2023年 第45卷 第8期
2023, 45(8): 1-10.
doi: 10.12284/hyxb2023096
摘要:
本文利用验潮站观测和卫星高度计数据，以及基于筛选的CMIP6的10个模拟性能较好的地球系统模式结果，对中国海平面的长期变化趋势，以及未来上升幅度进行了分析和预测。结果显示：（1）1960−2021年，中国沿海海平面呈加速上升趋势，上升速率为2.5 mm/a，加速度为0.06 mm/a2；1993−2021年上升速率为4.0 mm/a，高于全球同期3.3 mm/a的上升值。（2）1980−2021年，渤、黄海，东海和南海沿海海平面上升速率分别为3.5 mm/a、3.3 mm/a和3.6 mm/a，渤、黄海和南海沿海海平面上升速率较快，东海偏慢；渤、黄海沿海海平面在20世纪60−70年代上升较慢，80年代之后上升加快。（3）在中等情景（SSP2-4.5）和高情景（SSP5-8.5）下，2050年中国近海海平面将上升0.22 m（0.19～0.28 m）和0.24 m（0.21～0.33 m）；到2100年，中国近海海平面将上升0.59 m（0.47～0.80 m）和0.83 m（0.64～1.09 m）。（4）2021−2040年，统计预测的海平面上升中值略接近数值模式低、中和高情景预测值。2041−2060年，数值模式低、中和高情景预测值均介于统计预测的中值和高值之间。2081−2100年，统计预测的海平面上升高值与数值模式中情景预测值接近，绝对偏差为0.017 m，相对偏差为3.4%。（5）高情景下，2100年现有100年一遇的极端高海面将变为不足10年一遇，其中超过50%的站点将变为不足两年一遇，沿海防护工程等基础设施的防御能力降低，复合型滨海城市洪涝等灾害事件的风险增加。
本文利用验潮站观测和卫星高度计数据，以及基于筛选的CMIP6的10个模拟性能较好的地球系统模式结果，对中国海平面的长期变化趋势，以及未来上升幅度进行了分析和预测。结果显示：（1）1960−2021年，中国沿海海平面呈加速上升趋势，上升速率为2.5 mm/a，加速度为0.06 mm/a2；1993−2021年上升速率为4.0 mm/a，高于全球同期3.3 mm/a的上升值。（2）1980−2021年，渤、黄海，东海和南海沿海海平面上升速率分别为3.5 mm/a、3.3 mm/a和3.6 mm/a，渤、黄海和南海沿海海平面上升速率较快，东海偏慢；渤、黄海沿海海平面在20世纪60−70年代上升较慢，80年代之后上升加快。（3）在中等情景（SSP2-4.5）和高情景（SSP5-8.5）下，2050年中国近海海平面将上升0.22 m（0.19～0.28 m）和0.24 m（0.21～0.33 m）；到2100年，中国近海海平面将上升0.59 m（0.47～0.80 m）和0.83 m（0.64～1.09 m）。（4）2021−2040年，统计预测的海平面上升中值略接近数值模式低、中和高情景预测值。2041−2060年，数值模式低、中和高情景预测值均介于统计预测的中值和高值之间。2081−2100年，统计预测的海平面上升高值与数值模式中情景预测值接近，绝对偏差为0.017 m，相对偏差为3.4%。（5）高情景下，2100年现有100年一遇的极端高海面将变为不足10年一遇，其中超过50%的站点将变为不足两年一遇，沿海防护工程等基础设施的防御能力降低，复合型滨海城市洪涝等灾害事件的风险增加。
2023, 45(8): 11-23.
doi: 10.12284/hyxb2023100
摘要:
已有多个研究证实南大洋自海表到底层的海水特性存在长期变化特征，并指出其与大尺度外部强迫的改变紧密相关。然而，截至目前海洋学界对各水团的更高频年际变化特征及其影响原因依然了解甚少，其中包括了近海表最易受外部强迫影响的冬季水（Winter Water, WW）。本文结合2011−2020年间每年1月沿110°E断面采集的重复观测资料和再分析气象资料，研究季节性冰区内WW层10年间的年际变化。结果发现，该海域WW特性具有显著的时空变化特征。WW核心温度距平与前一年的南极涛动（Antarctic Oscillation, AAO）指数距平具有显著正相关关系（R = 0.69），而AAO指数与局地纬向风转向所在纬度呈负相关关系（R = −0.61），说明AAO指数越大（小）时，辐散带会向南（北）移动，季节性冰区的WW核心温度升高（降低）。局地净降水量距平变化与WW核心盐度距平的变化相反，2016年之后负的净降水量距平（大气向海洋输送淡水减少）促使WW核心盐度距平增大。另外，局地涡动能距平与WW厚度距平呈负相关关系（R = −0.70），据此推测该海域持续存在的气旋式涡旋的强度增强（减弱），引发向上抽吸作用增强（减弱），导致绕极深层水的深度变浅（加深），进而引起其上层WW层厚度的变化。通过本研究工作，有助于深入理解南大洋海洋水柱对外部强迫高频变化的具体响应。
已有多个研究证实南大洋自海表到底层的海水特性存在长期变化特征，并指出其与大尺度外部强迫的改变紧密相关。然而，截至目前海洋学界对各水团的更高频年际变化特征及其影响原因依然了解甚少，其中包括了近海表最易受外部强迫影响的冬季水（Winter Water, WW）。本文结合2011−2020年间每年1月沿110°E断面采集的重复观测资料和再分析气象资料，研究季节性冰区内WW层10年间的年际变化。结果发现，该海域WW特性具有显著的时空变化特征。WW核心温度距平与前一年的南极涛动（Antarctic Oscillation, AAO）指数距平具有显著正相关关系（R = 0.69），而AAO指数与局地纬向风转向所在纬度呈负相关关系（R = −0.61），说明AAO指数越大（小）时，辐散带会向南（北）移动，季节性冰区的WW核心温度升高（降低）。局地净降水量距平变化与WW核心盐度距平的变化相反，2016年之后负的净降水量距平（大气向海洋输送淡水减少）促使WW核心盐度距平增大。另外，局地涡动能距平与WW厚度距平呈负相关关系（R = −0.70），据此推测该海域持续存在的气旋式涡旋的强度增强（减弱），引发向上抽吸作用增强（减弱），导致绕极深层水的深度变浅（加深），进而引起其上层WW层厚度的变化。通过本研究工作，有助于深入理解南大洋海洋水柱对外部强迫高频变化的具体响应。
2023, 45(8): 24-30.
