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摘要:
对于细长杆件上的受力，工程上大多是通过Morison方程来计算波浪荷载。由于以往求解波浪力的Morison方程大部分都是简化方程，将桩体假设为刚体，没有考虑到桩体的弹性变形。基于径向基函数这一无网格方法，将考虑了桩体弹性变形的Morison方程和动力平衡方程联立求解，得到单桩在波浪荷载作用下的波浪力和动力响应，并将其与规范方法和以往的文献方法作对比，验证了此方法的准确性。将此方法应用于实际工程案例，可得到最不利工况下工作平台的动力响应。径向基函数计算简便，易于掌握，可将其应用于实际工程中，为以后的海上结构物计算提供了一个新的方向。
对于细长杆件上的受力，工程上大多是通过Morison方程来计算波浪荷载。由于以往求解波浪力的Morison方程大部分都是简化方程，将桩体假设为刚体，没有考虑到桩体的弹性变形。基于径向基函数这一无网格方法，将考虑了桩体弹性变形的Morison方程和动力平衡方程联立求解，得到单桩在波浪荷载作用下的波浪力和动力响应，并将其与规范方法和以往的文献方法作对比，验证了此方法的准确性。将此方法应用于实际工程案例，可得到最不利工况下工作平台的动力响应。径向基函数计算简便，易于掌握，可将其应用于实际工程中，为以后的海上结构物计算提供了一个新的方向。
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doi: 10.12284/hyxb2024105
摘要:
伴随涡旋演变运动的内部水体结构的实时变化，一直是深入研究中尺度涡生态效应的重要影响因素之一。本文以黑潮−亲潮交汇区的3个涡旋为例，基于卫星高度计与Argo剖面资料，利用梯度依赖最优插值方法进行了涡旋实时内部结构的构建试验，并通过与卫星观测、现场调查，以及数值模拟等数据的对比验证，系统评估了该方法在构建涡旋实时结构的可靠性和有效性。结果表明，基于构建结果计算的3个涡旋表层地转流的速度量级与卫星观测的速度量级相一致；基于构建结果计算的地转流与ADCP（Acoustic Doppler Current Profiler, ADCP）实测数据相比，发现涡心位置与ADCP观测的速度转向位置一致；构建结果等密度线的起伏形状和振幅均与对应的XCTD（Expendable Conductivity-Temperature-Depth, XCTD）现场观测相吻合；此外，数值模式数据与构建得到的涡心和涡旋平均半径基本一致。故，梯度依赖最优插值方法是一种很有希望表示涡演化过程中实时内部特征的技术。
伴随涡旋演变运动的内部水体结构的实时变化，一直是深入研究中尺度涡生态效应的重要影响因素之一。本文以黑潮−亲潮交汇区的3个涡旋为例，基于卫星高度计与Argo剖面资料，利用梯度依赖最优插值方法进行了涡旋实时内部结构的构建试验，并通过与卫星观测、现场调查，以及数值模拟等数据的对比验证，系统评估了该方法在构建涡旋实时结构的可靠性和有效性。结果表明，基于构建结果计算的3个涡旋表层地转流的速度量级与卫星观测的速度量级相一致；基于构建结果计算的地转流与ADCP（Acoustic Doppler Current Profiler, ADCP）实测数据相比，发现涡心位置与ADCP观测的速度转向位置一致；构建结果等密度线的起伏形状和振幅均与对应的XCTD（Expendable Conductivity-Temperature-Depth, XCTD）现场观测相吻合；此外，数值模式数据与构建得到的涡心和涡旋平均半径基本一致。故，梯度依赖最优插值方法是一种很有希望表示涡演化过程中实时内部特征的技术。
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doi: 10.12284/hyxb2024109
摘要:
本文给出一个利用参数化公式快速计算稳态周期水波波面升高的方法。利用ABR三角级数近似表达稳态周期水波的波面升高，并通过自由表面边界条件数值计算得到ABR级数中的非线性参数数值。采用ABR级数的优点在于其形式简单、仅包含一个待定参数，便于研究该参数与波浪要素之间的参数化关系式，进而快速计算波面升高。针对不同波浪理论（Stokes波理论和椭圆余弦波理论）适用范围情况，将数值计算结果与Stokes波理论解析解、椭圆余弦波理论解析解以及傅里叶方法给出的数值精确解进行对比，讨论了新数值方法计算结果的适用性。此外，给出了利用波陡（深水情况）或厄塞尔数（非深水情况）计算ABR级数中非线性参数的拟合表达式，以便于通过当地波浪要素快速预报波面升高。最后，给出利用波面升高计算时均波浪非线性相关输沙率的方法，以便于实际工程应用。
本文给出一个利用参数化公式快速计算稳态周期水波波面升高的方法。利用ABR三角级数近似表达稳态周期水波的波面升高，并通过自由表面边界条件数值计算得到ABR级数中的非线性参数数值。采用ABR级数的优点在于其形式简单、仅包含一个待定参数，便于研究该参数与波浪要素之间的参数化关系式，进而快速计算波面升高。针对不同波浪理论（Stokes波理论和椭圆余弦波理论）适用范围情况，将数值计算结果与Stokes波理论解析解、椭圆余弦波理论解析解以及傅里叶方法给出的数值精确解进行对比，讨论了新数值方法计算结果的适用性。此外，给出了利用波陡（深水情况）或厄塞尔数（非深水情况）计算ABR级数中非线性参数的拟合表达式，以便于通过当地波浪要素快速预报波面升高。最后，给出利用波面升高计算时均波浪非线性相关输沙率的方法，以便于实际工程应用。
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doi: 10.12284/hyxb2024089
摘要:
随着海平面上升和风暴增强等气候变化的影响，快速准确地预报台风浪波高对于海岸保护和海洋灾害预防显得格外重要。本文首先基于TCWiSE模型生成大量的虚拟台风，利用SWAN数值模式计算台风期间测站处的有效波高，并构建台风浪样本数据库；然后对BO-LSTM神经网络模型的输入因素和超参数进行评估和选取，结合样本数据库对其进行训练和测试。结果表明：所构建的虚拟台风与历史台风具有很好的相似性，可以为台风浪波高智能预报模型的搭建提供充足的数据基础；所搭建的BO-LSTM模型可以快速实现单一站点处的台风浪波高智能预报，并具有媲美SWAN的预报精度，其在长时间预报场景中的预报精度显著优于RF模型和BPNN模型；将预报的未来台风数据添加到BO-LSTM模型的输入中，进一步提高了模型的预报精度和预报未来时长，其预报未来24 h的Bias、RMSE和R2分别为−0.102 m、0.494 m和0.855。研究成果为极端天气下台风浪的智能预报提供一种可行的实现途径。
随着海平面上升和风暴增强等气候变化的影响，快速准确地预报台风浪波高对于海岸保护和海洋灾害预防显得格外重要。本文首先基于TCWiSE模型生成大量的虚拟台风，利用SWAN数值模式计算台风期间测站处的有效波高，并构建台风浪样本数据库；然后对BO-LSTM神经网络模型的输入因素和超参数进行评估和选取，结合样本数据库对其进行训练和测试。结果表明：所构建的虚拟台风与历史台风具有很好的相似性，可以为台风浪波高智能预报模型的搭建提供充足的数据基础；所搭建的BO-LSTM模型可以快速实现单一站点处的台风浪波高智能预报，并具有媲美SWAN的预报精度，其在长时间预报场景中的预报精度显著优于RF模型和BPNN模型；将预报的未来台风数据添加到BO-LSTM模型的输入中，进一步提高了模型的预报精度和预报未来时长，其预报未来24 h的Bias、RMSE和R2分别为−0.102 m、0.494 m和0.855。研究成果为极端天气下台风浪的智能预报提供一种可行的实现途径。
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doi: 10.12284/hyxb2024092
摘要:
猛水蚤是分布广泛的小型底栖桡足类，在珊瑚礁区的礁石表生藻席中尤为丰富，由于其生境特殊性，目前对发育过程、培养条件的研究较少。本研究于2023年夏季在海南三亚鹿回头珊瑚礁区采集礁石表生藻席，从中分离出一种猛水蚤，经形态学鉴定其属于罗格尼猛水蚤属（Robertgurneya sp.）。在实验室内对其基本发育过程进行观察和记录，并研究了不同饵料培养方式（单种藻和混合藻）对其发育过程的影响。结果显示，罗格尼猛水蚤的成体体长为0.5～0.7 mm，生命周期为61～68 d。单次怀卵量、产卵次数、繁殖周期和生命周期在不同饵料培养下没有显著差异，但在混合藻培养下，罗格尼猛水蚤在胚胎发育期的平均卵径、孵化率、幼体存活率、无节幼虫Ⅵ期的最大体长明显高于单种藻培养组（p < 0.05），且其胚胎发育阶段和桡足幼体期的累计发育时间明显较短（p < 0.05）。研究结果表明，该猛水蚤具有较短的生命周期和较强的繁殖能力，鉴于藻席中存在丰富的底栖微藻和有机碎屑，栖息其中的猛水蚤可能能够为珊瑚礁小型鱼类等捕食者提供巨大的潜在食物资源，因此在珊瑚礁生态系统的物质循环和能量流通中发挥着重要的作用。
猛水蚤是分布广泛的小型底栖桡足类，在珊瑚礁区的礁石表生藻席中尤为丰富，由于其生境特殊性，目前对发育过程、培养条件的研究较少。本研究于2023年夏季在海南三亚鹿回头珊瑚礁区采集礁石表生藻席，从中分离出一种猛水蚤，经形态学鉴定其属于罗格尼猛水蚤属（Robertgurneya sp.）。在实验室内对其基本发育过程进行观察和记录，并研究了不同饵料培养方式（单种藻和混合藻）对其发育过程的影响。结果显示，罗格尼猛水蚤的成体体长为0.5～0.7 mm，生命周期为61～68 d。单次怀卵量、产卵次数、繁殖周期和生命周期在不同饵料培养下没有显著差异，但在混合藻培养下，罗格尼猛水蚤在胚胎发育期的平均卵径、孵化率、幼体存活率、无节幼虫Ⅵ期的最大体长明显高于单种藻培养组（p < 0.05），且其胚胎发育阶段和桡足幼体期的累计发育时间明显较短（p < 0.05）。研究结果表明，该猛水蚤具有较短的生命周期和较强的繁殖能力，鉴于藻席中存在丰富的底栖微藻和有机碎屑，栖息其中的猛水蚤可能能够为珊瑚礁小型鱼类等捕食者提供巨大的潜在食物资源，因此在珊瑚礁生态系统的物质循环和能量流通中发挥着重要的作用。
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doi: 10.12284/hyxb2024103
