DB32T-湖泊蓝藻水华环境气象影响评估技术导则报批稿编制说明

江苏省地方标准编制说明1、标准任务来源标准名称湖泊蓝藻水华环境气象影响评估技术导则任务来源（项目计划号）《省市场监管局关于下达2023年度江苏省地方标准项目计划的通知》（苏市监标〔2023〕173号），项目序号291。负责起草单位江苏省气候中心单位地址南京市建邺区雨顺路8号参与起草单位南京气象科技创新研究院、江苏省生态环境厅太湖水污染防治处、江苏省环境监测中心标准起草人序号姓名单位职务职称电话1李亚春江苏省气候中心正研高工138138995912杭鑫江苏省气候中心科长高工158505808693李心怡南京气象科技创新研究院助理研究员188051575484朱士华江苏省气候中心工程师188519890615徐萌江苏省气候中心主任正研高工139159646396孙良宵江苏省气候中心工程师150051968197施丽丽江苏省生态环境厅太湖水污染防治处副处长153661837978姜晟江苏省环境监测中心科长正研高制情况2、制定标准的目的和意义（1）背景和意义党的二十大报告指出：中国式现代化是人与自然和谐共生的现代化，尊重自然、顺应自然、保护自然，是全面建设社会主义现代化国家的内在要求。习总书记强调要“统筹水资源、水环境、水生态治理，推动重要江河湖库生态保护治理”。加强江河湖库水生态保护治理，对于防灾减灾、保障供水、维护生态安全以及促进经济社会可持续发展具有重要意义。湖泊及其流域是人类赖以生存的重要场所，是山水林田湖草生命共同体的重要组成部分。但在人类活动和全球气候变化的共同影响下，全球绝大多数湖泊都面临着不同程度的富营养化问题和藻类水华威胁。我国是一个多湖泊国家，也是全球湖泊环境问题较为突出的国家之一。随着近几十年来我国经济社会的快速发展，大量生活污水、工业废水和农药化肥排入江河湖库，水体中的氮、磷等营养物质明显增加，给水生生物提供了丰富的物质基础，浮游藻类大量增殖，生态系统结构破坏和功能退化。尽管经过近十多年的治理和修复，我国湖泊水体富营养化问题得到了明显遏制，重要湖泊的生态环境趋于好转，但我国大多数湖泊仍面临着富营养化问题。根据生态环境部发布的《2022年中国生态环境状况公报》，在开展营养状态监测的204个重要湖泊（水库）中，轻度富营养状态湖泊（水库）占24.0%，中度富营养状态湖泊（水库）占5.9%。太湖、巢湖、滇池等标志性湖泊长期遭受蓝藻水华的困扰，而近年来洱海、丹江口、白洋淀、三峡水库等水体的藻类水华问题也日益凸显，我国已经成为全球水体富营养化程度最严重，藻类水华暴发频率最高、分布最广的国家之一，对水源地饮用水安全、区域生态环境和人民的生命健康构成了巨大威胁。湖泊是一个十分复杂的生态系统，蓝藻水华是外界环境气象水文等因子的综合而复杂的影响结果。蓝藻水华的形成除了其本身的生理特点以外，气象条件、营养盐和其他环境因素也都起着关键作用，但任何一种单因子都难以驱动水华形成。当湖泊水质富营养化程度难以得到控制的情况下，磷、氮等营养盐浓度可能不再是藻类生长和水华形成的限制因子，气象条件有可能成为其主要限制因子。虽然现有研究尚不能很好地描述蓝藻生长和水华形成的复杂过程和机制机理，但科学家们普遍认为气候变暖是近几十年来全球湖泊蓝藻水华增强趋频的主要原因。可以说，环境气象条件深刻影响了蓝藻生长繁殖、水华生消的全过程和时空分布格局。为了预防和避免出现重大水生态事件，保障富营养化湖泊饮用水安全，有必要建立蓝藻水华环境气象影响评估技术规范，指导富营养化湖泊在一定范围内和一定时间段，弄清楚主要环境气象因子对蓝藻水华、尤其是大面积蓝藻水华暴发的影响和贡献，确定气象因子的指标及对蓝藻水华发生的指示性意义，为蓝藻水华预测预警和精准防控决策提供理论依据，提高政府防控蓝藻水华的针对性和科学性，最大程度降低蓝藻水华的生态危害和健康风险。（2）国内外研究进展有证据表明，全球范围内的蓝藻水华事件发生的频率升高，影响规模增大，持续时间也越来越长，而富营养化和全球变暖正是导致全球蓝藻水华持续扩张的主要原因（Huisman等，2018）。湖泊蓝藻水华发生受到外部环境因子和内部生理生态特性的共同驱动。外部环境因子是促使湖泊蓝藻水华发生的主要因素，包括营养盐（氮、磷、氮磷比）、水体物理变量（水温、透明度等）、水动力条件（流速、水力滞留时间等）、生物变量（浮游动物、滤食性鱼类等）和气候因子（气温、CO2浓度、降水和风等）等。气候变化是湖泊蓝藻水华全球扩张的催化剂和风险放大器，会影响湖泊的营养盐、理化性质和生物因子，促使蓝藻群落结构、营养结构、空间运移和生命周期发生变化，增加湖泊蓝藻水华发生频率和强度。全球气候变化通过改变气温、CO2浓度、降水和风等气候因子影响湖泊水文水动力条件及其营养盐生物地球化学过程，致使蓝藻水华发生发展机制更为复杂，增加了湖泊蓝藻水华发生发展的不确定性，削弱了治理工程对蓝藻水华控制的正面效应（刘雪梅等，2022）。人们对气候和气候变化对湖泊蓝藻水华发生的机制作用已经有了大概的认识,较高的水温、充足的光照、以及平静的风浪条件等都有可能促成蓝藻水华暴发（秦等，2016）。环境气象条件一般通过影响湖泊水体的分层、热量传递交换以及光照、营养盐的可利用性等，直接或间接地影响到藻类的个数、群落、分布和生命周期等（孔繁翔等，2011；Qin等，2021）。高温以多种方式刺激蓝藻水华，许多形成水华的蓝藻通常在高于25℃的相对较高的温度下达到最大生长速率，蓝藻的生长速率似乎随着温度的升高而比真核浮游植物的生长速率增加得更快。水面变暖也导致水柱分层更稳定，垂直分层更少混合。分层的水域为漂浮的蓝藻向上漂浮提供了理想的条件，它们可以更好地接触到光和影的非漂浮浮游植物。随着全球变暖，温带和高纬度地区的湖泊在冬季的冰盖将缩短，春季的分层开始时间将提前，夏季将更暖，秋季的分层时间将延长，这些因素都有助于蓝藻水华的持续时间和范围扩大。降水和风能快速改变和调节湖泊物理和化学结构（如光、营养盐和温度等），导致整个湖泊中非生物因素的变化和浮游植物的扩散运动，驱动湖泊蓝藻水华的发生发展。气候变化对湖泊蓝藻水华发生机制的影响研究已成为当前湖泊生态学研究的热点，但总体上，已有的气候变化对湖泊蓝藻水华发生机制的研究较为零星，需要进一步系统化和深入研究（刘雪梅等，2022）。国内外研究较多的是对于单一外部环境气象因子对湖泊蓝藻水华的影响和贡献。