一种基于浮标在线监测数据的赤潮短期预警方法及用图
【技术领域】
[0001]本发明涉及海洋赤潮预警技术领域，具体涉及一种基于浮标在线监测数据的赤潮短期预警方法及用途。
【背景技术】
[0002]赤潮在世界范围内大规模爆发，已经严重影响了公众健康、生态系统健康以及渔业和经济发展。赤潮预警是海洋生态灾害管理的重要方法，可以预防和减轻因赤潮灾害造成的海洋生态环境损伤和渔业经济损失，为海洋生态环境保护、防灾减灾以及海洋生态风险管理提供重要的决策依据和技术支撑。已有的赤潮预警预测方法较多，典型的有细胞密度法、遥感分析法、神经网络法、多元回归分析法等等。细胞密度法通过分析赤潮生物密度是否达到发生阈值来判断是否发生赤潮，用于小范围预测，实际操作中受现场采样条件限制。遥感分析法通过解析水色遥感图像得出叶绿素含量来判断是否有赤潮发生，可用于大范围预测，但往往属于赤潮发生后预测，提前预测难度较大。神经网络法和多元回归分析法可做赤潮发生前预测，但因都涉及大量参数，分析过程比较复杂，预测结果准确性也不够理想。这几种方法还因缺乏赤潮期间水质参数的连续实时监测数据，而使预测结果具有一定的局限性。浮标在线监测可以自动获取海洋水质参数长期、连续、实时监测数据，可以弥补传统监测手段(如船测或人工采样)无法获取长时间序列监测数据的不足。
[0003]预测赤潮既要考虑赤潮的引发因子，又要考虑其表现因子。水体富营养化和原因种是赤潮发生的物质基础，其他引发因子，诸如营养盐(氮、磷、硅酸盐、铁盐)、水温、盐度、光照、风、潮汐、上升流等均可不同程度影响赤潮的发生、发展和消亡，且这些因子之间的相互关系十分复杂。所有浮游植物都含有叶绿素a，因此叶绿素a含量是表征浮游植物赤潮发生的第一关键因子。赤潮一旦发生，最直观的表现就是赤潮生物密度激增、海水变色、叶绿素a含量发生明显变化。但仅以叶绿素a作为赤潮判别因子，则经常会导致结果误报。比如，当采用叶绿素传感器监测水体水质时，经常会发生水生植物堵塞叶绿素传感器探头的现象，导致叶绿素a数值居高不下，但溶解氧饱和度、pH并未升高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于解决当前赤潮短期预警技术中存在的问题，并提供一种基于浮标在线监测数据的赤潮短期预警方法及用途，其具体技术方案如下:
[0005]一种基于浮标在线监测数据的赤潮短期预警方法，包括如下步骤:
[0006]按时间序列提取连续24h的目标海域水质叶绿素a、溶解氧饱和度和pH监测数据，根据其变化趋势和下列判定条件进行赤潮短期预警:
[0007]条件一:叶绿素a、溶解氧饱和度和pH均超过各自阈值，其阈值分别为20 μ g/L、110%、8.2 ；
[0008]条件二:叶绿素a、溶解氧饱和度和pH三个水质因子的数值均有上升的趋势，形成波峰；
[0009]条件三:未来24h天气状况不为台风和/或中雨以上的降雨；
[0010]当同时满足条件一、条件二和条件三时，即发出赤潮预警信息为:未来1?2天发生赤潮的可能性大；
[0011]当满足条件一和条件二但不满足条件三时，即发出赤潮预警信息为:未来1?2天发生赤潮的可能性小；
[0012]当满足条件二但不满足条件一时，即发出赤潮预警信息为:未来1?2天有可能发生赤潮，但仍需继续观察数据变化；
[0013]其余情况下不发出赤潮预警信息。
[0014]作为优选，所述的条件二中，叶绿素a、溶解氧饱和度和pH三个水质因子的数值应在6?7h内达到峰值，且叶绿素a峰值超过40 μ g/L?50 μ g/L,溶解氧饱和度峰值超过120%?130%，pH峰值超过8.3?8.4。采用上述叶绿素a含量、溶解氧饱和度和pH值三个关键因子及三个判定条件来反映赤潮动态，完全符合赤潮的爆发规律，在实际使用能取得较好的效果。