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孔隙结构是影响海冰力学性质的重要细观物理特征。为探究融化海冰的细观结构，在渤海盛冰期采集平整冰，并置于低温恒温环境（−1.0℃）内恒温48 h，进行CT扫描观测。确定气体−冰体−卤水的CT值阈值为−310 HU和−30 HU，对冰样CT图像进行三值化分割，识别气体和卤水孔隙，分析孔隙的二维形态特征；在此基础上进行冰样孔隙的三维重构，分析孔隙的三维形态特征。观测发现沿冰厚方向，冰样扫描断面气体面积分数为5.00%～35.93%，卤水分布不连续，面积分数最大为0.06%。气体和卤水孔隙平行冰面方向的截面形状近似圆形，圆度大于0.60。扫描断面内气体孔隙等效圆直径为1.1～3.2 mm，卤水孔隙等效圆直径为0.2～2.0 mm，且发现孔隙等效圆直径与面积分数呈正相关，与圆度呈负相关。三维结构上，根据孔隙球度（Rsph）将气体孔隙分为4种典型形态：冠状孔隙（Rsph ≤ 0.25）、不规则孔隙（0.25 < Rsph ≤ 0.45）、条状孔隙（0.45 < Rsph ≤ 0.60）和球形孔隙（0.60 < Rsph ≤ 1.00）。其中，冠状孔隙单体体积最大[平均体积（11522.8 ± 5610.2 mm3）]且数量最少，球形孔隙尺寸最小（平均直径2.0 ± 1.1 mm）且数量最多。卤水孔隙分为卤水通道（0.45 < Rsph ≤ 0.60）和卤水胞（0.60 < Rsph ≤ 1.00）。卤水通道平均长度17.1 ± 12.1 mm，卤水胞平均直径1.5 ± 0.9 mm；卤水通道数量较少，但体积占比与卤水胞相当。
孔隙结构是影响海冰力学性质的重要细观物理特征。为探究融化海冰的细观结构，在渤海盛冰期采集平整冰，并置于低温恒温环境（−1.0℃）内恒温48 h，进行CT扫描观测。确定气体−冰体−卤水的CT值阈值为−310 HU和−30 HU，对冰样CT图像进行三值化分割，识别气体和卤水孔隙，分析孔隙的二维形态特征；在此基础上进行冰样孔隙的三维重构，分析孔隙的三维形态特征。观测发现沿冰厚方向，冰样扫描断面气体面积分数为5.00%～35.93%，卤水分布不连续，面积分数最大为0.06%。气体和卤水孔隙平行冰面方向的截面形状近似圆形，圆度大于0.60。扫描断面内气体孔隙等效圆直径为1.1～3.2 mm，卤水孔隙等效圆直径为0.2～2.0 mm，且发现孔隙等效圆直径与面积分数呈正相关，与圆度呈负相关。三维结构上，根据孔隙球度（Rsph）将气体孔隙分为4种典型形态：冠状孔隙（Rsph ≤ 0.25）、不规则孔隙（0.25 < Rsph ≤ 0.45）、条状孔隙（0.45 < Rsph ≤ 0.60）和球形孔隙（0.60 < Rsph ≤ 1.00）。其中，冠状孔隙单体体积最大[平均体积（
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doi: 10.12284/hyxb2024101
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热带东南印度洋和南海北部均在地形和背景环流特征方面具有相似性，且均存在较为活跃的中尺度涡运动。本文基于卫星高度计观测，对这两个海域中尺度涡的统计特征、季节和年际变化进行了对比分析。结果表明，生成于热带东南印度洋和南海的中尺度涡数量均随其生命周期增长近似指数衰减，平均以0.2 m/s的速度向西或西南移动，但前者的平均半径更大，后者的平均振幅更强。在季节变化方面，涡动能均在北半球春季最小，在秋季最大，但热带东南印度洋涡旋生成数在夏−秋季最多，而南海北部在冬−春季最多。在年际变化方面，热带东南印度洋和南海北部涡旋活动均受到厄尔尼诺−南方涛动（ENSO）的影响，在厄尔尼诺年涡动能更强，而拉尼娜年涡动能更弱，但ENSO影响这两个海域中尺度涡的机制略有不同，前者主要通过调制印尼贯穿流，从而抑制或增强该海域斜压不稳定能量实现，而后者主要通过改变南海局地风场，从而产生风应力旋度异常实现。此外，热带东南印度洋中尺度涡还受到印度洋偶极子的影响，而南海北部中尺度涡则与印度洋偶极子之间相关较弱。
热带东南印度洋和南海北部均在地形和背景环流特征方面具有相似性，且均存在较为活跃的中尺度涡运动。本文基于卫星高度计观测，对这两个海域中尺度涡的统计特征、季节和年际变化进行了对比分析。结果表明，生成于热带东南印度洋和南海的中尺度涡数量均随其生命周期增长近似指数衰减，平均以0.2 m/s的速度向西或西南移动，但前者的平均半径更大，后者的平均振幅更强。在季节变化方面，涡动能均在北半球春季最小，在秋季最大，但热带东南印度洋涡旋生成数在夏−秋季最多，而南海北部在冬−春季最多。在年际变化方面，热带东南印度洋和南海北部涡旋活动均受到厄尔尼诺−南方涛动（ENSO）的影响，在厄尔尼诺年涡动能更强，而拉尼娜年涡动能更弱，但ENSO影响这两个海域中尺度涡的机制略有不同，前者主要通过调制印尼贯穿流，从而抑制或增强该海域斜压不稳定能量实现，而后者主要通过改变南海局地风场，从而产生风应力旋度异常实现。此外，热带东南印度洋中尺度涡还受到印度洋偶极子的影响，而南海北部中尺度涡则与印度洋偶极子之间相关较弱。
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doi: 10.12284/hyxb2024097
摘要:
冬季海冰会极大影响辽东湾地区近岸工程建筑、石油平台、船舶航行等安全生产活动。星载合成孔径雷达不受天气影响且分辨率高，可用于辽东湾海冰灾害监测。本文在深度学习模型UNet++的基础上引入卷积注意力模块（CBAM），并使用交叉损失函数来优化模型，建立辽东湾Sentinel-1 SAR图像高精度海冰检测模型（AUNet++），并与PSPNet、Deeplabv3+、DAU-Net等多种深度学习方法进行对比。实验结果表明AUNet++海冰检测方法在OA、AA、MIoU、Kappa系数4种指标上分别达到了97.56%、97.53%、95.19%、95.07%，结果优于其他深度学习方法。该方法可以在高风速的干扰下对海冰边缘、光滑冰面完成精确海冰信息提取，能够为辽东湾地区的大范围、高精度海冰检测工作提供技术支撑。
冬季海冰会极大影响辽东湾地区近岸工程建筑、石油平台、船舶航行等安全生产活动。星载合成孔径雷达不受天气影响且分辨率高，可用于辽东湾海冰灾害监测。本文在深度学习模型UNet++的基础上引入卷积注意力模块（CBAM），并使用交叉损失函数来优化模型，建立辽东湾Sentinel-1 SAR图像高精度海冰检测模型（AUNet++），并与PSPNet、Deeplabv3+、DAU-Net等多种深度学习方法进行对比。实验结果表明AUNet++海冰检测方法在OA、AA、MIoU、Kappa系数4种指标上分别达到了97.56%、97.53%、95.19%、95.07%，结果优于其他深度学习方法。该方法可以在高风速的干扰下对海冰边缘、光滑冰面完成精确海冰信息提取，能够为辽东湾地区的大范围、高精度海冰检测工作提供技术支撑。
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doi: 10.12284/hyxb2024113
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珊瑚岛礁地貌作为海岸的天然屏障，近年来由于人类活动的影响产生了不可逆的破坏。失去天然屏障的岛屿如何抵抗极端波浪的侵蚀成为了迫在眉睫的问题。本文基于波浪水槽物理模型试验，从入射波高、礁坪水深、孔隙半径等参数展开对复杂珊瑚岛礁地形附近的孤立波水动力特性研究，并从能量的角度揭示人工礁体的消波机理。试验结果表明：透空式梯形礁体能够对波浪能具有削弱作用，并加快波浪破碎；受礁体的影响波浪在通过礁体后发生局部减水，且可以降低后续在礁坪上传播的有效水深；透射系数和反射系数均随入射波高的增大而增大；随礁坪水深的增大反射系数减小，透射系数增大；反射系数随孔隙半径的增大而减小，透射系数无明显规律。透空式梯形礁体可以有效降低波浪的透射强度，实现对岛屿的防护，并且透空式梯形礁体在削弱波浪能量的同时还可以兼顾生态友好、减少结构物受力、为水体交换提供空间。
珊瑚岛礁地貌作为海岸的天然屏障，近年来由于人类活动的影响产生了不可逆的破坏。失去天然屏障的岛屿如何抵抗极端波浪的侵蚀成为了迫在眉睫的问题。本文基于波浪水槽物理模型试验，从入射波高、礁坪水深、孔隙半径等参数展开对复杂珊瑚岛礁地形附近的孤立波水动力特性研究，并从能量的角度揭示人工礁体的消波机理。试验结果表明：透空式梯形礁体能够对波浪能具有削弱作用，并加快波浪破碎；受礁体的影响波浪在通过礁体后发生局部减水，且可以降低后续在礁坪上传播的有效水深；透射系数和反射系数均随入射波高的增大而增大；随礁坪水深的增大反射系数减小，透射系数增大；反射系数随孔隙半径的增大而减小，透射系数无明显规律。透空式梯形礁体可以有效降低波浪的透射强度，实现对岛屿的防护，并且透空式梯形礁体在削弱波浪能量的同时还可以兼顾生态友好、减少结构物受力、为水体交换提供空间。
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doi: 10.12284/hyxb2024093
摘要:
气候变化背景下，区域质量海平面变化速率不一。其中，陆地向海水输送的淡水在负荷自吸效应与极移反馈共同作用下形成质量海平面的时空异质性变化，即海平面指纹，是质量海平面中的重要组成部分。本文利用三套陆地水储量异常数据，采用考虑负荷自吸效应与极移反馈的海平面方程，模拟3种情景下的海平面指纹，分别为：（1）吻合实际冰川物质平衡的情景；（2）吻合近期气候变化速率的情景；（3）仅考虑气候自然变率的情景。基于模拟结果，分析多情景下海平面指纹的演化特征，并评估其对观测质量海平面异常的贡献。研究表明：格陵兰岛、阿拉斯加、高加索及中东地区、南安第斯山脉和南极洲等地区的冰川消融主导海平面指纹的趋势项。吻合实际冰川物质平衡的情景能更好地再现观测质量海平面异常趋势项的全球分布格局，表现为与GRACE/GRACE-FO结果的空间相似系数为0.31、与测高卫星结果的空间相似系数为0.71。非冰川区域陆地水储量异常则更好地再现观测质量海平面异常的振幅项，表现为仅考虑气候自然变率情景下的海平面指纹与GRACE/GRACE-FO结果的空间相似系数为0.67、与测高卫星结果的空间相似系数为0.84。低纬海域质量海平面异常主要贡献源是海平面指纹。
