龔 芳,朱伯仲,李 騰,王雨馨,李鴻喆,5,何賢強*,張 清

(1.衛(wèi)星海洋環(huán)境動力學(xué)國家重點實驗室,浙江 杭州 310012; 2.自然資源部第二海洋研究所,浙江 杭州 310012; 3.東海實驗室,浙江 舟山 316021; 4.浙江大學(xué) 海洋學(xué)院,浙江 舟山 316021; 5.上海交通大學(xué) 海洋學(xué)院,上海 200240)

0 引言

2022年1月15日,南太平洋島國湯加的洪阿哈阿帕伊島(Hunga Haapai)火山(20.5°N,175.4°W)發(fā)生猛烈噴發(fā),造成洪阿哈阿帕伊島島體大部分消失,湯加本國直接失聯(lián)。該突發(fā)事件證明南太平洋小島嶼國家對于各類突發(fā)性災(zāi)害的應(yīng)對能力極其有限。此次火山爆發(fā)不僅對湯加境內(nèi)造成了巨大影響,更是引發(fā)了大規(guī)模海嘯,多國因此緊急開展了人員疏散工作,同時人們也擔(dān)憂火山爆發(fā)會引起南太平洋范圍內(nèi)顯著的動力和生態(tài)災(zāi)害。

為此,國內(nèi)外相繼開展了湯加火山爆發(fā)對海洋動力、地質(zhì)、大氣等自然環(huán)境影響的監(jiān)測和預(yù)測研究。HEIDARZADEH 等[1]估算了火山爆發(fā)引起的海嘯強度;RAKESH等[2]發(fā)現(xiàn)了火山爆發(fā)引起的印度近赤道電離層總電子含量(total electron content)和振幅閃爍(amplitude scintillations)的準周期振蕩;全面禁止核試驗條約(Comprehensive Nuclear-Test ban Treaty,CTBT)的國際監(jiān)測系統(tǒng)(International Monitoring System,IMS)水聲監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測到了爆炸能量在大氣中的次聲波和聲波-重力波的響應(yīng)[3];YUEN 等[4]描述了海底火山爆發(fā)引起的行星級波、火山閃電和氣態(tài)云;LI[5]指出,湯加火山的爆發(fā)造成了全球傳播的球形沖擊波,并進行了推導(dǎo)和跟蹤;NéMETH[6]則發(fā)現(xiàn),除了產(chǎn)生沖擊波和各種重力波,引發(fā)海嘯外,火山爆發(fā)還將高度碎片化的火山隕石注入到了離地約55 km的大氣層中,產(chǎn)生的火山灰蔓延到了數(shù)百公里外。

然而,在海洋生態(tài)環(huán)境方面,目前只有SUN 等[7]從微營養(yǎng)物促進初級生產(chǎn)力、金屬氧化物幫助貯存有機碳、沉積碳酸鹽的生成與埋藏等機理上推測火山爆發(fā)可能對海洋生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。那么,湯加火山爆發(fā)是否會影響南太平洋島國的海洋環(huán)境?為此,本研究利用多源衛(wèi)星數(shù)據(jù),對瑙魯、帕勞、圖瓦盧、馬紹爾群島四國海洋生態(tài)環(huán)境狀況進行監(jiān)測,基于長時間序列遙感結(jié)果的回溯,分析了其時空變化,并對比了湯加火山爆發(fā)前后,各國生態(tài)環(huán)境是否發(fā)生顯著變化,以幫助了解湯加火山爆發(fā)對各國造成的影響。

1 研究區(qū)概況

南太平洋島國是指分布在南太平洋的島嶼國家(圖1),除澳大利亞和新西蘭外,共有27個國家和地區(qū),由1萬多個島嶼組成。這些國家和地區(qū)國小人少,其陸地總面積僅55萬 km2,總?cè)丝跒?50多萬。但南太平洋島國環(huán)境優(yōu)美,擁有得天獨厚的旅游資源。此外,南太平洋島國還擁有豐富的漁業(yè)資源和礦產(chǎn)資源。這里的金槍魚產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的一半以上,世界大約有55%的金槍魚罐頭產(chǎn)自南太平洋地區(qū)[8]。