doi: 10.12284/hyxb2023094
摘要:
对Radarsat-2和Sentinel-1A分别观测的两个海域的单景SAR图像进行子孔径分解，各自得到不同方位角上的两幅SAR子孔径图像。使用多普勒质心频移法分别对不同方位角的两幅SAR图像进行海流反演，并进行海流矢量合成，采用经过时空匹配的HYCOM模式数据对反演结果进行检验，结果表明：Radarsat-2观测的SAR图像分解的两幅子孔径SAR图像矢量合成后的海流与HYCOM模式数据相比，速度均方根值为0.09 m/s，相关系数为0.64；方向均方根值为10.49°，相关系数为0.78。Sentinel-1A观测的SAR图像分解的两幅子孔径SAR图像矢量合成后的海流与HYCOM模式数据相比，速度均方根值为0.06 m/s，相关系数为0.82；方向均方根值为2.85°，相关系数为0.86。由此可见，基于单景SAR分解的两幅子孔径SAR图像可以有效反演二维海流。其反演精度与雷达视向和真实海流矢量的方向有关，二者的角度越小，反演海流矢量的精度越高。
对Radarsat-2和Sentinel-1A分别观测的两个海域的单景SAR图像进行子孔径分解，各自得到不同方位角上的两幅SAR子孔径图像。使用多普勒质心频移法分别对不同方位角的两幅SAR图像进行海流反演，并进行海流矢量合成，采用经过时空匹配的HYCOM模式数据对反演结果进行检验，结果表明：Radarsat-2观测的SAR图像分解的两幅子孔径SAR图像矢量合成后的海流与HYCOM模式数据相比，速度均方根值为0.09 m/s，相关系数为0.64；方向均方根值为10.49°，相关系数为0.78。Sentinel-1A观测的SAR图像分解的两幅子孔径SAR图像矢量合成后的海流与HYCOM模式数据相比，速度均方根值为0.06 m/s，相关系数为0.82；方向均方根值为2.85°，相关系数为0.86。由此可见，基于单景SAR分解的两幅子孔径SAR图像可以有效反演二维海流。其反演精度与雷达视向和真实海流矢量的方向有关，二者的角度越小，反演海流矢量的精度越高。
2023, 45(8): 31-45.
doi: 10.12284/hyxb2023086
摘要:
海冰运动是影响北极海冰平流输运和物质平衡空间重新分布的重要因素。本研究基于2018年9月至2019年8月期间北冰洋66个冰基浮标位置记录数据，结合大气再分析数据，计算得到了海冰运动速度、冰速与风速的比值和海冰运动惯性强度，以刻画北极海冰运动学特征参数在一个冰季的时空变化，并讨论了不同区域冰速与风速比与海冰密集度的关联性。海冰漂移速度在波弗特–楚科奇海、东北极中央区和西北极中央区呈秋冬降低春夏升高的季节变化特征。格陵兰海月均海冰漂移速度（（0.32 ± 0.06）m/s）最大，其次是弗拉姆海峡（（0.17 ± 0.07）m/s）和波弗特–楚科奇海（（0.14 ±0.05）m/s），而东北极中央区（（0.09 ± 0.02）m/s）和西北极中央区（（0.07 ± 0.03）m/s）较低。在月尺度上，冰漂移速度与风速的比值主要受海冰漂移速度支配。弗拉姆海峡和格陵兰海受较强的表层海流影响，冰速与风速比值较大，西北极中央区、东北极中央区和波弗特–楚科奇海的冰速与风速比值随着海冰密集度的增加趋近，并分布在0～0.02之间。所有浮标的月平均惯性运动指数为0.158 ±0.144，秋冬季过渡期间，海冰对风的响应以及海冰运动的惯性信号逐渐减弱，春–夏季随着海冰融化又开始增强，因此上述两个参数都可以作为指示海冰冰场固结程度的重要指标。
海冰运动是影响北极海冰平流输运和物质平衡空间重新分布的重要因素。本研究基于2018年9月至2019年8月期间北冰洋66个冰基浮标位置记录数据，结合大气再分析数据，计算得到了海冰运动速度、冰速与风速的比值和海冰运动惯性强度，以刻画北极海冰运动学特征参数在一个冰季的时空变化，并讨论了不同区域冰速与风速比与海冰密集度的关联性。海冰漂移速度在波弗特–楚科奇海、东北极中央区和西北极中央区呈秋冬降低春夏升高的季节变化特征。格陵兰海月均海冰漂移速度（（0.32 ± 0.06）m/s）最大，其次是弗拉姆海峡（（0.17 ± 0.07）m/s）和波弗特–楚科奇海（（0.14 ±0.05）m/s），而东北极中央区（（0.09 ± 0.02）m/s）和西北极中央区（（0.07 ± 0.03）m/s）较低。在月尺度上，冰漂移速度与风速的比值主要受海冰漂移速度支配。弗拉姆海峡和格陵兰海受较强的表层海流影响，冰速与风速比值较大，西北极中央区、东北极中央区和波弗特–楚科奇海的冰速与风速比值随着海冰密集度的增加趋近，并分布在0～0.02之间。所有浮标的月平均惯性运动指数为0.158 ±0.144，秋冬季过渡期间，海冰对风的响应以及海冰运动的惯性信号逐渐减弱，春–夏季随着海冰融化又开始增强，因此上述两个参数都可以作为指示海冰冰场固结程度的重要指标。
2023, 45(8): 46-61.
