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长江口及其邻近海域表层水中溶解Mn的季节变化特征
周冬煊, 葛云骢, 姜子元, 阮雅青, 曹芳, 杨守业, 张瑞峰
当前状态:  doi: 10.12284/hyxb2024006
摘要(57) HTML全文(25) PDF 1701KB(11)
摘要:
锰(Mn)是海洋中的生命必需痕量元素。河口位于河流和海洋的交界区域,其对Mn的改造作用会影响陆源Mn向海输送的生物地球化学过程。本研究使用自动固相萃取-电感耦合等离子体联用技术对2019年9月(秋季),2021年3月(春季)和2021年7月(夏季)长江口及其邻近水域的表层溶解Mn浓度进行了测定和分析。结果显示,溶解Mn的平均浓度和河口行为表现出了季节性差异:夏季的溶解Mn浓度最高,表现为先移除后添加的分布特征;秋季的溶解Mn浓度次之,表现为添加型分布;春季的溶解Mn浓度最低,表现为保守型分布。显著性分析结果表明,长江携带的溶解Mn仅在淡水端元浓度值较高的季节会显著影响长江口及其邻近水域溶解Mn的分布;当长江淡水端元浓度值较低时,长江口溶解Mn则受多种生物地球化学过程的共同主导。长江口的中低盐度海水中高悬浮颗粒物浓度是造成该区域溶解Mn移除的重要因素,而高盐度海水中溶解Mn的添加机制则有待进一步研究。
基于SLA-UNet的海水网箱养殖信息提取
柯丽娜, 由金浩, 范剑超
当前状态:  doi: 10.12284/hyxb0000-00
摘要(18) HTML全文(7) PDF 2973KB(5)
摘要:
网箱养殖是海水养殖中最重要的类型之一,各类网箱在遥感影像中形状不一,且背景复杂,以往的网箱提取方法,未能完全模拟人类的视觉行为,以及高效利用光谱信息。针对上述问题,提出深度多循环注意力光谱的U-Net网络模型(Spectral Loopy Attention U-Net, SLA-UNet)进行网箱养殖信息提取,使用基于最优尺度寻优(Estimation of Scale Parameter, ESP)的随机森林(Random Forest, RF)算法,去除波段运算后的冗余光谱信息,并添加类似人眼的注意力行为机制,深化影响网箱信息提取的重要特征通道,同时进行边缘补齐补充损失信息,实现了网箱养殖信息的高精度提取。选取湛江市和海南省临高县作为研究区域,与Canny算子、Otsu算法、PCA_Kmeans算法、基于ESP的RF算法、U-Net模型提取结果进行对比,所提SLA-UNet模型近岸网箱的提取精度为98.3%,深海网箱提取精度平均值为98.9%,验证了SLA-UNet模型在网箱养殖识别中的有效性。
基于星载合成孔径雷达图像交叉谱的全球海浪特征研究
李慧敏, 何宜军, 王臣, 林文明, 杨劲松
当前状态:  doi: 10.12284/hyxb2023040
摘要(245) HTML全文(115) PDF 3091KB(45)
摘要:
星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)因其全天时全天候的观测能力,为全球海洋动力环境要素研究提供了重要数据支撑。然而,SAR海浪成像是非线性过程,现有理论中的近似求解会导致海浪谱反演的信息缺失。SAR图像交叉谱技术的提出一定程度上突破了这一限制,能够很好地量化海浪谱特性及海浪传播方向。本研究延续前人系列成果,利用最新提出的面向径向海浪的图像谱强度,开展不同尺度海浪随局地风速的变化趋势分析,并基于雷达视向图像谱强度提取了谱峰波数,进而结合欧洲空间局环境遥感卫星波模式在开阔大洋获取的近400万景SAR图像,分析了谱峰波数的全球分布特征分析,为量化全球风浪耦合过程提供新视角,揭示了海浪与风速耦合关系的空间分布与季节变化规律。
西南印度洋深海散射层昼夜垂直迁移特征研究
万树杰, 陈新军
当前状态:  doi: 10.12284/hyxb2024016
摘要(29) HTML全文(17) PDF 2695KB(11)
摘要:
本研究根据2011-2020年西南印度洋56个声学断面数据观察到的深海散射层201次昼夜垂直迁移现象,分析了其昼夜垂直迁移特征及时空差异。研究结果表明,该海域散射层具有分层现象,第一散射层位于200 m以浅水层,其NASC峰值的平均水深为(58.66 ± 24.63)m,夏季和冬季之间存在显著性差异(p < 0.001);第二散射层位于400~700 m水层,其NASC峰值的平均水深为(589.02 ± 66.33)m,夏季和冬季之间无显著性差异(p = 0.51)。散射层向上迁移的开始时间平均为16:20,结束迁移的平均时间为18:31,迁移的平均速率为(5.28 ± 1.53)cm/s;向下迁移的开始时间平均为4:38,结束迁移的平均时间为6:52,迁移的平均速率为(5.56 ± 2.13)cm/s。随着纬度的增加,散射层向下迁移的开始时间变晚,迁移速率变慢;随着经度的增加,散射层迁移速率变慢,且不同经度海域之间存在显著性差异(p < 0.001)。分析认为,研究海域理化环境的季节性变化,以及散射层中生物的不同生活史阶段是造成散射层垂直结构和昼夜垂直迁移特征时空差异的主要原因,其对解释金枪鱼的昼夜垂直迁移行为和指示金枪鱼渔场分布等具有重要意义。
