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2024年  第46卷  第1期

封面
2024 年 1 期封面
2024, 46(1): -1--1.
摘要:
目次
2024 年 1 期目次
2024, 46(1): .
摘要:
海洋工程
珊瑚礁冠层水动力学问题研究综述
姚宇, 周宝宝
2024, 46(1): 1-11. doi: 10.12284/hyxb2024002
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。
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
2024, 46(1): 12-26. doi: 10.12284/hyxb2024024
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。本文在总结前人研究的基础上,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。
不规则波作用下岸基式振荡水柱波能装置的水动力性能研究
傅磊, 宁德志, 王荣泉, RobertMayon
2024, 46(1): 101-110. doi: 10.12284/hyxb2024005
摘要:
为了研究真实海域中振荡水柱(OWC)波能转换装置的水动力性能,本文基于势流理论和高阶边界元方法,建立了不规则波与岸基式OWC波能装置相互作用的二维非线性数值模型,不规则波基于JONSWAP谱生成。为了考虑由于水体黏性引起的能量耗散,在气室内水面边界条件中引入人工黏性阻尼。并在大连理工大学波流水槽中开展了物理模型试验,对数值模型的有效性进行了验证。研究发现,在不规则波作用下,OWC波能装置的水动力效率相较于规则波作用下有所降低,特别是在低频波区域效率差值最大。与规则波相比,不规则波浪作用下装置峰值效率对应的频率变大。气室内的相对水面高程随着有效波高的增加而降低,而气室内相对气压则随有效波高的增加而增大。OWC波能装置的水动力效率受有效波高的影响较小,其峰值效率对应的频率不受波浪非线性的影响。本文可以为OWC波能装置的设计提供参考。
物理海洋、海洋气象、海洋物理
阿古拉斯流域亚中尺度过程的能量分析
赵若楠, 李刚, 何宜军
2024, 46(1): 27-38. doi: 10.12284/hyxb2024070
摘要:
本文基于(1/48)°MITgcm数值模拟结果,通过频率−波数谱分析等方法分离地转平衡和非地转运动,分析了阿古拉斯流域亚中尺度的分布特征,讨论了其季节性变化的主要影响因素。结果表明,阿古拉斯流域亚中尺度过程具有冬强夏弱的显著季节变化特征,混合层斜压不稳定是影响该流域亚中尺度季节性差异的主要原因。此外,在涡动能较强的区域,地转平衡运动始终主导亚中尺度过程,季节性变化较小;在涡动能较弱的区域,地转平衡与非地转分量具有明显的季节性差异,局地混合层浅化可能是导致夏季非地转分量贡献增加的主要机制。本文研究结果有助于进一步探究阿古拉斯流域亚中尺度的季节性变化及其主导因素,地转平衡与非地转运动的有效分离加强了我们对海洋多尺度之间能量传递的理解。
海洋生物
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特征
刘思源, 张衡, 杨超, 方舟
2024, 46(1): 39-52. doi: 10.12284/hyxb2024018
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、海表面高度和叶绿素a质量浓度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。
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
2024, 46(1): 53-63. doi: 10.12284/hyxb2024016
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,其海洋面积散射系数(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。
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
2024, 46(1): 64-76. doi: 10.12284/hyxb2024020
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,构建了海洋牧场鱼类群落的质量谱模型(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,分析特定种类的捕捞死亡系数变化对鱼类群落产生的影响,并利用群落总生物量、质量谱斜率、平均最大质量、平均质量和大型鱼类指数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。捕捞死亡系数变化后,不同物种间竞争捕食等复杂的相互作用会产生营养级联效应。多物种管理策略结果显示,灰海鳗(Muraenesox cinereus)的捕捞死亡系数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系数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系数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。
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
2024, 46(1): 77-87. doi: 10.12284/hyxb2024012
摘要:
大黄鱼(Larimichthys crocea)幽门盲囊呈半封闭结构,保留了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,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操作分类单元(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以及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。
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
2024, 46(1): 88-100. doi: 10.12284/hyxb2024010
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、免疫和抗氧化酶活性的变化情况,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
2024, 46(1): 121-130. doi: 10.12284/hyxb2024022
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、系统杂食性指数为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。本研究结果可以为该海域生态系统水平的禁捕效果评估工作提供基准参考。
海洋化学
长江口及其邻近海域表层水中溶解Mn浓度的季节变化特征
周冬煊, 葛云骢, 姜子元, 阮雅青, 曹芳, 杨守业, 张瑞峰
2024, 46(1): 111-120. doi: 10.12284/hyxb2024006
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。