黄海海域浒苔灾害和沿海城市气温的特征分析

吴昊

(山东科技大学 测绘科学与工程学院，山东 青岛 266590)

0 引言

浒苔属绿藻门石蒓科，是海洋中比较丰富的大型浮游藻类，主要分布于浙江沿海海域。但是自2008年以来，黄海部分海域被大面积浒苔覆盖，造成严重的浒苔灾害，直接影响黄海海域的海洋环境和滨海风景。尤其是近岸海域浒苔，给沿海城市海上交通、观光旅游等活动产生严重的不良影响，引起了全社会的广泛关注[1]。

国内外专家学者对浒苔进行了多方面的研究。在浒苔监测方面，基于我国FY-3A卫星的中分辨率光谱成像仪(medium resolution spectral imager，MERSI)、HJ_1A_1B卫星电荷耦合传感器(charge coupled device，CCD)和美国中分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer，MODIS)、陆地卫星(Landsat)等不同星载卫星遥感数据[2-4]，运用归一化植被指数法(normalized difference vegetation index，NDVI)、浮游藻类指数法(floating algae index，FAI)、灰度值分割法等进行了黄海、东海海域浒苔的解译[2-5]，为浒苔灾害的防治提供了重要依据。尤其是NDVI法可使植被从水和土中分离出来，是陆地植被生长状态及植被覆盖度的最佳指示因子，广泛用于浒苔遥感图像解译[2-3]。在浒苔生长方面，浒苔的生长与其所处环境的温度、盐度、光照等有关，其中温度是影响浒苔生长的一个重要因子[6]，气温升高，能够促进浒苔的生长[7]，黄海海域浒苔灾害与温度升高具有明显相关性[8]。浒苔是一种广温性海藻，生态幅较宽，其中水温为20～25 ℃时最适合其生长[9]。但是利用多种遥感资料全面系统地进行黄海海域浒苔分布解译和沿海城市气温特征的研究还比较少见。因此本文欲利用2008—2016年黄海海域Landsat-7、Landsat-8和MODIS卫星数据，采用NDVI法对浒苔的分布进行全面解译，并利用统计分析的方法对沿海城市浒苔灾害和城市气温特征进行分析，以期为黄海沿海城市浒苔灾害治理提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区

黄海是太平洋西部的一个边缘海，位于中国大陆与朝鲜半岛之间。受季风影响，黄海冬季寒冷干燥，夏季温暖潮湿。黄海沿海城市多是沿海中心城市和滨海度假旅游城市、国际性港口等，近岸海域海上交通、观光旅游、海洋环境等对其经济的发展具有非常重要的作用。因此本文根据2008—2016年黄海海域浒苔灾害情况，选取36°51′43″ N，123°27′51″ E；36°53′49″ N，118°39′08″ E；32°43′54″ N，118°31′53″ E；32°43′54″ N，123°43′01″ E大致140 000 km2的区域进行浒苔遥感信息解译，自南向北选取受黄海海域浒苔灾害影响明显的盐城市、连云港市、日照市、青岛市的气温进行系统分析。

1.2 数据来源及方法

1)黄海海域浒苔分布遥感数据来源及解译方法。Landsat-7、Landsat-8卫星分别装备有增强型专题制图仪(enhanced thematic mapper，ETM+)、陆地成像仪(operational land imager，OLI)和热红外传感器(thermal infrared sensor，TIRS)。其中ETM+和OLI均覆盖了从红外到可见光的不同波长范围。尤其是TIRS是有史以来最先进，性能最好的热红外传感器。MODIS卫星数据具有36个光学通道，实现了从0.4～14.4 μm(可见光到热红外)全光谱覆盖，每天过境2次，每2天实现一次全球观测[10]。

因此本文从地理空间数据云和美国地质勘探局网站选取2008—2012年Landsat-7、MODIS卫星数据和2013—2016年Landsat-7、Landsat-8卫星数据同时进行黄海海域浒苔遥感信息解译，尽量避免MODIS卫星数据分辨率较粗和Landsat-7、Landsat-8卫星数据较少的矛盾[4]。

覆有浒苔的海水在可见光的蓝光波段和红光波段形成反射谷，在绿光波段形成反射峰，而在近红外波段出现类似于植被光谱曲线的高反射峰。而海水在可见光波段反射率很小，在近红外波段反射率几乎为 0[11-12]。因此本文用NDVI法进行黄海海域浒苔遥感信息解译，其计算见公式(1)。

(1)

式中：NIR和R分别为近红外波段和红波段处的反射率值。MODIS遥感数据NIR、R分别用250 m 分辨率通道 2、1的数据；Landsat-7遥感数据NIR、R分别用Band4、Band3的数据；Landsat-8遥感数据NIR、R分别用Band5、Band4的数据。