气候变化背景下，区域质量海平面变化速率不一。其中，陆地向海水输送的淡水在负荷自吸效应与极移反馈共同作用下形成质量海平面的时空异质性变化，即海平面指纹，是质量海平面中的重要组成部分。本文利用三套陆地水储量异常数据，采用考虑负荷自吸效应与极移反馈的海平面方程，模拟3种情景下的海平面指纹，分别为：（1）吻合实际冰川物质平衡的情景；（2）吻合近期气候变化速率的情景；（3）仅考虑气候自然变率的情景。基于模拟结果，分析多情景下海平面指纹的演化特征，并评估其对观测质量海平面异常的贡献。研究表明：格陵兰岛、阿拉斯加、高加索及中东地区、南安第斯山脉和南极洲等地区的冰川消融主导海平面指纹的趋势项。吻合实际冰川物质平衡的情景能更好地再现观测质量海平面异常趋势项的全球分布格局，表现为与GRACE/GRACE-FO结果的空间相似系数为0.31、与测高卫星结果的空间相似系数为0.71。非冰川区域陆地水储量异常则更好地再现观测质量海平面异常的振幅项，表现为仅考虑气候自然变率情景下的海平面指纹与GRACE/GRACE-FO结果的空间相似系数为0.67、与测高卫星结果的空间相似系数为0.84。低纬海域质量海平面异常主要贡献源是海平面指纹。
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随着北极环境快速变化，北冰洋水团的分布特征也在发生改变，潜在地影响了海洋内部的物理和生物地球化学过程。本文使用最新的持续近一年的MOSAiC海洋观测数据和高分辨率GLORYS12V1再分析数据分析了MOSAiC跨欧亚海盆漂流路径上水团温度和盐度的变化特征，并探究了大西洋水入流对路径水团温盐变化的影响。结果表明：（1）沿漂流路径海洋上100 m层的温盐自阿蒙森海盆至南森海盆呈现先升高后降低的变化特征，其中盐度在0–20 m层的空间差异最大，在南森海盆出现盐度大于34的高盐水；温度在100 m层空间差异最大，0℃等温线深度在南森海盆部分海区达到100 m以浅；虽然GLORYS12V1在南森海盆对上层温度模拟偏高，但其整体上抓住了漂流路径上温盐水平和垂向的主要变化特征，模拟水平较好。（2）高温高盐的大西洋水在欧亚海盆总体呈现为逆时针的流环，且输运过程中其深度逐渐加深，决定了中上层海洋温盐水平和垂向分布的整体差异；南森海盆表层20 m的高盐特征是由于漂流路径进入斯瓦尔巴群岛北部冬季深对流的势力范围，而大风事件对漂流路径上层温盐分布差异的作用有限。（3）在南森海盆西部100 m层，GLORYS12V1模拟的大西洋水水平扩展范围偏北，造成了该处模拟温度偏高的现象，分析认为改进边界大西洋入流通量的设置或可提升再分析数据精度。
随着北极环境快速变化，北冰洋水团的分布特征也在发生改变，潜在地影响了海洋内部的物理和生物地球化学过程。本文使用最新的持续近一年的MOSAiC海洋观测数据和高分辨率GLORYS12V1再分析数据分析了MOSAiC跨欧亚海盆漂流路径上水团温度和盐度的变化特征，并探究了大西洋水入流对路径水团温盐变化的影响。结果表明：（1）沿漂流路径海洋上100 m层的温盐自阿蒙森海盆至南森海盆呈现先升高后降低的变化特征，其中盐度在0–20 m层的空间差异最大，在南森海盆出现盐度大于34的高盐水；温度在100 m层空间差异最大，0℃等温线深度在南森海盆部分海区达到100 m以浅；虽然GLORYS12V1在南森海盆对上层温度模拟偏高，但其整体上抓住了漂流路径上温盐水平和垂向的主要变化特征，模拟水平较好。（2）高温高盐的大西洋水在欧亚海盆总体呈现为逆时针的流环，且输运过程中其深度逐渐加深，决定了中上层海洋温盐水平和垂向分布的整体差异；南森海盆表层20 m的高盐特征是由于漂流路径进入斯瓦尔巴群岛北部冬季深对流的势力范围，而大风事件对漂流路径上层温盐分布差异的作用有限。（3）在南森海盆西部100 m层，GLORYS12V1模拟的大西洋水水平扩展范围偏北，造成了该处模拟温度偏高的现象，分析认为改进边界大西洋入流通量的设置或可提升再分析数据精度。
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doi: 10.12284/hyxb0000-00
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基于南中国海海域层结特征、有限深度理论方程等，应用潜标实测与WOA2023气候态温度、盐度数据，重构不同振幅孤立子内波条件下的二维声速场，再结合BELLHOP射线声学模型仿真计算不同声速环境下的声传播损失、声线路径，声线到达结构等。仿真结果表明：孤立子内波会改变声线传播轨迹，当声线由海面向海底方向或由海底反转向海面方向经过孤立子内波中心时，会导致声线轨迹水平方向上分别向靠近声源和远离声源方向偏移，且孤立子内波振幅越大，声线轨迹偏移距离越大；孤立子内波也会改变声线到达结构，在特定接收点处存在孤立子内波条件时的声信号会更快传播到接收点。
基于南中国海海域层结特征、有限深度理论方程等，应用潜标实测与WOA2023气候态温度、盐度数据，重构不同振幅孤立子内波条件下的二维声速场，再结合BELLHOP射线声学模型仿真计算不同声速环境下的声传播损失、声线路径，声线到达结构等。仿真结果表明：孤立子内波会改变声线传播轨迹，当声线由海面向海底方向或由海底反转向海面方向经过孤立子内波中心时，会导致声线轨迹水平方向上分别向靠近声源和远离声源方向偏移，且孤立子内波振幅越大，声线轨迹偏移距离越大；孤立子内波也会改变声线到达结构，在特定接收点处存在孤立子内波条件时的声信号会更快传播到接收点。
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铁氧化物在全球土壤（沉积物）有机碳（Organic Carbon，OC）存储中具有重要作用。红树林湿地同时具有陆源与海源输入，为活性铁氧化物（FeR）对OC的保存提供了独特的生境。然而红树林表层沉积物中FeR对OC保存过程中的影响因素以及FeR对OC组分的选择性尚不明确。本研究选择广西大风江入海口和茅尾海周围受到潮汐与河流影响的天然红树林生境中的表层沉积物，研究沉积物中铁结合有机碳（Fe-OC）含量以及组分的变化。结果表明，大风江入海口与茅尾海表层沉积物中Fe-OC平均含量分别为0.16 ± 0.07%与0.17 ± 0.07%，在总有机碳（TOC）中所占比例分别为16.2 ± 5.04%与10.9 ± 5.63%，主要保存方式为吸附。FeR对OC的保存受到沉积物粒度、FeR含量与形态以及TOC来源与组分的影响。TOC、FeR与Fe-OC主要分布在粒度较小的沉积物组分中。表层沉积物中铁的存在形式以Fe3+为主，占总铁的87.42%，在高盐度沉积物中相对更高。FeR会选择性保存结合δ13C值（稳定性碳同位素自然丰度）偏正的OC与芳香族OC。与茅尾海相比较，大风江入海口表层沉积物Fe-OC中类蛋白荧光组分占总荧光组分的比例更高。类蛋白荧光组分占比随Fe-OC:Fe摩尔比升高而升高。本研究有助于明确广西红树林表层沉积物中FeR对OC的选择性保存机制，加深对陆海界面沉积物中OC的保存过程的了解。
铁氧化物在全球土壤（沉积物）有机碳（Organic Carbon，OC）存储中具有重要作用。红树林湿地同时具有陆源与海源输入，为活性铁氧化物（FeR）对OC的保存提供了独特的生境。然而红树林表层沉积物中FeR对OC保存过程中的影响因素以及FeR对OC组分的选择性尚不明确。本研究选择广西大风江入海口和茅尾海周围受到潮汐与河流影响的天然红树林生境中的表层沉积物，研究沉积物中铁结合有机碳（Fe-OC）含量以及组分的变化。结果表明，大风江入海口与茅尾海表层沉积物中Fe-OC平均含量分别为0.16 ± 0.07%与0.17 ± 0.07%，在总有机碳（TOC）中所占比例分别为16.2 ± 5.04%与10.9 ± 5.63%，主要保存方式为吸附。FeR对OC的保存受到沉积物粒度、FeR含量与形态以及TOC来源与组分的影响。TOC、FeR与Fe-OC主要分布在粒度较小的沉积物组分中。表层沉积物中铁的存在形式以Fe3+为主，占总铁的87.42%，在高盐度沉积物中相对更高。FeR会选择性保存结合δ13C值（稳定性碳同位素自然丰度）偏正的OC与芳香族OC。与茅尾海相比较，大风江入海口表层沉积物Fe-OC中类蛋白荧光组分占总荧光组分的比例更高。类蛋白荧光组分占比随Fe-OC:Fe摩尔比升高而升高。本研究有助于明确广西红树林表层沉积物中FeR对OC的选择性保存机制，加深对陆海界面沉积物中OC的保存过程的了解。
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通过莱州湾四个站点沉积物柱样固相和孔隙水化学分析，揭示了Mn、Fe、S的成岩循环及其对陆源输入和人为扰动的响应。结果表明，水体富营养化未导致沉积物中有机碳富集，陆源低活性有机碳输入以及自然过程和人为扰动导致的沉积物强烈再悬浮致使沉积物有机碳含量和活性低，不利于硫酸盐还原，沉积物中总还原无机硫含量低（0.28～88 μmol/g）。孔隙水Mn2+主要来源于无定形或弱晶型锰氧化物的还原溶解，而MnCO3沉淀则是深部（> 10 cm）孔隙水Mn2+消耗的主要机制。有机碳低活性以及沉积物强烈再悬浮有利于铁异化还原，该路径对有机碳厌氧矿化的平均贡献约为51%。在受黄河输入影响显著的站点（S6），动态的沉积环境促进了锰氧化还原，但抑制了铁和硫酸盐还原。莱州湾沉积物孔隙水Mn2+和Fe2+扩散通量位于其它受河流输入影响海域的低值端，这可归因于有机碳的低活性。
通过莱州湾四个站点沉积物柱样固相和孔隙水化学分析，揭示了Mn、Fe、S的成岩循环及其对陆源输入和人为扰动的响应。结果表明，水体富营养化未导致沉积物中有机碳富集，陆源低活性有机碳输入以及自然过程和人为扰动导致的沉积物强烈再悬浮致使沉积物有机碳含量和活性低，不利于硫酸盐还原，沉积物中总还原无机硫含量低（0.28～88 μmol/g）。孔隙水Mn2+主要来源于无定形或弱晶型锰氧化物的还原溶解，而MnCO3沉淀则是深部（> 10 cm）孔隙水Mn2+消耗的主要机制。有机碳低活性以及沉积物强烈再悬浮有利于铁异化还原，该路径对有机碳厌氧矿化的平均贡献约为51%。在受黄河输入影响显著的站点（S6），动态的沉积环境促进了锰氧化还原，但抑制了铁和硫酸盐还原。莱州湾沉积物孔隙水Mn2+和Fe2+扩散通量位于其它受河流输入影响海域的低值端，这可归因于有机碳的低活性。