doi: 10.12284/hyxb2023092
摘要:
海冰数值模式是研究海冰动力热力状态参量及之间联系的有效途径。目前对冰厚数值模拟结果的分析远远少于对海冰范围/面积和密集度的研究，对冰速与海冰形变对冰厚分布影响的研究也尚欠缺。本文利用Los Alamos sea ice model（CICE）海冰模式模拟了1980−2018年的北极海冰变化，并使用遥感、同化冰厚数据进行比对验证，分析了模拟冰速和海冰形变对冰厚的影响，计算了冰速的散度和切变偏差对冰厚偏差的贡献。结果显示，CICE对北极70°N以北区域平均冰厚和冰速的年际变化模拟基本合理，但模拟的平均冰厚和冰速多年变化趋势均小于同化数据的变化率；模拟和观测冰厚的空间分布差异与冰速和形变率的偏差有密切联系，主要表现为波弗特海的正偏差和北极中央区至弗拉姆海峡的负偏差。泛北极区域散度和切变偏差在3月之前对冰厚偏差的贡献在13%～16%之间变化，3−4月则由16%跃变至27%。散度偏差主导了11月、12月波弗特海区域的冰厚正偏差，切变偏差主导了冬季加拿大群岛以北海域和穿极流区域的冰厚负偏差。
海冰数值模式是研究海冰动力热力状态参量及之间联系的有效途径。目前对冰厚数值模拟结果的分析远远少于对海冰范围/面积和密集度的研究，对冰速与海冰形变对冰厚分布影响的研究也尚欠缺。本文利用Los Alamos sea ice model（CICE）海冰模式模拟了1980−2018年的北极海冰变化，并使用遥感、同化冰厚数据进行比对验证，分析了模拟冰速和海冰形变对冰厚的影响，计算了冰速的散度和切变偏差对冰厚偏差的贡献。结果显示，CICE对北极70°N以北区域平均冰厚和冰速的年际变化模拟基本合理，但模拟的平均冰厚和冰速多年变化趋势均小于同化数据的变化率；模拟和观测冰厚的空间分布差异与冰速和形变率的偏差有密切联系，主要表现为波弗特海的正偏差和北极中央区至弗拉姆海峡的负偏差。泛北极区域散度和切变偏差在3月之前对冰厚偏差的贡献在13%～16%之间变化，3−4月则由16%跃变至27%。散度偏差主导了11月、12月波弗特海区域的冰厚正偏差，切变偏差主导了冬季加拿大群岛以北海域和穿极流区域的冰厚负偏差。
2023, 45(8): 62-72.