已经证实了气温、风、光照、降水等气象因子都会对蓝藻生长和水华形成产生重要影响（Zhang等，2018；Wang等，2023）。在湖泊营养盐浓度充足情况下，其他环境因子的影响已越来越受到关注，其中气象条件被认为是主要的限制因子之一，其影响甚至可能超过营养盐浓度（朱广伟等，2018；Giani等，2020）。气象条件对蓝藻水华形成的影响具有两面性，其中，气温在蓝藻的休眠、复苏和增长等不同阶段所起的作用都较大（Thomas等，2016），但蓝藻复苏后气温就不再是主要影响因子，且高温有一定的抑制作用（李亚春等，2016；Baig等，2017）；微风条件有利于蓝藻水华形成，风向则主要影响蓝藻水华的移动方向和空间分布格局（Zhang等，2021），数值预报模式（WRF）的模拟结果很好地揭示了近地面风场变化对蓝藻水华形成、输移及时空格局演变的影响（李亚春等，2016）；光照对于藻类水华也必不可少但日照时间仅是湖泊表层蓝藻水华形成的一个非必要条件（Zhou等，2016）；短时间强降水或持续性大量降水会对藻密度产生稀释作用，不利于蓝藻聚集形成水华，甚至会对已经形成的蓝藻水华产生冲刷作用，但另一方面降水可能将较多的营养盐带到湖水中，长期来看可能造成更加有利于蓝藻水华的生境条件（Simić等，2017;Richardson等,2019；Luo等，2022）；相对湿度、气压也被认为与蓝藻暴发相关，但目前尚未有较为明确的研究结论（张晓忆等，2016）。近年来，有学者开始关注台风、暴雨和极端干旱等极端天气气候事件对湖泊蓝藻水华的影响，认为在全球变暖大背景下，区域气候异常通过正反馈机制会进一步恶化湖泊水质、加剧湖泊富营养化和水华暴发（Qing等2021）。暴雨降水通过冲刷作用将流域营养盐和悬浮物携带输入湖泊，增加了湖泊的营养负荷，但同时也造成湖泊的光衰减，而光限制和滞留时间的缩短限制了蓝藻水华的发生（Xu等2021）；而大风通过物理扰动显著引起湖泊混合，造成水柱稳定性降低，尤其较高的风速（>4.0m/s）会通过增加再悬浮作用增加湖泊营养盐的同时也促使垂向分布趋于均一（Deng等2016）；暴风雨导致的离散效应和再悬浮促使蓝藻对光的可利用性降低和聚集程度降低，促使蓝藻水华发生概率降低（Baranyaie等2011）。极端干旱事件往往通过减小湖水混合度和增长水力滞留时间促使湖泊营养盐富集，诱发蓝藻水华的发生（Walter等，2018）。总体上，蓝藻水华形成的机理、气象等环境因素与蓝藻水华之间的相互作用机制尚不十分明确（Cressey等，2017；Wang等2020；Li等，2023；Lin等，2023）。总体上，目前尚缺乏全球气候变化驱动下综合环境气象条件对湖泊蓝藻水华发生发展影响的评估研究，限制了湖泊的有效治理。蓝藻水华是在内外因同时作用下发生的。蓝藻本身具有的生理生态特性是蓝藻水华发生的内因，环境因子是蓝藻水华发生的外因，环境因子通过作用于生理生态特而形成蓝藻水华。适宜的环境条件如温度、光照、营养盐和长滞留时间等耦合的情况下，激发了具有独特生态特性的蓝藻的旺盛生长与快速繁殖并浮于水体表面，由于风浪等外力而在沿岸或湖湾堆积形成水华。蓝藻水华的形成机制是一个复杂的生态过程，不能简单地归因于某一单一因素而忽视了不同因素之间的相互作用。现有研究大多数倾向于从多种环境因子中找到单个或几个关键环境因子及其作用机制，找出相应的方法切断关键因子的作用来防控蓝藻水华，各种研究结果相对独立，但尚缺乏充足的证据阐明各种环境因子如何影响蓝藻的各种生理生态特征从而最终形成水华（马健荣等，2013）。单从环境气象条件这一类因子而言，其对蓝藻水华的影响也是十分复杂的，不同的气象因子之间及其与蓝藻水华之间的作用是多向而非单向，需要深入研究多环境因子协同作用下蓝藻水华的发生机理，定量评估综合环境气象条件对湖泊蓝藻水华发生发展的影响。杭鑫等（2019）采用统计学方法筛选了一组与蓝藻生长和水华形成关系比较密切的环境气象因子（包括气温、降水、风速等），来定量评估一段时间内气象条件对太湖蓝藻水华的综合影响。罗晓春等（2019）则尝试利用随机森林机器学习算法从数十组气象因子组合中筛选出了对蓝藻水华的贡献率和重要性靠前的几个因子及其组合，构建了蓝藻水华气象影响评估机器学习模型，为利用人工智能技术研究环境气象条件与蓝藻水华之间的复杂关系提供了借鉴。近年来，随着国家对江河湖库水生态保护工作高度重视，我国水环境治理力度持续加强，水生态环境保护取得了显著成效，但仍然面临诸多瓶颈制约和挑战。根据生态环境部发布的《2022年中国生态环境状况公报》，在开展营养状态监测的204个重要湖泊（水库）中，轻度富营养状态湖泊（水库）占24.0%，中度富营养状态湖泊（水库）占5.9%，合计有61个湖泊（水库）仍处于富营养状态，太湖、巢湖、滇池等重点湖库蓝藻水华面积和频次仍居高不下。因此，需要深入研究气候和气候变化对蓝藻水华的影响，进一步科学认识和理解气象对蓝藻水华的作用机制，促进蓝藻水华的机理研究，为蓝藻水华预测预警和精准防控提供科学依据，保障饮用水安全，为此，制定相应的技术规范就显得非常必要。现有的有关湖泊蓝藻水华方面的标准，主要侧重于蓝藻水华的卫星遥感监测技术规范。《湖泊蓝藻水华卫星遥感监测技术导则》（QX/T207-2013）规定了湖泊蓝藻水华卫星遥感监测的方法和处理流程；《卫星遥感监测产品规范湖泊蓝藻水华》（QX/T561-2020）规定了湖泊蓝藻水华卫星遥感监测数据要求、产品类型和产品制作要求；《水华遥感与地面监测评价技术规范》（HJ1098-2020）规定了淡水水体蓝藻水华遥感监测方法、地面监测方法和水华程度评价方法等内容；《滇池蓝藻水华分级预警及应急处理》（DB5301/T56—2021）是昆明市发布实施的一项地方标准，对滇池蓝藻水华的监测、预警、响应与处理等内容作出了规定。这些标准的发布促进了湖泊蓝藻水华卫星遥感监测业务和管理的规范化，为湖泊蓝藻水华卫星监测预警和应急防控提供了依据，同时也为本《技术导则》的制定提供了借鉴。（3）制定标准的必要性提高湖泊水环境治理科学管理水平的需要。湖泊富营养化和蓝藻水华事件增多增强趋势已成为全球面临的最重要的生态环境问题之一。十八大以来，随着国家生态文明建设的深入推进，虽然我国水生态环境质量得到了持续改善，但水环境问题依然十分严峻，全国约有四分之三的湖泊仍处于富营养化状态中，蓝藻水华频频发生，引起了社会的广泛关注。