2016年 第38卷 第9期
2016, 38(9): 1-12.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.09.001
摘要:
本文利用2010年6-7月的实测温盐、水位、海流等资料，结合风场数据，讨论了在台风影响较小的情况下，粤东及闽南近岸上升流对局地风场变化的响应特征，主要结论如下：（1）谱分析结果显示，沿岸风、水位、海流、近底层水温均具有3.5～4.0 d、5.0～5.5 d、8.3～9.0 d的波动周期，沿岸风的变化引起上升流强度在3～9 d周期上的波动；（2）上升流对局地风场变化的响应过程如下：利于上升流产生的局地风场发生变化时，沿岸风作用下产生的Ekman输运促使的上升流区水位的下降幅度发生改变，随即向岸方向的压强梯度力也发生变化，进而导致沿岸流及近底层向岸流的增强或减弱，而近底层向岸流强度的改变又会引起近底层水温的变化；（3）相关分析及交叉谱分析的结果表明，沿岸风的变化将在3 d以内影响上升流区近底层水温。以34 m向岸流代表近底层向岸流，则“沿岸风-水位-近底层向岸流-近底层水温”这一过程的响应时间依次为24 h、7 h、27 h左右。
本文利用2010年6-7月的实测温盐、水位、海流等资料，结合风场数据，讨论了在台风影响较小的情况下，粤东及闽南近岸上升流对局地风场变化的响应特征，主要结论如下：（1）谱分析结果显示，沿岸风、水位、海流、近底层水温均具有3.5～4.0 d、5.0～5.5 d、8.3～9.0 d的波动周期，沿岸风的变化引起上升流强度在3～9 d周期上的波动；（2）上升流对局地风场变化的响应过程如下：利于上升流产生的局地风场发生变化时，沿岸风作用下产生的Ekman输运促使的上升流区水位的下降幅度发生改变，随即向岸方向的压强梯度力也发生变化，进而导致沿岸流及近底层向岸流的增强或减弱，而近底层向岸流强度的改变又会引起近底层水温的变化；（3）相关分析及交叉谱分析的结果表明，沿岸风的变化将在3 d以内影响上升流区近底层水温。以34 m向岸流代表近底层向岸流，则“沿岸风-水位-近底层向岸流-近底层水温”这一过程的响应时间依次为24 h、7 h、27 h左右。
2016, 38(9): 13-20.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.09.002
摘要:
第二模态内孤立波在海洋中极少被观测到。本文基于潜标高时空分辨率观测数据，对南海北部陆架区的一个典型第二模态内孤立波进行了分析。结果表明，该第二模态内孤立波的流核出现在135 m深度处，其最大水平流速为0.66 m/s，传播方向为西偏北58°。沿传播方向的内孤立波流速分布在80～170 m的深度范围内，而与传播方向相反的逆流出现在海表和海底附近。垂向模态分析表明，该第二模态内孤立波水平流速的垂向结构与理论结果吻合良好。能量计算结果显示其动能密度的垂向积分可达14 kJ/m2，而波峰线方向单位长度上的动能估算值为5.98 MJ/m。尽管该第二模态内孤立波的动能比陆架区第一模态内孤立波小1个量级，但其高达0.045 s-1的流速垂向剪切约为典型第一模态内孤立波的2倍，表明其导致的混合可能更强。
第二模态内孤立波在海洋中极少被观测到。本文基于潜标高时空分辨率观测数据，对南海北部陆架区的一个典型第二模态内孤立波进行了分析。结果表明，该第二模态内孤立波的流核出现在135 m深度处，其最大水平流速为0.66 m/s，传播方向为西偏北58°。沿传播方向的内孤立波流速分布在80～170 m的深度范围内，而与传播方向相反的逆流出现在海表和海底附近。垂向模态分析表明，该第二模态内孤立波水平流速的垂向结构与理论结果吻合良好。能量计算结果显示其动能密度的垂向积分可达14 kJ/m2，而波峰线方向单位长度上的动能估算值为5.98 MJ/m。尽管该第二模态内孤立波的动能比陆架区第一模态内孤立波小1个量级，但其高达0.045 s-1的流速垂向剪切约为典型第一模态内孤立波的2倍，表明其导致的混合可能更强。