圖1 帕勞、馬紹爾群島、瑙魯、圖瓦盧的地理位置(a)及與湯加的距離(b)

本研究聚焦帕勞、馬紹爾群島、瑙魯、圖瓦盧這四個典型海島國家(圖1)。其中,帕勞位于西太平洋,在關(guān)島以南約1 200 km處,是從太平洋進入東南亞的門戶之一。帕勞的海岸線長1 519 km,由300多個火山島和珊瑚島組成,分布在南北長約640 km的海面上。馬紹爾群島位于中太平洋密克羅尼西亞地區(qū),由29個環(huán)礁島群和5個小島共1 225個島礁組成。馬紹爾群島海域面積廣闊,海底有鈷殼和錳結(jié)核等礦產(chǎn)資源,部分島嶼蘊藏磷酸鹽,漁業(yè)資源豐富。瑙魯位于中太平洋、赤道以南約42 km處,由一獨立的珊瑚礁島構(gòu)成,是世界上最小的島國。瑙魯?shù)牧姿猁}、漁業(yè)和農(nóng)業(yè)是其支柱型產(chǎn)業(yè)。圖瓦盧位于中太平洋南部,由9個環(huán)形珊瑚礁島群組成,由西北向東南綿延散布在約130萬 km2的海域,南北兩端相距約560 km,境內(nèi)各島嶼高程不超過5 m,擁有90萬km2專屬經(jīng)濟區(qū)和豐富的漁業(yè)資源[8]。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 衛(wèi)星數(shù)據(jù)

本研究選用的公里級分辨率的海表溫度(sea surface temperature,SST)[9]、海水透明度(secchi disc depth,SDD)[10-11]、葉綠素質(zhì)量濃度(Chlorophyll-a,Chl-a)[12-13]、凈初級生產(chǎn)力(net primary production,NPP)[14]、海平面高度異常(sea level anomaly,SLA)[15-16]、pH值[17]等遙感資料,均從自然資源部第二海洋研究所主持研發(fā)的海洋遙感在線分析平臺(https://www.satco2.com/)直接下載,獲取月平均數(shù)據(jù),并裁剪出研究區(qū)域(120°E—180°E,40°S—20°N)。數(shù)據(jù)的具體情況見表1。海洋遙感在線分析平臺(簡稱SatCO2平臺)面向公眾免費分發(fā),目的是突破海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)便捷、高效使用的瓶頸,拓展海洋遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用。SatCO2平臺可用于海量多源遙感、實測及模式數(shù)據(jù)的快速在線獲取、高效計算和三維球體可視化分析;用戶也可使用SatCO2對本地多源遙感和實測數(shù)據(jù)進行綜合交互分析。

表1 本研究使用的公里級分辨率衛(wèi)星資料清單

為進行高分辨率的地表溫度和近海懸浮物質(zhì)量濃度遙感反演,本研究使用了Landsat-8 L1和Sentinel-2 L1數(shù)據(jù)產(chǎn)品的高分辨率影像數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)均從美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)官方網(wǎng)站下載獲得(https://earthexplorer.usgs.gov/),具體情況見表2。

表2 本研究使用的高分辨率衛(wèi)星資料清單

2.2 數(shù)據(jù)處理方法

本研究側(cè)重于趨勢分析,因此在公里級的生態(tài)環(huán)境變化分析方面主要使用成熟的遙感產(chǎn)品,其他高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)的主要處理方法介紹如下。

2.2.1 地表溫度遙感反演

本研究利用Google Earth Engine(GEE)云計算平臺,使用單通道算法獲取了Landsat-8地表溫度[18]。該方法基于GEE平臺上的Landsat原始影像數(shù)據(jù)、Landsat地表反射率數(shù)據(jù)、ASTER 全球比輻射率產(chǎn)品(ASTER-GED)以及NCEP再分析大氣水汽含量數(shù)據(jù)(NCEP_RE/WV),利用實用單通道算法(practical single-channel algorithm,PSC)對Landsat熱紅外數(shù)據(jù)做大氣校正和比輻射率校正,實現(xiàn)Landsat系列衛(wèi)星地表溫度數(shù)據(jù)反演:

(1)

(2)

式中:Ts表示地表溫度;B(Ts)表示溫度為Ts的黑體輻射;λ代表有效波長;Lsen表示傳感器接收到的熱輻射;ε表示地表反射率;w表示大氣水汽含量;c1和c2均為常數(shù),c1=1.191 04×108W·μm4·m-2·sr-1,c2=1.438 77×104μm·K;a0、a1、a2、a3、a4、a5、a6和a7均為常數(shù),分別取值為-0.410 7、1.493 577、0.278 271、-1.225 02、-0.310 67、1.022 016、-0.019 69和0.036 001[18]。

2.2.2 近海懸浮物質(zhì)量濃度遙感反演

歐洲航天局提供了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的二類水體區(qū)域性近岸海域水色算法(Case 2 Regional Coast Colour,C2RCC)及相應(yīng)的Sentinel Applications Platform(SNAP)處理軟件,可綜合進行近海水體遙感的大氣校正和水體要素反演。本研究中的懸浮物質(zhì)量濃度基于C2RCC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法計算獲取[19]。以哨兵2號每個海水像元的L1b數(shù)據(jù)為C2RCC輸入,根據(jù)算法過程完成大氣校正和水體光學(xué)量反演,算法公式如下:

ρ(TSM)=1.72×bbp+3.1×bbw

(3)

式中:ρ(TSM)為懸浮物質(zhì)量濃度,bbp為顆粒物后向散射系數(shù)固有光學(xué)量,bbw為水體后向散射系數(shù)固有光學(xué)量。

由于無法獲得懸浮物質(zhì)量濃度實測數(shù)據(jù)進行驗證,在本文中的懸浮物質(zhì)量濃度分布圖使用同一色標(biāo)以進行前后趨勢對比。

2.2.3 島嶼的岸線和面積變化

以ArcGIS 10.5軟件為平臺,衛(wèi)星融合圖像為基礎(chǔ),輔以其他文字和圖片資料,采用目視解譯、人工勾畫方法提取海岸線;利用ArcGIS軟件將多期海岸線矢量圖疊置,目視判別岸線變化情況。岸線確定后,利用ArcGIS中的“幾何計算”功能進行島嶼面積計算。

3 結(jié)果與分析

3.1 南太平洋島國周邊海域生態(tài)環(huán)境的時空分布

3.1.1 氣候態(tài)空間分布特征

3.1.1.1 海表溫度

南太平洋島嶼國家整體位于低緯度海區(qū)(20°S—20°N),其周邊海域全年海表溫度維持在較高水平(>20 ℃),且季節(jié)變化較小(圖2a)。季節(jié)變化對海表溫度的影響主要體現(xiàn)在20°S以南海區(qū)。對于圖瓦盧、瑙魯、馬紹爾群島和帕勞周邊海域,其緯度都較低,屬于典型的熱帶氣候,海表溫度常年維持在30 ℃以上。在雨季的7月和10月,海表溫度略微下降至28～29 ℃。

圖2 南太平洋海域生態(tài)環(huán)境參數(shù)的氣候態(tài)空間分布

3.1.1.2 海水透明度

海水透明度與水體物質(zhì)組分密切相關(guān)。得益于較好的水體交換條件,南太平洋島嶼國家周邊海域水體透明度較高,除了近岸海域透明度為30 m左右外,外海水體的透明度可達50 m(圖2b)。與海表溫度的變化相似,季節(jié)變化對海水透明度的影響主要集中體現(xiàn)在20°S以南海區(qū)。但是對于瑙魯和馬紹爾群島,受赤道上升流的調(diào)控,其周邊海域海水透明度也存在顯著的季節(jié)變化:4月和10月,在赤道上升流影響下,瑙魯和馬紹爾群島周邊海域海水透明度約為35～40 m;1月和7月,赤道上升流對瑙魯海域透明度影響減弱,其透明度上升至約50 m。