海滩养护对海滩生态系统的多尺度影响述评
戚洪帅, 曾舒婷, 陈敏, 蔡锋, 梁丙臣, 柳莎莎
当前状态:  doi: 10.12284/hyxb2024024
摘要(73) HTML全文(29) PDF 4703KB(29)
摘要:
海滩是常见且脆弱的滨海生态系统,具有极大的生态服务功能。受气候变化和人类活动的多重影响,海滩生态系统受损严重。海滩养护是利用人工补沙的方式对海滩地貌进行修复,是抵御海岸侵蚀和改善海滩环境的有效措施,以往的养护往往忽略了对海滩生态系统的影响,许多研究表明海滩养护对海滩生态系统会产生多方面、多尺度的复杂影响。本文总结前人研究的基础,梳理出海滩生态系统的构成、特点和功能,分析了海滩生态受损的基本特征,对海滩养护对海滩生态系统多尺度影响过程及影响机制进行了重点述评,并从降低负面生态影响角度给出了海滩养护技术优化方法,以支撑海滩生态系统适应性管理和可持续利用。
基于核密度估计的经验路径模型在西北太平洋虚拟台风构建中的应用
徐晓武, 陈永平, 谭亚, 刘畅, 李尚鲁, 车助镁
当前状态:  doi: 10.12284/hyxb2024014
摘要(40) HTML全文(20) PDF 5036KB(13)
摘要:
合理评估台风对沿海区域的影响程度与风险对于科学抵御台风灾害而言十分重要,而我国具有详细的台风观测记录至今也仅有60多年的历史,这使得在推算具有一定重现期的极值风速及相应的极值波高和潮位等特征参数时存在局限性,同时台风观测样本量的不足也限制了如深度学习等数据驱动型模型在台风灾害预报中的应用。因此,有必要基于实际台风行进规律构建虚拟台风以克服历史数据量不足的问题。故本文采用基于核密度估计的经验路径模型,在西北太平洋海域构建了18 671场虚拟台风,将虚拟台风的起始与终止位置、发生频数、行进速度和行进方向等参数与实际发生台风进行统计意义上的对比分析。结果表明,基于本文方法构建的虚拟台风总体上符合西北太平洋历史台风的行进规律。通过这些虚拟台风的构建,可为中国沿海极值波浪和风暴增水研究提供数据量足够且性能可靠的虚拟台风样本数据库。
三沙湾大黄鱼野生和养殖群体的幽门盲囊微生物群落结构比较分析
张钰霆, 张瑞瑞, 潘非斐, 潘友浩, 李聪, 林华, 陈仕玺, 穆景利
当前状态:  doi: 10.12284/hyxb2024012
摘要(35) HTML全文(16) PDF 2046KB(7)
摘要:
大黄鱼幽门盲囊呈半封闭结构,保留有部分早期孵化阶段的微生物特征,是用于野生和养殖群体溯源的理想部位。本研究采用高通量测序技术,对三沙湾大黄鱼(Larimichthys crocea)野生和养殖群体的幽门盲囊微生物的α多样性、核心菌群相对丰度、网络关系等进行分析,并构建随机森林模型进行群体溯源分析。结果显示:养殖群体的幽门盲囊微生物有着更多特有分类操作单元(Operational Taxonomic Unit, OTU),其α多样性显著高于野生群体。幽门盲囊微生物的优势菌群有变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidota)、放线菌门(Actinobacteria)及酸杆菌门(Acidobacteria),且各菌群在野生和养殖群体中的相对丰度差异显著。微生物网络分析结果显示,野生和养殖群体的幽门盲囊微生物群落结构差异明显,野生群体拥有更高的负边缘/正边缘比率和模块性,更少的节点数和连接数。基于此,我们构建了随机森林分类群体溯源预测模型,其准确率(Accuracy, ACC)达92.31%,Kappa系数为0.845 2,ROC曲线下面积为0.952 4,利用此模型识别三沙湾大黄鱼野生和养殖群体的准确率分别可达91.67%和92.86%。综上所述,三沙湾大黄鱼野生和养殖群体的幽门盲囊微生物群落结构差异显著,利用幽门盲囊微生物追踪鱼类来源的方法是可行且有效的,研究结果为区分三沙湾大黄鱼野生和养殖群体提供了新思路。
基于Rpath的崇明岛周边海域生态系统结构和特征研究
王文, 赵修江, 丁玲, 韩东燕, 陈锦辉, 吴建辉
当前状态:  doi: 10.12284/hyxb2024022
摘要(48) HTML全文(22) PDF 1031KB(5)
摘要:
本研究根据2020年11月、2021年1月、4月及8月在崇明岛周边海域的渔业调查数据,使用开源程序Rpath构建了包括22个功能群的物质平衡模型,对该海域生态系统结构和特征进行研究。结果表明:崇明岛周边海域生态系统各功能群营养级范围为1~4.32。小型底栖生物的生态转换效率最低(0.01),说明其到高营养级的能量转换存在瓶颈,是影响该海域的底层食物链营养传递效率的关键节点。生态系统总体特征分析表明,该生态系统总规模为2 909.42 t/(km2·a),低于附近海域生态系统规模。浮游植物对生态系统总初级生产力的贡献为60%,是该生态系统的主要营养来源。生态系统总初级生产量/总呼吸量为1.99、系统杂食性指数0.18,表明生态系统成熟度较低,食物网简单,受干扰后恢复能力较差。模型敏感性分析表明,功能群生物量是影响模型输出准确程度的主要指标。本研究结果可以为生态系统水平的该海域禁捕效果评估工作提供基准参考。
