珠江口水体污染的遥感监测

珠江口水体污染的遥感监测中科院南海海洋所海洋水色遥感学科组由2名固定研究人员和5名流动人员组成，学科组长为陈楚群研究员.目前有2名博士研究生和3名硕士研究生。海洋水色遥感是利用卫星传感器获得的海洋表层水体光谱信息来研究海洋现象或海洋过程的新兴技术。该课题组多年来致力于海洋水色遥感方面的基础和应用研究，2000年以来承担国家863项目2项、国家自然科学基金项目2项、国家973项目子课题1项、中科院创新项目1项、中科院院级国际合作项目1项、科技部中英科技合作基金项目1项、广东省基金项目2项，在水体黄色物质吸收光谱特性研究、海洋水色因子信息提取、水色遥感反演模式研究、近岸海域海洋水色卫星遥感资料大气校正处理、近岸海域环境监测等方面取得了一批重要研究成果。2000年以来发表论文20多篇，其中SCI论文8篇、EI论文4篇，申请专利1项，获省部级奖励2项。珠江是我国的第三大河流，年平均径流量高达三千多亿立方米，年平均溶解质输送量有三千万吨，年平均输沙量近九千万吨。由于珠江三角洲地区经济的持续高速发展和城市人口的急剧膨胀，每年有多达18至20亿吨的工业废水和生活污水排入珠江，使得珠江口水域污染严重，水质恶化，目前已成为仅次于渤海湾的全国第二个重点污染海域。最新的调查结果表明，珠江口靠近内伶仃岛以北，南沙、虎门、宝安和南澳等海域的浅水层和深水层共约2500平方公里的海域，约有95％的海水按国家标准监测达到了重污染级，5％属中污染级。水体污染不仅对珠江口水域的生态环境构成直接威胁，阻碍了珠江三角洲地区经济的可持续发展，而且对南海海洋生态环境构成严重威胁。根据多年对珠江口水环境的研究，珠江口水质污染最突出的问题是营养盐，尤其是无机氮。大部分水域的无机氮浓度基本上超过了三类海水水质标准，无机磷浓度亦大部分超标。珠江口海域的营养盐浓度有不断增高的趋势。水体的富营养化是诱发赤潮的主要因素。自八十年代以来，珠江口海域，特别是香港附近海域，频频发生赤潮，近两年仅深圳大鹏湾和深圳湾海区发生的赤潮就有10多次，给生态环境和渔业资源带来严重损失。在珠江口，特别在港口、航道、锚地水域，经常可见水面上漂浮一层反光的油膜。珠江口石油类污染物已普遍超过二类海水水质标准，有的海区甚至已超过三类海水水质标准，石油类已成为继无机氮之后的第二大污染物。此外，每年的工业污水和船舶等三废物质排放造成珠江口水域汞、镉、锌、砷、铬、铜等重金属严重超标。珠江河口及附近海域面积大，水文动力结构复杂，利用常规的现场监测方法难以获得大面积、实时同步的环境质量信息，而且监测成本高。作为水环境诊断，卫星遥感技术具有速度快、视野大、费用低等特点，能够快速、实时、同步、连续获取大面积海域的环境信息，是对大范围海域进行环境监测的有效手段。海洋水色遥感学科组，通过水样采集，光谱测量、模型建立等方法，实现了利用新一代海洋水色传感器SeaWiFS资料对珠江口水域海水污染的宏观监测与评价,取得一系列成果。近岸浑浊水体区水色卫星资料的大气校正处理由于卫星传感器接收的辐射能量中只有不足20%的能量来自水体，80%以上的辐射来自大气辐射，如何消除大气辐射的干扰，获得水体的有效信号是海洋水色遥感信息提取的关键技术之一。因为765nm波段和865nm波段的离水辐射率等于0的假设在近岸二类水体区不成立，导致在一类水体区适用的大气校正方法在二类水体区失败。我们按照水色遥感资料大气校正的基本原理和方法，根据各波段的气溶胶散射辐射具有显著的线性相关性的特点，提出一种实用的近岸二类水体大气校正的方法，并利用SeaDAS软件提供的功能进行大气校正处理，在珠江口及附近海域二类水体区域SeaWiFS资料的大气校正中，取得比NASA原标准大气校正方法更好的结果。黄色物质是水色遥感可直接探测的三种物质成分之一。黄色物质不是单一物质，而是以溶解有机碳为主要成分、分子结构非常复杂的一大类物质的统称。由于黄色物质不是单一物质，其中的许多成分尚不能够鉴定，因此不同研究者可能采用不同的称谓，所指的物质成分也不一样，有的是指溶解有机物；有的是指溶解有机碳；有的是指腐殖酸和富里酸；有的是指有色溶解有机物。海水中的黄色物质按其来源可以分为二类，即海洋中生物就地降解产生的和陆地土壤中的溶解有机物经河流径流带入海洋的。近海水域的黄色物质浓度与多种水质因素有密切的关系。其中之一是代表水体有机污染程度的化学耗氧量（COD）。我们通过分析黄色物质与化学耗氧量之间的关系，参照黄色物质遥感反演模式，建立了从水色遥感资料提取化学耗氧量的信息模式。为了遥感监测和评价珠江口水域的其他物质的污染情况，我们采用总氮（TN），总无机氮(TIN)，三氮(NO3-N,NO2-N,NH4-N)，总化学耗氧量(COD)、活性磷酸盐（PO4-P）等水质参数，换算成综合污染指数CPI，再与遥感光谱资料的各个波段及波段组合数值拟合，得到两者之间的经验关系式。我们通过遥感资料来估算珠江口的CPI，在此基础上做出污染水体的水质分级图，为遥感监测珠江口水域的综合污染情况进行了有益的尝试。水环境遥感监测将作为海洋水色遥感课题组的重点研究领域之一。在今后的工作中我们将继续探索水环境遥感评价的新方法，从海洋水色遥感资料提取更多的水环境参数，改善水环境参数遥感信息提取的精度，为我国海洋环境监测和水质评价服务。为全面落实科学发展观，实现社会经济的可持续发展做出贡献。撰稿人：詹海刚（海洋水色遥感学科组）