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为探讨风场数据在西北太平洋秋刀鱼栖息地预报中的应用适宜性，本文基于中国2019−2020年的6−11月在西北太平洋公海的秋刀鱼生产数据、中法海洋卫星（CFOSAT）共4种风场数据及海洋环境数据，利用广义可加模型构建夏、秋季秋刀鱼栖息地适宜性指数(Habitat Suitability Index, HSI)模型。结果显示：（1）环境变量对单位捕捞渔获量的影响权重表现出明显季节特征，夏、秋季影响最高权重值分别为叶绿素浓度和海表面温度，风速的权重值分别为最低和第二位，风速大小与权重值高低成正比；（2）四组卫星数据夏、秋季的检验精度平均值分别为68.37%和76.65%，最高为秋季CFOSAT达80.94%；（3）HSI高值区域与秋刀鱼实际渔场的空间分布移动方向基本一致，散射计卫星在台风多发的秋季HSI高值区更为突出和集中。应用风速的预报模型在秋季速报中具有优势，能够反映瞬时环境变量的变化对秋刀鱼鱼群洄游和集聚的影响。
为探讨风场数据在西北太平洋秋刀鱼栖息地预报中的应用适宜性，本文基于中国2019−2020年的6−11月在西北太平洋公海的秋刀鱼生产数据、中法海洋卫星（CFOSAT）共4种风场数据及海洋环境数据，利用广义可加模型构建夏、秋季秋刀鱼栖息地适宜性指数(Habitat Suitability Index, HSI)模型。结果显示：（1）环境变量对单位捕捞渔获量的影响权重表现出明显季节特征，夏、秋季影响最高权重值分别为叶绿素浓度和海表面温度，风速的权重值分别为最低和第二位，风速大小与权重值高低成正比；（2）四组卫星数据夏、秋季的检验精度平均值分别为68.37%和76.65%，最高为秋季CFOSAT达80.94%；（3）HSI高值区域与秋刀鱼实际渔场的空间分布移动方向基本一致，散射计卫星在台风多发的秋季HSI高值区更为突出和集中。应用风速的预报模型在秋季速报中具有优势，能够反映瞬时环境变量的变化对秋刀鱼鱼群洄游和集聚的影响。
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海洋中的膦酸酯（C-P键有机磷）是可供浮游植物利用的一种潜在磷源。甲藻自身无法直接利用膦酸酯，但是其共生细菌可将膦酸酯降解为磷酸盐，从而促进藻细胞的生长。然而，目前尚未有针对特定菌株的相关研究。本研究在2-氨基乙基膦酸（2-AEP）作为唯一磷源条件下对东海原甲藻进行培养，对其中的共生细菌进行分离纯化，初步得到5种细菌。基因组测序结果表明，其中一株尹氏菌属细菌Yoonia sp. PD-AEP-1中存在两种C-P裂解酶途径。通过藻菌共培养实验对菌株功能进行验证，结果显示，将藻细胞处理至磷饥饿状态之后，同时加入2-AEP与PD-AEP-1悬液，与只加2-AEP或只加细菌悬液的条件相比，藻细胞生长速率和体系内磷酸盐浓度显著升高，同时碱性磷酸酶活性及非光化学淬灭值则明显降低，表明PD-AEP-1具备将2-AEP降解为磷酸盐的能力，进而缓解了东海原甲藻细胞的磷限制状态，有效促进了藻细胞的生长。该研究表明，东海原甲藻共生细菌在降解膦酸酯从而为藻细胞提供磷源方面扮演着一定角色，这一过程很可能有助于东海原甲藻赤潮的爆发，凸显了海洋生态系统中藻-菌相互作用的重要性。
海洋中的膦酸酯（C-P键有机磷）是可供浮游植物利用的一种潜在磷源。甲藻自身无法直接利用膦酸酯，但是其共生细菌可将膦酸酯降解为磷酸盐，从而促进藻细胞的生长。然而，目前尚未有针对特定菌株的相关研究。本研究在2-氨基乙基膦酸（2-AEP）作为唯一磷源条件下对东海原甲藻进行培养，对其中的共生细菌进行分离纯化，初步得到5种细菌。基因组测序结果表明，其中一株尹氏菌属细菌Yoonia sp. PD-AEP-1中存在两种C-P裂解酶途径。通过藻菌共培养实验对菌株功能进行验证，结果显示，将藻细胞处理至磷饥饿状态之后，同时加入2-AEP与PD-AEP-1悬液，与只加2-AEP或只加细菌悬液的条件相比，藻细胞生长速率和体系内磷酸盐浓度显著升高，同时碱性磷酸酶活性及非光化学淬灭值则明显降低，表明PD-AEP-1具备将2-AEP降解为磷酸盐的能力，进而缓解了东海原甲藻细胞的磷限制状态，有效促进了藻细胞的生长。该研究表明，东海原甲藻共生细菌在降解膦酸酯从而为藻细胞提供磷源方面扮演着一定角色，这一过程很可能有助于东海原甲藻赤潮的爆发，凸显了海洋生态系统中藻-菌相互作用的重要性。
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洋区浮游植物水华是指浮游植物快速繁殖致使水体生物量升高的年际周期性现象，对海洋生物化学循环起着重要作用。然而，目前对全球海洋浮游植物水华时空变化特征及其对环境的响应机制仍需深入探究。本文基于2003−2022年MODIS-Aqua（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）的叶绿素a浓度产品，提取了全球海洋浮游植物水华指数（水华持续时间比和水华强度），分析了其时空变化特征、趋势和环境因子间的相关性。结果表明：全球海洋水华指数及其趋势变化的分布具有显著的季节差异和纬向差异，北半球高纬度海域的水华主要出现在4−10月，中低纬度海域的水华主要出现在11月至次年3月，而南半球高纬度海域的水华往往开始于11月并持续至次年3月，中低纬度海域的水华则主要出现在5−9月；水华持续时间比和水华强度主要在北太平洋中低纬海域存在下降趋势，在南半球中高纬海域存在上升趋势；水华指数的分布和趋势都受到环境因子的调控，其中海表面温度和光合有效辐射在高纬度海域对水华有促进作用，在中低纬海域对水华起抑制作用，而海表面风速在高纬度海域对水华起抑制作用，在中低纬度海域对水华起促进作用。
洋区浮游植物水华是指浮游植物快速繁殖致使水体生物量升高的年际周期性现象，对海洋生物化学循环起着重要作用。然而，目前对全球海洋浮游植物水华时空变化特征及其对环境的响应机制仍需深入探究。本文基于2003−2022年MODIS-Aqua（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）的叶绿素a浓度产品，提取了全球海洋浮游植物水华指数（水华持续时间比和水华强度），分析了其时空变化特征、趋势和环境因子间的相关性。结果表明：全球海洋水华指数及其趋势变化的分布具有显著的季节差异和纬向差异，北半球高纬度海域的水华主要出现在4−10月，中低纬度海域的水华主要出现在11月至次年3月，而南半球高纬度海域的水华往往开始于11月并持续至次年3月，中低纬度海域的水华则主要出现在5−9月；水华持续时间比和水华强度主要在北太平洋中低纬海域存在下降趋势，在南半球中高纬海域存在上升趋势；水华指数的分布和趋势都受到环境因子的调控，其中海表面温度和光合有效辐射在高纬度海域对水华有促进作用，在中低纬海域对水华起抑制作用，而海表面风速在高纬度海域对水华起抑制作用，在中低纬度海域对水华起促进作用。
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为了解渤海湾营养环境的长周期变化特征及关键影响因素，于2018年4月和6月在渤海湾湾口外侧海域（BH47）及渤海湾湾口（BH15）采集沉积物柱状样，对沉积物柱状样中总有机碳（TOC）、总氮（TN）、磷（P）、生物硅（BSi）含量以及碳、氮稳定同位素组成（\begin{document}$ \mathrm{\delta } $\end{document} ![]()
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为了解渤海湾营养环境的长周期变化特征及关键影响因素，于2018年4月和6月在渤海湾湾口外侧海域（BH47）及渤海湾湾口（BH15）采集沉积物柱状样，对沉积物柱状样中总有机碳（TOC）、总氮（TN）、磷（P）、生物硅（BSi）含量以及碳、氮稳定同位素组成（
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海南岛海岸以岬湾海滩为主，是我国重要的滨海旅游目的地，也是裂流引起滨海溺水事故的高发地。为研究海南岛岬湾海滩裂流的分布特征，从海南环岛54个岬湾海滩近20年的卫星影像中解译裂流的发生情况，统计裂流的分布特征，并与现场调查结果对比。结果表明：在区域分布上，海南岛东岸和南岸岬湾的裂流发生率明显大于西岸和北岸；在位置分布上，岬湾中部的海滩裂流数量高于两侧；在几何特征上，裂流的平均长度与平均宽度、平均间距均呈正相关，但裂流的平均宽度、平均数量与裂流间距均无显著相关性。波浪环境对裂流密度影响明显，表现为裂流密度随平均有效波高、平均波周期、入射波功率和入射波能的增加均减小。岬湾尺度对裂流发生数量影响明显，表现为岬湾宽度、岬湾凹入度和岬角长度与湾内裂流数量均呈正相关，但岸线曲率与湾内裂流数量无显著相关性。卫星影像解译裂流发生情况与现场调查结果和裂流风险评价模型的结果基本一致，相关结论可为海南岛海滩安全管理和裂流预警工作提供参考。
海南岛海岸以岬湾海滩为主，是我国重要的滨海旅游目的地，也是裂流引起滨海溺水事故的高发地。为研究海南岛岬湾海滩裂流的分布特征，从海南环岛54个岬湾海滩近20年的卫星影像中解译裂流的发生情况，统计裂流的分布特征，并与现场调查结果对比。结果表明：在区域分布上，海南岛东岸和南岸岬湾的裂流发生率明显大于西岸和北岸；在位置分布上，岬湾中部的海滩裂流数量高于两侧；在几何特征上，裂流的平均长度与平均宽度、平均间距均呈正相关，但裂流的平均宽度、平均数量与裂流间距均无显著相关性。波浪环境对裂流密度影响明显，表现为裂流密度随平均有效波高、平均波周期、入射波功率和入射波能的增加均减小。岬湾尺度对裂流发生数量影响明显，表现为岬湾宽度、岬湾凹入度和岬角长度与湾内裂流数量均呈正相关，但岸线曲率与湾内裂流数量无显著相关性。卫星影像解译裂流发生情况与现场调查结果和裂流风险评价模型的结果基本一致，相关结论可为海南岛海滩安全管理和裂流预警工作提供参考。
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doi: 10.12284/hyxb2024-04
