巢湖蓝藻水华分布特征和气象条件分析

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1、安徽农业科学 ， J o u r n a l o f An h u i A g r 1 S c i 2 0 1 5 ， 4 3 ( 4 )： 1 9 11 9 3， 1 9 8 责任编辑黄小燕责任校对况玲玲 巢湖蓝藻水 华分布特征和气象条件分析 范 裕祥 ， 金社军 ， 周培 ， 季爱娟 ， 王文本 ( 1 安徽省巢湖气象局 ， 安徽巢湖 2 3 8 0 0 0； 2 福建省三明市大 田县气象局 ， 福建三 明 3 6 6 1 0 0 ) 摘要 目的 研究巢湖蓝藻水华与气象条件之间的关系。 方法 利用卫星遥感监测信息和气象资料， 统计分析 2 0 13 9 2 0 1 3年巢湖蓝 藻水华分布特

2、征与其暴发期间主要气象要素特征。【 结果 巢湖蓝藻水华5 1 1月均有分布， 9 、 1 0月是巢湖蓝藻水华的主要暴发期， 5 、 1 1 月明显偏少； 蓝藻水华主要分布在西半湖。适宜的气温、 少雨、 光照充足和风速偏小有利于蓝藻颗粒的上浮和积聚； 适宜的温度条件 下， 蓝藻生长繁殖迅速。J 结论 气温是巢湖蓝藻水华暴发的基本气象条件， 不是水华暴发面积的关键气象条件， 5 d积温 1 6 5 0 d 可作为蓝藻暴发的上限； 降水对水华有抑制作用； 充足的 日照是水华形成的必要条件； 低风速( 0 0 5 时则定义为蓝藻暴发。 1 2 气象数据巢湖周边有巢湖、 合肥、 肥东、 肥西 4个 国

3、家气象站和若干个加密 自动气象站， 考虑气象数据的代表 性、 准确性、 比较性 ， 这里选择合肥国家基本气象站 2 0 0 9 2 0 1 3年气温、 降水、 日照、 风等气象数据。气温数据有 日平均 气温、 5 d 积温， 降水分为 日降水量、 2 0 ： 0 0 次 日0 8 ： 0 0降水 量、 0 8 ： 0 o2 0： 0 0降水量 ， 日照时数， 风为 2 mi n平均风 向 l 9 2 安徽农业科学 风速 。 1 3 分析方法气象资料的统计分析方法按照中国气象局 的气象资料统计的相关技术规定进行。利用 S P S S 1 8 0软件 对巢湖蓝藻水华暴发与气象因子之间的关系进行 P

4、 e a r s o n相 关性分析。 2 结果与分析 2 1 蓝藻水华分布特征分析2 0 0 9年 6月 2 0 1 3年 1 1月 卫星遥感监测到巢湖蓝藻水华共发生 1 5 1次， 年平均暴发次 羹 5 6 7 8 9 1 0 1 1 月份 N 数为3 0 2次 a ， 其中5月 2次、 6月 2 5次、 7月 2 5次、 8月 2 1 次、 9月 3 4次、 1 0月 3 5次、 1 1月 9次( 图 l a ) 。可见， 9 、 1 0月 是蓝藻集中暴发的月份， 2 个月占总次数的 4 6 ， 6 、 7 、 8 月份 次之， 最少的月份是 5月。 日最大暴发面积出现在 2 0 0 9

5、年 1 0月 1 5日， 为 2 1 2 5 0 6 k m ， 占全湖总面积 2 8 。暴发总次 数最多的年份是 2 0 0 9年， 为 3 9次 ， 最少的年份是 2 0 1 1 年 ， 为 2 2次； 近5年来巢湖蓝藻水华暴发年总次数趋势呈波浪式 ( 图 l b ) 图 1 2 0 0 9 2 0 1 3年巢湖蓝藻水华暴发逐月频次分布 ( a ) 和逐年总次数趋势 ( b ) 菊 一 顽 l C 3 1 I I N 4 2 1 I ； 眦7 2 2 ； ：I 崛 1 1 2 2 一 -E N E 1 3 2 1 ； ! E 1 1 1 9 1 l檄5 1 7 I I s E 7 2 1