doi: 10.12284/hyxb2023098
摘要:
微量元素在珊瑚文石骨骼和海水间的分配过程是控制海水中微量元素进入珊瑚骨骼的关键环节，表征该分配过程的分配系数（KD）常用于时间序列上的海水微量元素含量重建。由于缺乏珊瑚和海水的原位研究，我们对珊瑚文石骨骼与海水之间微量元素的分配行为的了解非常有限，这严重阻碍了我们对于准确的海水化学定量数据的获取。本研究中，我们选取了南海北部涠洲岛海域的两种典型的造礁石珊瑚种（网状菊花珊瑚（Goniastrea retiformis）和八重山扁脑珊瑚（Platygyra yaeyamaensis））和周围原位表层海水中的5种微量元素（Cu、Zn、Pb、Cd和Cr）进行研究，估算了这些微量元素在珊瑚文石骨骼和海水之间的分配系数。研究结果表明：各个微量元素在网状菊花珊瑚和八重山扁脑珊瑚文石骨骼和海水间的分配系数分别为3.65和3.49（Cu）；0.57和0.97（Zn）；1.06和1.42（Pb）；0.88和1.01（Cd）；0.66和0.60（Cr）。结合前人报道的各个种属珊瑚的分配系数，我们发现不同珊瑚种属Cu、Zn、Pb和Cd的KD值存在显著差异，而Cr的KD值差异则相对较小。此外，微量元素KD值还在一定程度上受到瑞利分馏的影响，该影响与KD值的大小有关。本研究为珊瑚文石骨骼和海水间分配系数提供了较为准确的KD值，为未来的珊瑚研究提供了重要的基础数据，并扩展了我们对海洋生物成因矿物晶格的化学特征的认识。
微量元素在珊瑚文石骨骼和海水间的分配过程是控制海水中微量元素进入珊瑚骨骼的关键环节，表征该分配过程的分配系数（KD）常用于时间序列上的海水微量元素含量重建。由于缺乏珊瑚和海水的原位研究，我们对珊瑚文石骨骼与海水之间微量元素的分配行为的了解非常有限，这严重阻碍了我们对于准确的海水化学定量数据的获取。本研究中，我们选取了南海北部涠洲岛海域的两种典型的造礁石珊瑚种（网状菊花珊瑚（Goniastrea retiformis）和八重山扁脑珊瑚（Platygyra yaeyamaensis））和周围原位表层海水中的5种微量元素（Cu、Zn、Pb、Cd和Cr）进行研究，估算了这些微量元素在珊瑚文石骨骼和海水之间的分配系数。研究结果表明：各个微量元素在网状菊花珊瑚和八重山扁脑珊瑚文石骨骼和海水间的分配系数分别为3.65和3.49（Cu）；0.57和0.97（Zn）；1.06和1.42（Pb）；0.88和1.01（Cd）；0.66和0.60（Cr）。结合前人报道的各个种属珊瑚的分配系数，我们发现不同珊瑚种属Cu、Zn、Pb和Cd的KD值存在显著差异，而Cr的KD值差异则相对较小。此外，微量元素KD值还在一定程度上受到瑞利分馏的影响，该影响与KD值的大小有关。本研究为珊瑚文石骨骼和海水间分配系数提供了较为准确的KD值，为未来的珊瑚研究提供了重要的基础数据，并扩展了我们对海洋生物成因矿物晶格的化学特征的认识。
2023, 45(8): 73-85.
doi: 10.12284/hyxb2023127
摘要:
边缘海沉积物中的早期成岩作用是影响碳循环和埋藏的重要过程，目前对早期成岩过程及其影响因素的了解还不够深入。于2018年8月在长江口−东海内陆架采集了短柱状沉积物，对间隙水中溶解无机碳（DIC）、溶解无机氮（DIN）、二价铁（\begin{document}${\rm{Fe}}^{2+}$\end{document} ![]()
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边缘海沉积物中的早期成岩作用是影响碳循环和埋藏的重要过程，目前对早期成岩过程及其影响因素的了解还不够深入。于2018年8月在长江口−东海内陆架采集了短柱状沉积物，对间隙水中溶解无机碳（DIC）、溶解无机氮（DIN）、二价铁（
2023, 45(8): 86-95.
doi: 10.12284/hyxb2023106
摘要:
传统的物种分布模型很少将种间关系纳入建模框架中，妨碍了对物种栖息分布的准确预测。近年来联合物种分布模型（JSDMs）越来越受到关注，但在海洋领域实际应用仍较为缺乏。本研究根据2017年夏季山东近海底拖网调查数据，结合水深、底层水温和底层盐度等环境数据，采用物种群落层次模型（HMSC）方法研究了山东近海17种底层鱼类与环境因素之间的关系和种间相关性。本研究根据生物与环境之间的线性或非线性关系以及随机效应构建了5种HMSC，并利用广泛适用信息准则（WAIC）等指标以及交叉验证方法，评价了模型拟合程度和预测效果。结果表明，最优模型为包含随机效应的非线性模型（模型五），非线性模型优于线性模型，且在模型中考虑种间关系能明显地提高模型的拟合效果。温度是影响山东近海底层鱼类分布的主要因素，占平均可解释方差的51.4%，其次是水深和随机效应，分别占35.7%和12.8%。山东近海大部分底层鱼类与水深存在显著线性正相关关系，而与水温存在显著的非线性关系。底层鱼类种间具有显著相关性，按其相关性的正负可大致分为3组，表明种间关系在预测物种分布方面的作用不容忽视。本研究建议，在建模中应同时考虑非生物因素和生物之间的相互关系，研究结果为预测渔业资源栖息分布提供了重要参考。
传统的物种分布模型很少将种间关系纳入建模框架中，妨碍了对物种栖息分布的准确预测。近年来联合物种分布模型（JSDMs）越来越受到关注，但在海洋领域实际应用仍较为缺乏。本研究根据2017年夏季山东近海底拖网调查数据，结合水深、底层水温和底层盐度等环境数据，采用物种群落层次模型（HMSC）方法研究了山东近海17种底层鱼类与环境因素之间的关系和种间相关性。本研究根据生物与环境之间的线性或非线性关系以及随机效应构建了5种HMSC，并利用广泛适用信息准则（WAIC）等指标以及交叉验证方法，评价了模型拟合程度和预测效果。结果表明，最优模型为包含随机效应的非线性模型（模型五），非线性模型优于线性模型，且在模型中考虑种间关系能明显地提高模型的拟合效果。温度是影响山东近海底层鱼类分布的主要因素，占平均可解释方差的51.4%，其次是水深和随机效应，分别占35.7%和12.8%。山东近海大部分底层鱼类与水深存在显著线性正相关关系，而与水温存在显著的非线性关系。底层鱼类种间具有显著相关性，按其相关性的正负可大致分为3组，表明种间关系在预测物种分布方面的作用不容忽视。本研究建议，在建模中应同时考虑非生物因素和生物之间的相互关系，研究结果为预测渔业资源栖息分布提供了重要参考。
2023, 45(8): 96-107.