尤其是太湖，虽然近年来随着治污力度的持续加大，营养盐浓度总体上呈持续下降态势，但富营养化状况并未根本改变。太湖流域水环境治理和蓝藻水华防控已成为国家和全民关注的重大而紧迫的问题，是总书记“念兹在兹”之“国之大者”。2022年6月，国家发展改革委、自然资源部等六部门印发了新一轮《太湖流域水环境综合治理总体方案》，将太湖定位为“长三角高质量发展的重要生态支撑、长三角区域水安全保障重要载体”，进入新发展阶段的太湖水环境治理承载了新的重要使命和奋斗目标。因此，需要进一步加强有关标准体系建设，提高水环境治理的工作效率与质量，提升湖泊科学管理水平，确保江苏湖泊治理、尤其是太湖水环境治理工作走在全国前列，争做示范标杆。提升蓝藻水华防控工作效率与质量的需要。虽然湖泊蓝藻水华发生机理迄今尚未完全弄清，但气候变化和水质富营养化被认为是近几十年来全球蓝藻水华频发的两个重要原因。蓝藻水华的形成除了其本身的生理特点以外，环境气象条件、营养盐和其他环境因素也都起着关键作用，但任何一种单因子都难以驱动水华形成。当湖泊水质富营养化程度难以得到控制的情况下，磷、氮等营养盐浓度可能不再是藻类生长和水华形成的限制因子，气象条件有可能成为其主要限制因子。气温、风速、风向、光照和降水等气象因子都会对蓝藻生长和水华形成产生重要影响，而不同的气象因子及其在蓝藻生长和水华形成的不同阶段所起的作用也可能明显不同。因此，有必要弄清楚各种主要环境气象因子对蓝藻水华发生、尤其是大面积暴发的影响和贡献率，明确蓝藻水华发生发展的主导气象因子，确定各种气象因子的指标及对蓝藻水华暴发的指示性意义，为蓝藻水华预测预警提供技术支撑，使蓝藻水华应急防控更有针对性和科学性，提升蓝藻水华防控工作的效率与质量。科学评估和检验湖泊蓝藻水华防控成效的需要。湖泊蓝藻水华频繁暴发是湖泊生态系统退化的外在“症状”，但其内在的原因是湖泊生态系统结构和功能发生了根本性转变。蓝藻的生理特点包括对低光强的适应性、更宽的光吸收波段、可以进行浮力调节的伪空泡以及独有的固氮能力等是蓝藻暴发的内因，外在的环境因素包括合适的pH、水温、光照、营养盐及其他水文条件等是外因，在适宜的环境条件下，蓝藻就会大量生长并集聚形成水华。为遏制蓝藻水华的暴发，政府已经投入了大量的人力和物力，采取了包括截污、挖泥、打捞等各种措施，也取得了较明显的效果。但如何量化这些防控措施的成效仍是尚待研究的课题。本标准通过定量评估外在主要环境因子之一的气象条件对蓝藻水华的影响，也可以从不同角度评估湖泊水环境治理和蓝藻水华防控的成效，从而进一步提高蓝藻水华短期应急防控措施的精准度和水环境治理中、长期治理的科学性。（4）制定标准的可行性制定本标准的业务工作基础。江苏省气象局是省太湖蓝藻应急处置领导小组成员单位，一直以来广泛利用风云气象卫星、高分卫星和NOAA、EOS/MODIS等多源卫星数据开展太湖蓝藻水华遥感监测和气象服务。江苏省气候中心团队从上世纪90年就开始利用NOAA极轨卫星开展太湖蓝藻水华的遥感监测技术研究，2007年太湖蓝藻水华大面积暴发引发了饮用水危机，太湖水环境和蓝藻水华遥感监测和气象服务成为江苏气象部门的一项重要业务，至今已积累了近20年的长时间序列卫星遥感湖泊蓝藻水华监测数据和服务经验。目前，已经基本建成太湖水环境气象观测网，开展连续动态的气象和水质信息观测；建设了新型气象卫星接收站，基本满足太湖水环境监测所需的新一代气象卫星数据接收站和应用处理系统；构建了太湖水环境气象服务综合平台；组建了太湖蓝藻水华气象服务团队；建立了与国家卫星气象中心和生态环境等部门的部门内外会商合作共享机制。团队利用风云气象卫星、EOS/MODIS等国内外卫星资料开展蓝藻水华遥感监测，利用太湖周边及湖面气象观测数据开展环境气象影响评估，利用精细化数值预报产品开展蓝藻水华发生发展的气象预警和打捞服务，每年发布太湖蓝藻应急防控预警日报、周报、决策服务专报300余期，为政府防控太湖蓝藻水华和保障饮用水安全提供决策依据，受到省委省政府的充分肯定，近年来，近30份蓝藻气象服务材料获省委省政府领导批示，为太湖连续16年实现安全度夏做出了重要贡献。与此同时，江苏气象部门还开展了洪泽湖、阳澄湖、滆湖、骆马湖等省内其它主要湖泊蓝藻水华和水环境的监测服务。制定本标准的技术基础。项目组成员已在太湖蓝藻水华气象影响定量评估技术方面的研究中取得了丰富的成果，部分成果处于国内领先。项目组成员长期开展太湖水环境卫星监测评估技术研究，构建了蓝藻水华卫星监测、预警和气象适宜度指标，建立了太湖水环境和蓝藻水华监测、预测预警和评估业务体系。先后主持或完成了江苏省基础研究计划太湖专项、中国气象局“风云卫星应用先行计划—基于新一代风云卫星的湖泊水生态监测技术研究”、中国气象局FY4A蓝藻水华示范项目和中国气象局新技术推广项目等多项省部级以上项目，目前正在牵头研发中国气象局“风云三号03批气象卫星地面工程应用系统—湖泊生态气象遥感应用系统”，研究内容与成果包括太湖蓝藻暴发机制机理、太湖蓝藻定量遥感监测、太湖蓝藻发生发展与气象条件的关系、太湖蓝藻聚集的气象模型、太湖蓝藻水华气象影响评估、太湖蓝藻水华暴发的气象指标体系等。相关成果已在领域内权威期刊发表：结合卫星遥感技术的太湖蓝藻水华形成风场特征（中国环境科学，2016）、EstimationofChlorophyll-aConcentrationinTaihuLakefromGaoFen-1Wide-Field-of-ViewDatathroughaMachineLearningTrainedAlgorithm（JournalofMeteorologicalResearch，2022）、High-FrequencyObservationsofCyanobacterialBloomsinLakeTaihu(China)fromFY-4BAGRI（Water，2023）、太湖富营养化条件下影响蓝藻水华的主导气象因子（湖泊科学，2019）、基于通径分析法的太湖蓝藻水华定量气象评估模型（湖泊科学，2019）、结合卫星遥感技术的太湖蓝藻水华形成温度特征分析（湖泊科学，2016）、气温对太湖蓝藻复苏和休眠进程的影响（湖泊科学，2016），VariationofLocalWindFieldsundertheBackgroundofClimateChangeandItsImpactonAlgalBloomsinLakeTaihu，China（Water，2023）等。