3.1.1.3 葉綠素質(zhì)量濃度

海水葉綠素質(zhì)量濃度是表征漁業(yè)資源潛力的基礎(chǔ)參數(shù),其與光照、溫度和營養(yǎng)鹽密切相關(guān)。對于熱帶島嶼國家,營養(yǎng)鹽是其周邊海域葉綠素質(zhì)量濃度變化的主要調(diào)控因素。因此,葉綠素質(zhì)量濃度的分布主要表現(xiàn)為島嶼周邊高,隨離岸距離增加,葉綠素質(zhì)量濃度下降(圖2c)。此外,赤道上升流區(qū)域,得益于上升流帶來的底層營養(yǎng)鹽輸入,葉綠素質(zhì)量濃度也保持較高水平。例如馬紹爾群島周邊海域受上升流影響,葉綠素質(zhì)量濃度全年保持較高水平;瑙魯周邊海域的葉綠素質(zhì)量濃度在4月和10月受赤道上升流調(diào)控顯著,得到增強。因地理位置和水文條件不同,圖瓦盧周邊海域葉綠素質(zhì)量濃度全年保持較低水平。

3.1.1.4 凈初級生產(chǎn)力

與葉綠素質(zhì)量濃度相似,海水凈初級生產(chǎn)力也是表征漁業(yè)資源潛力的基礎(chǔ)參數(shù)。在葉綠素質(zhì)量濃度較高的島嶼近岸海域,凈初級生產(chǎn)力較高(達500 mg·m-2·d-1);隨離岸距離增加,凈初級生產(chǎn)力下降至約200 mg·m-2·d-1(圖2d)。四個島國中馬紹爾群島周邊海域的凈初級生產(chǎn)力水平最高(約530 mg·m-2·d-1);圖瓦盧周邊海域凈初級生產(chǎn)力最低(約200 mg·m-2·d-1);瑙魯和帕勞受水流的季節(jié)性變化影響,凈初級生產(chǎn)力在280～500 mg·m-2·d-1范圍內(nèi)變動。

3.1.1.5 海平面高度異常

南太平洋島嶼國家海拔較低,海平面上升是各國安全面臨的主要氣候威脅之一。圖2e顯示了南太平洋海域海平面高度異常的季節(jié)分布。整體上,圖瓦盧、瑙魯、馬紹爾群島和帕勞周邊海域海平面高度異常均為正值,說明海平面上升在全年都是需要關(guān)注的問題。此外,在四個地區(qū)中,圖瓦盧和帕勞的海平面高度異常數(shù)據(jù)較高,暗示其面臨的海平面上升問題可能較瑙魯和馬紹爾群島更加嚴重。

3.1.1.6 pH值

南太平洋海域的海表pH值有較為明顯的空間分布特征和季節(jié)分布特征(圖2f)。整體上,pH值呈現(xiàn)出隨緯度梯度分布的特征,在低緯度海域pH值較低,約在8.07以下;在中緯度海域pH值較高,約在8.10以上。同時該海域還呈現(xiàn)出近岸pH值相對較低的特點。季節(jié)分布方面,1月時該海域的pH高值區(qū)分布在36°S以南海域,隨著時間推移,pH的高值區(qū)向北推進,在4月到達24°S附近海域,在7月到達12°S附近海域,而在此之后的10月,pH高值區(qū)又向南移動,重新回到24°S附近海域。另外,在4月,168°E—180°E,0°N附近海域出現(xiàn)了pH的低值區(qū),pH值約在8.00以下。

3.1.2 長時間序列變化特征

選取圖瓦盧、瑙魯、馬紹爾群島和帕勞周邊海域代表站位(具體見表3),分析其海洋生態(tài)環(huán)境參數(shù)的長時間序列變化(圖3)。表3中生態(tài)環(huán)境參數(shù)變化速率的計算方法如下:

表3 采樣點位置及其生態(tài)環(huán)境參數(shù)變化速率

圖3 南太平洋島嶼國家周邊海域海洋生態(tài)環(huán)境參數(shù)的長時間序列變化

Px=(xn-x0)/N

(4)

式中:Px表示某種生態(tài)環(huán)境參數(shù)的變化速率,x指代SST、SDD、pH等生態(tài)環(huán)境參數(shù);x0和xn分別代表某種生態(tài)環(huán)境參數(shù)在一個時期中的首年平均值和末年平均值,數(shù)據(jù)時期的長度見表1,如SST的數(shù)據(jù)時期為1997—2018年;N表示數(shù)據(jù)時期長度減1,如SST的數(shù)據(jù)時期長度為22年,則N=21。

整體上,升溫、酸化和海平面升高是四個島嶼國家周邊海域面臨的共同問題。此外,瑙魯和馬紹爾群島的葉綠素質(zhì)量濃度在過去十幾年間呈下降趨勢,但是其凈初級生產(chǎn)力整體保持穩(wěn)定,對漁業(yè)資源的影響有待進一步的綜合研究。凈初級生產(chǎn)力發(fā)生顯著變化的區(qū)域主要為圖瓦盧附近海域,但其凈初級生產(chǎn)力水平較低,凈初級生產(chǎn)力的下降是否引起了圖瓦盧海域漁業(yè)資源的衰退,也有待進一步的分析。

3.2 火山爆發(fā)對湯加的影響

3.2.1 火山島岸線及面積變化

根據(jù)火山爆發(fā)前后的Sentinel-2遙感影像分析火山島主體岸線及島嶼形狀變化。2021年12月3日—18日,海島形態(tài)保持一致,未發(fā)生變化;2022年1月2日,海島明顯向東南方向擴張,面積顯著增大,同時火山口位置向東北方向偏移;2022年1月7日,海島東北方向岸線有所回縮,但海島的總體形態(tài)未發(fā)生明顯變化;2022年1月17日,海島形態(tài)發(fā)生顯著變化,面積縮小,僅剩兩個小島(圖4)。

圖4 火山爆發(fā)前后火山島岸線及島嶼面積對比

3.2.2 火山島沿岸水質(zhì)與地表溫度變化

火山爆發(fā)前,自2021年12月23日起,湯加洪阿哈阿帕伊島周圍海域懸浮物質(zhì)量濃度已有增加跡象,2021年12月28日和2022年1月2日遙感影像反演結(jié)果顯示懸浮物質(zhì)量濃度升高的范圍逐漸擴大;2022年1月17日火山爆發(fā)后島嶼周圍海域懸浮物質(zhì)量濃度明顯升高,影響范圍廣,火山爆發(fā)對火山島周圍海域水質(zhì)狀況產(chǎn)生了顯著影響(圖5)。由圖5可知,在火山爆發(fā)前半個月,島嶼周圍水質(zhì)已出現(xiàn)異常跡象,這對利用遙感手段對火山爆發(fā)進行預(yù)警預(yù)報具有啟示作用。

圖5 火山爆發(fā)前后火山島周圍海域懸浮物質(zhì)量濃度分布情況

此外,對火山爆發(fā)前的海島地表溫度進行了對比分析(圖6)。2021年10月21日,發(fā)生火山爆發(fā)的海島(#1)與參考海島(#2和#3)的地表溫度相近,未發(fā)現(xiàn)異常。2021年11月22日,發(fā)生火山爆發(fā)的海島地表溫度相比參考海島明顯增高,最高溫度約為55 ℃,平均溫度也在50 ℃以上,另外兩個參考海島的最高地表溫度約為50 ℃,平均溫度為30～40 ℃。2021年12月8日,火山爆發(fā)的海島地表溫度也比參考海島的高,最高溫度約為50 ℃,平均溫度在40 ℃以上,另外兩個參考海島的最高地表溫度約為45 ℃,平均溫度為 30～40 ℃。由此可見,火山爆發(fā)前地表溫度已有先兆,這有可能成為未來預(yù)警預(yù)報的有效依據(jù)。