doi: 10.12284/hyxb2023104
摘要:
可拉酸是生物被膜上重要的胞外多糖之一，但细菌可拉酸对海洋无脊椎动物附着过程的影响还鲜少研究。本研究从自然生物被膜中分离出8株海洋细菌，对其种属进行鉴定及聚类分析，并测定其生物被膜的可拉酸含量及对稚贝附着的诱导能力。筛选所得海洋细菌形成生物被膜并测定其成膜能力及胞外产物含量，发现β-多糖的生物量与厚壳贻贝稚贝附着率呈显著正相关趋势（p < 0.05）。8株海洋细菌生物被膜中可拉酸含量的定量结果显示，3株革兰氏阳性菌无法产生可拉酸，5株革兰氏阴性菌均可检测到不同含量的可拉酸，其中革兰氏阴性菌Shewanella marisflavi的可拉酸含量最高，为1 076.43 μg/mL。不同可拉酸含量的海洋细菌单一生物被膜与厚壳贻贝稚贝附着率之间关系的研究结果显示，海洋细菌生物被膜对厚壳贻贝稚贝附着率的诱导效果与其可拉酸含量呈显著正相关（p < 0.05）。以上结果表明，细菌生物被膜中的可拉酸能够参与诱导厚壳贻贝稚贝的附着。本研究为探究海洋细菌生物被膜的化学物质与海洋贝类附着之间的相互作用及其对贝类附着机制提出了新的见解。
可拉酸是生物被膜上重要的胞外多糖之一，但细菌可拉酸对海洋无脊椎动物附着过程的影响还鲜少研究。本研究从自然生物被膜中分离出8株海洋细菌，对其种属进行鉴定及聚类分析，并测定其生物被膜的可拉酸含量及对稚贝附着的诱导能力。筛选所得海洋细菌形成生物被膜并测定其成膜能力及胞外产物含量，发现β-多糖的生物量与厚壳贻贝稚贝附着率呈显著正相关趋势（p < 0.05）。8株海洋细菌生物被膜中可拉酸含量的定量结果显示，3株革兰氏阳性菌无法产生可拉酸，5株革兰氏阴性菌均可检测到不同含量的可拉酸，其中革兰氏阴性菌Shewanella marisflavi的可拉酸含量最高，为1 076.43 μg/mL。不同可拉酸含量的海洋细菌单一生物被膜与厚壳贻贝稚贝附着率之间关系的研究结果显示，海洋细菌生物被膜对厚壳贻贝稚贝附着率的诱导效果与其可拉酸含量呈显著正相关（p < 0.05）。以上结果表明，细菌生物被膜中的可拉酸能够参与诱导厚壳贻贝稚贝的附着。本研究为探究海洋细菌生物被膜的化学物质与海洋贝类附着之间的相互作用及其对贝类附着机制提出了新的见解。
2023, 45(8): 108-119.
doi: 10.12284/hyxb2023088
摘要:
红树林作为热带地区碳储量最高的植被类型之一，面积呈现破碎化、减少趋势，地上生物量（AGB）的空间分布及其动态信息对于温室气体通量、碳储量的估算以及政策制定和实施至关重要。但是常用于AGB估算的光学数据或者SAR数据均存在信号饱和现象，且传统估算红树林生物量的算法对数据要求高、估算精度相对较低。针对该问题，本研究使用无人机激光雷达（UAV-LiDAR）数据对比了4种梯度增强决策树算法对于估算入侵红树林物种无瓣海桑AGB的精度，同时探讨了建模过程中的变量重要性。结果表明：（1）XGBR对于评估红树林AGB具有较高的拟合能力，达到R2 = 0.833 8，RMSE = 1.55 Mg/hm2；（2）研究区的无瓣海桑预测AGB的值为73.10～190.00 Mg/hm2，平均值为109.10 Mg/hm2；（3）描述冠层高度特征的激光雷达指标是估计红树林AGB的重要变量。本研究证明了UAV-LiDAR数据与XGBR模型对于估算红树林AGB的可行性，以期为红树林生态系统的蓝碳研究提供数据支撑。
红树林作为热带地区碳储量最高的植被类型之一，面积呈现破碎化、减少趋势，地上生物量（AGB）的空间分布及其动态信息对于温室气体通量、碳储量的估算以及政策制定和实施至关重要。但是常用于AGB估算的光学数据或者SAR数据均存在信号饱和现象，且传统估算红树林生物量的算法对数据要求高、估算精度相对较低。针对该问题，本研究使用无人机激光雷达（UAV-LiDAR）数据对比了4种梯度增强决策树算法对于估算入侵红树林物种无瓣海桑AGB的精度，同时探讨了建模过程中的变量重要性。结果表明：（1）XGBR对于评估红树林AGB具有较高的拟合能力，达到R2 = 0.833 8，RMSE = 1.55 Mg/hm2；（2）研究区的无瓣海桑预测AGB的值为73.10～190.00 Mg/hm2，平均值为109.10 Mg/hm2；（3）描述冠层高度特征的激光雷达指标是估计红树林AGB的重要变量。本研究证明了UAV-LiDAR数据与XGBR模型对于估算红树林AGB的可行性，以期为红树林生态系统的蓝碳研究提供数据支撑。
2023, 45(8): 120-129.
