基于区域海洋模式ROMS,建立了一个三维非线性斜压浅海模式,考虑了包括径流、风场、海面热交换以及黄渤海环流等因素,研究了夏季8月份黄河入海径流量对黄河口及附近海域环流结构的影响。数值实验较好地佐证了黄河冲淡水的"北偏"现象,并很好的体现了冲淡水对河口附近海域环流结构的影响。数值研究表明:黄河入海径流量对河口附近海域环流结构有显著影响,径流越大冲淡水向北-西北方向偏转越明显,同时流轴中心余流流速也显著增大;莱州湾顺时针环流受黄河入海径流影响显著,径流量越大越不利于该环流的发育和维持,而径流量越小环流越稳定;径流量越大导致河口附近海域表层余流加大,余流垂向梯度得到加强,底部补偿流增强,河口垂向环流越明显。

经典的海洋表面流场迭代反演算法采用固定的校正系数对探测区域进行整体分析和计算,因此耗时较长且反演精度也受到了一定程度的限制。本文提出利用模拟退火算法对反演过程中的校正系数进行优化,使其能根据每一次反演的结果进行自适应的调整和改变,从而减少迭代次数;同时根据流场分布的特点,提出划分探测区域的反演方法,最终,在经典算法的基础上给出了改进的海表流场反演算法。仿真反演实验结果表明,改进后的反演算法,其时效性和精度都有了明显提高。

在冬季,孟加拉湾北部存在显著的季节性逆温现象。利用Argo浮标和锚碇浮标资料,分析了冬季孟加拉湾逆温现象的观测特征和维持机制。结果表明,系统性的逆温现象主要局限于15°N以北的区域,它最早于11月份出现在恒河、伊洛瓦底江和戈达瓦里河的河口区域。逆温的强度及分布区域在1月份达到最大,随后从西南部逐步退化,3月逆温现象基本消失。冬季的逆温层位于障碍层之中,厚度在35 m左右,最大海温位于40~60 m深度,整层满足静力稳定条件。对混合层温度和盐度的诊断表明,逆温的出现主要与冬季风导致的强烈海表热量损失有关,低盐水的平流过程也对逆温现象有一定的维持作用。

海表温度产品是研究全球海洋大气系统的重要数据源,在海洋相关领域的研究和应用方面具有重要价值。以西北太平洋海域为研究区域,本文对2013年和2014年3个微波辐射计海表温度产品(AMSR-2,TMI和WindSat)的产品特性和Argo浮标进行了真实性检验,并对3个传感器数据进行了交叉比对分析,具体涉及海表温度分布、温度梯度分布、观测点分布、匹配点分布、平均偏差分布、均方根误差分布、统计分析结果的逐月演变和海表温度误差棒分析。结果表明,3个微波辐射计在空间尺度上都能比较一致地反映西北太平洋海域的海表温度变化趋势。但遥感数据与浮标数据却存在季节性变化和昼夜差异,其中冬季微波数据与浮标数据的平均偏差和均方根误差较小,降轨数据与浮标数据的结果更接近。AMSR-2的海表温度数据质量比TMI和WindSat的海表温度数据更接近Argo数据。相比于WindSat和TMI,AMSR-2和TMI的海表温度数据质量更为接近,但是由于受到近岸陆地信号干扰,AMSR-2和TMI离岸100 km以内海域的数据应当慎用。

北冰洋航路是未来全球航运的重点开拓领域,海冰运动对北冰洋航路开发有重要影响。本文利用风云三号卫星中分辨率光谱成像仪(FY-3/MERSI)数据的特点和优势,研究北冰洋流冰自动提取和运动跟踪的方法。首先在分析流冰灰度分布特征的基础上,提出分区域阈值分割与梯度差分相结合的方法实现块状流冰提取,然后根据块状流冰的多种几何特征匹配同名流冰并计算其运动速度。应用这种方法跟踪2011年6月弗雷姆海峡流冰运动,跟踪结果与美国国家冰雪数据中心提供的极地网格化日均海冰运动矢量整体趋势一致,验证了方法的有效性。这种方法获取各块流冰实际运动速度,可以有效弥补网格化海冰运动平均速度场分布和细节的不足,为北冰洋航路开发提供更详细的流冰运动信息。