尤其是在蓝藻水华气象影响定量评估方面的研究走在全国前列，太湖蓝藻水华气象影响定量评估技术在全国生态气象培训班授课推广，作为省级牵头单位和主要完成人员编写并发布实施了中国气象局“卫星遥感蓝藻水华监测评估业务技术导则”，蓝藻水华卫星遥感监测和气象影响评估业务成为中国气象局首批在全国推广的生态遥感业务项目，江苏被列为全国湖泊生态环境治理与保护气象保障服务示范建设单位。标准所采用的技术已经在本省及全国气象部门业务中应用，可操作性强。2017年以来，江苏省气象局在国内首先开展了太湖蓝藻水华气象影响定量评估业务，每年制作发布评估报告，为政府部门分析评估气象、水文等环境因子对蓝藻水华发生发展的影响、评估蓝藻水华防控和湖泊水环境治理的成效提供了参考依据。经过几年的试用，2019年中国气象局将此项技术列为在全国首批开展的生态遥感气象服务业务。此项技术已经在业务服务中得到一定的应用，具备了较强的可操作性。该项标准聚焦湖泊水环境治理和蓝藻水华防控业务服务需求，技术上先进，经济上合理。该项标准围绕湖泊水环境治理和蓝藻水华精准防控的需求，采用了自主研发的蓝藻水华气象影响定量评估技术，该项技术为国内首创，技术先进；同时，所需的数据均为当前业务服务中常规应用的数据，可免费获取，蓝藻水华面积、强度等级等定量信息可以通过国产风云卫星等获取，气象数据为气象部门常规观测数据，经济上可行合理，有利于科学合理利用资源，有利于推广应用，有利于提高社会经济效益和生态效益。（5）预期的社会经济效益本标准为湖泊治理和蓝藻水华防控提供技术支撑，社会经济效益和生态效益明显。一方面，本标准可供相关部门在分析气象、水质、水文等环境因子对内陆湖泊蓝藻水华发生发展的影响时使用，为鉴别短期触发蓝藻水华发生发展的主导环境因子、定量评估气象条件的贡献率提供技术支撑，从而为确定有针对性的应急防控措施提供依据；另一方面，通过采用本标准评估气象条件这一主要环境因子对蓝藻水华的影响，也可从不同的视角评估湖泊水环境治理和蓝藻水华防控的成效，提高蓝藻水华短期应急防控措施的精准度和内陆湖泊水环境中、长期治理的科学性，社会经济效益和生态效益明显。3、编制过程（1）前期工作本《技术导则》的初期编写工作从2019年即开始进行。2019年9月，中国气象局提出要在全国推广并规范湖泊蓝藻水华卫星遥感监测评估业务，江苏省气象局作为省级牵头单位，成立了《蓝藻水华卫星遥感监测评估技术导则》编写组，负责并完成了蓝藻水华卫星遥感监测技术和气象影响评估技术规范的编写工作。2019年12月，中国气象局综合观测司下达各省（区、市）气象局、国家卫星气象中心《综合观测司关于开展全国蓝藻水华卫星遥感监测评估业务的通知》（气测函〔2019〕155号）、《综合观测司关于印发全国蓝藻水华卫星遥感监测评估技术导则（试行）》的通知（气测函〔2019〕157号），在全国气象部门内开展湖泊蓝藻水华卫星遥感监测评估业务和服务。《蓝藻水华卫星遥感监测评估技术导则》是中国气象局卫星遥感业务体系建设的首批技术指南之一，2019年以来，国内各气象单位依据此技术规范开展了湖泊蓝藻水华卫星遥感监测评估业务。2023年3月，江苏省气候中心团队以前期研究、业务积累为基础，在调研卫星遥感湖泊蓝藻水华监测评估产品的政府（社会）需求、主要内容、产品形式、广泛收集国内各部门及各省市气象局在湖泊蓝藻水华方面开展的业务及服务实践情况的基础上，编写完成了《蓝藻水华环境气象影响评估技术导则》草案和申报书，由江苏省气象标准化技术委员会推荐向江苏省市场监督管理局申报地方标准。2023年8月，江苏省市场监督管理局下发文件《省市场监管局关于下达2023年度江苏省地方标准项目计划的通知》（苏市监标〔2023〕173号），地方标准《蓝藻水华环境气象影响评估技术导则》获批立项（项目序号291）。（2）成立编制组完成初稿2023年9月，项目承担牵头单位江苏省气候中心，联合南京气象科技创新研究院、江苏省生态环境厅太湖水污染防治处、江苏省环境监测中心等单位，成立了地方标准《蓝藻水华环境气象影响评估技术导则》编制组，明确任务分工，提出编写要求，为制定标准建立了组织保障。编制组成员有：李亚春，杭鑫，李心怡，朱士华，徐萌，孙良宵，施丽丽，姜晟。编制组讨论并确定了开展《技术导则》编制工作的原则、程序、步骤和方法，形成了《技术导则》提纲。2023年9月-2024年3月，编制组检索了关于蓝藻水华遥感监测和环境气象影响评估方面的国家标准、行业标准，地方标准及团体标准，收集了相关论文及研究资料，征询了各相关单位在业务中存在的技术难点、相关意见和建议，对存在的问题编制组多次交流，商讨解决方案。2024年3月完成了标准的初稿编制。标准的初稿涉及前言、引言、范围、术语和定义、评估技术流程、评估方法和附录等部分。其中，重点针对蓝藻水华影响面积计算方法进行技术方案凝练和修正，提高了标准的科学性和可操作性。2024年4月-2024年5月，编制组编写完成了《蓝藻水华环境气象影响评估技术导则》的编制说明。（3）征求意见阶段2024年6月，编制组就《蓝藻水华环境气象影响评估技术导则》征求专家意见。通过信件向15个气象、生态环境、科研院所和高校等单位的20位专家征求意见，有13个单位的17位专家回函，其中16位专家对《技术导则》和编制说明提出了修改建议或意见。编制组对上述16位专家提出的建议或意见进行整理，共归纳为59条修改建议或意见，其中包括了对《技术导则》和编制说明的某些章条的重复的建议和意见。编制组对征求意见进行归纳整理和分析研究，根据专家建议和意见修订《技术导则》和编制说明。采纳57条，未采纳1条，部分采纳1条。2024年9月，江苏省气象标准委员会专门召开会议，组织专家对本《技术导则》、编制说明及征求意见汇总处理情况、以及标准的规范性进行审查，提出修改意见和意见。编制组根据相关建议和意见进行了修改。（4）专家咨询会2024年9月12日，江苏省市场监管局在南京组织召开了地方标准审查会，与会专家来自中国气象局、国家卫星气象中心、南京大学、江苏省生态环境厅和江苏省质量和标准化研究院，以及江苏省气象局多个部门的管理人员参会。专家组对本《技术导则》进行了审定，并提出了进一步修订意见。编制组根据专家意见对以下内容进行了修订：①在编制说明中进一步明确了卫星遥感数据来源；②进一步规范了本《技术导则》中的相关术语和定义、语言文字、公式和规范性引用文件；③统一了相关指标数据的小数点位数。