 口外的现场调查 中证实该海区附近有明显的 
温跃层存在。温跃层 的产生使 因为黄海冷水 团的  影响 , 在跃层上 、 , 、 下 温 盐差别很大 , 这就导致 浮  游植物在种类组成和数量上的差别。苏纪兰认为  黄海冷水 团是 由于夏季表层水变暖 , 再加上风混  合很弱 , 进而层化 的结果。黄海层化通常在 5   月

和菲律宾 吕宋岛连线 以东 的西太平洋海域值 明显 
偏低 , 吕宋岛为界东西海域差别明显 。这说明 以   巴士海峡两侧的水 文和化学特征是十分不 同的 ,  
黑潮 在 巴士海峡 向西入侵 有 限_   】  。

出现 , 1 月消失。卫星结果完全验证了这一说  在 1
法 。夏秋季垂直涡动作用较弱 , 形成跃层 , 即黄海  冷水团作用 , 导致该海区营养盐缺乏 , 浮游植物不 

台湾和济州 岛连线以北海域叶绿素 a 浓度值  明显高于连线南 部海域。在南黄海 中央北 纬 3 。 5  

能充分繁殖 , 出现低值区; 到冬季时混合均匀跃层 

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第1 期 

丛丕福等 :9 8~20 19 0 3年卫星反演的 中国陆架海叶绿素 a浓度变化分析 

3  3

消失 , 因而整个黄海海区叶绿素 a 的浓度均较高。   袁业立l l 1认为黄海冷水 团是局地生成和维持 的   8  


N S 支 持 下 的 G d ad E r   c ne Ds AA odr at Si c   i    h e s —
tbtdA t eA cieC ne。 数 据 使 用 符 合  r ue  ci   rhv  etr i v

块稳定的冷水 , 它是北 、 南黄海中部下半年的主 

Sa F e WiS研究数据使用条款。   参考文献 :  
[] 1 林学举 , 黄邦钦 , 洪华生 , . 、 等 东 黄海典 型海域 叶绿 索 a 含量 
的垂向变化与周 日波动 [ ] 洋科学 ,0 2 2 ( 1 :7 3  J. 海 20 ,6 1 )5 . . 6

要水文特征 , 即中国陆架浅海北部主要受黄海冷  水团控制 , 经历它生成 、 发展和消衰的全过程。冷  水团伴生的逆时针环流一方面可以将部分黑潮陆 

架  合水带入黄海形成高盐黄海 暖水 , 昆 同时也 以   补偿形式导致夏季朝鲜沿岸水和以直接形式驱动 
中国陆架沿岸水。  

[] 2 商少凌 。 华生 , 洪 张彩 云, .98年冬 季 台湾海 峡遥测 叶绿  等 19 素分布特征 . 海洋通报[]20 ,02 :52 . J+0 12( )2.   9
[] 3 陈晓玲 , 湘, 志林 . 李毓 李 香港海域 叶绿 素. 浓度 的时空分 布 a   规律[] 地理学报 , 0 . ( )4 2 2 . J. 2 2 5 4 :2 . 8  0 7 4 [] 4 周伟华 , 袁翔城 , 霍文毅 , . 等 长江 口邻域 叶绿素 a 和初级生产 

3 结

论 

() 1 利用 Sa F 卫星反演值来进行不同月 eWiS   份中国陆架海 的叶绿 素 a 浓度分 布分析是可行 

力 的分布[]海洋学报 , 0 。 ()1310 J. 2 42 3 : . . 0 6 4 5 
[] 5 陈兴群 。 明, 张 陈其焕 . 热带太平详西部及赤道 暖水 区的初级  生产力[] 海洋学 报 . 0 . ( ) 8 . . J. 2 2 2 1 .6 5  0 4 9 [ ] 明远, 6朱 毛兴华 , 吕瑞华 . 海区 的叶绿素 a 黄海 和初级 生产力  [] 黄渤海海洋 , 9 ,13 :8 1 J. 1 3 1 ( )3 . . 9 5  

的。由于要研究 大尺度海域 的叶绿素 a 度分  浓
布, 因此这里选用 的是大尺度低空间分辨率 的卫  星影像 , 虽然卫星反演的精度不是很高 , 但可以很  好地揭示海区总体变化规律 , 尤其是长 时间序列 

[] 7 陈楚 群 , 平 , 施 毛庆 文 . 海海域 叶绿 素浓度分 布特 征的卫  南
星遥感分析 [] 热带海洋学报 ,0 1 2 ( ) 6 . . J. 2 0 , 0 2 : 67   0

的变化趋势 , 这对 于宏观掌握海洋生态环境变化 
很 有意 义 。  

[]曾银东 , 8 商少凌 , 张彩云 , . 等 南海东 北部基 于标准经 验算法  的遥感叶绿素 a 反演 结果 比较 分析 []海 洋科 学 ,04 2  J. 20 ,8
( ) 1.8  8 :41 .