基于多光谱数据对海岸线自动提取的问题研究已久。针对国内外岸线提取方法较为单一的现状,提出兼顾光谱特征与空间关系的海岸线自动提取方法:将2014年黄河三角洲Landsat8-OLI影像与实测地物反射率光谱对比,选择敏感波段建立提取模型,之后对研究岸段进行分类并自动提取,同时基于908专项山东省修测海岸线标准的目视解译方法对实验部分的海岸线进行提取,最后通过ROC曲线原则对提取结果分别进行0.5与1像元精度评价,实验证明该方法在1个像元精度(提取置信度均高于90%)范围内能快速、准确地提取黄河三角洲复杂地貌类型地区的海岸线,所得到的矢量岸线可直接用于地理信息系统(GIS)分析。

由于近岸视频监测技术具有构建成本低、时空分辨率高的特点,近年来已成为海岸动态监测的互补手段。在近岸视频监测中,水边线可作为岸滩边缘位置变化的替代指标,受复杂海滩地形及不规则的波浪及潮汐变化影响,如何从视频图像中准确检测水边线是近岸视频监测所面临的挑战问题之一。本文针对传统图像处理方法在水边线提取中存在的效率不高和抗噪声能力差等问题,将CIELab颜色模型和蚁群优化算法相结合,对台风风暴潮期间石老人海滩的水边线进行提取和定量分析,并与传统算法进行对比。对青岛石老人海滩2011年台风期间的实时影像资料分析结果表明,与传统的提取算法相比,本文提出的方法在数字视频影像的水边线监测应用中可靠性高,并具有良好的细节呈现能力和抗边缘噪声能力,适用于弱边缘水边线的提取。分析结果验证了本方法在极端天气条件下对视频影像中水边线动态变化的自动提取可行性,对构建长时序海滩岸线动态变化影像自动分析系统具有较好的应用价值。

北极地区具有丰富的油气资源,但是受极度寒冷气候和广泛分布冰盖的影响,北极是全球地质研究程度最低的地区之一。为此,基于最新地球物理数据,结合文献资料中的地貌、地质、矿产资源资料,编制了北极地区大地构造图(1:500万)。通过系统的编图研究,认为北极地区位于泛大陆腹地,中生代以来的构造演化受到冰岛地幔柱的垂向作用和欧亚-劳伦板块缓慢的顺时针旋转的水平作用共同制约。其构造演化可归纳为3个阶段:(1)早中生代:北亚-北美西北部(远东-科迪勒拉)造山带俯冲-造山增生阶段,古太平洋向北俯冲,古亚洲洋最终关闭,泛大陆最终形成;(2)侏罗纪-白垩纪:伴随着加拿大盆地张开,南阿纽伊洋盆俯冲消亡并形成南阿纽伊缝合带,两者之间在运动学上具有耦合联系,并伴随其间转换断层的调节作用;(3)新生代以来北大西洋中脊持续扩展传播,造成欧亚盆地张开和加科尔洋中脊发育。北极地区处于全球不同构造域之间的桥梁和枢纽。随着北冰洋洋盆伸展作用发展及加科尔洋中脊向南传播,它将西南贯通北太平洋构造域(远东造山带),彻底改变全球中生代以来的构造格局。

对位于南海琼东南近岸泥质区的X2站柱状沉积物进行了粒度、Sr-Nd同位素、常量元素(Al₂O₃、TFe₂O₃、K₂O、MgO、Na₂O、TiO₂、CaO、P₂O₅、MnO)和AMS¹⁴C年代分析,探讨了中全新世以来该沉积区的物质来源。结果表明,X2站沉积物可划分为上(A2段,120~0 cm,4.0~0 ka BP)、下(A1段,240~120 cm,7.6~4.0 ka BP)两个沉积地层单元,A2段较A1段沉积物平均粒径变粗,已测的9种常量元素含量减少。⁸⁷Sr/⁸⁶Sr与ε_Nd除异常点外,总体变化幅度不大。X2站沉积物主要来源于海南岛和台湾,珠江贡献较小,其中A1段沉积物主要是海南岛和台湾岛来源物质的混合,A2段沉积物主要来源于海南岛,其次珠江物质可能也有影响。据X2站研究结果初步表明,世界级大河(如珠江)对南海北部陆架区(特别是琼东南近岸泥质区)的贡献以前可能被高估,而山溪型河流(如台湾岛、海南岛等河流)的贡献却可能被低估,日后研究中应该重视小型河流对陆架区的物质贡献。