6、I E 6 -S 5 2 2 一 ： 蜊 3 1 8 1 l 2 16 I I W 3 1 6 I ： 4 j 9 ； ： N 5 1 9 ： 一 4 22 一 S 图2 2 0 O 9年 5月 201 3年 1 1月巢湖风向玫瑰图 总结 1 5 1 次暴发过程发现 ， 巢湖蓝藻暴发期集中在每年 的51 1 月 ， 每年的夏秋两季是巢湖蓝藻的主要暴发期，其 中9 、 1 0月是蓝藻暴发主要月份 ； 巢湖西半湖为蓝藻的主要 暴发区域， 且该区域为蓝藻重度暴发 区。造成这一现象的主 要原因是西半湖水体富营养化较东半湖严重 ； 巢湖夏秋两季 盛行东北偏东风( 图2 ) ， 蓝藻易在西半湖聚集 ， 巢

7、湖东半湖 蓝藻水华较少。 2 2 水华发生期气象条件分析 2 2 1 气温。2 0 0 9 2 0 1 3年蓝藻水华发生期间 日平均气温 在 8 83 4 0， 平均 日平均气温为 2 4 4 ， 日平均气温标 准差为5 9 o C， 极端 日最高气温3 9 6， 极端 日最低气温2 0 。可见蓝藻可以在温度范围较大的环境里生长繁殖。日 平均气温与蓝藻水华面积 P e a r s o n 相关系数为 一 0 2 5 4 ， 通过 0 O 1的信度检验， 是高度显著的线性负相关。5年来 ， 蓝藻 水华首次暴发平均气温为 2 5 3 ， 末 次暴发平均气温为 l 1 8( 表 1 ) ， 标准差均

8、为 3 2 ， 可见， 巢湖蓝藻每年首次 暴发时的日平均气温明显高于末次暴发时 日平均气温。水 的比容比气温的比容大 ， 造成水的升温或降温均有一定的滞 后性是造成巢湖蓝藻水华首次暴发比末次暴发 日平均气温 高的重要原因之一。蓝藻水华每年首次暴发时， 气温是主要 因素； 末次暴发时， 气温不是主要因素。 表 1 巢湖蓝藻首次暴发与末次暴发的 日平均气温 从蓝藻持续期间的面积和气象条件 ( 表 2 ) 可 以看 出， 2 0 1 0年 1 0月 5日蓝藻暴发面积为 2 0 2 2 8 2 k m ， 该 日平均气 温为 1 8 4， 4日平均气温为 1 8 1 o C， 但蓝藻水华面积仅 为 2

9、 2 7 7 1 k m ； 3日平均气温为 1 8 7， 而该 日无蓝藻水华 暴发。连续 3 d温度条件相似， 但蓝藻水华暴发程度却大相 径庭。2 0 1 3年 1 0月 l 01 4日的情况与以上分析类似。分 析 2 0 0 9 2 0 1 3年蓝藻水华持续期 间的气温条件发现， 在适 宜的温度条件下 ， 蓝藻生长繁殖迅速 ， 蓝藻水华暴发过程是 蓝藻颗粒在水面累积的过程 ； 气温不是蓝藻水华积聚面积的 关键气象因子 ， 只是蓝藻水华暴发的基本条件。 2 0 0 92 0 1 3年 51 0月期 间， 水华发生前 5 d积 温在 5 1 71 6 5 0 o C d ， 水华发生面积与 5

10、 d积温 P e a r s o n相关 系数为 一 0 2 4 9， 通过 0 0 1的信度检验， 是高度显著的线性 负相关。2 0 0 9 2 0 1 3 年 61 0月期间气温基本满足巢湖蓝 藻水华暴发的条件， 每年的 5 、 1 1 月气温不能完全满足蓝藻 水华积聚的条件。2 0 1 3年 8月 1 11 8日平均气温连续稳定 超过 3 2 3 ， 5 d积温均大于 1 6 5 0 d 风速 1 52 2 m s ， 光照充足， 无降水发生 ， 但巢湖未发生明显水华。因此 ， 持续的高温对蓝藻积聚有 明显的抑制作用 ， 5 d积温 1 6 5 0 4 3卷 4期 范裕祥等巢湖蓝藻水华分