ENSO事件下西北太平洋远东拟沙丁鱼和日本鲭栖息地协同变化
刘思源, 张衡, 杨超, 方舟
当前状态:  doi: 10.12284/hyxb2024018
摘要(60) HTML全文(35) PDF 3349KB(20)
摘要:
远东拟沙丁鱼(Sardinops melanostictus)和日本鲭(Scomber japonicus)是西北太平洋海域重要的关联经济物种,探究二者栖息地变动的关联性有利于合理开发和管理渔业资源。本研究利用2017−2021年6−11月西北太平洋海域远东拟沙丁鱼和日本鲭的渔业数据,结合海表面温度(SST)、海表面高度(SSH)、叶绿素a质量浓度(Chl a)3个关键环境变量分别构建不同权重的栖息地模型,并利用2021年的渔业数据进行验证。选取最优模型预测不同厄尔尼诺与南方涛动(El Niño-Southern oscillation, ENSO)事件下远东拟沙丁鱼和日本鲭的最适栖息地分布,分析二者在不同ENSO事件下最适栖息地时空分布的差异性和同步性。结果表明:在不同ENSO事件下远东拟沙丁鱼适宜生境面积(高于15%)均高于日本鲭适宜生境面积(低于6%);但远东拟沙丁鱼在拉尼娜事件下最适栖息地面积增长率高于厄尔尼诺事件,前者增长率为0.197,后者增长率为0.123,相反,日本鲭在拉尼娜事件下增长率低于厄尔尼诺事件,前者增长率为1.114,后者增长率为2.082;当远东拟沙丁鱼和日本鲭的分布位置接近时,会促进二者栖息地的适宜条件,当二者分布位置相距较远时会一定程度上抑制日本鲭栖息地面积的增加。远东拟沙丁鱼和日本鲭适宜面积在不同ENSO事件下协同变化特征可能与二者种间关系(竞争/捕食-被捕食)和西北太平洋海域海流分布情况有关。
北赤道逆流影响的热带西太平洋秋冬转换期海表叶绿素浓度与ENSO循环
高微, 马本俊
当前状态:  doi: 10.12284/hyxb2024008
摘要(57) HTML全文(35) PDF 3984KB(11)
摘要:
在厄尔尼诺南方涛动(ENSO)的发生、发展中北赤道逆流也有明显的年际变化,但北赤道逆流的变化如何影响海洋水文生态条件的变化过程尚不清楚。本文以位于热带西太平洋的北赤道逆流影响区为研究海区,分析了2006-2022年ENSO循环期间研究区不同阶段秋冬转换期水文生态气候条件的变化特征。结果表明,北赤道逆流源区及其路径上存在海表叶绿素浓度高值条带,这是由北赤道逆流从其源区携带的和新几内亚海岸潜流携带的营养物质共同影响下形成的,棉兰老冷涡上升流也会对其营养盐供给产生较大影响。厄尔尼诺事件发生时,热带西太平洋西风事件增多,北赤道逆流增强,大量表层水东移,研究区海平面降低,深水向浅层补给增加,深层冷水上抬,共同增强的北赤道逆流、新几内亚海岸流、新几内亚海岸潜流和棉兰老冷穹上升流将更多的养分从水平和垂直层面输送到海面,导致海面叶绿素浓度和原位有机碳总量显著增加。拉尼娜事件发生时,北赤道逆流影响区生态水文气候条件变化与厄尔尼诺事件发生时的变化特征几乎相反,但其变化程度弱于厄尔尼诺时期,共同减弱的北赤道逆流、新几内亚海岸潜流和棉兰老冷穹上升流使从水平和垂直层面输送到海面的养分显著减少,导致海面叶绿素浓度和原位有机碳总量显著降低。本文提出了北赤道逆流影响区水文生态气候条件演化对厄尔尼诺事件和拉尼娜事件的响应机制模型,这有利于进一步分析ENSO循环在局地生态效应和水文气候演化中的作用,对认识全球气候变化对物质循环的影响具有重要意义。
珊瑚礁冠层水动力学问题研究综述
姚宇, 周宝宝
当前状态:  doi: 10.12284/hyxb2024002
摘要(80) HTML全文(17) PDF 1499KB(21)
摘要:
珊瑚礁冠层水动力学的研究不仅对维护珊瑚礁生态系统的健康以及生态修复具有指导意义,还能为在台风浪等极端波浪影响下的海岸带防灾减灾提供决策依据,也对预测珊瑚礁上的泥沙输运和珊瑚礁海岸线演变具有重要的参考价值。本文回顾了珊瑚礁冠层水动力学的研究现状,从冠层内外流动特性、冠层阻力特性及冠层阻力的模拟方法3个方面对当前该领域的研究进展进行了系统的综述,并提出未来冠层内外流动特性的研究可关注更复杂的波浪或波流共同作用下的水动力特性,冠层阻力特性应充分考虑冠层骨架结构的各向异性,冠层阻力的模拟可采用直接求解基于Navier-Stokes方程来复现冠层尺度下的精细化流场。
CO2驱动的海水酸化对菲律宾蛤仔组织、免疫和抗氧化酶活及转录水平的影响
林毅, 陈强, 周思顺, 孔鲁闽, 黄张帆
当前状态:  doi: 10.12284/hyxb2024010
摘要(74) HTML全文(42) PDF 2364KB(9)
摘要:
随着CO2的大量排放,海洋酸化效应不断加重,为探究未来海水酸化情况对菲律宾蛤仔产生的影响,设置对照组(pH为8.1)和酸化组(pH为7.7、7.1和6.4),研究周期为42 d,测定菲律宾蛤仔在酸化条件下组织结构、免疫和抗氧化酶活的变化情况,以及在分子水平上产生的影响。结果表明:菲律宾蛤仔置于酸化海水环境中,鳃丝间距随pH的降低而扩大,鳃丝纤毛黏合,水管和外套膜外表皮褶皱逐渐加深;鳃组织中酸性磷酸酶(ACP)和超氧化物歧化酶(SOD)活性变化情况为先降后升,碱性磷酸酶(AKP)活性各组变化趋势不同,总抗氧化能力(T-AOC)、过氧化氢酶(CAT)和溶菌酶(LZM)活性趋势为先升后降;鳃和内脏团谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性变化规律皆为持续上升;内脏团组织中LZM活性变化趋势各不相同,ACP活性变动趋势为先降后升,AKP、SOD和CAT活性变化规律为先升后降,T-AOC趋势为持续下降;通过转录组的分析得到,鳃组织GO功能主要富集在DNA整合、膜的组成部分和RNA定向DNA聚合酶活性等条目中,KEGG通路主要富集在吞噬体和与蛋白合成的相关通路中。海水酸化使菲律宾蛤仔组织呈现不同程度的损伤,破坏其内环境稳态,改变其代谢水平和与免疫相关基因表达,引发菲律宾蛤仔染病乃至死亡的风险上升。
基于质量谱模型评估捕捞对蜈支洲岛海洋牧场鱼类群落的影响
乔家乐, 栗小东, 李建龙, 夏锴铭, 刘琦, 王迎宾
当前状态:
摘要(178) HTML全文(70) PDF 1163KB(30)
摘要:
基于生态系统的渔业管理的理念已得到广泛认同,但其在海洋牧场建设中的应用仍非常少见。本研究根据2020-2021年在蜈支洲岛海域开展的渔业资源底拖网调查数据,构建了海洋牧场质量谱模型(SSM),反映了海洋牧场中食物网的复杂结构以及种间的相互作用,以评估捕捞对海洋牧场鱼类群落的影响。研究通过对两种管理策略(单物种管理和多物种管理)的模拟,分析了特定种类的捕捞死亡率的改变对鱼类群落产生的影响,并利用群落总生物量、质量谱斜率、平均最大体重、平均体重和大型鱼类指数5种群落生态指标监测了鱼类群落的特征状态。单物种管理策略结果显示,蜈支洲岛海洋牧场生态系统呈现下行控制效应,肉食性鱼类对浮游生物食性鱼类存在着强烈的调控作用。捕捞死亡率变化后,不同物种间竞争捕食等复杂的相互作用产生营养级联效应。多物种管理策略结果显示,灰海鳗(Muraenesox cinereus)的捕捞死亡率对群落质量谱斜率影响最大,大头狗母鱼(Trachiocephalus myops)和灰海鳗的捕捞死亡率对鱼类群落生物量和群落结构及功能的影响最大。研究结果对于保护和维持鱼类群落稳定方面具有重要意义,能够帮助管理者更好地了解捕捞死亡率变化对鱼类群落产生的潜在影响,从而根据物种对渔业的重要性制定可行且有效的保护和管理策略。
台风利奇马登陆青岛时黄海北部一次海雾过程的观测分析
王倩, 时晓曚, 张苏平
当前状态:
摘要(121) HTML全文(83) PDF 5365KB(31)
摘要:
利用多种观测数据、再分析数据和后向追踪模式,分析了2019年9号台风Lekima影响黄海北部期间发生的一次海雾过程,结果表明台风影响下的环流形势是此次海雾形成并影响沿海的决定性因素。来自黄海南部的暖湿气团在台风中心右侧较冷的海面凝结成雾,台风中心右侧区域的偏南气流不仅使黄海南部的暖湿空气不断向北输送,为海雾的形成和发展提供充足的水汽,同时其从黄海西岸带来的暖气团和台风中心区域的下沉气流在雾区上空形成了显著逆温层,在大气边界层内形成了“上稳下湍”的层结结构,也有利于海雾在岸滨及内陆地区的维持和发展。而台风后部水平风转向和台风中心外围增强的水平风加强了大气边界层底部的垂直风切变,从而导致的湍流混合增强和大气边界层稳定度下降是引发海雾消散的重要原因。
巴厘岛海域海洋内波的卫星遥感观测与数值模拟分析—4·21印尼潜艇失事事件原因初探
梁建军, 贾童, 蔡夕方, 李晓明
当前状态:
摘要(427) HTML全文(237) PDF 951KB(90)
摘要:
基于巴厘岛北部海域海洋内波卫星遥感观测与数值模拟结果,本文对4·21印尼潜艇失踪事件原因进行了初步分析。结果表明,在印尼潜艇失事海域和时间,源于龙目海峡的海洋内波向北传播并广泛分布于巴厘岛北部海域,振幅可达50 m。潜艇很可能遭遇了大振幅海洋内波发生“掉深”而导致失事。
林丽娜, 陈红霞, 刘娜
当前状态:
摘要(890)
摘要:
东海南部海洋初级生产力与鲐鱼资源量变动关系的研究
官文江, 陈新军, 高峰, 李纲
当前状态:
摘要(2775)
摘要:
海洋初级生产力决定海洋渔业资源的潜在产量,我国应用海洋初级生产力方法估算渔业资源量亦已取得不少研究成果,但海洋生态系统中的营养控制机制复杂多样,将影响海洋初级生产力与鱼类资源量的关系。本文利用中国大型灯光围网渔业在东海南部渔场的鲐鱼(Scomber japonicus)捕捞数据与海洋净初级生产力的遥感资料分析了鲐鱼资源量变化与净初级生产力的关系,探讨了其生态系统营养控制机制。研究结果表明,净初级生产力与标准化CPUE(Catch Per Unit Effort)不存在显著的线性关系(P>0.05),但呈显著非线性关系(P<0.05),且这种非线性关系表现为倒抛物线,即鲐鱼资源量随净初级生产力的增加而提高,但当净初级生产力进一步增加,鲐鱼资源量则呈下降趋势。净初级生产力与标准化CPUE呈显著的倒抛物线关系表明生态系统存在上行控制机制,但并非受该机制完全控制。种间竞争或浮游动物资源量的变动均可能引起鲐鱼资源的相对丰度与净初级生产力呈倒抛物线关系。
封面
 2023 年 12 期封面
2023, 45(11).  
摘要(14) PDF 3699KB(0)
摘要:
目次
2023 年 12 期目次
2023, 45(12): .  