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为探究河北省祥云湾人工鱼礁区浮游植物群落结构特征的时空变化规律，明确人工鱼礁区建设对浮游植物的养护效果及其与环境因子的关系，于2021年5月、8月、11月和2022年1月对祥云湾人工鱼礁区及对照区海域开展了网采浮游植物和关键环境因子季度调查。结果表明，4个季度共发现浮游植物3门39属70种，其中硅藻种类数最多（88.3%）；浮游植物丰度呈现显著季节变化，夏、秋季丰度最高，2处人工礁区浮游植物的年平均丰度为313.5×104 cells/m3，是对照区浮游植物丰度的1.4倍；人工礁区浮游植物的丰富度指数、多样性指数和均匀度指数均高于对照区，且优势种更替率为0.75～1.00，表明人工鱼礁区群落结构相比对照区更稳定；人工鱼礁区浮游植物主要类群的生物增量指数为0.9～3.6，特别是对硅藻类群的生物增量指数平均达到1.8；Pearson相关性分析显示，浮游植物丰度主要受TP、TN、NH4-N、NO2-N和DIP的影响，且各季节之间存在显著差异。研究表明，人工鱼礁建设对浮游植物具有良好的养护效果，且养护效果主要与营养盐的时空变化密切相关。
为探究河北省祥云湾人工鱼礁区浮游植物群落结构特征的时空变化规律，明确人工鱼礁区建设对浮游植物的养护效果及其与环境因子的关系，于2021年5月、8月、11月和2022年1月对祥云湾人工鱼礁区及对照区海域开展了网采浮游植物和关键环境因子季度调查。结果表明，4个季度共发现浮游植物3门39属70种，其中硅藻种类数最多（88.3%）；浮游植物丰度呈现显著季节变化，夏、秋季丰度最高，2处人工礁区浮游植物的年平均丰度为313.5×104 cells/m3，是对照区浮游植物丰度的1.4倍；人工礁区浮游植物的丰富度指数、多样性指数和均匀度指数均高于对照区，且优势种更替率为0.75～1.00，表明人工鱼礁区群落结构相比对照区更稳定；人工鱼礁区浮游植物主要类群的生物增量指数为0.9～3.6，特别是对硅藻类群的生物增量指数平均达到1.8；Pearson相关性分析显示，浮游植物丰度主要受TP、TN、NH4-N、NO2-N和DIP的影响，且各季节之间存在显著差异。研究表明，人工鱼礁建设对浮游植物具有良好的养护效果，且养护效果主要与营养盐的时空变化密切相关。
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doi: 10.12284/hyxb2024-03
摘要:
为探讨气候变化对长鳍金枪鱼渔获量的影响，利用中西太平洋渔业委员会统计的1960-2021年太平洋长鳍金枪鱼年度渔获量和对应的厄尔尼诺指标（Niño1+2、Niño3、Niño4以及Niño3.4）、南方涛动指数（SOI）、北大西洋涛动（NAO）、太平洋年代际涛动（PDO）、北太平洋指数（NPI）以及全球海气温度异常指标（dT）等月度数据，采用BP神经网络和变量敏感性分析法探讨了低频气候因子与长鳍金枪鱼渔获量的关系；构建了结构为6-8-1的最优BP神经网络模型，对长鳍金枪鱼渔获量进行了预测。结果表明，Niño1+2、SOI、NAO、PDO、NPI、dT为影响长鳍金枪鱼渔获量相对独立的气候因子，其对应的最佳滞后阶数依次为8年、2年、9年、0年、9年、3年。Niño1+2、SOI、NAO为影响长鳍金枪鱼渔获量的关键气候因子。长鳍金枪鱼渔获量预测值和实际值差值与实际值的比值自1971年后基本维持在15%以内，预测值与实际值变化趋势基本一致，模型拟合效果良好。
为探讨气候变化对长鳍金枪鱼渔获量的影响，利用中西太平洋渔业委员会统计的1960-2021年太平洋长鳍金枪鱼年度渔获量和对应的厄尔尼诺指标（Niño1+2、Niño3、Niño4以及Niño3.4）、南方涛动指数（SOI）、北大西洋涛动（NAO）、太平洋年代际涛动（PDO）、北太平洋指数（NPI）以及全球海气温度异常指标（dT）等月度数据，采用BP神经网络和变量敏感性分析法探讨了低频气候因子与长鳍金枪鱼渔获量的关系；构建了结构为6-8-1的最优BP神经网络模型，对长鳍金枪鱼渔获量进行了预测。结果表明，Niño1+2、SOI、NAO、PDO、NPI、dT为影响长鳍金枪鱼渔获量相对独立的气候因子，其对应的最佳滞后阶数依次为8年、2年、9年、0年、9年、3年。Niño1+2、SOI、NAO为影响长鳍金枪鱼渔获量的关键气候因子。长鳍金枪鱼渔获量预测值和实际值差值与实际值的比值自1971年后基本维持在15%以内，预测值与实际值变化趋势基本一致，模型拟合效果良好。
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doi: 10.12284/hyxb2024-02
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造礁珊瑚识别对于珊瑚礁生态系统的保护与监测具有重要意义。深度学习作为图像识别的前沿技术，在珊瑚识别领域逐渐得到应用。然而，其识别性能仍然面临挑战。其中，数据集中类别间样本数量不平衡和数据多样性欠缺是两个主要问题。前者使得深度学习模型在特征提取过程中更偏向于样本数较多的类，对少数类（尤其是濒危珊瑚）的学习能力不足进而影响其识别准确度。后者因为数据缺乏多样性使得模型无法充分学习各种珊瑚特征，进而限制了征提取的能力。鉴于此，本文提出了一种融合类别数量自适应深度数据增强和迁移学习的造礁珊瑚类型识别方法。针对第一个问题，本文利用识别结果评价指标F1-score定义的数据生成量化公式对原始深度数据增强方法DeepSMOTE进行改进，提出了类别数量自适应的深度数据增强方法DeepSMOTE-F1。该方法根据每类珊瑚的识别结果自适应地增强其样本数量，确保模型充分学习各类珊瑚特征。针对第二个问题，利用迁移学习强化了模型的提取能力。实验结果表明，在RSMAS、EILAT和EILAT2三个代表性珊瑚识别数据集上，相较于原始DeepSMOTE，本文提出的DeepSMOTE-F1识别准确率分别提升了2.88%、0.39%和1.54%；与现有的珊瑚智能识别方法相比，准确率分别提升了0.76%、1.40%和1.30%。
造礁珊瑚识别对于珊瑚礁生态系统的保护与监测具有重要意义。深度学习作为图像识别的前沿技术，在珊瑚识别领域逐渐得到应用。然而，其识别性能仍然面临挑战。其中，数据集中类别间样本数量不平衡和数据多样性欠缺是两个主要问题。前者使得深度学习模型在特征提取过程中更偏向于样本数较多的类，对少数类（尤其是濒危珊瑚）的学习能力不足进而影响其识别准确度。后者因为数据缺乏多样性使得模型无法充分学习各种珊瑚特征，进而限制了征提取的能力。鉴于此，本文提出了一种融合类别数量自适应深度数据增强和迁移学习的造礁珊瑚类型识别方法。针对第一个问题，本文利用识别结果评价指标F1-score定义的数据生成量化公式对原始深度数据增强方法DeepSMOTE进行改进，提出了类别数量自适应的深度数据增强方法DeepSMOTE-F1。该方法根据每类珊瑚的识别结果自适应地增强其样本数量，确保模型充分学习各类珊瑚特征。针对第二个问题，利用迁移学习强化了模型的提取能力。实验结果表明，在RSMAS、EILAT和EILAT2三个代表性珊瑚识别数据集上，相较于原始DeepSMOTE，本文提出的DeepSMOTE-F1识别准确率分别提升了2.88%、0.39%和1.54%；与现有的珊瑚智能识别方法相比，准确率分别提升了0.76%、1.40%和1.30%。
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溢油是海洋生态环境监测的重点对象。合成孔径雷达、光学遥感与热红外遥感等卫星技术开展海洋溢油监测的机理已得到阐明，发挥多源遥感的技术特点和应用优势，实现海洋溢油的精准监测与量化评估，为海洋环境保护提供重要的技术支撑。2021年4月27日巴拿马籍“义海”轮与利比里亚籍“交响乐”油轮在青岛外海发生碰撞，导致约9400 吨船载货油泄漏入海。本文利用多源卫星遥感数据，监测并分析了该事故海域的溢油污染覆盖状况及其乳化溢油分布特征。基于溢油多源遥感响应机理与响应特征，优化了多源卫星遥感数据的处理流程，实现了溢油覆盖区域的识别与多种溢油污染类型的分类。结果表明：2021年5月1日至5月22日，“交响乐”轮溢油污染事件累积溢油像元覆盖面积为2368.7 km2，其中乳化溢油像元覆盖面积为1019.3 km2，乳化油面积占比达43.0%，单日最大溢油像元面积达734 km2；多源遥感监测结果可以互为验证，光学遥感更具备识别不同溢油污染的能力，其中乳化溢油代表了污染危害的关键所在，从而提高了海洋溢油污染的监测评估精度，为溢油污染事件的危害评估与精细化监测提供可靠的技术与方法参考。
溢油是海洋生态环境监测的重点对象。合成孔径雷达、光学遥感与热红外遥感等卫星技术开展海洋溢油监测的机理已得到阐明，发挥多源遥感的技术特点和应用优势，实现海洋溢油的精准监测与量化评估，为海洋环境保护提供重要的技术支撑。2021年4月27日巴拿马籍“义海”轮与利比里亚籍“交响乐”油轮在青岛外海发生碰撞，导致约
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doi: 10.12284/hyxb2024000
摘要:
渤海海域莱州湾凹陷沙四上亚段至沙三下亚段广泛发育砂质滩坝与混积滩坝，具有良好的勘探潜力。但有关滩坝的沉积特征、成因机制及演化模式不清，严重制约了该类沉积的勘探与预测。因此，本文综合利用钻井、录井、地震等资料，精细恢复了研究区的微古地貌，明确了多级缓坡地貌对研究区不同位置滩坝发育的控制作用，总结了其沉积特征及主控因素，构建了沉积模式。结果表明：（1）砂质滩坝主要发育于沙四上亚段辫状河三角洲前端侧翼，主要受一级缓坡迎风地貌、强物源供给、古风向共同控制。（2）厚层混积滩坝主要发育在沙四上亚段次级缓坡迎风带，受古地貌、中-强物源、强沿岸流的共同影响。（3）薄层混积滩坝发育在沙三下亚段一级缓坡迎风带，受古地貌、弱物源、古风向、沿岸流的综合影响。通过对多级缓坡地貌的划分，沉积模式的建立，有助于预测滩坝砂体的分布，为渤海湾盆地滩坝砂体的勘探提供借鉴。
渤海海域莱州湾凹陷沙四上亚段至沙三下亚段广泛发育砂质滩坝与混积滩坝，具有良好的勘探潜力。但有关滩坝的沉积特征、成因机制及演化模式不清，严重制约了该类沉积的勘探与预测。因此，本文综合利用钻井、录井、地震等资料，精细恢复了研究区的微古地貌，明确了多级缓坡地貌对研究区不同位置滩坝发育的控制作用，总结了其沉积特征及主控因素，构建了沉积模式。结果表明：（1）砂质滩坝主要发育于沙四上亚段辫状河三角洲前端侧翼，主要受一级缓坡迎风地貌、强物源供给、古风向共同控制。（2）厚层混积滩坝主要发育在沙四上亚段次级缓坡迎风带，受古地貌、中-强物源、强沿岸流的共同影响。（3）薄层混积滩坝发育在沙三下亚段一级缓坡迎风带，受古地貌、弱物源、古风向、沿岸流的综合影响。通过对多级缓坡地貌的划分，沉积模式的建立，有助于预测滩坝砂体的分布，为渤海湾盆地滩坝砂体的勘探提供借鉴。
