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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
, 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。
基于SLA-UNet的海水网箱养殖信息提取
柯丽娜, 由金浩, 范剑超
, doi: 10.12284/hyxb0000-00
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
, doi: 10.12284/hyxb2023040
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
, 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
, 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
, doi: 10.12284/hyxb2024014
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
, doi: 10.12284/hyxb2024012
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
, 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
, 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(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
, doi: 10.12284/hyxb2024008
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
, 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。
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
, 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
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
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
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
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
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。