2016, 38(9): 21-31.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.09.003
摘要:
西北太平洋强流区会对海浪的特征和分布产生显著的影响，尤其是研究台风过程中海流与海浪的相互作用具有重要的研究意义。本文以ROMS海洋模式和SWAN海浪模式为基础，构建了浪流耦合模式系统，对2013年10月6-17日间的台风“丹娜丝”、“百合”、“韦帕”过程中西北太平洋浪流相互作用中海流对有效波高的影响进行了研究。通过对比模式模拟有效波高与浮标观测资料，发现耦合后的有效波高比非耦合结果更接近观测值，耦合模式中海流的存在对有效波高的分布有明显的影响。研究表明，特别是在有效波高峰值处，海流引起的有效波高增大最大可达1 m。海浪浪向及流向的空间分布以及中国近海浮标处浪向与流向的时间序列表明，流向与浪向反向时，海流的影响造成有效波高增大；二者同向时，有效波高减小。海流对有效波高的调整会沿着海浪传播的方向传播相当一段距离。在西北太平洋的海浪场计算中，引入海流的耦合模式计算结果对改善强流区海浪预报具有重要意义，并且海流的模拟精度对于高精度的海浪预报非常重要。
西北太平洋强流区会对海浪的特征和分布产生显著的影响，尤其是研究台风过程中海流与海浪的相互作用具有重要的研究意义。本文以ROMS海洋模式和SWAN海浪模式为基础，构建了浪流耦合模式系统，对2013年10月6-17日间的台风“丹娜丝”、“百合”、“韦帕”过程中西北太平洋浪流相互作用中海流对有效波高的影响进行了研究。通过对比模式模拟有效波高与浮标观测资料，发现耦合后的有效波高比非耦合结果更接近观测值，耦合模式中海流的存在对有效波高的分布有明显的影响。研究表明，特别是在有效波高峰值处，海流引起的有效波高增大最大可达1 m。海浪浪向及流向的空间分布以及中国近海浮标处浪向与流向的时间序列表明，流向与浪向反向时，海流的影响造成有效波高增大；二者同向时，有效波高减小。海流对有效波高的调整会沿着海浪传播的方向传播相当一段距离。在西北太平洋的海浪场计算中，引入海流的耦合模式计算结果对改善强流区海浪预报具有重要意义，并且海流的模拟精度对于高精度的海浪预报非常重要。
2016, 38(9): 32-45.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.09.004
摘要:
利用相临过去时段预报结果中同一时刻不同时效的模式预报场差异，计算预报误差协方差，并基于集合-变分混合同化系统将其与静态背景场误差协方差结合，从而在同化系统中构建了具有各向异性和一定流依赖特征的背景场误差协方差。单点观测理想试验显示本方案改善了静态模型化背景场误差协方差的各向同性和流依赖性问题。“凡亚比”台风的一系列同化及模拟试验表明，从台风路径、强度等方面本文方案的效果都要优于三维变分法。本文方案在不需要集合预报，计算量与三维变分法相当的情况下，给同化系统引入了各向异性、一定流依赖特征的背景误差协方差，因此本方案适于在计算资源较为紧缺情况下，对时效要求较高的预报业务中应用。
利用相临过去时段预报结果中同一时刻不同时效的模式预报场差异，计算预报误差协方差，并基于集合-变分混合同化系统将其与静态背景场误差协方差结合，从而在同化系统中构建了具有各向异性和一定流依赖特征的背景场误差协方差。单点观测理想试验显示本方案改善了静态模型化背景场误差协方差的各向同性和流依赖性问题。“凡亚比”台风的一系列同化及模拟试验表明，从台风路径、强度等方面本文方案的效果都要优于三维变分法。本文方案在不需要集合预报，计算量与三维变分法相当的情况下，给同化系统引入了各向异性、一定流依赖特征的背景误差协方差，因此本方案适于在计算资源较为紧缺情况下，对时效要求较高的预报业务中应用。
2016, 38(9): 46-53.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.09.005