圖6 火山爆發(fā)前火山島及參考海島地表溫度分布情況

3.3 火山爆發(fā)對四島國周邊海域水質(zhì)的影響

3.3.1 周邊海域懸浮物質(zhì)量濃度的變化

圖7為圖瓦盧、瑙魯、馬紹爾群島和帕勞在火山爆發(fā)前后的真彩色影像及周邊海域懸浮物質(zhì)量濃度反演結(jié)果(由于帕勞區(qū)域影像的限制,圖7中僅展示其2021年12月25日的情況;受南太平洋島國珊瑚礁底質(zhì)反射率的影響,懸浮物質(zhì)量濃度反演結(jié)果存在一定的高值)。分別對比四個國家在火山爆發(fā)前后的沿岸懸浮物質(zhì)量濃度發(fā)現(xiàn),其變化不大,這表明湯加火山爆發(fā)對上述四個距離均超過1 600 km的國家的周邊海域水質(zhì)的影響有限。

圖7 火山爆發(fā)前后圖瓦盧、瑙魯、馬紹爾群島和帕勞的周邊海域懸浮物質(zhì)量濃度分布

3.3.2 周邊海域SST的變化

本研究選擇了海表溫度(SST)、凈初級生產(chǎn)力(NPP) 和海水透明度(SDD)3個參數(shù),進一步定量分析湯加火山爆發(fā)對圖瓦盧、瑙魯、馬紹爾群島和帕勞周邊海域生態(tài)環(huán)境的影響。為保證研究區(qū)有效數(shù)據(jù)的覆蓋率,使用來自Globcolour和AVHRR的多星融合8天平均產(chǎn)品進行分析,計算2022-01-09—2022-01-16和2022-01-17—2022-01-24這兩個時間段之間生態(tài)環(huán)境參數(shù)的變化百分比,以表征火山爆發(fā)(2022-01-15)前后的狀態(tài)變化,其公式如下:

生態(tài)環(huán)境參數(shù)的變化百分比=(X2-X1)/X1×100%

(5)

式中:X1代表火山爆發(fā)前(2022-01-09—2022-01-16)的SST、NPP或 SDD,X2代表火山爆發(fā)后(2022-01-17—2022-01-24)的SST、NPP或 SDD。

圖8展示了火山爆發(fā)前后南太平洋島國周邊海域SST的變化百分比。整體上,火山爆發(fā)前后,圖瓦盧、瑙魯、馬紹爾群島和帕勞周邊海域的SST變化較小,變化百分比小于10%(圖8a)。直方圖統(tǒng)計結(jié)果(圖8b)顯示,海表溫度變化百分比整體呈中心在零值附近的高斯分布形式,SST變化主要分布在±5%范圍內(nèi)。

圖8 火山爆發(fā)前后南太平洋島國周邊海域SST的變化百分比(a)及其直方圖分布(b)

3.3.3 周邊海域NPP的變化

火山爆發(fā)前后南太平洋島國周邊海域NPP的時空分布及變化百分比如圖9所示。盡管受云層影響,存在有效數(shù)據(jù)空間覆蓋范圍不一致的問題,但整體上,圖瓦盧、馬紹爾群島和帕勞周邊海域的NPP在火山爆發(fā)后增強(局部增強可達100%);瑙魯周邊海域的NPP在火山爆發(fā)前后整體保持穩(wěn)定,NPP變化百分比在±50%范圍內(nèi)。另一方面,由不同時期NPP直方圖的變化(圖10)可發(fā)現(xiàn),盡管圖瓦盧、馬紹爾群島和帕勞周邊海域NPP均存在顯著的空間變化,但只有圖瓦盧的NPP直方圖特征發(fā)生了變化(單峰變?yōu)殡p峰)。因此,圖瓦盧海域NPP的變化可能存在外部因素的影響,推測是湯加火山爆發(fā)引起了圖瓦盧周邊海域的NPP增強。