（5）送审阶段4、与相关法律法规和国家标准的关系本《技术导则》制定的内容符合国家相关法律、法规、政策的规定，并与其他强制性国家标准不冲突。本《技术导则》系我省首次提出，为自主研发。目前国内外主要在研究层面做了大量工作，尚未有建立统一的湖泊蓝藻水华环境气象影响评估规范或标准。本《技术导则》部分条文参照了《湖泊蓝藻水华卫星遥感监测技术导则》（QX∕T207-2013）、《水华遥感与地面监测评价技术规范》（HJ1098-2020）、《蓝藻水华卫星遥感监测评估技术导则》（气测函（2019）157号）等行业标准和规范，成为本《技术导则》必不可少的内容。5、主要内容技术指标确立（1）标准主要内容说明本《技术导则》制定了蓝藻水华环境气象影响评估的技术方法和处理流程，以规范湖泊蓝藻水华环境气象影响评估工作。本《技术导则》以年时间尺度的评估为例说明，其他时间尺度内气象影响的评估可参照执行。具体内容包括前言、1范围、2规范性引用文件、3术语和定义、4评估技术流程、5评估方法、附录A（资料性附录）。主要内容如下：1.范围本节概要介绍了《技术导则》的内容及适用范围。①《技术导则》的内容：本文件规定了湖泊蓝藻水华环境气象影响评估工作中的术语与定义、评估技术流程和评估方法。②《技术导则》的适用范围：本文件适用于湖泊蓝藻水华环境气象影响评估工作。2.规范性引用文件列出了与本《技术导则》密切相关的2项标准及文件，分别是：《水华遥感与地面监测评价技术规范》（HJ1098-2020）；《湖泊蓝藻水华卫星遥感监测技术导则》（QX∕T207-2013）。其中，在《湖泊蓝藻水华卫星遥感监测技术导则》（QX∕T207-2013）和《水华遥感与地面监测评价技术规范》（HJ1098-2020）中给出了与湖泊蓝藻水华相关的术语、定义和卫星数据预处理方法。3.术语及定义本节明确了在本文件中湖泊蓝藻水华气象影响评估所涉及的6个定义与术语：蓝藻水华、蓝藻水华面积、蓝藻水华影响面积、蓝藻水华发生次数、蓝藻水华强度指数、蓝藻水华气象适宜度指数。蓝藻水华的定义比较多，有依据表象的，有依据细胞密度的，也有依据叶绿素a浓度的。本文件采用了《湖泊蓝藻水华卫星遥感监测技术导则》（QX∕T207-2013）中的蓝藻水华定义：在一定环境条件下，水体富营养化的淡水湖泊中蓝藻大量繁殖并漂浮于水面引起水色异常的一种自然生态现象。蓝藻水华面积是指漂浮在水面的蓝藻水华覆盖水体的面积，基于卫星遥感的蓝藻水华面积一般通过累计遥感影像中包含蓝藻水华信息的像元面积来获取，本文件定义为：卫星遥感影像中包含蓝藻水华信息的像元的累计面积。本文件定义了蓝藻水华影响面积的概念：根据蓝藻水华面积与所处湖泊水域相对面积的大小来确定的反映其对生态环境影响程度的蓝藻水华面积。主要是考虑到蓝藻水华的暴发面积大小对湖泊所造成的影响程度往往也不一样，一般认为面积越大往往意味着对湖泊水环境和水生态可能造成的影响和危害越大，面积越小则其影响也越小。本文件通过对不同大小面积的蓝藻水华赋以不同的权重来反映其影响的严重程度，面积越大权重也越大，最后换算成蓝藻水华影响面积。蓝藻水华发生次数通常指一定时间段内卫星观测到蓝藻水华的次数。本文件定义了蓝藻水华强度指数的概念：根据一定时间段内累计蓝藻水华影响面积和发生次数计算得到的反映了蓝藻水华强弱特征的指数。目前在一些研究或日常业务中大多仅用面积或次数来表示蓝藻水华的强度或程度，带有一定的片面性。通常在一段时间内蓝藻水华面积大且次数多，则表明蓝藻水华强度大，程度重，意味着蓝藻水华对湖泊水环境和水生态造成的影响越大，而如果蓝藻水华面积都很小，虽然次数很多，但也认为其强度也不大，其影响程度可能也有限。为此，本《技术导则》采用客观的信息量权数法来确定蓝藻水华影响面积和次数的权重，然后构建了一个新的综合指标—蓝藻水华强度指数，可客观反映一段时间内蓝藻水华的强弱特征。尽管在很多研究文献中都用到了“适宜”这一词语来表示环境气象条件对蓝藻水华暴发的影响，但对气象适宜度这一术语用于蓝藻水华仍存在不同的看法，主要分歧在于“蓝藻水华”是一种消极的甚至有害的生态现象，而“适宜度”相对偏正面一些，需要选用一些更合适的词语。考虑到目前尚未找到更贴切的词语，本文件中仍采用“蓝藻水华气象适宜度”，具体定义为：反映环境气象条件对蓝藻水华发生发展的适宜程度的指数，其英文译为Meteorologicalsusceptibilityindexofcyanobacterialblooms，其中susceptibility蕴含促发度、诱发度、易感度等意思。4.评估技术流程介绍了蓝藻水华环境气象影响评估的技术流程，评估技术流程如图1所示。图1蓝藻水华环境气象影响评估技术流程包括三个主要步骤：蓝藻水华强度指数计算与分级、气象适宜度指数计算与分级和蓝藻水华气象影响分级评估。1）蓝藻水华强度指数计算与分级首先准备卫星观测数据。选取卫星观测数据应源自携载有可见光、近红外、红外波段等探测仪器的卫星。空间分辨率应取决于监测水体的大小，水体面积越小，空间分辨率要求越高。常用的卫星观测数据主要包括：风云三号卫星中分辨率成像光谱仪（FY-3/MERSI）、地球观测系统中分辨率光谱成像仪（EOS/MODIS）观测数据，以及其它高分、环境以及NPP、JPSS等中高分辨率卫星的观测数据。在遥感反演蓝藻水华前需要对卫星数据进行几何校正、空间裁剪、辐射定标和大气校正等预处理，预处理方法可参考HJ1098-2020中4.6规定的方法。然后，通过采用NDVI等阈值分割方法，提取蓝藻水华的面积和次数。第三步，采用反距离权重法计算蓝藻水华影响面积。第四步，采用信息量权数法计算蓝藻水华强度指数。第五步，采用百分位法对蓝藻水华强度指数进行分级。由于蓝藻水华强度指数在计算过程中进行了归一化处理，因此它是一个相对值，当蓝藻水华面积、次数的历史最大值或最小值发生变化时，需要重新计算，重构时间序列。2）气象适宜度指数计算与分级首先准备气象观测数据。选取湖泊周边和湖面的国家基本气象站观测数据，包括气温、降水、风速、日照、气压和相对湿度等观测数据，根据评估需求，统计不同时间尺度的气象数据。然后，采用统计学方法筛选出一定时间尺度（年、季、月等）内与蓝藻水华发生、发展和输移等较为密切的环境气象因子。第三步，采用通径分析法构建气象适宜度指数模型。第四步，计算气象适宜度指数第五步，采用百分位法对蓝藻水华气象适宜度指数进行分级。