摘要(5) HTML全文(2) PDF 1002KB(2)
摘要:
物理海洋、海洋气象、海洋物理
南海北部的春季流场季节内变异个例分析
刘雪, 梁楚进, 蔺飞龙
2023, 45(12): 1-12.   doi: 10.12284/hyxb2023173
摘要(70) HTML全文(23) PDF 22079KB(18)
摘要:
在南海北部,与中尺度涡相关的季节内变异特征十分显著,通过比较不同时期流场的季节内变异特征,有助于揭示不同动力不稳定中尺度涡对季节内活动的影响。本文以南海北部2009年春季和2020年春季为例,分析了两个时期中尺度涡的动力不稳定性,从而探究季节内变异特征。基于潜标实测流速数据,本文进行了动能谱分析,结果显示这两个时期的流场季节内变异具有相似特征,显著周期分别为10~60 d和30~90 d。季节内信号主要出现在200 m以上的上表层水域,其中30~90 d的季节内流是对应观测期间的主要季节内成分。滞后回归分析和动力不稳定性的计算表明,2009年春季的季节内变异受移动快但强度弱的表层中尺度涡影响,动力不稳定性由斜压不稳定和正压不稳定共同调制;而2020年春季的季节内变异是受强斜压性的中尺度涡影响,通过流速垂向切变增强,从而较快地触发流场季节内变异的发生。本文研究结果有助于深入了解中尺度涡对南海北部季节内活动的影响机制,为海洋动力学和气候研究提供了重要的参考和理论基础。
波浪运动在底边界层的湍流结构数值研究
张炫, 郑金海, 张弛
2023, 45(12): 13-24.   doi: 10.12284/hyxb2023161
摘要(153) HTML全文(30) PDF 2384KB(34)
摘要:
本文基于\begin{document}$ k $\end{document}-\begin{document}$ \varepsilon $\end{document} 模型研究了波流边界层内湍流结构特征。研究结果表明,时均流速分布数值解与实验结果高度吻合。一个波周期内湍流结构特征(如:涡量、湍动能、湍动能耗散率等)呈周期性变化规律,波浪作用引起涡量、湍动能及湍动能耗散率均在减速阶段减小,在波谷处达到最低值,而后在加速阶段增大,并在波峰处达到最大值。近壁面处湍流结构变化幅值较大(湍动能耗散率变化可达53%),远离壁面处变化幅值较平均值较小(仅3%)。波流边界层厚度在减速阶段增加,在加速阶段减小。本文所建立的数值模型克服了现有模型因采用“高雷诺数方法”引起的近壁区精度不高问题,可较好地描述波浪作用下湍流结构演变过程的物理机制,为河口海岸地区泥沙运动、岸滩演变及海洋可再生能源的开发利用提供一些指导意义。
海洋地质
基于重、磁数据的珠江口盆地构造格局研究
何泽洋, 白志钊, 王万银, 李林致, 张义蜜, 陈莹, 何涛, 马瑞云
2023, 45(12): 25-43.   doi: 10.12284/hyxb2023165
摘要(30) HTML全文(14) PDF 14671KB(3)
摘要:
珠江口盆地位于南海北部大陆边缘,横跨了华南大陆架、大陆坡以及洋陆过渡带地区,其构造演化十分复杂。随着勘探程度的加深,珠江口盆地的边界也一直发生着变化,盆地南部边界存在争议。本文基于卫星重力异常数据和磁力异常数据,重新研究了珠江口盆地的断裂及火成岩分布,并以高精度地震数据为约束反演了研究区新生界深度,根据处理的结果对研究区构造单元进行了调整。研究结果显示,研究区的NEE、NE和NW向断裂较为发育,且在本次研究中新识别出4条断裂;火成岩平面位置整体走向为NEE向,但不同区域走向存在区别:在盆地西部有近EW向火成岩,盆地中部火成岩为NWW向,而盆地东部火成岩部分为近EW向;在构造单元中将阳江凹陷根据重力和新生界特征分成了阳江西凹陷和阳江东凹陷,并删去了文昌D凹陷和文昌E凹陷。NW向的北卫滩断裂与阳江−一统断裂一起将盆地分为西部、中部和东部3个部分,此3个部分的断裂走向、火成岩平面位置和新生界厚度及构造单元都有所不同。本次同时对珠江口盆地断裂、火成岩和构造单元进行研究,旨在对后续盆地研究和油气突破提供地球物理支撑。
莺歌海盆地新生代构造沉积演化及动力学机制分析
蒋国忠, 谢辉, 赵中贤, 石红才, 潘荟
2023, 45(12): 44-57.   doi: 10.12284/hyxb2023103
摘要(48) HTML全文(24) PDF 3021KB(7)
摘要:
南海西北陆缘构造演化极其复杂,受到红河断裂、海南地幔柱和南海形成演化等多种因素的控制。莺歌海盆地位于南海西北部,发育了巨厚的新生代沉积物,详细记录了南海西北陆缘新生代的演化历史。但是莺歌海盆地新生代以来主要受到何种构造因素的控制目前还不太清楚。本文在莺歌海盆地较为均匀地选择了7口钻井和23口模拟井,通过空盆构造沉降方法重建了莺歌海盆地的构造沉降量、构造沉降速率和沉积速率,同时运用重力反演方法模拟了莺歌海盆地深部地壳结构,并结合前人研究成果进行了综合分析。结果发现莺歌海盆地在裂陷期(45~23 Ma BP),盆地北部和中部沉降速率较大,南部沉降速率较小;在裂后期(23~0 Ma BP), 盆地北部和中部沉降速率存在两期“台阶式”上升,分别为23~11.7 Ma BP和11.7 Ma BP至今,北部裂后期构造沉降速率最大可达80 m/Ma,中部最大可达110 m/Ma;南部地堑和隆起裂后期分别在11.7~5.7 Ma BP和15.9~11.7 Ma BP构造沉降速率最大可达70 m/Ma。莺歌海盆地新生代整体上表现为沉降速率与沉积速率变化基本一致,说明构造沉降对沉积速率具有显著的控制作用。重力反演发现莺歌海盆地可能存在下地壳高密度异常体,结合盆地沉积物内部钻遇玄武岩,我们推测下地壳高密度异常体为基性侵入体。通过与南海周边其他沉积盆地沉降速率对比发现,几乎所有盆地都在中中新世−晚中新世(15.9~11.7 Ma BP)发生了加速沉降事件,我们认为这可能跟南海海盆停止扩张导致大陆边缘次生地幔对流消失有关。莺歌海盆地5.7 Ma BP至今的加速沉降则可能与红河断裂右旋走滑活动有关。