2)沿海城市气温数据来源与方法。世界天气网站有263个国家重点城市气象站的气温、风、降雨等气象资料，其中气温数据时间间隔多为3～6 h，能够比较全面地反应城市气温的实际变化。因此黄海海域沿海城市盐城市、连云港市、日照市、青岛市2008—2016年浒苔爆发期间的气温从此网站下载，并运用统计分析的方法进行特征值的计算和利用SPSS软件进行相关性的研究。

2 结果与讨论

2.1 黄海海域浒苔分布特点

在遥感图像处理平台(the environment for visualizing images，ENVI)上，选取2008—2016年黄海海域浒苔发生、发展、爆发期间无云或少云的Landsat-7、Landsat-8和MODIS卫星数据，运用NDVI法，进行浒苔遥感信息解译，得到2008—2016年黄海海域浒苔分布图(图1)。

图1 2008—2016年黄海海域浒苔分布图

根据图1可以看出，2008年黄海海域浒苔是5月中旬自连云港市远岸海域爆发，然后北移，影响日照市、青岛市近岸海域和连云港市远岸海域，7月份盐城市远岸海域也分布部分浒苔。其中6月27日浒苔的影响最大，面积达23 879 km2，与吴孟泉的解译结果一致[13]，说明本文的解译方法和结果是准确的。

2009年黄海海域浒苔是5月底自盐城市远岸海域爆发，向盐城市近岸海域和连云港市、日照市远岸海域迁移。其中6月14日浒苔的影响最大，面积达20 563 km2。与2008年浒苔灾害相比，浒苔最大影响面积差异不大，但是浒苔漂移路径明显不同，2009年浒苔漂移主要是远离海岸线[8]，除盐城市近岸海域爆发严重浒苔灾害外，其他城市近岸海域均未爆发严重的浒苔灾害，尤其是2008年近岸海域浒苔灾害非常严重的青岛市基本没有浒苔。

2010年黄海海域浒苔分布比较零散，多呈斑点状，未形成大面积的条带状，其中8月4日影响最大，面积为10 686 km2。与2008、2009年浒苔灾害相比，浒苔最大影响面积明显减少，浒苔灾害整体相对较小，沿海城市近岸海域均未爆发严重的浒苔灾害。

2011年黄海海域浒苔是5月中旬自盐城市远岸海域爆发，向北向南扩大，广泛分布盐城市、连云港市、日照市、青岛市近岸海域。其中6月20日浒苔的影响最大，面积达19 830 km2，比2009年略小，但是浒苔漂移主要是平行海岸线，沿海城市近岸海域均爆发严重的浒苔灾害。

2012年黄海海域浒苔是5月中旬自盐城市、连云港市远岸海域爆发，然后北移，主要分布在连云港市、日照市、青岛市近岸海域。其中6月22日浒苔的影响最大，面积达20 545 km2，与2009年差异不大，但是沿海城市近岸海域浒苔灾害差异明显，除盐城市不严重外，其他城市近岸海域则均爆发严重的浒苔灾害。

2013年黄海海域浒苔是5月中旬则遍布连云港市、日照市、青岛市近岸海域，然后北移，覆盖日照市、青岛市近岸海域。其中6月9日浒苔的影响最大，面积达18 020 km2，比2012年略小，只是盐城市近岸海域浒苔分布更加不明显，基本没有浒苔。

2014年黄海海域浒苔是5月中旬自盐城市远岸海域爆发，向北向南扩大，广泛分布盐城市、连云港市、日照市、青岛市近岸海域。其中6月18日浒苔的影响最大，面积达33 066 km2，是 2011年的1.7倍，浒苔灾害非常严重，沿海城市近岸海域均爆发严重的浒苔灾害。

2015年黄海海域浒苔是5月中旬自盐城市远岸海域爆发，向北向南扩大，广泛分布盐城市、连云港市、日照市、青岛市近岸海域。其中6月22日浒苔的影响最大，面积达50 799 km2，是2008年以来黄海海域浒苔影响面积最大的一年，浒苔灾害非常严重，沿海城市近岸海域均爆发严重的浒苔灾害。

2016年黄海海域浒苔灾害是5月中旬自盐城市远岸海域爆发，向北向南扩大，广泛分布盐城市、连云港市、日照市、青岛市近岸海域，其中6月17日影响最大，面积达45 434 km2，仅比2015年小，也是黄海海域浒苔灾害比较严重的一年，沿海城市近岸海域亦均爆发严重的浒苔灾害。

