赤潮是海水中的浮游生物在一定條件下過度增殖或聚集致使海水變色的一種生態異常現象。近年來，我國沿海赤潮災害的發生呈現出次數增加、規模擴大、有毒赤潮種比例上升等趨勢；赤潮已經成為我國和世界的一大海洋災害，引起了各國政府及科學界的高度重視。2001年，開展了圍隔培養實驗進行不同優勢種赤潮的培養，輔以實驗海域附近的赤潮現場捕獲，以此方式獲取了不同優勢種赤潮水體的現場遙感反射率光譜數據。本文對于赤潮光譜特征進行了分析研究，尤其側重于對于不同種赤潮間光譜差異以及赤潮光譜反射峰、吸收峰成因的探討。
1、赤潮與正常海水的光譜差異
從光譜形態上看，在400～900 m波段區間，不同種類的赤潮光譜均呈明顯的雙峰形態分布，尤其，位于687～728m的第二反射峰，是赤潮水體光譜區別于正常海水光譜的特征反射峰，這一點已成功地被用于基于航空高光譜遙感的赤潮檢測算法之中。
圖1 不同種類的赤潮光譜
2、赤潮種類間光譜特征的差異
利用光譜微分法提取不同種類赤潮光譜的第二反射峰波長信息，結果如表1所示。
表1 不同種類赤潮光譜的第二反射峰波長
可見，紅色中縊蟲赤潮第二反射峰峰值波長大于720 m，與其他三種赤潮光譜具有顯著差別，該反射峰在我國近海赤潮光譜研究未見報道。中肋骨條藻與丹麥細柱藻的第二反射峰波長范圍基本一致，并且與趙冬至等觀測的叉角藻赤潮以及黃韋艮等觀測的裸甲藻赤潮光譜特征峰范圍基本吻合。海洋褐胞藻赤潮光譜數據的數量有限，考慮到現場觀測中可能存在的多種影響因素，待該種類赤潮光譜數據豐富后再行確定其第二反射峰波長范圍會更有意義。第二反射峰波長信息，可用以將紅色中縊蟲赤潮與其他種類赤潮區別開來，但進行其他赤潮種類識別時，應謹慎利用這一信息。一個有趣的現象是：與其他三種浮游植物赤潮光譜相比，紅色中縊蟲赤潮光譜整體上紅移了20～25 nm，而這四種赤潮光譜曲線的與第二反射峰之間的波長間隔卻基本一致。
三、浮游植物赤潮光譜特征的成因
洋褐胞藻、中肋骨條藻、丹麥細柱藻是三種引發赤潮的浮游植物，我們將其歸為一類進行分析。浮游植物色素(主要為葉綠素、胡蘿卜素及其他附屬色素)、無機懸浮顆粒物、有色溶解有機物是決定海水光學性質的三大要素，共同影響著海洋的離水輻射信息(如：遙感反射率光譜)，綜合考慮這三種水色要素的光譜性質，我們對于實驗測定的赤潮光譜反射峰、吸收峰的成因有如下認定。
1、 相對較高濃度的無機懸浮物是570～585 nm反射峰產生的主要原因，由于其對光的強散射作用湮沒了葉綠素在550 nm的反射峰，使之無法從光譜曲線中明顯地表現出來，較高濃度的無機懸浮物的出現與實驗海域在近岸有直接關系。
2、 藻藍蛋白(Phycocyanin)這一附屬色素在615～630nrn的吸收作用形成了640 nm波長附近的反射光譜肩峰。
3、 位于670 m附近的吸收峰源自葉綠素的強吸收作用。
4、 赤潮水體光譜第二反射峰，與黃色物質和懸浮泥沙的存在及其含量無關，歸因于葉綠素在該波段的熒光特性。以往的海洋光學研究中，一般認為葉綠素的熒光峰在685nm，而近年來的實驗觀測與光譜模擬研究均表明，隨著葉綠素a濃度的升高，在熒光峰強度增大的同時，熒光出射波長也會隨之紅移。
5、 光譜曲線在800 nm附近的微小反射峰的產生，是因為純水在該波段具有吸收的極小值。
4、紅色中縊蟲赤潮光譜特征的成因
紅色中縊蟲是目前的有報道的能形成赤潮的原生動物，本身無色，以浮游植物為食。有研究表明，紅色中縊蟲體內還共生著藻類，這就意味著由紅色中縊蟲這種原生動物引發的赤潮與色素濃度的異常升高并導致水色異常有關，而這部分色素源于紅色中縊蟲體內的共生藻類和浮游植物色素碎屑。由于缺乏同步的現場生物觀測資料，這種可能性還有待進一步確認：從另一方面來講，藻類色素是否具備出射波長大于720 nm熒光的能力呢？傳統的海洋光學理論將葉綠素作為浮游植物的代表性色素，僅考慮該種色素的吸收和熒光特性，難以對于原生動物的赤潮給出合理的解釋。所以，有必要從光合作用機制出發，將藻類的所有光合作用色素作為一個有機體進行綜合的考慮。在藻類葉綠體內，光合作用通過光系統 I (PS I)和光系統Ⅱ(PS Ⅱ)的協同工作得以進行；我們注意到，有研究表明，褐藻PS I復合物的低溫熒光發射一般位于720～728 m之間。如果了解了常溫下該藻的熒光發射特性，那么這種推斷才可能得以成立。紅色中縊蟲的攝食偏好及與藻類的共生特性研究將有助于解釋這一現象，此外，這些藻類的光合作用特征尤其是常溫下的熒光發射特性是另外一個關鍵問題。
紅色中縊蟲
5、結論
借助多種方式獲取了不同優勢種赤潮水體的現場遙感反射率光譜數據。經分析發現，赤潮與正常海水的光譜差異在于687～728 nm波段的特征反射峰，浮游植物赤潮與原生動物赤潮間具有顯著的光譜差異，可據此進行某些赤潮種類的遙感識別。給出了浮游植物赤潮光譜反射峰、吸收峰成因；紅色中縊蟲這一原生動物引起的水色異常，與其體內的共生藻類及浮游植物色素碎屑有關；其攝食偏好、與藻類的共生特性研究以及藻類常溫下的熒光發射特性研究，將有助于加深對于紅色中縊蟲赤潮光譜成因的認識。
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