基于放射性核素的沉积物源识别技术探索与优化—以红树林−海草床−珊瑚礁系统为例
林武辉, 杜陨峰, 余克服, 杜金秋, 莫珍妮, 李英花, 何贤文, 莫敏婷
2023, 45(12): 58-66.   doi: 10.12284/hyxb2023175
摘要(53) HTML全文(18) PDF 1816KB(6)
摘要:
物质来源是沉积学研究的关键问题。沉积地球化学是沉积学的重要研究手段,放射性核素在沉积地球化学中的应用探索仍较为匮乏。本研究利用高纯锗γ谱仪同时测量红树林、海草床、珊瑚礁三大典型生态系统的沉积物中天然放射性核素(238U、226Ra、228Ra、40K),分析3种生态系统的沉积物中放射性核素分布特征,探索基于放射性核素的一维视角下活度特征、二维视角下核素对与活度比值、三维视角下三角图解的指纹表征技术,识别沉积物中不同物质的来源,并尝试推广至中国不同海域。本研究强调三维指纹表征技术—基于核素活度的238U-232Th(228Ra)-40K/10三角图解可以综合展示3种放射性核素的活度大小、组成比例、空间分布等信息,指出238U-232Th(228Ra)-40K/10三角图解可能是沉积物中物源识别的一种优化方法,可为沉积地球化学研究中的现有代用指标工具库提供有益补充。
雷州半岛南部海滩沉积物单一样和平行样粒度分布信息的对比
李高聪, 陈洁花, 仝长亮, 王中铎, 王华强, 唐杰平, 李志强, 周亮
2023, 45(12): 67-79.   doi: 10.12284/hyxb2023157
摘要(65) HTML全文(30) PDF 1929KB(19)
摘要:
前人已开展了大量的关于沉积物粒度测试、数据分析与信息提取工作,但针对所采集的沉积物样品是否具有代表性的研究仍较为罕见。基于众数、中值粒径、粒级组分含量、沉积物类型和粒度参数等指标,本文对比分析了雷州半岛南部海滩30组沉积物平行样的粒度分布参数的定量和定性结果的异同、相关性和一致性。研究结果表明:(1)平行样的众数、中值粒径和粒级组分含量均表现出一定程度的差异性;(2)平行样的偏态和峰态特征值差异较为明显,P1平均值分别为–2.90~–1.53和11.23~21.59,P2为–2.55~–1.52和11.23~21.59,P3为–2.81~–1.86和13.41~27.69;(3)粒度参数的数值结果有约2/3的组合呈不相关关系(R2 ≤ 0.29);(4)分选系数、偏态和峰态分别有1/3、1/2和4/15的定性结果存在差异。沉积物粒度分布信息的空间异质性和样品采集的随机性是上述差异的主要原因。为了尽可能消除样品采集的随机性和刻画粒度分布信息的时空异质性,建议未来样品采集时同时采集平行样。本文提供了一个以海滩沉积物为研究对象的平行样粒度参数结果对比的典型案例,结果有助于提升对沉积物样品有效采集策略方面的认识。
岬湾海滩灾后恢复过程与主控影响因子研究—以澳洲Narrabeen海滩为例
冯曦, 毛雅诗, 周嬴涛
2023, 45(12): 80-91.   doi: 10.12284/hyxb2023159
摘要(75) HTML全文(29) PDF 2203KB(18)
摘要:
位于澳洲悉尼附近的Narrabeen海滩经历着较频繁的风暴浪侵袭,在鲜有人工干预下,该海滩具有从风暴期间的沙坝剖面到常浪期稳定的滩肩剖面交替演变的自适应特征。为探明Narrabeen海滩在经历风暴浪后的自恢复动力,本文通过该海滩多年连续实测资料,分析典型风暴浪过后海滩剖面在常浪作用下的演变规律以及在恢复过程中的主要水动力要素。研究结果表明:Narrabeen海滩的恢复速率存在沿岸差异,沙滩中部恢复速率最快;在常年SE浪向主导下,小波高长周期波浪对北部以及中部剖面的恢复起促进作用,而潮动力对南部剖面在恢复期内的动态响应调控作用更强。本文据此提出考虑潮差的累积波能概念,发现其与南部海滩恢复能力间有良好的相关性。经调查,地形造成的浪向变化以及各剖面的地质地貌特征是造成该岬湾海滩恢复效率和恢复动力空间差异性的主要原因。此外,从年际时间尺度看,风暴剖面的恢复能力还受控于南方涛动因子。本文的研究方法和结论可为在极端海洋动力下岬湾海滩的防灾减灾和灾后修复提供有益借鉴。
海洋生物
涠洲岛海域美丽鹿角珊瑚和秘密角蜂巢珊瑚的性腺发育研究
韦芬, 崔梦瑶, 余克服, 黄雯, 张媛媛, 曾心茹, 魏鹏辉, 潘晓媛
2023, 45(12): 92-100.   doi: 10.12284/hyxb2023177
摘要(6) HTML全文(3) PDF 3532KB(1)
摘要:
性腺发育是造礁珊瑚有性繁殖的重要过程,珊瑚会在性腺发育成熟后待环境适宜时进行大规模排卵。了解造礁珊瑚的性腺发育过程对预测其排卵时间具有重要的意义,但目前尚未有关于涠洲岛海域造礁珊瑚性腺发育的报道,且该海域造礁珊瑚的排卵时间也不明确。因此,本文于2021年9月至2022年5月,以涠洲岛海域的美丽鹿角珊瑚(Acropora formosa)和秘密角蜂巢珊瑚(Favites abdita)为研究对象,观察其在自然海域的性腺发育过程及排卵时间。结果显示,在自然海域美丽鹿角珊瑚的卵母细胞从9月开始发育,约经9个月发育成熟,精巢从11月开始发育,经2~3个月成熟;秘密角蜂巢珊瑚的卵母细胞在10–11月间开始发育,经7~8个月发育成熟,精巢发育周期为1~2个月;2种珊瑚的配子均在2022年5月份同步成熟,并于2022年5月19–22日(农历四月十九至二十二日)间观察到了室内2种珊瑚的排卵行为,与其在自然海域的排卵时间基本一致。基于上述证据,本文推测涠洲岛海域美丽鹿角珊瑚和秘密角蜂巢珊瑚主要的排卵时间在农历四月十五日前后。本研究为涠洲岛造礁珊瑚的繁殖生物学提供了宝贵的信息,为进一步利用其有性繁殖进行珊瑚礁的生态修复等提供了理论依据。