11、布特征和 气象条件分析 1 9 3 o C d可作为蓝藻积聚的上限。 表 2 蓝藻持续期 间的面积和气象条件 2 2 2 降水。统计 2 0 0 9 2 0 1 3年 5l 1 月份 总降水量和 蓝藻水华发生次数 ( 表 3 ) ， 总降水量与蓝 藻水华发生次数 的 P e a r s o n 相关系数为 一 0 9 5 ， 通过 0 0 5的信度检验 ， 是显 著的线性负相关 。1 5 1 个样本 中仅 1 0 d 当 日 有 降水 ， 最大 的日降水量为 2 5 0 m m， 但降水发生在夜间， 其他 9 d的降 水也基本发生在夜间 ， 白天有降水的较少 ， 即使有 降水也是 在 0 8

12、： 0 0 左右或 1 8 ： 0 0 之后且降水量 3 8 m s， 基 本没有蓝藻水华。风浪较小时， 有利于水体中已经存在 的大 量藻类上浮， 推动水体表层蓝藻颗粒的移动和聚集 ， 形成水 华。低风速是蓝藻水华暴发的重要前提条件。因此 ， 风浪对 藻类暴发的作用主要取决于风速大于还是小于临界风速。 气温适宜的时候 ， 低风速对已经形成的蓝藻水华移动的影响 较低 ， 低风速天气持续时间越长 ， 多次连续暴发的可能性越 大。大风速( I3 8 m s ) 搅动使得蓝藻颗粒下沉， 使得卫星 遥感监测到的水华面积大幅度减少。持续 3 h 5 0 m s 的 平均风速， 蓝藻颗粒水平、 垂直分布趋于

13、均匀， 卫星不能监测 到湖面有明显蓝藻水华 。 研究中发现 ， 在其他气象条件不变的情况下， 蓝藻持续 暴发的第 2天如果风向突然变化 ， 蓝藻水华的面积迅速减 小 ； 长时间连续一致风向有利于蓝藻水华程度加强和面积急 剧增加 。风向突变， 蓝藻颗粒运动方向相应地与原来方向相 反 ， 在一定时间内， 水体表面的藻细胞密度趋于均匀 ， 卫星遥 感监测到的水华面积会显著减少。 3结论 与讨 论 ( 1 )通过卫星遥感监测的 2 0 0 9 2 0 1 3年巢湖蓝藻水华 特征是巢湖蓝藻暴发期为每年的5一 l 1 月， 夏秋两季是巢湖 藻类的主要暴发期， 其中 9 、 1 0月是蓝藻暴发主要月份， 6

14、 、 7 、 8 月份次之， 最少的月份是 5月； 巢湖西半湖为蓝藻的主要暴 发区域， 且该 区域为蓝藻重度暴发区， 从气象条件分析是巢 湖每年 51 1月盛行东北偏东风所致。 ( 2 ) 巢湖蓝藻可以在温度范围较大的环境里生长繁殖 ， 每年 6 1 0 月期间气温基本满足巢湖蓝藻水华暴发的条件， 5 、 1 1 月气温不完全满足蓝藻水华积聚的条件。持续 的高温 ( 5 d积温 1 6 5 0 o C) ， 不利于蓝藻生长繁殖， 气温不是蓝藻 水华积聚面积的关键气象因子 ， 只是蓝藻水华暴发的基本条 件 。降水的影响主要是对其他气象条件的改变而不是直接 对蓝藻生长和水华形成的直接影响。充足的

15、日照是水华形 成的必要条件。低风速( 3 8 m s ) 有利于水体中已经存在 的大量藻类上浮， 是蓝藻水华暴发的重要前提条件。其他气 象条件不变的情况下， 蓝藻持续暴发的第 2 天如果风 向突然 变化 ， 蓝藻水华的面积迅速减小。 ( 3 ) 该研究是假定卫星遥感资料能完全代表巢湖蓝藻水 华的情况， 但实际上卫星遥感数据受天气影响较大， 尤其是 在夏季容易受到云的遮挡。且 目前一天仅有 2次有效的蓝 藻水华监测图片， 实际上每天不同时段蓝藻水华面积有所不 ( 下转第 1 9 8页) 1 9 8 安徽农业科 学 2 0 1 5盎 少趋势。由累积距平曲线( 图6 b ) 可见 ， 西北部地区5 9月 降水量大致存在 3个转折点， 分别位于 1 9 6 3 、 1 9 8 0和 1 9 9 8 年。1 9 6 1 1 9 6 3年， 累积曲线存在上升趋势； 1 9 6 41 9 8 0年， 累积曲线稳中有降， 其 中， 2 0世纪 6 0年代 中期 7 0年代 中 期降水以年际变化为主； 1 9 8 11 9 9 2年， 累积 曲线