doi: 10.12284/hyxb2023108
摘要:
颗石藻既通过光合作用合成颗粒有机碳（POC），又通过钙化作用产生颗粒无机碳（PIC），对海洋碳循环有重要贡献。虽然已有一些研究报道海洋酸化通常可增加颗石藻细胞POC含量，减少细胞PIC含量，但是这些实验结果大部分是在营养盐浓度充足条件下获得，且较少研究关注营养盐浓度限制和海洋酸化对颗石藻的耦合作用。本文研究了在无机磷浓度限制条件下，赫氏颗石藻（Emiliania huxleyi）的主要生理指标对海洋酸化的响应特征。结果显示，海洋酸化和无机磷浓度限制协同降低了颗石藻的生长速率、相对电子传递速率和光能利用效率。无机磷浓度限制主导增加颗石藻的光合固碳量，并抵消了海洋酸化对细胞PIC含量及PIC/POC比率的负面效应。研究结果表明，无机磷浓度限制改变了颗石藻的两种固碳作用对海洋酸化的响应趋势，暗示在无机磷浓度不同的海域，颗石藻对海洋碳循环的贡献不同。
颗石藻既通过光合作用合成颗粒有机碳（POC），又通过钙化作用产生颗粒无机碳（PIC），对海洋碳循环有重要贡献。虽然已有一些研究报道海洋酸化通常可增加颗石藻细胞POC含量，减少细胞PIC含量，但是这些实验结果大部分是在营养盐浓度充足条件下获得，且较少研究关注营养盐浓度限制和海洋酸化对颗石藻的耦合作用。本文研究了在无机磷浓度限制条件下，赫氏颗石藻（Emiliania huxleyi）的主要生理指标对海洋酸化的响应特征。结果显示，海洋酸化和无机磷浓度限制协同降低了颗石藻的生长速率、相对电子传递速率和光能利用效率。无机磷浓度限制主导增加颗石藻的光合固碳量，并抵消了海洋酸化对细胞PIC含量及PIC/POC比率的负面效应。研究结果表明，无机磷浓度限制改变了颗石藻的两种固碳作用对海洋酸化的响应趋势，暗示在无机磷浓度不同的海域，颗石藻对海洋碳循环的贡献不同。
2023, 45(8): 130-142.
doi: 10.12284/hyxb2023102
摘要:
为解析大型海藻龙须菜（Gracilaria lemaneiformis）阴干藻段凋落分解对环境的影响及细菌群落演替规律，本文通过室内模拟凋落实验，分析了龙须菜凋落物分解过程中营养盐含量变化及藻体、水体、沉积物细菌群落结构特征。结果发现，龙须菜阴干藻段在较短时间内迅速凋落分解，50 d时，藻体分解率达到83.5%。凋落过程中，水体总有机碳、总氮、总磷的含量分别较初始时升高了241.2%、229.8%和101.3%。水体溶解氧含量从初始的1.87 mg/L降至第50天的0.32 mg/L，降幅达82.9%。凋落过程中，龙须菜藻体附着细菌数量维持在107 copy/g。凋落物藻体附着细菌丰富度与多样性在凋落分解过程中持续升高。优势菌群落结构变化受水体总有机碳、总氮、总磷和溶解氧含量影响显著，其中浮霉菌门、螺旋体门、厚壁菌门、δ-变形菌相对丰度不断上升，拟杆菌门、α-变形菌、γ-变形菌相对丰度不断下降。凋落过程中，凋落物藻体附着细菌中与代谢相关的功能基因丰度持续下降。结果表明，龙须菜藻体凋落会导致水体营养盐浓度升高，浮霉菌门、螺旋体门、厚壁菌门、δ-变形菌等细菌对龙须菜的凋落分解具有重要作用。
为解析大型海藻龙须菜（Gracilaria lemaneiformis）阴干藻段凋落分解对环境的影响及细菌群落演替规律，本文通过室内模拟凋落实验，分析了龙须菜凋落物分解过程中营养盐含量变化及藻体、水体、沉积物细菌群落结构特征。结果发现，龙须菜阴干藻段在较短时间内迅速凋落分解，50 d时，藻体分解率达到83.5%。凋落过程中，水体总有机碳、总氮、总磷的含量分别较初始时升高了241.2%、229.8%和101.3%。水体溶解氧含量从初始的1.87 mg/L降至第50天的0.32 mg/L，降幅达82.9%。凋落过程中，龙须菜藻体附着细菌数量维持在107 copy/g。凋落物藻体附着细菌丰富度与多样性在凋落分解过程中持续升高。优势菌群落结构变化受水体总有机碳、总氮、总磷和溶解氧含量影响显著，其中浮霉菌门、螺旋体门、厚壁菌门、δ-变形菌相对丰度不断上升，拟杆菌门、α-变形菌、γ-变形菌相对丰度不断下降。凋落过程中，凋落物藻体附着细菌中与代谢相关的功能基因丰度持续下降。结果表明，龙须菜藻体凋落会导致水体营养盐浓度升高，浮霉菌门、螺旋体门、厚壁菌门、δ-变形菌等细菌对龙须菜的凋落分解具有重要作用。
2023, 45(8): 143-154.