由于蓝藻水华气象适宜度指数在计算过程中进行了归一化处理，因此它是一个相对值，当统计时段内气象观测资料的最大值或最小值发生变化时，需要重新计算，重构时间序列。3）蓝藻水华环境气象影响评估蓝藻水华环境气象影响评估采用定量分级评估方法，将蓝藻水华强度指数分级和气象适宜度指数分级进行比较，得到评级结果。5.评估方法主要介绍蓝藻水华环境气象影响评估方法，包括评估所需要的卫星和地面气象观测数据的来源、蓝藻水华强度指数和气象适宜度指数的计算与分级方法，以及蓝藻水华环境气象影响评估方法等。数据准备：卫星观测数据应源自携载有可见光、近红外、红外波段等探测仪器的卫星。空间分辨率应取决于监测水体的大小，水体面积越小，空间分辨率要求越高；卫星数据需要预先进行几何校正、空间裁剪、辐射定标和大气校正等处理（方法参考HJ1098-2020中4.6监测方法）。气象观测数据应源自湖泊周边及湖面国家基本气象站，包括气温、降水、风速、日照、气压和相对湿度等观测数据。蓝藻水华强度指数计算与分级、气象适宜度指数计算与分级、以及蓝藻水华环境气象影响评估方法将在“（2）技术指标确定依据”部分详细介绍。此外，在《技术导则》的附录A（资料性附录）部分，根据气象影响评估结果，提出了针对不同气象适宜度等级的蓝藻水华应急处置和防控建议（表1）。表1应急防控措施建议气象适宜度评估等级蓝藻水华潜在风险应急防控措施建议较适宜蓝藻水华强度等级可达轻度，以小面积蓝藻聚集为主常规监测预警和打捞，在饮用水源地做好围挡隔离适宜蓝藻水华强度等级可达中度，以中小面积蓝藻聚集为主，有大面积聚集暴发的可能性加强监测预警和打捞，适时巡查，在重点湖区和饮用水源地做好围挡隔离、曝气增氧非常适宜蓝藻水华强度等级可达重度，大面积聚集暴发的可能性大，且存在发生湖泛风险强化各项应急措施，加密监测预警、巡查和打捞，在重点湖区和饮用水源地做好围挡隔离、曝气增氧和应急清淤，调水引流，适时开展人工増雨作业（2）技术指标确定依据1.环境气象对内陆湖泊蓝藻水华的影响分析在人类活动和气候变化的共同影响下，地球淡水生态系统日趋退化，全球范围内很多湖泊、河流、水库、包括湿地等正面临着富营养化和蓝藻水华的威胁。我国是一个多湖泊国家，也是全球湖泊环境问题较为突出的国家之一。尽管经过近十多年的治理和修复，我国湖泊水体富营养化问题得到了明显遏制，重要湖泊的生态环境趋于好转，但我国大多数湖泊仍面临着富营养化问题，主要淡水湖太湖、巢湖和滇池等更是频频受到大面积蓝藻水华的侵扰，严重时甚至威胁到周边城市的饮用水安全。水环境治理和生态保护仍然是政府和社会各界共同关注的问题。环境气象条件与蓝藻水华发生发展密切相关。气候变暖和水质富营养化被认为是近几十年来全球内陆湖泊蓝藻水华增强趋频的主要原因。国内外很多研究已经证实了气温、风向、风速、光照和降水等环境气象因子会对蓝藻的生长和水华形成产生重要影响。编制组成员先后承担了江苏省基础研究计划（自然科学基金）、江苏省科技支撑计划、风云卫星应用先行计划、风云三号03批气象卫星工程地面应用系统、中国气象局新技术推广项目、中国气象局FY4A应用示范项目、江苏省气象局重点科研课题等项目研究，形成了以风云卫星为主的多源卫星湖泊蓝藻水华高精度定量遥感反演算法研究成果、内陆湖泊叶绿素a浓度等水色遥感反演算法研究成果、湖泊蓝藻水华气象作用机理机制研究成果、以及湖泊蓝藻水华气象影响定量评估算法研究成果等，在国内外SCI、EI及核心期刊发表数十篇科技论文和论著。1）气温与蓝藻水华的关系。太湖蓝藻水华累计面积与年平均气温总体上呈正相关关系。2003年以来太湖区域气温大致经历了一个上升—下降—上升的过程，蓝藻水华也同样经历了这样一个过程，趋势相吻合（图2）。气温在蓝藻的休眠、复苏和增长等不同阶段所起的作用都较大，但蓝藻复苏后气温可能不再是主要的限制因子，并且高温有一定的抑制作用（图3）。图2太湖蓝藻水华年累计面积与年平均气温的关系图3太湖蓝藻水华面积与气温的关系2）风速与蓝藻水华的关系。近20年来，太湖区域平均风速呈现了持续的下降趋势（图4），同期蓝藻水华的高发重发应与此有关。蓝藻水华的面积、频次与风速呈负相关关系，2003年以来太湖区域年平均风速以每年0.03m/s的速度下降，而蓝藻水华累计面积和累计频次分别以每年356.55平方公里和5.69次的速度上升（图5）。图42003-2022年太湖各月最大、最小和平均风速变化图图5太湖蓝藻水华频次和面积与年平均风速关系3）风向与蓝藻水华的关系。风向主要通过影响蓝藻水华的输移而影响其在全湖的分布格局（图6）。应用数值预报模式WRF（WeatherResearchandForecastingModel）模式揭示了湖面风场对蓝藻水华的形成、发展、输移和空间分布格局的作用，微风条件有利于蓝藻水华形成，风速较大不利于蓝藻聚集，风向则主要影响蓝藻水华的移动方向和空间分布格局（图7）。图6太湖蓝藻水华季节分布与风向关系9月6日11时9月7日10时图7用WRF数值模式模拟的近地面风场与蓝藻水华分布对照图（2010年9月6～7日）4）降水与蓝藻水华的关系。总体上，太湖蓝藻水华年累计面积和累计降水量均随时间呈较明显的增加趋势，但并不存在显著的正相关关系（图8）。小雨对蓝藻水华的出现存在一定的促进作用，而中雨和大雨对蓝藻水华则起到了抑制驱散作用（图9），但另一方面长期的降水可能将较多的营养盐带到湖水中形成有利于蓝藻的生境条件等。图8蓝藻水华面积与降水量关系图图9蓝藻水华前24小时雨量等级占比图2.卫星遥感蓝藻水华面积和次数提取随着卫星遥感技术的发展，遥感数据和图像的分辨率、参数信息的获取和观测精度都有明显提高，具备监测范围广、速度快、成本低以及易于长期动态监测的卫星遥感技术成为目前获取蓝藻水华信息的主要方法。遥感可以提供蓝藻水华的相关的密度、范围和潜在影响等有用信息，有助于实时、准实时地监测蓝藻水华，从而快速判断整个湖泊的蓝藻水华发生发展情况，为蓝藻水华预测预警和防控提供支撑。卫星识别蓝藻水华的主要理论基础是蓝藻具有与陆地植被相似的光谱反射率特征。蓝藻暴发时藻类细胞在光合作用下快速繁殖，大量的藻类生物体聚集于水体表面，蓝藻反射绿光比反射蓝光和红光更多，因此通常呈现绿色。密集的蓝藻水华具有与陆地植被相似的光谱反射率特征“陡坡效应”，即随着叶绿素浓度的增加，在红色区域呈现非常低的值，在近红外区域呈现显著高的值。图1为采用ASD公司（AnalyticaSpectraDevices.