圖9 火山爆發(fā)前后圖瓦盧、瑙魯、馬紹爾群島和帕勞周邊海域的凈初級生產(chǎn)力及其變化百分比

圖10 火山爆發(fā)前后圖瓦盧、瑙魯、馬紹爾群島和帕勞周邊海域凈初級生產(chǎn)力及其變化百分比的直方圖

3.3.4 周邊海域SDD的變化

圖11展示了湯加火山爆發(fā)前后南太平洋島國周邊海域SDD的時空分布及變化百分比。整體上,四島國周邊海域SDD均出現(xiàn)顯著改變,變化百分比超過±50%。由于SDD直接表征水體渾濁信息,與水體物質(zhì)組分密切相關(guān)(光學(xué)效應(yīng)物質(zhì)含量越高,SDD越小)。因此,SDD的時空分布和變化與同時期的NPP具有一定相關(guān)性。在NPP顯著變化的圖瓦盧、馬紹爾群島和帕勞周邊海域,SDD也發(fā)生顯著改變(NPP增強對應(yīng)SDD下降)。與此同時,盡管瑙魯周邊海域的NPP在兩個時間段內(nèi)整體保持穩(wěn)定,但是其SDD卻存在顯著變化。另一方面,與NPP直方圖統(tǒng)計結(jié)果相似,在四個國家中,只有圖瓦盧的SDD直方圖特征在火山爆發(fā)后發(fā)生了變化(單峰變?yōu)殡p峰,圖12),這進一步說明圖瓦盧周邊海域的生態(tài)環(huán)境受到了外來因素的擾動。而瑙魯、馬紹爾群島和帕勞周邊海域生態(tài)環(huán)境的改變推測主要受本地因素的調(diào)控。

圖11 火山爆發(fā)前后圖瓦盧、瑙魯、馬紹爾群島和帕勞周邊海域的海水透明度及其變化百分比

圖12 火山爆發(fā)前后圖瓦盧、瑙魯、馬紹爾群島和帕勞周邊海域海水透明度及其變化百分比的直方圖

4 小結(jié)

本研究利用多源衛(wèi)星數(shù)據(jù),對瑙魯、帕勞、圖瓦盧、馬紹爾群島四國海洋生態(tài)環(huán)境進行了監(jiān)測,基于長時間序列遙感結(jié)果的回溯分析了其時空變化,并對比了湯加火山爆發(fā)前后各國生態(tài)環(huán)境的情況,得到如下結(jié)論。

1)南太平洋島嶼國家周邊海域海表溫度、透明度維持在較高水平,葉綠素和凈初級生產(chǎn)力則隨離岸距離增加快速下降。圖瓦盧、瑙魯、馬紹爾群島和帕勞周邊海域海面高度異常全年保持正值,說明海平面上升是需重點關(guān)注的問題。海表pH值呈現(xiàn)出隨緯度梯度分布的特征,在低緯度海域pH值較低,約為8.07以下,在中緯度海域pH值較高,約為8.10以上。

2)在海洋生態(tài)環(huán)境的長期變化上,升溫、酸化和海平面升高是四個島嶼國家周邊海域面臨的共同問題。同時,瑙魯和馬紹爾群島的葉綠素質(zhì)量濃度在過去十幾年間呈下降趨勢,但是其凈初級生產(chǎn)力整體保持穩(wěn)定,對漁業(yè)資源的影響有待進一步的綜合研究;圖瓦盧附近海域凈初級生產(chǎn)力近年來顯著下降。

3)對火山爆發(fā)前后圖瓦盧、瑙魯、馬紹爾群島和帕勞四個國家周邊海域生態(tài)環(huán)境參數(shù)進行對比分析,暫未發(fā)現(xiàn)各國近海海表懸浮物質(zhì)量濃度出現(xiàn)顯著變化,SST變化同樣較小。圖瓦盧周邊的凈初級生產(chǎn)力產(chǎn)生顯著變化,但其機理機制尚需進一步研究。

4)火山爆發(fā)前半個月洪阿哈阿帕伊島地表溫度及其周邊海域懸浮物質(zhì)量濃度異常升高的現(xiàn)象對利用遙感手段進行災(zāi)害預(yù)警預(yù)報具有啟示作用。