缢蛏生物钟基因Tim的鉴定、昼夜表达模式及对性激素分泌的影响
郦琪钧, 郑向阳, 柳燕子, 严玉箫, 陈妍蕾, 姚韩韩, 董迎辉
2023, 45(12): 101-111.   doi: 10.12284/hyxb2023181
摘要(67) HTML全文(25) PDF 3676KB(15)
摘要:
TimTimeless)是继Per基因发现后的第2个核心生物钟基因,在动物繁殖调控中发挥重要作用。为探讨生物钟基因Tim对缢蛏夜间产卵的调控作用,本研究克隆了缢蛏Tim基因的cDNA全长序列并进行序列分析,利用qRT-PCR和免疫荧光技术研究了Tim基因/蛋白在不同组织中的昼夜表达模式,并用siRNA干扰技术初步研究了Tim基因对性激素分泌的影响。结果显示,缢蛏Tim基因开放阅读框序列为3 090 bp,编码1 029个氨基酸,具备3个保守结构域(TIMELESS superfamily、TIMELESS_C和FIil);Tim基因在缢蛏各个组织中均有表达,其中在肝胰腺、水管、卵巢、精巢中的表达水平较高;Tim基因在卵巢和精巢中呈现昼夜规律性表达,均在白天12:00–18:00较高,夜间00:00–06:00较低;Tim蛋白主要定位在肝胰腺的肝细胞、水管末端的上皮细胞、卵巢的成熟卵母细胞及精巢的精子细胞中,且在卵巢和精巢中的阳性信号均是白天12:00稍强于夜间00:00;siRNA干扰后,Tim基因在精巢、卵巢中的表达量均在干扰后第3~7 天显著下降(P < 0.05),而精巢中睾酮和卵巢中雌二醇含量均在干扰后第1~9 天极显著下降(P < 0.01)。由此可见,Tim基因/蛋白在精巢和卵巢中的表达均呈昼夜规律性变化,并且其被干扰后性激素含量显著降低,推测Tim基因可能通过介导性激素的分泌进而调控缢蛏夜间产卵过程。本研究初步探讨了缢蛏生物钟基因Tim的昼夜表达模式及其对性激素分泌的影响,将对深入解析贝类产卵机制和优化工厂化育苗技术具有重要应用价值。
海洋信息科学
机载多普勒散射计海风海流联合反演研究
赵文成, 林文明, 何宜军, 鲍青柳
2023, 45(12): 112-120.   doi: 10.12284/hyxb2023169
摘要(64) HTML全文(21) PDF 3687KB(12)
摘要:
多普勒散射计能够获取海面后向散射系数和多普勒频移,从而实现海面风场和海表流场的同步观测。本文基于机载多普勒散射计的观测数据,对多普勒散射计海面风场和海表流场联合反演模型进行研究,并与风场流场独立反演结果进行对比。结果表明,联合反演的流场精度显著优于独立反演结果;然而以欧洲中期天气预报中心的海面风场为参考时,联合反演风场的精度略低于独立反演结果。这说明多普勒频移信息对海面风场反演的贡献不太显著,但雷达后向散射系数信息(即风场)对流场反演有积极的作用,通过联合反演算法能够更有效地消除海面风场对流场反演的影响。研究结果有助于进一步理解海面风场和海表流场反演时的相互影响,并为星载多普勒散射计的数据处理提供了参考。
1983–2022年南极夏季海冰区反照率的反转变化特征分析
柯长青, 李海丽, 沈校熠
2023, 45(12): 121-132.   doi: 10.12284/hyxb2023107
摘要(60) HTML全文(26) PDF 2546KB(16)
摘要:
海冰区反照率会影响辐射收支平衡,对全球气候变化有着重要影响。利用遥感反演的反照率数据产品分析了1983–2022年南极及其6个海域夏季海冰区反照率的时空变化,探讨了海冰密集度、气温和大气环流与海冰区反照率的关系。结果表明,卫星反演的南极夏季海冰区反照率与实测反照率结果一致。西威德尔海海冰区多年平均反照率最高(0.61),罗斯海最低(0.45)。南极夏季海冰区反照率经历了先上升(1983–2015年)后快速下降(2015–2022年)的变化。除了别林斯高晋海–阿蒙森海海冰区反照率前后两个时段均下降外,其余5个海域和南极一样出现了变化趋势的反转。南极海冰区反照率与海冰密集度显著正相关,而与气温显著负相关。1983–2015年夏季气温降低,海冰消融减弱,海冰密集度微弱上升(0.03%/a),海冰面积平均每10年增加2.07 × 105 km2,导致反射的太阳辐射增多,反照率也微弱上升。2015–2022年夏季气温升高,海冰消融加剧,冰间水道和开阔水域增多,海冰密集度下降,海冰区吸收更多的太阳辐射,造成反射辐射减小,因而海冰区反照率快速下降。此外,南极环状模也是影响罗斯海和威德尔海海冰区反照率变化的因素之一。
基于变分法评估卫星海面信息对重构三维温盐及声场特性的影响
张明琪, 徐永生, 张庆君, 张利强, 向亮, 郭平, 杨亮, 黄超, 孙晗伟
2023, 45(12): 133-144.   doi: 10.12284/hyxb2023163
摘要(67) HTML全文(26) PDF 2604KB(14)
摘要:
基于卫星海面观测重构水下三维温盐场并获取声场特性的研究,在军事海洋等领域具有重要的实践应用价值,但其效果不但受到重构方法的影响,而且随所利用的卫星海面观测信息的不同而改变。本研究基于美国海军最新研发的利用变分法的温盐场重构,研究了利用卫星海面高度、海面温度或二者联合数据,及考虑温盐垂向梯度对重构三维温盐及声场特性的影响。结果发现,集合了海表温度、海表高度和温盐垂直梯度3个约束项的重构方案精度最高,其重构温度场和盐度场的平均误差分别为1.08℃、0.11,该方案也能更好地捕捉温盐场的空间特征。通过分析不同方案的空间特征,海面温度主要作用于捕捉混合层以浅区域的温盐特征,这对表面声学层(Sound Layer Depth, SLD)的影响较大;海面高度和温盐场的垂直梯度对混合层以深区域的反演精度都有较高提升,能够影响整个声速剖面的准确性。根据声学特征分析, SST、SSH与温盐垂直梯度同时约束时,SLD以浅声速与HYCOM相差最小,约为1 m/s;没有梯度约束时,SLD与HYCOM相差约为1.5 m/s,未能很好地反映海表面声道特征;表明声道特征对海表温度与梯度约束均较为敏感。