采用探地雷达探测了昌黎海岸沙丘区典型横向沙脊和新月形沙丘的沉积构造,据此初步揭示了研究区海岸沙丘的沉积序列特征和发育过程。结果表明,昌黎海岸带在2 000 a BP波浪作用下发育滨岸沙坝,沙坝主要以向海向陆缓倾斜的沉积构造为主,现今的风成沉积发育于滨海相沙坝之上。海岸带向海一侧经历了潮上带前丘到横向沙脊的过程,横向沙脊在东北风的作用下主要发育向陆倾斜的高角度交错层理,同时由于向岸合成风力的阶段性变化,这些层理的倾角略有差异,记录了海岸带风沙活动的周期性变化;内侧新月形沙丘由4组倾角不同的层理组成,被较大规模的二级界面分隔,复合新月形沙丘(链)经历了由盾状沙堆到典型新月形沙丘的加积发育并遭受风蚀的过程。

浅剖和单道地震是大范围研究新近纪以来沉积特征的主要技术方法,由于地震资料分辨率的限制,往往只能划分大的沉积单元,不能识别亚相、微相等,而地震资料的瞬时属性可以更加精细地刻画地层信息。基于2013年在南黄海陆架获得的单道地震资料,对南黄海中西部海域第四系进行了分析,并利用单道资料的三瞬属性对地层进行地震地层单元划分、沉积环境分析,总结出该区域不同沉积相的三瞬波阻特征。研究结果表明,在测线的Qc2钻孔位置处,根据三瞬属性在海底以下74.64 m深度内划分了7个地震地层沉积单元,并划分出多个亚相。它所反映的沉积相与该区已知Qc2钻孔的地层对应度较高。瞬时相位较为清楚的显示地下地层的接触情况,更好地展示了地震层序在空间上的关系,解决了该测线在常规地震剖面上无法清晰、精细识别沉积相的问题。三瞬属性的应用可以在缺少钻井资料时提高在地震资料剖面划分地层、识别接触面的能力,为大陆架科学钻探项目中未知井位选址提供参考。

由于海床起伏不平,斜坡的存在必然改变波浪对管线及海床的作用特性,进而影响管线三维冲刷。基于波浪港池实验,考虑规则波的作用,采用中值粒径为0.22 mm的原型沙铺设与波浪传播方向成45°夹角的斜坡,研究斜向波作用下斜坡上海底管线的三维冲刷特性。通过测量管线下方冲刷坑宽度和深度的差异,分析管线三维冲刷的不均衡性。实验表明:管线的存在使斜坡上的波高有所降低;斜向波作用下管线三维冲刷的不均衡性表现为深度不均衡性和宽度不均衡性,宽度不均衡性主要是管后淤积泥沙的后移引起的,周期对三维冲刷不均衡性的影响比波高对其的影响程度大;管线自深海向近岸延展时,随水深的减小,冲刷深度分为缓慢发展阶段和快速发展阶段。

极限平衡法仍是当前海底斜坡稳定性的主要工程评价方法,但该法只能给出稳定性分析的近似解答。基于极限分析运动学定理,假定海底斜坡发生对数螺线型滑移破坏模式,将滑体有效自重和简化波浪力等以外荷载形式叠加引入到虚功率方程中,与潜在滑动面上由黏聚力产生的内能耗散率相平衡,建立考虑一阶简化波浪效应的海底斜坡上限解法;利用多变量无导数求极值的逐级迭代方法与最优化技术,结合抗剪强度折减思想,求解波浪加载下不同时刻的海底斜坡稳定性与相应的临界破坏机构,并针对典型算例开展有限元数值解的验证。进而联合采用数值法与上限解,探讨波高、波长、水深等波浪参数对海底斜坡稳定性与滑动机制的影响。结果表明,本文提出的上限解与数值解吻合较好,获得的安全系数与破坏模式等符合一般规律,为波浪作用下海底斜坡的稳定性评价提供了新的途径。