，Inc）FieldSpecProFR野外光谱仪在太湖现场测量得到的密集蓝藻、藻水混合物和水体的光谱反射率曲线。图10编制组采用ASD光谱仪实测的太湖密集蓝藻、藻水混合物和水体的光谱反射率曲线在卫星遥感反演陆地植被的光谱指数中，归一化植被指数NDVI(NormalizedDifferenceVegetationIndex)由于计算比较简便，对植被的反应很敏感，范围广，能有效消除大气辐射、地形阴影和太阳高度角所带来的干扰，因此在研究植被覆盖中得以广泛应用。NDVI指数是目前最常用的湖泊蓝藻水华遥感监测方法之一，本《技术导则》采用归一化植被指数NDVI来提取蓝藻水华信息。NDVI的计算公式如下：NDVI=ρNIR-ρRED式中NIR和RED分别代表近红外波段与红光波段的反射率。NDVI的取值范围为[-1.0-1.0]，通常为提高卫星遥感蓝藻水华反演精度，需要预先对卫星影像进行云检测、大气校正和角度订正等预处理，在实际应用中可根据卫星传感器选择合适的云检测、大气校正和角度订正方法。（a）真彩色合成图（b）NDVI（c）覆盖度图（d）强度等级图11FY-3DMERSI数据（2019年5月3日13时）反演的太湖蓝藻水华NDVI、覆盖度和强度等级图准确获取蓝藻水华面积、次数、强度和位置等定量信息，对于研究和业务都非常重要。本《技术导则》主要应用蓝藻水华的面积和次数信息，首先计算单次湖泊遥感影像的蓝藻水华面积，然后统计日、月、年等不同时间段的累计蓝藻水华面积。卫星监测到单次蓝藻水华的面积Si的计算公式为：si=j式中：si——第i次蓝藻水华的面积，单位为平方千米（km2）δj——第j个包含蓝藻水华信息的像元的面积，单位为平方千米（km2m——卫星影像中包含蓝藻水华信息的像元总数。图12为根据卫星解译结果得到的2005-2022年太湖蓝藻水华年累计面积、次数及平均值。由图可见，2005年以来，蓝藻水华累计面积大于平均值的有2006、2007、2008、2010、2017-2020年，累计次数大于平均值的有2013、2015-2022年。图122005-2022年卫星遥感解译的太湖蓝藻水华累计面积和频次3.蓝藻水华影响面积计算考虑到蓝藻水华面积大小造成的影响程度不同，面积越大往往意味着对湖泊水环境和水生态造成的影响越大，面积越小则其危害和影响也越小。本《技术导则》采用反距离权重法IDW(InverseDistanceWeighted)计算不同大小面积的蓝藻水华的影响权重系数，即根据卫星监测到的单次蓝藻水华面积与湖泊水面面积的“距离”（差值）的倒数乘方来确定影响权重系数，单次蓝藻水华面积越大，则其与湖泊水面面积的“距离”就越小，影响权重系数也就越大，这样计算得到加权后的蓝藻水华影响面积。面积影响权重系数计算公式如下：wi=式中：wi——第i次蓝藻水华面积的影响权重系数SL——湖泊水面面积，单位为平方千米（km2di——第i次蓝藻水华面积si与湖泊水面面积蓝藻水华影响面积的计算公式为： sw,i=wi×式中：sw,i——第i次蓝藻水华影响面积，单位为平方千米（km2年累计蓝藻水华影响面积的计算公式为：Sy=i=1Fs式中：Sy——年累计蓝藻水华影响面积，单位为平方千米（km2Fy利用公式（5）计算年累计蓝藻水华影响面积，重构了2005-2022年太湖蓝藻水华影响面积序列（图13）。总体上，经过对原蓝藻水华面积进行加权处理后，历年蓝藻水华影响面积均较原历年累计面积有所增加，平均增加了44%，其中2005、2006、2007、2010、2017和2020年的影响面积放大了50%以上，2006、2007、2017、2019和2020年五年影响面积明显大于其余年份，而这五年恰恰是蓝藻水华发生程度较重的年份，2018、2021、2022这三年虽然次数很多，但因其较大面积蓝藻水华出现的次数较少，其影响面积并不大，表明蓝藻水华的严重程度也明显不如上述五年。图132005-2022年太湖蓝藻水华累计面积及计算得到的影响面积4.蓝藻水华强度指数计算卫星遥感蓝藻水华的面积表征了蓝藻水华影响的范围，而次数多少则可以表示蓝藻水华聚集的频繁程度，仅用面积或次数（如次数很少的大面积蓝藻水华和次数较多的小面积蓝藻水华）都不能全面、客观地反应蓝藻水华的影响程度，为此将面积和次数综合考虑，设计了蓝藻水华强度指数。首先，采用一种客观的信息量权数法来确定面积和次数的权重系数，计算公式为：A=VSyVB=VFyV式中：A——年累计蓝藻水华影响面积的权重系数；B——年累计蓝藻水华次数的权重系数；VSy——年累计蓝藻水华影响VFy——变异系数VSy和VSy=VFy=式中：σSy——年累计蓝藻水华影响σFy——年累计蓝藻水华次数Sy——年累计蓝藻水华影响面积的平均值，单位为平方千米（km2）Fy——年累计蓝藻水华蓝藻水华强度指数综合考虑了蓝藻水华的影响面积和次数，可客观反映一段时间内蓝藻水华的强弱特征，计算公式为：Icya=A×Sy式中：Icya——年Sy,i——当年累计蓝藻水华影响面积，单位为平方千米（kmFy,i——Sy,min——历年（含当年）累计蓝藻水华影响面积的最小值，单位为平方千米（km2Sy,max——历年（含当年）累计蓝藻水华影响面积的最大值，单位为平方千米（km2）Fy,min——历年（含当年）累计蓝藻水华次数的最小值Fy,max——历年（含当年）累计蓝藻水华次数的最大值计算得到蓝藻水华强度指数Ic后，采用百分位数法对蓝藻水华强度指数进行分级。根据世界气象组织（WMO）推荐的百分位数法来计算蓝藻水华强度指数的分级阈值，在本《技术导则》中以强度指数序列的30%位和60%位对应的蓝藻水华强度指数作为分级阈值，具体分级指标见表2表2蓝藻水华强度指数分级指标蓝藻水华强度等级蓝藻水华强度指数I轻度0＜Icya中度0.23＜Icya重度0.40＜Icya表3为根据公式（10）计算得到的2005-2022年太湖蓝藻水华强度指数及分级情况，其中2022年为验证结果。根据分级结果，2006、2007、2017-2021年的等级为重度。从实际情况来看（图14），2007、2017、2019和2020年这四年卫星监测到的蓝藻水华面积是最大的，2017、2019和2020年次数最多，与实际情况基本相符。我们注意到，尽管2013、2016和2022年次数也较多，但由于较大面积的蓝藻水华出现次数少，其强度等级仅为中度。这个结果表明了蓝藻水华强度指数的计算及分级是合理的。