基于海底回波增强的机载LiDAR测深水体旅行时提取算法
张一衡, 于孝林, 亓超, 宿殿鹏, 王志良, 任国贞
2023, 45(12): 145-155.   doi: 10.12284/hyxb2023167
摘要(51) HTML全文(28) PDF 2878KB(11)
摘要:
机载LiDAR测深(Airborne LiDAR Bathymetry, ALB)技术具有高精度、高效率、强机动性、水陆两用等优势,特别适合海岸带、海岛礁等浅水海域复杂地形的快速探测。激光穿透水体时能量将迅速衰减,导致部分海底回波难以有效提取,海底真实位置判别困难。为此,本文提出一种基于回波增强的机载LiDAR测深水体旅行时提取算法。通过Gold去卷积算法来恢复目标横截面形状,确定海底初始回波范围;随后采用双指数函数拟合水体后向散射有效范围,进而求取波形漫衰减系数Kd值;最后结合海底激光雷达方程,利用Kd值对海底初始回波范围内波形进行增强,并利用高斯函数分解增强后回波,确定海底位置参数,从而实现ALB波形的水体旅行时提取。利用青岛胶州湾RIEGL VQ-840-G ALB实验数据对本文算法的可行性进行验证,将本文算法与理查德森-露西(Richardson-Lucy,RL)去卷积模型、峰值探测模型进行了比对,结果表明本文算法与单波束同名点之间高程误差的均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)为18.5 cm,较上述两种算法分别降低了29.9%、41.4%。因此,本文算法具有可行性,能够满足ALB波形的水体旅行时高精度提取,可为机载LiDAR测深数据精细化处理提供一定技术支撑。
基于集成GCN-Transformer网络的ENSO预测模型
杜先君, 李河
2023, 45(12): 156-165.   doi: 10.12284/hyxb2023155
摘要(155) HTML全文(59) PDF 1956KB(21)
摘要:
厄尔尼诺−南方涛动(El Niño-Southern Oscillation, ENSO)是热带太平洋海表面温度发生异常的现象,会导致冰雹、洪水、台风等极端天气的出现,因此对ENSO的准确预测意义重大。本文设计了集成GCN-Transformer(GCNTR)模型,首先运用Transformer网络的全局特征聚焦能力对数据特征进行编码,然后结合GCN提取图数据特征的能力,最后引入特征融合门控机制将经过编码的特征和GCN提取的特征进行融合,实现ENSO的精确预测。结果表明,GCNTR模型实现了对ENSO提前20个月的预测,比ENSOTR多了3个月,比Transformer多了5个月,并且模型绝大部分的预测精度优于其他模型。与现有的方法相比,GCNTR模型能够实现对ENSO更好的预测。
基于光谱特征的HY-1C/D卫星赤潮探测方法—以红夜光藻为例
王义衎, 刘荣杰, 刘建强, 丁静, 叶小敏, 赵鑫, 宋冬梅, 马毅
2023, 45(12): 166-178.   doi: 10.12284/hyxb2023179
摘要(51) HTML全文(19) PDF 5856KB(18)
摘要:
红夜光藻是我国主要的赤潮优势种,在渤海、黄海、东海和南海均有发生。近年来,红夜光藻赤潮发生频率明显上升,监测需求迫切。但红夜光藻赤潮发生具有分布范围广、变化速度快、多呈条带状分布的特点,其探测对卫星影像空间分辨率、覆盖范围和重访周期要求高。虽然水色卫星在赤潮监测中发挥了重要作用,但其空间分辨率低,无法准确探测条带状分布的红夜光藻赤潮。海洋一号C、D(HY-1C/D)卫星搭载的海岸带成像仪(Coastal Zone Imager,CZI)以其高空间分辨率、大幅宽和短重访周期的优势,被越来越多地用于赤潮监测。现有的红夜光藻赤潮HY-1C/D CZI探测模型大多基于深度学习方法,需要大量赤潮样本,但赤潮样本获取困难,影响模型的精度。因此,本文以2022年3月发生在广东省汕尾市红海湾的红夜光藻赤潮为例,分析了红夜光藻赤潮光谱特征,基于红夜光藻赤潮在红光和近红外波段的高反射特性和浑浊水体在绿光波段的高反射特性,构建了一个面向HY-1C/D CZI的红夜光藻赤潮探测方法。实验结果表明,该方法可以有效地探测赤潮,并避免浑浊水体的干扰,精确率和F1-Score达到89.72%和0.90。而且,该方法具有较好的适用性,可适用于不同海洋环境、不同宽波段卫星传感器的红夜光藻赤潮探测。
海洋技术
考虑海水强跃层特征的MVP系统盐度剖面校正方法试验
李洪臣, 陈希, 毛科峰, 王鹏皓, 李明
2023, 45(12): 179-192.   doi: 10.12284/hyxb2023171
摘要(41) HTML全文(28) PDF 10267KB(5)
摘要:
走航式海洋剖面测量系统(Moving Vessel Profiler,MVP)具有空间高分辨率温盐剖面探测的优势,但由于采用无泵型CTD进行温盐测量,对测量数据进行传感器响应时间匹配和热惯量校正处理是其数据应用的重点和难点。本文针对现有热惯量校正方法在强温跃层处仍然存在盐度尖峰的局限性,提出一种基于测量温度梯度廓线分析的分层热惯量校正参数寻优方法,校正温度和电导率,进而校正盐度剖面。利用西太平洋某航次实测数据进行试验,结果表明,该方法显著降低了MVP上下行测量剖面的盐度差异,盐度尖峰基本被剔除,特别是温跃层处得到明显改善,上下行剖面的平均绝对盐度差从0.031降低到0.016 1,总体的盐度误差减小48.1%,验证了本文提出的MVP盐度剖面校正方法的合理性。