doi: 10.12284/hyxb2023084
摘要:
以海洋环境中具有重要生态功能的赫氏颗石藻（Emiliania huxleyi）BOF92及其特异性裂解病毒（E. huxleyi virus, EhV99B1）为研究对象，采用分子及细胞生物学方法探究海洋病毒感染诱导宿主细胞自噬特征及其调控机制。结果显示：病毒感染能诱导宿主细胞自噬，并出现明显的液泡酸化及液泡自噬现象；感染过程中核心自噬相关基因如atg1、atg5、atg8及atg12的mRNA表达水平均显著上调（p < 0.01），自噬启动成核相关蛋白Vps34显著上调（p < 0.01），进而启动自噬并促使自噬体与液泡的融合；自噬标志性蛋白p62显著下调（p < 0.05），表明自噬流畅通以加速蛋白降解；感染中后期对自噬起负调控作用的磷脂酰肌醇（PI3K）、磷酸化蛋白激酶B（p-Akt）和磷酸化雷帕霉素靶蛋白（p-TOR）等因子的表达水平均显著降低（p < 0.01）。另外，病毒感染过程中，细胞活性氧（ROS）水平显著升高（p < 0.01），线粒体膜电位（MMP）及ATP含量显著降低（p < 0.01）。综上，病毒感染诱发宿主藻细胞ROS的产生、线粒体膜受损，并通过调节PI3K/Akt/TOR级联反应诱导细胞自噬。可见，自噬作为一种独特的程序性细胞死亡形式，对浮游植物遭受胁迫后的个体存活及种群延续具有重要意义。
以海洋环境中具有重要生态功能的赫氏颗石藻（Emiliania huxleyi）BOF92及其特异性裂解病毒（E. huxleyi virus, EhV99B1）为研究对象，采用分子及细胞生物学方法探究海洋病毒感染诱导宿主细胞自噬特征及其调控机制。结果显示：病毒感染能诱导宿主细胞自噬，并出现明显的液泡酸化及液泡自噬现象；感染过程中核心自噬相关基因如atg1、atg5、atg8及atg12的mRNA表达水平均显著上调（p < 0.01），自噬启动成核相关蛋白Vps34显著上调（p < 0.01），进而启动自噬并促使自噬体与液泡的融合；自噬标志性蛋白p62显著下调（p < 0.05），表明自噬流畅通以加速蛋白降解；感染中后期对自噬起负调控作用的磷脂酰肌醇（PI3K）、磷酸化蛋白激酶B（p-Akt）和磷酸化雷帕霉素靶蛋白（p-TOR）等因子的表达水平均显著降低（p < 0.01）。另外，病毒感染过程中，细胞活性氧（ROS）水平显著升高（p < 0.01），线粒体膜电位（MMP）及ATP含量显著降低（p < 0.01）。综上，病毒感染诱发宿主藻细胞ROS的产生、线粒体膜受损，并通过调节PI3K/Akt/TOR级联反应诱导细胞自噬。可见，自噬作为一种独特的程序性细胞死亡形式，对浮游植物遭受胁迫后的个体存活及种群延续具有重要意义。
2023, 45(8): 155-165.
doi: 10.12284/hyxb2023147
摘要:
准确提取海水筏式养殖区信息对于海洋资源管理和环境监测具有重要意义，但是筏式养殖区养殖筏因淹没于水中常出现数据弱信号区域的现象，导致仅凭光学影像提取精度较低。因此，本文以威海荣成湾为研究区域，通过添加通道注意力机制改进U-Net神经网络并结合高分2号光学影像光谱信息以及高分3号雷达影像纹理信息，尝试提高筏式养殖区提取精度。结果表明：（1）无论是对于单一的光学影像还是光学和雷达影像融合影像，添加通道注意力机制的U-Net神经网络预测结果总体精度都会提高，提高幅度在2.21%～4.12%之间。（2）利用改进后的U-Net神经网络处理融合数据，总体精度达到95.75%，相对于仅用高分2号影像的精度高4.3%；（3）对于弱信号区域，利用改进网络以及融合数据提取的总体精度和Kappa系数分别为91.61%和0.827 7。该方法可以对海洋筏式养殖区弱信号区域进行有效提取，能够为海洋养殖面积统计以及海洋环境检测提供技术支持。
准确提取海水筏式养殖区信息对于海洋资源管理和环境监测具有重要意义，但是筏式养殖区养殖筏因淹没于水中常出现数据弱信号区域的现象，导致仅凭光学影像提取精度较低。因此，本文以威海荣成湾为研究区域，通过添加通道注意力机制改进U-Net神经网络并结合高分2号光学影像光谱信息以及高分3号雷达影像纹理信息，尝试提高筏式养殖区提取精度。结果表明：（1）无论是对于单一的光学影像还是光学和雷达影像融合影像，添加通道注意力机制的U-Net神经网络预测结果总体精度都会提高，提高幅度在2.21%～4.12%之间。（2）利用改进后的U-Net神经网络处理融合数据，总体精度达到95.75%，相对于仅用高分2号影像的精度高4.3%；（3）对于弱信号区域，利用改进网络以及融合数据提取的总体精度和Kappa系数分别为91.61%和0.827 7。该方法可以对海洋筏式养殖区弱信号区域进行有效提取，能够为海洋养殖面积统计以及海洋环境检测提供技术支持。
2023, 45(8): 166-177.