[0015]作为优选，所述的目标海域水质叶绿素a、溶解氧饱和度和pH监测数据来源为海洋水质自动监测浮标，该浮标系统实时、连续、自动获取目标海域水质监测数据，其数据采集频率不低于1次/h。由于采用船舶监测和实验室分析测试来获取连续、实时的长时间序列海水水质监测数据难度大，且受海况和天气状况限制。因此，本发明是基于海洋水质实时、连续、自动监测数据来实现的。与传统人工采样监测相比，采用该数据来源大大提高了分析数据的连续性和预警的可行性。
[0016]作为优选，所述的连续24h设置为前一日13时至当日12时连续24h。该时段是基于大量的实际监测数据确定的。在监测过程中发现，赤潮藻类经过爆发前一日的生物量积累，到爆发当日正午之前，其叶绿素a含量、溶解氧饱和度、pH三因子的变化特征已经能够明显反映出赤潮的爆发趋势。另外，结合海洋渔业部门发布赤潮预警的惯例，预警信息通常于下午2时?4时发出，因此设置前一日13时至当日12时的时间段也符合部门工作时间安排，具有较高的可行性。
[0017]作为优选，选择预报日的前一日13时至当日12时连续24h目标海域水质叶绿素a、溶解氧饱和度和pH监测数据，按照如权利要求1?4任一所述的方法进行目标海域的赤潮预警，并将该海域的叶绿素a、溶解氧饱和度和pH三个因子最近24h的监测数据变化范围，未来24h的天气状况，以及目标海域的赤潮预警信息制作成文本类报告进行发送。
[0018]进一步的，本发明在上述预警文本类报告基础上，还可以以此为基础制作短期预警结果图:
[0019]采用红色、橙色、黄色、蓝色四种颜色区分赤潮发生预警结果；
[0020]当同时满足条件一、条件二和条件三时，在目标海域设置红色标记；
[0021]当满足条件一和条件二但不满足条件三时，在目标海域设置橙色标记；
[0022]当满足条件二但不满足条件一时，在目标海域设置黄色标记；
[0023]其余情况下，在目标海域设置蓝色标记。
[0024]上述预警结果图，能够简单直观地反映各个海域的赤潮爆发可能性，为海洋渔业部门的赤潮监测预警提供了一种简单明了的方法。
[0025]本发明还提出了一种上述预警方法的用途，特别适用于预警甲藻类赤潮。在多次甲藻类赤潮的爆发过程中，本发明提出的方法均提前准确地预测到了赤潮的爆发。
[0026]本发明避开了赤潮的引发因子，通过分析海水“叶绿素a、溶解氧饱和度和pH”三个表现因子的明显变化来预测赤潮。叶绿素a是赤潮藻类生物量的重要指标，溶解氧饱和度和pH与藻类的光合作用及其活力密切相关。赤潮发生之前，藻类生物量短时间内会发生物质积累，叶绿素a、溶解氧饱和度和pH因子会发生明显的变化，据此开展赤潮发生短期预警，简单而直观，准确率较高。
【附图说明】
[0027]图1是一种基于浮标在线监测数据的赤潮短期预警方法流程图；
[0028]图2是三起赤潮发生全过程叶绿素a、溶解氧饱和度和pH的变化趋势图；其中a)、b)、c)分别表示南麂海域赤潮、温岭海域赤潮和大陈海域赤潮；
[0029]图3是实施例1中连续48h的水质三因子的变化趋势图，其中a)、b)、c)分别为叶绿素a、溶解氧饱和度和pH的变化趋势图；
[0030]图4为实施例1中2015年4月27日赤潮预警结果图；
[0031]图5为实施例1中2015年4月28日赤潮预警结果图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0033]如上所述，本发明提供的一种基于浮标在线监测数据的赤潮短期预警，包括如下步骤:
[0034]按时间序列提取连续24h的目标海域水质叶绿素a、溶解氧饱和度和pH监测数据，根据其变化趋势和下列判定条件进行赤潮短期预警:
[0035]条件一:叶绿素a、溶解氧饱和度和pH均超过各自阈值，其阈值分别为20 μ g/L、110%、8.2 ；
[0036]条件二:叶绿素a、溶解氧饱和度和pH三个水质因子的数值在短时间内均有迅速上升的趋势，形成波峰；
[0037]条件三:未来24