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在全球变暖的背景下，北极出现了冻土退化、夏季海冰减少、陆地径流增加和沿岸侵蚀加剧等一系列变化。随着全球变暖，封存于冻土中的有机碳（OC）正在向海加速迁移和释放，这将影响北冰洋的碳循环的格局，但目前鲜有证据能直接证实这一推论。本文通过分析楚科奇海两根百年尺度沉积岩芯的木质素和碳同位素，讨论了其所埋藏的有机质的来源和剖面变化情况。结果显示楚科奇海柱状沉积物中的有机碳来源于陆生C3植物的草本组织和海洋源生产的混合贡献；沉积物中木质素的绝对含量Σ8呈现上升趋势，证明随着全球变暖，更多的陆源物质被输运到楚科奇海。本研究表明人类活动引起的全球变暖确实增加了冻土有机碳向海的迁移，陆源输入增强导致的木质素含量增加是百年尺度下全球变暖导致冻土融化增强的直接证据。
在全球变暖的背景下，北极出现了冻土退化、夏季海冰减少、陆地径流增加和沿岸侵蚀加剧等一系列变化。随着全球变暖，封存于冻土中的有机碳（OC）正在向海加速迁移和释放，这将影响北冰洋的碳循环的格局，但目前鲜有证据能直接证实这一推论。本文通过分析楚科奇海两根百年尺度沉积岩芯的木质素和碳同位素，讨论了其所埋藏的有机质的来源和剖面变化情况。结果显示楚科奇海柱状沉积物中的有机碳来源于陆生C3植物的草本组织和海洋源生产的混合贡献；沉积物中木质素的绝对含量Σ8呈现上升趋势，证明随着全球变暖，更多的陆源物质被输运到楚科奇海。本研究表明人类活动引起的全球变暖确实增加了冻土有机碳向海的迁移，陆源输入增强导致的木质素含量增加是百年尺度下全球变暖导致冻土融化增强的直接证据。
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doi: 10.12284/hyxb2024031
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新生古储的潜山油气已成为我国海域盆地的重要勘探领域。渤海湾盆地的沙西北地区是一个典型碳酸盐岩潜山带，由于对其发育的多期裂缝的控储作用及与之相关的岩溶性质缺乏研究，制约了碳酸盐岩潜山的油气勘探。本文通过详细分析沙西北地区碳酸盐岩潜山储层缝-洞系统发育特征，研究裂缝与岩溶的控储作用。结果表明，渤海海域渤中西南环下古生界碳酸盐岩潜山属于裂缝相关岩溶储层，储集空间主要为溶蚀孔洞、构造裂缝和沿构造裂缝溶蚀扩大孔洞，优质储层具有岩性选择性，泥晶白云岩和细晶白云岩发育的裂缝和溶蚀孔洞更好。储层主要发育3期裂缝，NW向和NEE向剪裂缝主要与印支期和燕山末期的两次构造挤压有关，第三期WE向张裂缝则与喜山期的拉张运动有关，挤压作用是形成高密度缝的主要机制，后期的伸展作用是裂缝松弛形成储集空间的必要条件。下古生界碳酸盐岩潜山储层经历了3期岩溶作用，分别为加里东稳定构造背景的岩溶、印支期挤压褶皱成山背景的岩溶和燕山期−新生代早期伸展背景的断块地垒岩溶。总之，渤海湾盆地沙西北地区碳酸盐岩潜山储层是多期次多类型构造−岩溶作用联合复合形成的，不同构造部位的联合复合程度差异分析是认识成储规律的重要因素。
新生古储的潜山油气已成为我国海域盆地的重要勘探领域。渤海湾盆地的沙西北地区是一个典型碳酸盐岩潜山带，由于对其发育的多期裂缝的控储作用及与之相关的岩溶性质缺乏研究，制约了碳酸盐岩潜山的油气勘探。本文通过详细分析沙西北地区碳酸盐岩潜山储层缝-洞系统发育特征，研究裂缝与岩溶的控储作用。结果表明，渤海海域渤中西南环下古生界碳酸盐岩潜山属于裂缝相关岩溶储层，储集空间主要为溶蚀孔洞、构造裂缝和沿构造裂缝溶蚀扩大孔洞，优质储层具有岩性选择性，泥晶白云岩和细晶白云岩发育的裂缝和溶蚀孔洞更好。储层主要发育3期裂缝，NW向和NEE向剪裂缝主要与印支期和燕山末期的两次构造挤压有关，第三期WE向张裂缝则与喜山期的拉张运动有关，挤压作用是形成高密度缝的主要机制，后期的伸展作用是裂缝松弛形成储集空间的必要条件。下古生界碳酸盐岩潜山储层经历了3期岩溶作用，分别为加里东稳定构造背景的岩溶、印支期挤压褶皱成山背景的岩溶和燕山期−新生代早期伸展背景的断块地垒岩溶。总之，渤海湾盆地沙西北地区碳酸盐岩潜山储层是多期次多类型构造−岩溶作用联合复合形成的，不同构造部位的联合复合程度差异分析是认识成储规律的重要因素。
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琼东南盆地乐东凹陷梅山组海底扇天然气勘探潜力大。大多数学者认为梅山组海底扇为浊流成因，但钻井岩心揭示，砂砾岩中发育粒径高达5 cm的砾石，砂砾岩段磨圆度好，分选性差，海底扇的浊流成因无法解释此类砂砾岩成因，同时，经典的海底扇模式对砂体分布预测存在局限。基于岩心、薄片观察和粒度分析，对研究区海底扇岩石学特征和沉积构造开展系统研究，提出研究区海底扇为浊流和异重流交互沉积成因，区分了浊积岩与异重岩垂向叠置序列；结合古地貌特征，建立起梅山组海底扇成因演化模式。结果表明，研究区梅山组异重岩成分成熟度低，以长石质岩屑砂岩为主，岩石分选极差、磨圆次棱角−圆状，为中−高结构成熟度；块状砂质砾岩中，砾石定向排列、逆正粒序层理、平行层理、炭屑与生物化石碎片等构造是异重流沉积的典型特征；研究区海底扇发育多期浊积岩与异重岩叠置序列，梅山组早期以浊流沉积朵叶为主，中期以异重流沉积水道为主，晚期以浊流沉积水道为主，预测研究区南部发育更有利的海底扇储集砂体。成果可以为琼东南盆地海底扇有利砂体分布预测提供依据，对油气田勘探开发目标选取具有指导意义。
琼东南盆地乐东凹陷梅山组海底扇天然气勘探潜力大。大多数学者认为梅山组海底扇为浊流成因，但钻井岩心揭示，砂砾岩中发育粒径高达5 cm的砾石，砂砾岩段磨圆度好，分选性差，海底扇的浊流成因无法解释此类砂砾岩成因，同时，经典的海底扇模式对砂体分布预测存在局限。基于岩心、薄片观察和粒度分析，对研究区海底扇岩石学特征和沉积构造开展系统研究，提出研究区海底扇为浊流和异重流交互沉积成因，区分了浊积岩与异重岩垂向叠置序列；结合古地貌特征，建立起梅山组海底扇成因演化模式。结果表明，研究区梅山组异重岩成分成熟度低，以长石质岩屑砂岩为主，岩石分选极差、磨圆次棱角−圆状，为中−高结构成熟度；块状砂质砾岩中，砾石定向排列、逆正粒序层理、平行层理、炭屑与生物化石碎片等构造是异重流沉积的典型特征；研究区海底扇发育多期浊积岩与异重岩叠置序列，梅山组早期以浊流沉积朵叶为主，中期以异重流沉积水道为主，晚期以浊流沉积水道为主，预测研究区南部发育更有利的海底扇储集砂体。成果可以为琼东南盆地海底扇有利砂体分布预测提供依据，对油气田勘探开发目标选取具有指导意义。
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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。
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。
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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。
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。
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摘要(2906)
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。
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。
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2024, 46(8): 1-18.
doi: 10.12284/hyxb2024081
摘要:
南海夏季盛行西南季风，琼东、雷州半岛东部及粤东沿岸海域季节性上升流经常发生，且受到广泛的关注。本文在处理了南海北部的历史水文调查资料时发现，除了直达海面的上升流频发区域外，还存在次表层上升流分布形态：强西南季风下，贯穿琼东、粤西、粤东沿岸的次表层上升流；粤西陆架大区域次表层上升流；珠江口外冲淡水驱动的上升流；粤东海湾陆架底层水入侵及湾内气旋环流。这些分布形态在已有文献中未见报道，或关注不多。除了夏季强西南季风的Ekman输送、风应力旋度产生的Ekman泵吸，南海海盆尺度环流的底边界层Ekman效应可能是次表层贯穿上升流不能忽略的驱动机制。上升流同期的大气环流形态表明，南海北部正风应力旋度Ekman泵吸似乎是粤西陆架次表层上升流的主要驱动机制。正风应力旋度与珠江冲淡水联合驱动了粤西陆架气旋型环流。气旋型环流的辐散利于粤西陆架次表层上升流的形成与维持。在粤东海湾，西南季风驱动的湾内垂向环流，及水平气旋型环流是陆架底层水入侵海湾的主要驱动机制。大亚湾内核电温排水热力羽流利于湾内气旋环流的加强。海湾岬角利于红海湾气旋环流的形成。除了Ekman效应，上升流形成机制还需关注更多的动力因素。
南海夏季盛行西南季风，琼东、雷州半岛东部及粤东沿岸海域季节性上升流经常发生，且受到广泛的关注。本文在处理了南海北部的历史水文调查资料时发现，除了直达海面的上升流频发区域外，还存在次表层上升流分布形态：强西南季风下，贯穿琼东、粤西、粤东沿岸的次表层上升流；粤西陆架大区域次表层上升流；珠江口外冲淡水驱动的上升流；粤东海湾陆架底层水入侵及湾内气旋环流。这些分布形态在已有文献中未见报道，或关注不多。除了夏季强西南季风的Ekman输送、风应力旋度产生的Ekman泵吸，南海海盆尺度环流的底边界层Ekman效应可能是次表层贯穿上升流不能忽略的驱动机制。上升流同期的大气环流形态表明，南海北部正风应力旋度Ekman泵吸似乎是粤西陆架次表层上升流的主要驱动机制。正风应力旋度与珠江冲淡水联合驱动了粤西陆架气旋型环流。气旋型环流的辐散利于粤西陆架次表层上升流的形成与维持。在粤东海湾，西南季风驱动的湾内垂向环流，及水平气旋型环流是陆架底层水入侵海湾的主要驱动机制。大亚湾内核电温排水热力羽流利于湾内气旋环流的加强。海湾岬角利于红海湾气旋环流的形成。除了Ekman效应，上升流形成机制还需关注更多的动力因素。
2024, 46(8): 19-36.