表32005-2022年太湖蓝藻水华强度指数及分级年份强度指数等级年份强度指数等级年份强度指数等级20050.18轻度20110.19轻度20170.92重度20060.60重度20120.20轻度20180.43重度20070.78重度20130.24中度20190.80重度20080.27中度20140.18轻度20200.71重度20090.10轻度20150.31中度20210.40重度20100.39中度20160.36中度20220.31中度图142005-2022年太湖蓝藻水华强度指数及累计面积和次数5.蓝藻水华气象适宜度指数计算环境气象条件对内陆湖泊蓝藻生长和水华形成的影响是综合的、复杂的。在选择可能具有影响的气象因子时，既要考虑长时间尺度的统计平均值，如年平均气温、年降水量、年高温日数（日最高气温≥35℃的天数）、年日照时数和年平均风速等，同时也要考虑在蓝藻生长和水华形成关键阶段的一些影响因子，如冬春季节气温对藻类越冬、复苏和微囊藻确立优势会有明显影响，而梅雨期雨量多少决定了夏季降水量，持续大量的降水一方面在短期内会增加蓄水提高水位稀释藻密度，另一方面也会输入较多的营养盐。不同的气象因子对蓝藻水华的作用也并非等权，需要确定各类气象因子的影响权重。本《技术导则》采用通径分析方法（Pathcoefficient）来量化各气象因子对蓝藻水华的影响程度。通径分析最早是由数量遗传学家休厄尔⋅赖特（SewallWright）在1921年提出来的一种多元统计技术，是简单相关分析的延续，其核心思想是在多元回归的基础上将相关系数加以分解，通过直接通径和间接通径系数分别表示某一变量对因变量的直接效应，以及通过其他变量对因变量的间接效应来反映自变量与因变量之间的关系。对于有一个因变量y与n个自变量xi（i=1，2，…，N）的系统，它们之间存在线性关系，回归方程为：y=a0+a1x将实际观测值代入（7）式，利用最小二乘法解方程组，式（7）通过数学变换，可以建立正规矩阵方程：1rx1x2rx2x1式中，rxixj为xi和xj的简单相关系数，将方程（8）求解即可求得通径系数PyPyxi=aiσxiσy，（i=1，2，⋯，式中，ai即为y对xi的偏回归系数，σxi、σy分别为xi、y的标准差，Pyxi表示xi对y的直接通径系数，而xi通过xj对y的间接通径系数用在求出各因子的直接通径系数和间接通径系数后，计算各因子总的通径系数，通过总系数便可求得各气象因子对蓝藻发生程度的影响权重（CiCi=Pyxi+确定湖泊蓝藻水华的主导气象影响因子。将初步筛选的若干组气象因子和蓝藻水华强度指数进行Kolmogorov-Smirnov(K-S)检验，确认通径分析法的适用性。然后将这若干组气象因子作为自变量，蓝藻水华强度指数作为因变量进行多元回归，得到一组自变量的偏回归系数。由于直接通径系数即为标准化的偏回归系数，因此偏回归系数值的正负与直接通径系数值的正负一致，通过偏回归系数的正负情况即可了解直接通径系数的正负情况，由此各判断气象因子对蓝藻水华影响的正负效应，考察每个气象因子的正负效应是否与已有研究结果或实际情况相符，最终选取了年平均气温Ty，1-3月平均气温T1-3，年累计降水量Ry，6-8月累计降水量R6-8，年平均高温日数DTmax、年平均风速Wy共6个主导气象因子纳入模型的构建。根据通径分析方法筛选得到的气象因子的权重系数参考表4。气象因子xi权重系数Cix1年平均气温TyC10.42x21-3月平均气温T1-3C20.16x3年累计降水量RyC3-0.17x46-8月累计降水量R6-8C4-0.05x5年平均高温日数DThC5-0.03x6年平均风速WyC6-0.17表4基于通径分析法选择的气象因子和权重系数取值情况根据（14）式计算得到的权重系数，并将年平均气温Ty，1-3月平均气温T1-3，年累计降水量Ry，6-8月累计降水量R6-8，年平均高温日数DTh和年平均风速Wy分别进行归一化处理，构建得到蓝藻水华气象评估模型如下：Imcb=i=1nCi×xi式中：Imcb——蓝藻水华气象适宜度指数xi,min——某xi,max在计算得到气象适宜度指数Imcb后，根据世界气象组织（WMO）推荐的百分位数法来计算蓝藻水华强度指数的分级阈值，在本《技术导则》中以气象适宜度指数序列的15%位和60%位对应的蓝藻水华气象适宜度指数值作为分级阈值，将蓝藻水华气象适宜度分为较适宜、适宜和非常适宜三级，气象适宜度指数分级具体指标参考表5表5气象适宜度分级指标气象适宜程度气象适宜度指数I较适宜-1.00＜Imcb≤-0.09适宜-0.09＜Imcb≤0.17非常适宜0.17＜Imcb≤1表6为根据公式（15）计算得到的2005-2022年太湖蓝藻水华气象适宜度指数及分级情况。根据分级结果，2006、2007年和2017-2022年为非常适宜等级。从年平均气温（图2）来看，这几年的年平均气温明显高于其他年份，2007年以后气温有所下降，至2012年达阶段最低，此后呈波动上升趋势，2017年以后屡创历史新高。表明本世纪以来，在全球气候变暖背景下，太湖地区气温持续上升，风速持续下降，气候条件总体有利于蓝藻水华的发生发展。表62005-2022年太湖蓝藻水华气象适宜度指数级分级情况年份适宜度指数等级年份适宜度指数等级年份适宜度指数等级2005-0.09较适宜2011-0.14较适宜20170.28非常适宜20060.23非常适宜2012-0.19较适宜20180.20非常适宜20070.33非常适宜20130.13适宜20190.28非常适宜2008-0.07适宜20140.04适宜20200.31非常适宜2009-0.01适宜2015-0.01适宜20210.42非常适宜2010-0.06适宜20160.05适宜20220.46非常适宜6.蓝藻水华环境气象影响评估蓝藻水华环境气象影响评估采用定量分级评估方法。本《技术导则》采用百分位法将蓝藻水华强度指数分为轻度、中度和重度三级，将气象适宜度指数分为较适宜、适宜和非常适宜三级。统计一定时间尺度（年、季、月等）内的6种气象因子并计算得到气象适宜度指数Imcb，根据分级指标判定环境气象条件对蓝藻水华的适宜程度。具体评估1）当-1.00＜Imcb≤-0.09时，环境气象条件为“较适宜”2）当-0.09＜Imcb≤0.17时，环境气象条件为“适宜”3）当0.