黄色物体吸收光谱特点

0引言

黄色物质是海水溶解有机物质中的一类结构未知的复杂高分子量化合物的混合物，一般认为它是一类含有腐殖酸和棕黄酸的有色可溶性有机物。它能吸收蓝色的光，从而使水呈浅黄色，因此被称为黄色物质。它吸收的能量与光化学反应有着密切的联系，在影响海水的光学性质方面起重要作用，在全球碳循环中也扮演重要的角色［1—5］。在二类水体中，人们通常通过对它的光谱吸收系数的测定来反映它对海水造成的污染状况，并间接的表征黄色物质在海水中的相对浓度。由于黄色物质不便于取样称重，人们通常使用吸收系数广义地代表它的浓度，在海洋水色遥感中，通常将黄色物质在440nm波段的吸收系数作为黄色物质浓度的标志，其单位是［m－1］。黄色物质吸收系数呈e指数衰减趋势，在二类水体中，它的吸收占有重要的地位，决定了水体吸收特性的变化。通常，沿岸、河口与海湾水域的黄色物质主要由陆源产生［6］，浓度相对较高；而开阔海域的黄色物质则主要由海洋浮游动植物有机体的化学降解产生，浓度相对较低。黄色物质的吸收特性对海水光学性质有显著影响，其在紫外－可见光短波段有强烈的吸收，这种性质对保护海洋浮游植物免受强烈紫外照射和为表层海水增温有重要意义。因此黄色物质研究受到普遍关注。水体的光学特性主要取决于水体三要素（即黄色物质、非色素颗粒物和浮游植物色素）的影响。黄色物质的吸收特性是水体重要的固有光学特性，是水色生物－光学模型和水体辐射传输模型的重要参数。国内外许多学者对黄色物质吸收系数特性进行了大量研究［7—15］，本文基于908中国近海海洋光学调查中获取的大量现场实测黄色物质吸收光谱数据（图1为中国近海海洋光学调查区域分布图），分析了不同海区黄色物质吸收光谱的特征和分布特点及主要的影响因素。这对进一步研究中国近海水体光学特性和促进水色遥感在近海海域的应用具有一定的意义和作用。

1实验方法

用采水器采集海区的表层水样，保存在接近现场水温的阴暗处。用10％的盐酸浸泡0．2μm的聚碳酸酯滤纸15min，用纯水清洗滤纸；将滤纸固定在过滤装置上，在＜39．9864Pa的真空度下过滤约100mL纯水到样品瓶，作为纯水空白。在同样的压力下，过滤约100mL的海水样品，作为黄色物质样品。黄色物质吸收光谱的测量采用分光光度计测量法，测量波长范围为380～890nm。启动分光光度计，测量空气对空气的基线光谱，将10cm的参比比色皿和样品比色皿盛满纯水，扫描纯水的基线光谱；将样品比色皿装满纯水空白，测量它相对于参比纯水的光学密度；最后将样品比色皿装满黄色物质样品，测量它相对于参比纯水的光学密度。将测量结果带入公式（1），计算得到黄色物质吸收系数。黄色物质吸收系数计算为ag（λ）＝2．303l｛［ODg（λ）－ODbs（λ）］－ODmull｝（1）式中l是比色皿的长度（通常为0．1m）；ODg（λ）是黄色物质相对于纯水的光谱密度；ODbs（λ）是纯水空白相对于纯水的光谱密度；ODnull是在长波段可见光或近红外波长的明显残余吸收。选择690nm～700nm平均值进行零值点校正。图2是中国近海典型区域黄色物质吸收系数光谱图。