doi: 10.12284/hyxb2023082
摘要:
数字孪生技术构建的虚拟海洋平台，能够进一步实现海底环境监测数据的三维可视化分析。本文基于深海底长期原位监测数据，使用Unity3D技术构建出多模型融合的虚拟海洋环境，初步建立海洋工程地质环境数字孪生系统；结合MATLAB、ArcGIS数据分析技术实现智能监测、数据分析、人机交互、辅助决策等功能；研究进一步构建虚拟环境粒子系统，对南海北部陆坡神狐海域近底层悬浮物浓度升高事件进行了三维可视化分析，结果表明：在虚拟环境粒子系统中悬浮物浓度、粒子数量与聚集程度具有较大的时空差异。特别是悬浮物浓度维持在较高水平时，发现粒子间相互碰撞、重叠，并在空间中衍生了密集程度更高的微团，当悬浮物浓度进一步升至峰值时，微团数量增加并占据空间大部分体积，形成悬浮颗粒高度聚集，覆盖范围更广的悬浮物聚合体。本文基于图像分析技术，将可视化分析结果与真实海底摄像进行对比，相对误差在0.16%～2.80%范围内，具有较高的可行性。
数字孪生技术构建的虚拟海洋平台，能够进一步实现海底环境监测数据的三维可视化分析。本文基于深海底长期原位监测数据，使用Unity3D技术构建出多模型融合的虚拟海洋环境，初步建立海洋工程地质环境数字孪生系统；结合MATLAB、ArcGIS数据分析技术实现智能监测、数据分析、人机交互、辅助决策等功能；研究进一步构建虚拟环境粒子系统，对南海北部陆坡神狐海域近底层悬浮物浓度升高事件进行了三维可视化分析，结果表明：在虚拟环境粒子系统中悬浮物浓度、粒子数量与聚集程度具有较大的时空差异。特别是悬浮物浓度维持在较高水平时，发现粒子间相互碰撞、重叠，并在空间中衍生了密集程度更高的微团，当悬浮物浓度进一步升至峰值时，微团数量增加并占据空间大部分体积，形成悬浮颗粒高度聚集，覆盖范围更广的悬浮物聚合体。本文基于图像分析技术，将可视化分析结果与真实海底摄像进行对比，相对误差在0.16%～2.80%范围内，具有较高的可行性。
2023, 45(8): 178-190.
doi: 10.12284/hyxb2023090
摘要:
黄河三角洲作为我国重要的生态功能区，探究入海口处表层悬浮泥沙浓度（Suspended Sediment Concentration, SSC）分布及其影响因素对沉积物侵蚀再悬浮、河口海岸带生态过程等具有指导意义。本文基于色度角与SSC之间的关系建立了适于黄河口及邻近海域的SSC反演模型（R2 = 0.80，MRE = 11.0%，RMSE = 1.35 mg/L）。借助GEE平台，研究得到2000−2021年黄河口及邻近海域SSC的时空分布特征和变化规律，并从自然和人类活动两方面进行影响因素分析。研究区年均SSC呈波动下降的趋势（−1.83 mg/（L·a））；空间分布表现为由近岸向远岸逐渐降低的趋势；扩散区间（年均SSC > 20 mg/L）仅在距离河口4.8～14.6 km之间，黄河入海泥沙对现行黄河口处泥沙扩散影响有限。波浪与悬浮泥沙浓度存在相同的季节特征，非调水调沙期间，有效波高与SSC年代际月均值呈现正相关关系（r = 0.66，p < 0.01）；调水调沙期间，现行黄河口门以及莱州湾处SSC受风速、有效波高影响有限，调水调沙占主导地位。调水调沙期间的来沙系数与高浓度区面积变化率呈正相关的关系，调水调沙结束后（16 d内），高浓度区（SSC > 200 mg/L）边界由距沿岸约1.3 km扩大至约2.5 km。
黄河三角洲作为我国重要的生态功能区，探究入海口处表层悬浮泥沙浓度（Suspended Sediment Concentration, SSC）分布及其影响因素对沉积物侵蚀再悬浮、河口海岸带生态过程等具有指导意义。本文基于色度角与SSC之间的关系建立了适于黄河口及邻近海域的SSC反演模型（R2 = 0.80，MRE = 11.0%，RMSE = 1.35 mg/L）。借助GEE平台，研究得到2000−2021年黄河口及邻近海域SSC的时空分布特征和变化规律，并从自然和人类活动两方面进行影响因素分析。研究区年均SSC呈波动下降的趋势（−1.83 mg/（L·a））；空间分布表现为由近岸向远岸逐渐降低的趋势；扩散区间（年均SSC > 20 mg/L）仅在距离河口4.8～14.6 km之间，黄河入海泥沙对现行黄河口处泥沙扩散影响有限。波浪与悬浮泥沙浓度存在相同的季节特征，非调水调沙期间，有效波高与SSC年代际月均值呈现正相关关系（r = 0.66，p < 0.01）；调水调沙期间，现行黄河口门以及莱州湾处SSC受风速、有效波高影响有限，调水调沙占主导地位。调水调沙期间的来沙系数与高浓度区面积变化率呈正相关的关系，调水调沙结束后（16 d内），高浓度区（SSC > 200 mg/L）边界由距沿岸约1.3 km扩大至约2.5 km。
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