珊瑚礁水域中的生物光学和生物地球化学变化：对南海遥感与环境监测的启示

《Coral Reefs》：Bio-optical and biogeochemical variability in coral reef waters: implications for remote sensing and environmental monitoring in the South China Sea

南海珊瑚礁水域生物光学与地球化学特性研究表明，不同地貌区（潟湖、前礁、裙礁）因营养输入和水动力混合差异显著。裙礁区叶绿素a浓度（1.66±1.47 μg/L）较其他区域高10倍，悬浮颗粒物（SPM）无机占比达68%-75%，近岸裙礁区浮游生物与非藻颗粒共同贡献近50%吸收。CDOM主导紫外吸收（系数是SPM的3-10倍），并建立叶绿素a浓度模型（R2=0.93）， Nap吸收与浊度高度相关（R2=0.84），为珊瑚礁遥感监测提供新方法。

　　

摘要

对珊瑚礁进行遥感监测需要准确参数化水体的光学特性，以消除表层水体对表面反射信号的影响。本研究分析了南海珊瑚礁水域的生物光学和生物地球化学特征，重点关注三个地貌区域：潟湖、前礁和边缘礁。在这些区域中观察到了显著的空间变异性，这种变异性受到营养物质输入和水动力混合的影响。边缘礁水域受到陆地营养物质和沿海平流的影响，其光学参数变化较大，叶绿素a的浓度平均约为1.66 ± 1.47 μg L^?1——大约是潟湖和前礁区域的十倍。前礁和边缘礁区域强烈的水动力混合导致悬浮颗粒物（SPM）含量升高，其中无机颗粒物占比很高（分别为0.75 ± 0.05和0.68 ± 0.26）。潟湖水域的成分更为均衡，无机颗粒物与总颗粒物的比例为0.52 ± 0.28。近岸边缘礁水域的颗粒物组成较为复杂，浮游植物和非藻类颗粒物对吸收过程的贡献接近50%。在所有区域中，有色溶解有机物（CDOM）主导了紫外线的吸收，其吸收系数是颗粒物的3至10倍。我们根据ph(440)（R² = 0.93，RMSD = 0.34 μg/L^?1）建立了准确的叶绿素a浓度模型。此外，a_NAP(440)与浊度之间存在显著相关性（R² = 0.84），这表明它具有作为浊度光学代理指标的潜力，对珊瑚礁水质的遥感监测具有价值。这些见解加深了我们对珊瑚礁水域生物光学变异性的理解，并有助于改进珊瑚礁监测的遥感应用。