2结果与分析

2．1黄色物质440nm吸收系数

在海洋光学研究中，通常都以黄色物质在400nm或440nm的吸收系数来表示黄色物质的浓度，本文选择440nm。表1是中国近海各海区黄色物质的极值统计表，图3是中国近海各海区黄色物质440nm吸收系数的分布频次图。从表1中可见各个海区黄色物质的浓度差异较大，渤海海区的黄色物质平均值最大，南海的黄色物质吸收系数平均值最小。由图3可见，ag（440）变化范围为0．009m－1～0．827m－1，平均值为0．146m－1，且有约70％的站位的ag（440）都小于0．200m－1，ag（440）高于0．500m－1的站位极少。图4给出中国近海ag（440）分布趋势图，由图可见，在渤海海区的渤海湾、黄河口－莱州湾和辽东湾等海域，ag（440）较大，甚至超过0．300m－1；渤海中部海域的ag（440）则在0．200m－1左右。在黄海海区的北黄海和黄海中部海域，ag（440）一般都小于0．100m－1，而山东半岛南部近岸和苏北浅滩的近岸海域约为0．200m－1。在东海，大部分海域ag（440）都小于0．050m－1；长江口和杭州湾海域，ag（440）超过0．300m－1，而闽浙近岸和台湾海峡海域的ag（440）约为0．10m－1。在南海的北部海域ag（440）约为0．150m－1～0．200m－1；北部湾海域的ag（440）约为0．200m－1；南海其它海域一般都小于0．050m－1。ag（440）量值较大的区域分布在渤海湾、辽东湾、长江口；其次是渤海中部、南黄海、珠江口和北部湾；量值较小的区域分布在东海以东及南海部分海域。ag（440）总体上表现为由北向南逐渐减小的趋势，但同时在近岸、海湾和河口等区域量值较大，远岸海域量值较小。这种现象反映了近岸黄色物质主要受陆源河流的影响，而浮游植物及其腐烂降解的产物对水体中黄色物质浓度产生的影响不大。

2．2黄色物质对水体总吸收的贡献

本文统计了中国近海黄色物质吸收系数对水体总吸收系数的贡献率（ag（440）／at（440））（见图5（a）），并绘制黄色物质吸收系数贡献率的分布图（见图5（b））。从图5（a）中可以看出，中国近海黄色物质吸收系数的贡献率从趋近于0％到80％以上，且总体上曾正态分布，平均值约为36％。由此可以看出，近海的黄色物质对水体的吸收有重要贡献。从贡献率的分布图5（b）来看：在渤海海域，辽东湾、渤海湾和黄河口海域，黄色物质吸收系数的贡献率一般都小于10％，在三个海湾以外海域，其值逐渐升高达到约30％，在渤海中部，其值约为40％，而在渤海海峡海域，其值高达50％。总体上表现为近岸贡献率低，离岸贡献率高的趋势。在黄海，北黄海区域的辽东半岛南部近岸和山东半岛北部近岸其值约为30％，北黄海大部分海域约为40％。山东半岛南部近岸贡献率略高于北部近岸，达到40％。黄海中部大部分海域随着离岸距离增加，其值呈增加趋势，能达到60％，黄海中部海域达到最高值甚至超高60％。在苏北近岸海域，黄色物质吸收系数的贡献率一般都小于10％，并且呈离岸距离增加而升高的趋势。在东海，长江口、杭州湾海域以及闽浙近岸海域的黄色物质吸收系数贡献率的分布特点与趋势与其在苏北近岸海域相似，近岸约为10％，离岸则逐渐增加。东海外部海域的分布特点与趋势与黄海中部海域的特点相似，其值最高超过60％。在台湾海峡海域，黄色物质吸收系数的贡献率约为60％。在南海，南海北部海域，黄色物质吸收系数贡献率约为60％。粤西近岸、北部湾近岸和海南岛东部近岸的黄色物质吸收系数贡献率约为10％，呈离岸距离增加而增加的趋势。在海南岛以南的南海海域，黄色物质吸收系数的贡献率达到最大值超过60％。总体上看，在中国四个海区，近岸的黄色物质吸收系数贡献率明显偏小，一般都小于10％，这个特点在渤海湾、苏北近岸、长江口、杭州湾和闽浙近岸表现最为明显。而在各个海区的离岸海域，其值一般都达到60％，甚至更大。结合图4ag（440）的分布来看，黄色物质吸收系数的贡献率与黄色物质的吸收系数值的分布呈相反趋势。形成这样现象的主要原因，可能是非色素颗粒吸收系数的影响，中国近海同时也是非色素颗粒浓度极大的海域，非色素颗粒吸收系数对水体总吸收系数的贡献可能显著大于黄色物质的吸收系数的贡献。

3结论

综合以上分析，可以得到以下结论：（1）在封闭或半封闭海湾以及河口海域的ag（440）较其它海域明显偏大。ag（440）总体上表现由北向南逐渐减小的趋势，但同时在近岸、海湾和河口等区域量值较大，远岸海域量值较小。（2）中国近海黄色物质对水体总吸收的贡献率约为36％，总体表现为由北向南逐渐增大，在沿岸海湾、河口等区域贡献率较小，离岸海域贡献率较大。ag（440）占at（440）的百分比值分布特点与ag（440）的分布特点呈相反的趋势，即ag（440）越大，其对水体总吸收的贡献越小。形成这种现象的原因可能是非色素颗粒吸收系数对水体总吸收系数的贡献显著大于黄色物质吸收系数的贡献，因为中国近海同时也是非色素颗粒浓度的极大值海域。