2.2 黄海海域浒苔爆发期间沿海城市气温特征

根据2008—2016年黄海海域浒苔爆发期间盐城市、连云港市、日照市、青岛市相应的气温资料，得到其特征值(表1)。

表1 黄海海域浒苔爆发期间沿海城市气温情况

根据表1可以看出，黄海海域浒苔爆发期间盐城市、连云港市、日照市、青岛市2008—2016年平均气温在20.6～28.3 ℃之间，变异系数在7.8%～17.4%之间，整体来看，差异不大。其中盐城市、连云港市、日照市、青岛市近岸海域均爆发严重浒苔灾害的2011、2014、2015、2016年平均气温在22.9～25.6 ℃之间。仅部分沿海城市近岸海域爆发浒苔灾害的2008、2009、2012、2013年平均气温在20.6～27.6 ℃之间，其温度范围比沿海城市近岸海域均爆发严重浒苔灾害的年份范围大，尤其是2013年盐城市最大值为27.6 ℃，其近岸海域基本没有浒苔。而沿海城市近岸海域均未爆发严重浒苔灾害的2010年平均气温为25.8～28.3 ℃，其最低气温25.8 ℃亦比沿海城市近岸海域均爆发严重浒苔灾害的年份平均气温最大值25.6 ℃高。

2.3 黄海海域浒苔爆发期间沿海城市气温之间的关系

根据2008—2016年黄海海域浒苔爆发期间盐城市、连云港市、日照市、青岛市相应的气温资料，运用SPSS软件对其皮尔森相关系数进行计算，如表2所示。

由表2可以看出，黄海海域沿海城市盐城市、连云港市、日照市、青岛市近岸海域均爆发严重浒苔灾害的2011、2014、2015、2016年和仅盐城市未爆发浒苔灾害的2013年气温在显著性水平为0.01时的相关系数为0.70～0.89、0.74～0.91、0.81～0.92、0.71～0.91和0.80～0.93，均大于0.70，各城市之间气温均具有较强的相关性。除2013年盐城市可能因气温过高，影响近岸海域浒苔的生长，基本没有浒苔外，其他沿海城市连云港市、日照市、青岛市近岸海域均爆发严重的浒苔灾害。

表2 黄海海域浒苔爆发期间沿海城市气温皮尔森相关系数

注：**表示在显著性水平0.01时显著相关(双侧)；*表示在显著性水平0.05时显著相关(双侧)。

而黄海海域仅有部分沿海城市近岸海域爆发浒苔灾害的2008、2009、2012年和沿海城市近岸海域均未爆发严重浒苔灾害的2010年气温之间在显著性水平为0.01时的相关系数为0.69～0.82、0.45～0.85、0.65～0.86和0.66～0.86，各城市气温之间的相关性都较沿海城市近岸海域均爆发严重浒苔灾害的2011、2014、2015、2016年差。尤其是2009年近岸海域基本没有浒苔分布的青岛市和浒苔灾害非常严重的盐城市气温之间相关系数为0.45，小于0.5，相关性非常差，其城市之间气温变化差异大，可能是导致青岛市、盐城市近岸海域浒苔灾害差异非常明显的原因。

3 结束语

2008—2016年黄海海域浒苔迁移路径不同，浒苔时空分布具有明显的差异性，沿海城市近岸海域浒苔灾害年际变化大[14]。其中2011、2014、2015、2016年沿海城市近岸海域均爆发比较严重的浒苔灾害；2008、2009、2012、2013年则仅有部分沿海城市近岸海域爆发严重的浒苔灾害，特别是2009年青岛市、2013年盐城市近岸海域基本没有浒苔；2010年黄海海域沿海城市近岸海域均未爆发严重浒苔灾害。

2008—2016年黄海海域浒苔爆发期间，沿海城市盐城市、连云港市、日照市、青岛市气温与近岸海域浒苔灾害之间具有较好的相关性，平均气温在22.9～25.6 ℃之间时，沿海城市近岸海域均比较容易爆发严重的浒苔灾害；而气温过高，则可能会影响近岸海域浒苔的生长，沿海城市近岸海域不易行成严重的浒苔灾害。

2008—2016年黄海海域浒苔爆发期间，黄海海域沿海城市盐城市、连云港市、日照市、青岛市气温之间的相关性较强，除气温过高外，其近岸海域均易于爆发严重的浒苔灾害；而它们的相关性较差，则其近岸海域不易于全面爆发严重的浒苔灾害。

致谢：衷心感谢山东科技大学蔡玉林老师在黄海海域浒苔遥感资料收集、解译等方面给予的指导和帮助。