【摘 要】
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水体富营养化是我国也是全球内陆及近岸水域一个重要问题,上海作为典型特大河口城市,受流域、海洋和局地人类活动强烈影响,水体污染及其富营养化对城市生态安全与社会经济可持续发展带来压力。本文基于时序遥感评价上海城市水体富营养化状况,研究上海城市水体富营养化的时空分异规律和演化特征,辨识气候变化和人类活动对城市水体富营养化的影响特点,对于实施河口城市水生态修复、水环境治理及防控,保障特大城市生态绿色高质量
【基金项目】
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国家重点研发计划项目,金砖国家时空数据高可信关键技术及其应用研究,2018YFE0101000； 上海市科委科研计划项目,崇明东滩生态修复评估与调控技术研究,18DZ1204802；
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水体富营养化是我国也是全球内陆及近岸水域一个重要问题,上海作为典型特大河口城市,受流域、海洋和局地人类活动强烈影响,水体污染及其富营养化对城市生态安全与社会经济可持续发展带来压力。本文基于时序遥感评价上海城市水体富营养化状况,研究上海城市水体富营养化的时空分异规律和演化特征,辨识气候变化和人类活动对城市水体富营养化的影响特点,对于实施河口城市水生态修复、水环境治理及防控,保障特大城市生态绿色高质量发展具有重要意义。本项研究针对上海河流、湖泊、库塘、运河输水河、养殖塘5类主要城市水体,利用野外实测水体光谱数据及水质数据,基于Sentinel-2、Landsat-8和Landsat-5遥感影像,构建了水体叶绿素a浓度（Chlorophyll-a,Chl-a）和浊度两个富营养化关键水质参量的遥感反演模型,结合时序遥感数据分析了近四十年来上海城市水体富营养化时空变化和空间分异情况,初步评估了温度、降水、总播种面积、牲畜排泄物、废水化学需氧量排放等要素对水体富营养化的影响。主要包括以下结论:（1）构建了哨兵Sentinel系列、陆地Landsat系列上海城市水体Chl-a浓度和浊度的光学遥感反演模型,结果表明:三种卫星影像数据反演精度基本一致,三种卫星影像数据组合能较好满足上海城市大区域长时序水体富营养化评价。其中,水体Chl-a浓度采用红波段和近红外波段的一次函数及二次函数模型,Sentinel-2模型的R2为0.96,RMSE为4.33μg/L;Landsat-8模型的R2为0.95,RMSE为4.63μg/L;Landsat-5模型的R2为0.96,RMSE为4.41μg/L。浊度遥感反演采用近红外波段的幂函数模型,Sentinel-2模型的R2为0.87,RMSE为12.04NTU;Landsat-8模型的R2为0.83,RMSE为13.01 NTU;Landsat-5模型的R2为0.87,RMSE为12.14 NTU。（2）上海城市水体年均Chl-a浓度和浊度具有较大类别差异性,养殖塘水体总体表现出较高水平。不同水体Chl-a浓度由高到低排序大致为:养殖场/种植塘>永久性淡水湖≈库塘>永久性河流≈运河/输水河。浊度由高到低排序大致为:养殖场/种植塘>永久性河流≈运河/输水河>永久性淡水湖>库塘。富营养化情况由高到低排序大致为养殖场/种植塘（高值区达到重度富营养）>永久性河流≈运河/输水河（轻度富营养）>永久性淡水湖≈库塘（轻度富营养到中营养）。（3）水体富营养化状态存在较强的季节和年际变化。在季节变化方面,多数水体总体表现出夏季高冬季低的规律;在年际变化方面,总体表现为先上升后下降的趋势,1995年上海环境保护条例出台后水体富营养化水平总体呈下降趋势。对于季节变化,除养殖塘水体外,其他水体Chl-a浓度冬季一般小于5μg/L,春秋为5μg/L左右,而夏季大于10μg/L;浊度表现为冬季20-35NTU,春秋为20-45NTU,而夏季为40-65 NTU。各类水体富营养化状态总体呈现冬季中营养状态,夏季轻度富营养状态。对于年际变化,1984-1995年,多数湖库水体Chl-a浓度和浊度年度总体增长约1.0倍,夏季水体富营养化状态由轻、中度变为中、重度富营养化。1996-2020年,多数水体Chl-a浓度和浊度相对稳定并呈现逐步下降趋势,水体富营养化程度减轻。（4）温度和废水化学需氧量排放分别是对上海城市水体富营养化影响最大的自然和人为因素。年内尺度上,温度和降水量变化对非养殖水体富营养化产生影响,其中温度影响最大,相关系数达0.90（p<0.05）。年际尺度上,主要人类活动如总播种面积、废水化学需氧量排放及养殖牲畜排泄物总量对非保护水域湖库水体富营养化产生一定影响,其中废水化学需氧量排放影响最大,相关系数达0.70（p<0.05）。特殊事件如新冠疫情期间85%的水体浊度同比降低,主要是由于短期内工业生产、船舶运输减少等因素导致。
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