doi: 10.12284/hyxb2024083
摘要:
基于2018年4月温盐流断面观测、卫星遥感和模式再分析数据，本文分析了南海西北部陆坡海区一个异常反气旋涡的声场特性与声传播效应。结果表明，该反气旋具有透镜式温盐结构、表层冷核和更浅的混合层深度，流速次表层强化。不同于正常反气旋涡声速等值线的下凹，异常反气旋涡声速分布呈现上凸下凹的透镜式结构。涡心表层声速小于涡外，呈现负异常（<−2 m/s），次表层则为正异常（>11 m/s），这使得原有海区声速双跃层厚度上下延伸共47 m。当声源位于涡外陆架向外海传播时，与正常反气旋涡旋相反，异常反气旋涡破坏表面声道，减小声传播距离；声源在涡外深海向陆架传播时，异常反气旋涡则与正常反气旋涡类似，声能汇聚区的位置相比无涡旋时后移和下移，最大距离分别超过24 km和0.3 km。声源位于涡旋内部向外海传播时，异常反气旋涡使得声线反转深度加深，声能汇聚区间距加大1倍，正常反气旋涡中则未见这一现象。
基于2018年4月温盐流断面观测、卫星遥感和模式再分析数据，本文分析了南海西北部陆坡海区一个异常反气旋涡的声场特性与声传播效应。结果表明，该反气旋具有透镜式温盐结构、表层冷核和更浅的混合层深度，流速次表层强化。不同于正常反气旋涡声速等值线的下凹，异常反气旋涡声速分布呈现上凸下凹的透镜式结构。涡心表层声速小于涡外，呈现负异常（<−2 m/s），次表层则为正异常（>11 m/s），这使得原有海区声速双跃层厚度上下延伸共47 m。当声源位于涡外陆架向外海传播时，与正常反气旋涡旋相反，异常反气旋涡破坏表面声道，减小声传播距离；声源在涡外深海向陆架传播时，异常反气旋涡则与正常反气旋涡类似，声能汇聚区的位置相比无涡旋时后移和下移，最大距离分别超过24 km和0.3 km。声源位于涡旋内部向外海传播时，异常反气旋涡使得声线反转深度加深，声能汇聚区间距加大1倍，正常反气旋涡中则未见这一现象。
2024, 46(8): 37-49.
doi: 10.12284/hyxb2024073
摘要:
利用深海潜标搭载的声学多普勒流速剖面仪得到的后向散射强度，研究了南海北部声散射层的昼夜垂直迁移和内孤立波对其的影响。观测结果表明：受浮游动物影响，声散射层主要表现为“昼沉夜浮”，日出前约1 h至日出期间向下移动，日落至日落后约1 h期间向上移动，平均迁移速度为4.7 cm/s（上移）和5.8 cm/s（下移）。此外，经过观测海域的内孤立波引起一对先向下后向上的垂向流，最大垂向流速超过50 cm/s，导致声散射层发生数十至上百米的起伏，海洋上层的声学后向散射强度在内孤立波波谷处达到极大值。进一步的研究显示日间出现内孤立波垂向流速与深度平均后向散射强度变化幅度相关性比夜间的内孤立波高。在两种类型波动引起的垂向流速相当时，日间的深度平均后向散射强度变化幅度通常大于夜间。
利用深海潜标搭载的声学多普勒流速剖面仪得到的后向散射强度，研究了南海北部声散射层的昼夜垂直迁移和内孤立波对其的影响。观测结果表明：受浮游动物影响，声散射层主要表现为“昼沉夜浮”，日出前约1 h至日出期间向下移动，日落至日落后约1 h期间向上移动，平均迁移速度为4.7 cm/s（上移）和5.8 cm/s（下移）。此外，经过观测海域的内孤立波引起一对先向下后向上的垂向流，最大垂向流速超过50 cm/s，导致声散射层发生数十至上百米的起伏，海洋上层的声学后向散射强度在内孤立波波谷处达到极大值。进一步的研究显示日间出现内孤立波垂向流速与深度平均后向散射强度变化幅度相关性比夜间的内孤立波高。在两种类型波动引起的垂向流速相当时，日间的深度平均后向散射强度变化幅度通常大于夜间。
2024, 46(8): 50-62.
doi: 10.12284/hyxb2024071
摘要:
日本以南黑潮路径变化的相关分析一直是热点之一。过去的研究指出日本以南黑潮路径变化受到多种因素的影响，如上游流量、中尺度涡旋、气候信号等。然而，关于这些影响因素之间的相互因果关系尚不完全清楚。本文基于50a（1958−2007年）中国海洋再分析数据集（CORA）和14a（2008−2021年）卫星高度计资料，获取了日本以南黑潮路径时间序列，并利用复经验正交函数（CEOF）分析方法对其进行时空特征分析。结果表明，经CEOF分析获取的前两个主模态可以描述日本以南黑潮路径时空变化的主要特征，且分别代表与之相关的东传和西传信号。进一步地，基于信息流理论的因果分析结果表明：一方面，太平洋十年涛动（PDO）通过风应力的变化影响副热带逆流（STCC）区域的涡旋活动，从而影响吐噶喇海峡的黑潮输运变化，进而对东传信号产生直接影响，最终影响日本以南海域的黑潮路径变化；另一方面，黑潮延伸体的涡旋活动受到北太平洋涡旋振荡（NPGO）的影响，促使该区域的中尺度涡旋向西移动，进而对西传信号产生直接影响，最终影响日本以南海域的黑潮路径变化。此外，分析结果还表明：日本以南海域的相对涡度和再循环流强度变化是对黑潮路径变化的响应，而非影响黑潮路径变化的因素。
日本以南黑潮路径变化的相关分析一直是热点之一。过去的研究指出日本以南黑潮路径变化受到多种因素的影响，如上游流量、中尺度涡旋、气候信号等。然而，关于这些影响因素之间的相互因果关系尚不完全清楚。本文基于50a（1958−2007年）中国海洋再分析数据集（CORA）和14a（2008−2021年）卫星高度计资料，获取了日本以南黑潮路径时间序列，并利用复经验正交函数（CEOF）分析方法对其进行时空特征分析。结果表明，经CEOF分析获取的前两个主模态可以描述日本以南黑潮路径时空变化的主要特征，且分别代表与之相关的东传和西传信号。进一步地，基于信息流理论的因果分析结果表明：一方面，太平洋十年涛动（PDO）通过风应力的变化影响副热带逆流（STCC）区域的涡旋活动，从而影响吐噶喇海峡的黑潮输运变化，进而对东传信号产生直接影响，最终影响日本以南海域的黑潮路径变化；另一方面，黑潮延伸体的涡旋活动受到北太平洋涡旋振荡（NPGO）的影响，促使该区域的中尺度涡旋向西移动，进而对西传信号产生直接影响，最终影响日本以南海域的黑潮路径变化。此外，分析结果还表明：日本以南海域的相对涡度和再循环流强度变化是对黑潮路径变化的响应，而非影响黑潮路径变化的因素。
2024, 46(8): 63-73.
doi: 10.12284/hyxb2024091
摘要:
潮汐在海洋能量的传递和混合过程中起着重要的作用，为维持全球热盐环流提供了主要的能量，影响着全球的海洋环流。此前已有工作在低分辨率的、单独的海洋模式中研究潮汐作用对海洋环流状态的敏感性，为进一步研究潮汐作用对环流和气候状态的敏感性，有必要将潮强迫引入到气候耦合模式中。本文成功地将8个主要平衡分潮显式地加入到耦合模式FGOALS-g3中，并评估了其对全球海洋潮汐的模拟能力，对于进一步研究潮汐对大尺度环流及气候状态的影响有重要意义。本文通过对模拟的海表面高度数据进行潮汐调和分析，得到各个分潮的调和常数，并将其与全球潮汐模型TPXO9和FES2014，以及开放海洋潮汐数据集st102进行对比。结果表明，FGOALS-g3耦合模式可以合理地模拟全球海洋中的正压潮，模拟结果与潮汐模型和实测数据集相比均比较接近。与这两套全球潮汐模型相比，均方误差均相对较小，且误差大多分布在振幅较大的区域。与st102数据集相比，FGOALS-g3模拟的8个主要分潮的平均振幅相对误差均在10%以内，且总均方误差均小于10 cm。
潮汐在海洋能量的传递和混合过程中起着重要的作用，为维持全球热盐环流提供了主要的能量，影响着全球的海洋环流。此前已有工作在低分辨率的、单独的海洋模式中研究潮汐作用对海洋环流状态的敏感性，为进一步研究潮汐作用对环流和气候状态的敏感性，有必要将潮强迫引入到气候耦合模式中。本文成功地将8个主要平衡分潮显式地加入到耦合模式FGOALS-g3中，并评估了其对全球海洋潮汐的模拟能力，对于进一步研究潮汐对大尺度环流及气候状态的影响有重要意义。本文通过对模拟的海表面高度数据进行潮汐调和分析，得到各个分潮的调和常数，并将其与全球潮汐模型TPXO9和FES2014，以及开放海洋潮汐数据集st102进行对比。结果表明，FGOALS-g3耦合模式可以合理地模拟全球海洋中的正压潮，模拟结果与潮汐模型和实测数据集相比均比较接近。与这两套全球潮汐模型相比，均方误差均相对较小，且误差大多分布在振幅较大的区域。与st102数据集相比，FGOALS-g3模拟的8个主要分潮的平均振幅相对误差均在10%以内，且总均方误差均小于10 cm。
2024, 46(8): 74-88.
doi: 10.12284/hyxb2024053
摘要:
冰间水道只占北极冰区的1%～10%，但在海洋和大气之间的能量和水汽交换中起着重要作用。目前对冰间水道数值模拟结果的分析主要集中在水道出现频率的空间分布和水道面积占比的时空变化，而有关水道形态特征（长、宽和走向）模拟结果的分析较少。本文基于采用黏塑性流变学的高分辨率（2 km）冰海耦合模式模拟的海冰厚度来提取冰间水道，并利用3种MODIS冰间水道遥感产品进行形态特征的对比分析。分析结果显示，在波弗特海，模拟水道出现频率的空间分布与WH2015和H2019两种遥感产品基本一致；模拟结果中宽度大于6 km的水道数量概率密度和总长度符合遥感产品呈现的幂律分布规律，对2～4 km窄水道的分布受模式可解析能力限制本研究模式分辨率尚无法正确估计，存在低估；模拟水道总长度与遥感反演的结果在1月和3月相关性较好，但无法再现遥感产品中2月和4月的明显变化趋势；模拟水道和遥感产品总体走向一致，二者都显示，加拿大群岛以北和波弗特海东南部沿岸区域水道走向几乎与海岸线和冰速方向平行，模拟水道受陆地阻隔的影响更大，在波弗特海中部冰间水道和冰速发生转向的位置不一致。本研究揭示了当前高分辨率海冰模式对不同冰间水道形态特征的模拟能力的符合程度及不足之处，将有助于进一步的模式改进。
冰间水道只占北极冰区的1%～10%，但在海洋和大气之间的能量和水汽交换中起着重要作用。目前对冰间水道数值模拟结果的分析主要集中在水道出现频率的空间分布和水道面积占比的时空变化，而有关水道形态特征（长、宽和走向）模拟结果的分析较少。本文基于采用黏塑性流变学的高分辨率（2 km）冰海耦合模式模拟的海冰厚度来提取冰间水道，并利用3种MODIS冰间水道遥感产品进行形态特征的对比分析。分析结果显示，在波弗特海，模拟水道出现频率的空间分布与WH2015和H2019两种遥感产品基本一致；模拟结果中宽度大于6 km的水道数量概率密度和总长度符合遥感产品呈现的幂律分布规律，对2～4 km窄水道的分布受模式可解析能力限制本研究模式分辨率尚无法正确估计，存在低估；模拟水道总长度与遥感反演的结果在1月和3月相关性较好，但无法再现遥感产品中2月和4月的明显变化趋势；模拟水道和遥感产品总体走向一致，二者都显示，加拿大群岛以北和波弗特海东南部沿岸区域水道走向几乎与海岸线和冰速方向平行，模拟水道受陆地阻隔的影响更大，在波弗特海中部冰间水道和冰速发生转向的位置不一致。本研究揭示了当前高分辨率海冰模式对不同冰间水道形态特征的模拟能力的符合程度及不足之处，将有助于进一步的模式改进。
2024, 46(8): 89-107.