()中国陆架海的叶绿素 a 2 浓度在不 同海 区   是随着季节变化 的, 各年之间呈现规则 的周期性 
变化 , 其中南 黄海海 区叶绿素 a 均值 为 0 9 1 年 .6 
mg m3 /
,一

[] 9 曹文熙 , 钟其 英 , 杨跃 忠 . 南海 水 色遥 感 的主 因子分 析 [ ] J.  
遥感学报 ,9 9 3 2 :1 215. 19 ,( ) 1 .1  

[ ]赵 冬 至 , 玲 , 丰 收 , . 岸 海 域 叶绿 素 和 赤 潮 的 1 O 赵 张 等 近  
A H R波段 比值探 测方法研 究 [] 海洋环境 科学 ,0 3 V R J. 20 ,  
2 ( )91 . 2 4 :  2 

个高峰期出现在 3 月或 4月 ; 东海海区 

年均值为 2 4 21gm , .3 3/  高峰期分别出现在 2月 1 .   左右和 8 月左右 , 年际变化较明显; 南海海区年均  值最低 , 0 2 4m /   高峰期基 本 出现在 冬  为 .5  g m , 季。叶绿素 a 的分布和各海区的海温、 盐度、 营养  盐及风浪流等 自然条件密切相关 , 反映 了中国陆  架海的水文物理特性。   通过卫星遥 感方 法进行海洋 叶绿素 a 的计 

[1 潘德炉 , 1] 毛天明 , 李淑菁 . 海洋 卫星 资料的地理 定位 及相关 

几何参数算法研究 [] 海洋学报 ,97 1( ) 5 . + J. 19 ,9 1: 6 8  6
[2 MC L I    , A N SR A E L ER E e a . eWiS 1 ] C A N CR B R E    , P E     , t 1 Sa F    
p san h abai  ad adt n n ye,pr ot uc cl rt n n vl ai  aa ss at l i o i o l  2[ . J]  
NAS   c n c   e r n u 2 0 2 6 9 A Te h i a M mo a d m  0 0- 0 8 2,2 0 1 4   l 0 0, 0: 5.

[3 王保栋 . 峰 . 闰. 1] 刘 战 黄海生源要 素的生 物地球化学研 究评  述 [] 黄渤海海洋 ,0 1 1 ( )9 . 6 J. 20 , 2 : 1 . 9 9 0 

[ ] 1 黄良民, 4 陈清潮 . 巴林塘海峡 东部海区夏 季叶绿素 的分布和  初级生产力估算 []海洋学报 ,99 1 : .0 . J. 18 ,19 11 4  
[ ] 1 齐雨藻 。 5 钱宏林 . 热带西太平洋 叶绿素 a 的时空分 布 [] 暨  J. 南大学学报 ,9 2 1( ) 1315  1 9 ,3 3 :0 .1 .

算, 能获得连续 、 大范围 的叶绿 素 a 浓度分布信 
息, 可以广为应用 , 由于我 国陆架海域大多处于  但

I、 类水质过渡区 , Ⅱ 标准叶绿素 a 算法对 Ⅱ类水  体适用性稍差 以及遥感取得是象素的均值等都会 

[6 苏纪兰 . 1] 中国近海的环流动力机制研究 []海洋学报 ,0 1 J. 20 ,  
2 ( ) 11 . 3 4 :.6 

引入一定误差 , 如何选择最适合算法 , 提高反演精 
度是值得深入研究的。   致谢 : 本研究海洋水色数据 由 G da  pc odr Sae d  
Fih  e tr的 S a F 项 目 提 供 。 其 来 自 l tC ne g eWi S  

[ ] 滨, 1 夏 7 吕瑞华 , 丕喜 .00 秋季 黄 、 海典 型海 区叶绿  孙 20 年 东
索a 的时空分布及其粒径 组成特 征 []黄 渤海海 洋 ,0 1 J. 20 ,  
1 ( )3 —2. 9 4 :74  

[8 袁业立 . 1] 中国陆架海海洋环流与海洋科学研究及展望 []世  J.
界科技研究与展望 ,9 8 2 ( :82   1 9 ,0 4) 1—4.


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