doi: 10.12284/hyxb2024077
摘要:
当黑碳沉降到冰雪表面时，可使冰雪表面反照率降低，对短波辐射的吸收增加，黑碳的变化对海冰融化过程的影响值得研究。本文利用CICE 海冰模式进行数值模拟，并定量分析北冰洋冰雪中黑碳造成的影响。研究表明，在不同黑碳数据源的强迫下，1980−2014 年间，模拟结果给出的夏季北冰洋反照率平均下降为0.82%～1.71%，最终造成海冰面积下降了0.97%～1.93%，而在巴伦支海、喀拉海以及拉普捷夫海，夏季黑碳造成的海冰面积下降约为北冰洋整体的2−3 倍。不同黑碳沉降强迫下的模拟结果均显示，1980−1995 年，北冰洋区域黑碳对反照率的影响呈现减小趋势，但在1996−2014 年，黑碳影响转为增加趋势。在低纬度海区，由于海冰的消退，黑碳的辐射效应呈现减小趋势，而在高纬度海区，由于多年冰内黑碳的累积效应，黑碳的辐射影响呈现增强效应。
当黑碳沉降到冰雪表面时，可使冰雪表面反照率降低，对短波辐射的吸收增加，黑碳的变化对海冰融化过程的影响值得研究。本文利用CICE 海冰模式进行数值模拟，并定量分析北冰洋冰雪中黑碳造成的影响。研究表明，在不同黑碳数据源的强迫下，1980−2014 年间，模拟结果给出的夏季北冰洋反照率平均下降为0.82%～1.71%，最终造成海冰面积下降了0.97%～1.93%，而在巴伦支海、喀拉海以及拉普捷夫海，夏季黑碳造成的海冰面积下降约为北冰洋整体的2−3 倍。不同黑碳沉降强迫下的模拟结果均显示，1980−1995 年，北冰洋区域黑碳对反照率的影响呈现减小趋势，但在1996−2014 年，黑碳影响转为增加趋势。在低纬度海区，由于海冰的消退，黑碳的辐射效应呈现减小趋势，而在高纬度海区，由于多年冰内黑碳的累积效应，黑碳的辐射影响呈现增强效应。
2024, 46(8): 108-120.
doi: 10.12284/hyxb2024087
摘要:
南极海冰是极地气候系统的重要组成部分，对全球气候有着深远影响。海冰厚度作为海冰的关键属性之一，了解其时空分布特征和变化趋势对理解和预估气候变化进程具有重要意义。然而，目前对于南极海冰厚度的监测局限在时空分布有限的实地观测和短时间序列的卫星观测阶段，长时间序列的冰厚数据仍然缺失。针对这一问题，基于时空连续的卫星雷达高度计Envisat和CryoSat-2，构建了一致性较高的雷达干舷高度数据，定量估算了高度计雷达信号在积雪中的穿透深度，发展了一种适用于南极海冰的厚度遥感估算方法。估算的冰厚与Australian Antarctic Data Centre实测数据的平均绝对偏差约为0.28 m；与ICESat激光雷达高度计冰厚的平均绝对偏差约为0.65 m，相关系数为0.71，一致性较高。2002–2023年南极海冰厚度时空变化分析结果表明，厚冰主要分布于西威德尔海和别林斯高晋海/阿蒙森海，其他海域海冰相对较薄。南极海冰厚度在2011年之前呈现轻微降低趋势，在2011年后加速降低（−0.03 m/a）。南极海冰厚度的分布和变化趋势存在明显的季节和区域特征。
南极海冰是极地气候系统的重要组成部分，对全球气候有着深远影响。海冰厚度作为海冰的关键属性之一，了解其时空分布特征和变化趋势对理解和预估气候变化进程具有重要意义。然而，目前对于南极海冰厚度的监测局限在时空分布有限的实地观测和短时间序列的卫星观测阶段，长时间序列的冰厚数据仍然缺失。针对这一问题，基于时空连续的卫星雷达高度计Envisat和CryoSat-2，构建了一致性较高的雷达干舷高度数据，定量估算了高度计雷达信号在积雪中的穿透深度，发展了一种适用于南极海冰的厚度遥感估算方法。估算的冰厚与Australian Antarctic Data Centre实测数据的平均绝对偏差约为0.28 m；与ICESat激光雷达高度计冰厚的平均绝对偏差约为0.65 m，相关系数为0.71，一致性较高。2002–2023年南极海冰厚度时空变化分析结果表明，厚冰主要分布于西威德尔海和别林斯高晋海/阿蒙森海，其他海域海冰相对较薄。南极海冰厚度在2011年之前呈现轻微降低趋势，在2011年后加速降低（−0.03 m/a）。南极海冰厚度的分布和变化趋势存在明显的季节和区域特征。
2024, 46(8): 121-130.
doi: 10.12284/hyxb2024079
摘要:
沿海声层析（Coastal Acoustic Tomography,简称CAT）是利用高频声信号实现近海大范围流场观测的有效手段，但其直接观测范围仍然有限。海洋数值模式提供了一种存在仿真误差的大范围海洋背景场，将CAT观测结果与海洋背景结果同化，可以提高流场结果的分辨率和准确度。本文提出一种利用流函数拟合海洋模式流场结果并使用集合卡尔曼滤波算法同化CAT数据的方法，获得更大范围的海洋水平二维流场结果。同化研究以非结构化网格有限体积海洋数值模式（Finite-Volume Community Ocean Model，简称FVCOM）作为背景场，以2016年6月1日至3日在印度尼西亚巴厘海峡（Bali Strait）进行的4站CAT实验作为观测数据。经过背景场流函数拟合和CAT数据同化，获得巴厘海峡二维流场。同化结果分别与同期观测结果和潮位数据对比，发现流函数拟合同化后的流场能更准确地描述巴厘海峡涨落潮和流量情况，通过引入CAT数据与流场的函数关系，可以有效地降低海洋模式的误差和原观测数据的稀疏性。
沿海声层析（Coastal Acoustic Tomography,简称CAT）是利用高频声信号实现近海大范围流场观测的有效手段，但其直接观测范围仍然有限。海洋数值模式提供了一种存在仿真误差的大范围海洋背景场，将CAT观测结果与海洋背景结果同化，可以提高流场结果的分辨率和准确度。本文提出一种利用流函数拟合海洋模式流场结果并使用集合卡尔曼滤波算法同化CAT数据的方法，获得更大范围的海洋水平二维流场结果。同化研究以非结构化网格有限体积海洋数值模式（Finite-Volume Community Ocean Model，简称FVCOM）作为背景场，以2016年6月1日至3日在印度尼西亚巴厘海峡（Bali Strait）进行的4站CAT实验作为观测数据。经过背景场流函数拟合和CAT数据同化，获得巴厘海峡二维流场。同化结果分别与同期观测结果和潮位数据对比，发现流函数拟合同化后的流场能更准确地描述巴厘海峡涨落潮和流量情况，通过引入CAT数据与流场的函数关系，可以有效地降低海洋模式的误差和原观测数据的稀疏性。
2024, 46(8): 131-142.
doi: 10.12284/hyxb2024075
摘要:
海冰是全球气候变化的指示剂，北极海冰的变化关系到全球变暖、海平面上升等。针对传统语义分割模型对海冰进行提取时存在细节提取不精确、提取速度慢等问题，构建了一种改进DeepLabV3+的海冰提取方法。首先，将主干网络Xception替换为MobileNetV2，在保证海冰提取精度的同时大幅度降低模型参数量，节约时间；其次，将ASPP改进为DenseASPP，在进行海冰的多尺度特征提取时进一步扩大感受野，获得更为密集的特征；最后，引入坐标注意力机制，同时强化关注通道和空间上的特征，加强海冰边缘细节信息提取。选取北极格陵兰海为实验区，通过对该海域2020–2022年间冬季的10景Sentinel-1A双极化SAR影像进行处理、标注之后形成数据集进行实验，对比U-Net、PSPNet和DeepLabV3+等经典模型。结果表明：本文方法的mIoU达到了88.46%，mPA达到了94.16%。相较于传统DeepLabV3+，mIoU提高了2.35%，mPA提高了2.90%，参数量和GFLOPs分别减少了45.08 M和106.01 G，同时训练模型时间和提取海冰时间分别减少了68%和30%。对比U-Net、PSPNet等模型，同样取得了最优结果。与其他模型相比，本文新构建的模型对海冰特征的学习能力更强，能获取更多海冰细节信息，并大幅度节约用时，能够为研究全球变暖环境下的海冰退化监测问题提供技术支持。
海冰是全球气候变化的指示剂，北极海冰的变化关系到全球变暖、海平面上升等。针对传统语义分割模型对海冰进行提取时存在细节提取不精确、提取速度慢等问题，构建了一种改进DeepLabV3+的海冰提取方法。首先，将主干网络Xception替换为MobileNetV2，在保证海冰提取精度的同时大幅度降低模型参数量，节约时间；其次，将ASPP改进为DenseASPP，在进行海冰的多尺度特征提取时进一步扩大感受野，获得更为密集的特征；最后，引入坐标注意力机制，同时强化关注通道和空间上的特征，加强海冰边缘细节信息提取。选取北极格陵兰海为实验区，通过对该海域2020–2022年间冬季的10景Sentinel-1A双极化SAR影像进行处理、标注之后形成数据集进行实验，对比U-Net、PSPNet和DeepLabV3+等经典模型。结果表明：本文方法的mIoU达到了88.46%，mPA达到了94.16%。相较于传统DeepLabV3+，mIoU提高了2.35%，mPA提高了2.90%，参数量和GFLOPs分别减少了45.08 M和106.01 G，同时训练模型时间和提取海冰时间分别减少了68%和30%。对比U-Net、PSPNet等模型，同样取得了最优结果。与其他模型相比，本文新构建的模型对海冰特征的学习能力更强，能获取更多海冰细节信息，并大幅度节约用时，能够为研究全球变暖环境下的海冰退化监测问题提供技术支持。
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