摘要:
对南海某海域深度100～400 m的海底浅层（约2 m埋深范围）沉积物柱状样在接近海底水压力下进行三轴应变-声学同步测量，结果表明沉积物纵波声速有两个特征：（1）从应变过程开始到结束，沉积物纵波声速不断变化；（2）平均声速随着平均静弹性模量的增加，由大变小又由小变大，存在声速最小值。这些结果与海底浅表层沉积物的物理力学性质、围压、颗粒的结合状态改变有关。此外，沉积物动弹性模量和孔隙度呈良好的负相关性，这与孔隙度增大含水量增大有关；动弹性模量是静弹性模量的10～100倍，这主要与三轴应变试验的应变数量级与声波振动产生的应变数量级的差异大有关。采用本论文实验测量的数据分别建立了双复合参数-声速和孔隙度-声速经验公式，分析结果表明双复合参数-声速公式声速预报误差约是孔隙度-声速公式的1/4，表明双复合参数-声速公式更加有效。
对南海某海域深度100～400 m的海底浅层（约2 m埋深范围）沉积物柱状样在接近海底水压力下进行三轴应变-声学同步测量，结果表明沉积物纵波声速有两个特征：（1）从应变过程开始到结束，沉积物纵波声速不断变化；（2）平均声速随着平均静弹性模量的增加，由大变小又由小变大，存在声速最小值。这些结果与海底浅表层沉积物的物理力学性质、围压、颗粒的结合状态改变有关。此外，沉积物动弹性模量和孔隙度呈良好的负相关性，这与孔隙度增大含水量增大有关；动弹性模量是静弹性模量的10～100倍，这主要与三轴应变试验的应变数量级与声波振动产生的应变数量级的差异大有关。采用本论文实验测量的数据分别建立了双复合参数-声速和孔隙度-声速经验公式，分析结果表明双复合参数-声速公式声速预报误差约是孔隙度-声速公式的1/4，表明双复合参数-声速公式更加有效。
2016, 38(9): 54-63.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.09.006
摘要:
为详细掌握围填海存量资源状态，提高海域空间资源监管精细化水平，本文提出围填海存量资源概念，并将围填海存量资源划分为围而未填区域、填而未建区域、低密度建设区域、低洼坑塘、低效盐田和低效养殖池塘等6种类型，以及工业区、城镇区等围填海存量资源的消耗类型。在此基础上，采用高空间分辨率卫星遥感影像，建立了面向对象的围填海存量资源遥感影像分类提取方法与技术流程，构建了围填海存量资源指数，并以营口市南部海岸区域为例进行了实证研究。结果表明：（1）面向对象的围填海存量资源遥感影像分类提取方法能够精细地提取围填海存量资源信息，准确率达到90%以上；（2）填而未建区域、低效盐田、低效养殖池塘占研究区围填海存量资源总面积的62.51%，研究区围填海存量资源指数为0.49，但内部差异明显，北部区域为0.66，中部区域为0.44，南部区域为0.37。
为详细掌握围填海存量资源状态，提高海域空间资源监管精细化水平，本文提出围填海存量资源概念，并将围填海存量资源划分为围而未填区域、填而未建区域、低密度建设区域、低洼坑塘、低效盐田和低效养殖池塘等6种类型，以及工业区、城镇区等围填海存量资源的消耗类型。在此基础上，采用高空间分辨率卫星遥感影像，建立了面向对象的围填海存量资源遥感影像分类提取方法与技术流程，构建了围填海存量资源指数，并以营口市南部海岸区域为例进行了实证研究。结果表明：（1）面向对象的围填海存量资源遥感影像分类提取方法能够精细地提取围填海存量资源信息，准确率达到90%以上；（2）填而未建区域、低效盐田、低效养殖池塘占研究区围填海存量资源总面积的62.51%，研究区围填海存量资源指数为0.49，但内部差异明显，北部区域为0.66，中部区域为0.44，南部区域为0.37。
2016, 38(9): 64-75.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.09.007
摘要:
基于2014年5月和8月珠江口海域的现场和实验测量数据，分析了光学因子和生态参数的动态变化特征，并找出该海域的主导光学因子；基于模拟的MODIS数据，构建了水体组分特征波长处吸收系数的遥感反演模型，并结合MODIS卫星遥感影像，依据IOCCG规则对主导光学因子进行遥感分类，揭示了珠江口海域2014年逐月水体主导光学因子的动态变化特征。结果表明，珠江口海域水体以ad、ag以及两种共同主导类型为主，并且ag、ad两种光学因子主导类型所占比例最大，其次是ag主导类型，ad主导类型所占比例最小。同时发现ad（442）、adg（442）均与无机悬浮物浓度有较好的正相关关系，说明CDOM和悬浮泥沙具有相似的来源和动力变化过程。
基于2014年5月和8月珠江口海域的现场和实验测量数据，分析了光学因子和生态参数的动态变化特征，并找出该海域的主导光学因子；基于模拟的MODIS数据，构建了水体组分特征波长处吸收系数的遥感反演模型，并结合MODIS卫星遥感影像，依据IOCCG规则对主导光学因子进行遥感分类，揭示了珠江口海域2014年逐月水体主导光学因子的动态变化特征。结果表明，珠江口海域水体以ad、ag以及两种共同主导类型为主，并且ag、ad两种光学因子主导类型所占比例最大，其次是ag主导类型，ad主导类型所占比例最小。同时发现ad（442）、adg（442）均与无机悬浮物浓度有较好的正相关关系，说明CDOM和悬浮泥沙具有相似的来源和动力变化过程。
2016, 38(9): 76-88.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.09.008
摘要:
基于4 530 km高分辨率单道地震数据和钻孔资料，采用高分辨率地震地层学的方法，对台湾海峡晚更新世以来的地层进行了划分，自上而下共识别出R0、R1、R2、R3、R4等5个主要反射界面，分别对应海底、3 ka BP前后高海平面、最大海泛面、海侵面和 Ⅰ 型层序界面，并以此划分出4个地层单元：晚全新世浅海-滨海沉积A，中全新世浅海沉积B，早全新世海侵沉积C，晚更新世陆相河流沉积D。在海平面变化的作用下，海峡地区先后发育低水位沉积D（低位体系域），海侵沉积C （海侵体系域）、高水位沉积B和A（高位体系域）。研究了台湾海峡的典型地震相，提出了关于台中浅滩（云彰隆起）处的楔状沉积体的新观点，认为该楔状体为全新世中期以来形成的三角洲沉积受波浪和潮流作用改造而形成的潮流沙脊，其物质主要来源于台湾。识别出了晚更新世和早全新世古河道沉积，海平面变化和地势高低是其形成时间差异的主要因素。
基于4 530 km高分辨率单道地震数据和钻孔资料，采用高分辨率地震地层学的方法，对台湾海峡晚更新世以来的地层进行了划分，自上而下共识别出R0、R1、R2、R3、R4等5个主要反射界面，分别对应海底、3 ka BP前后高海平面、最大海泛面、海侵面和 Ⅰ 型层序界面，并以此划分出4个地层单元：晚全新世浅海-滨海沉积A，中全新世浅海沉积B，早全新世海侵沉积C，晚更新世陆相河流沉积D。在海平面变化的作用下，海峡地区先后发育低水位沉积D（低位体系域），海侵沉积C （海侵体系域）、高水位沉积B和A（高位体系域）。研究了台湾海峡的典型地震相，提出了关于台中浅滩（云彰隆起）处的楔状沉积体的新观点，认为该楔状体为全新世中期以来形成的三角洲沉积受波浪和潮流作用改造而形成的潮流沙脊，其物质主要来源于台湾。识别出了晚更新世和早全新世古河道沉积，海平面变化和地势高低是其形成时间差异的主要因素。
2016, 38(9): 89-99.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.09.009
摘要:
客观定量地确定沉积动力环境分区是理解区域沉积动力过程的重要基础。本文以黄河水下三角洲表层沉积物的粒度分析数据为基础，运用模糊c均值聚类（FCM）等方法对该区域的沉积动力环境进行了分类、识别、分区及制图表达。结果表明，研究区域的沉积动力环境可分为3个类别，分别代表了冲刷、冲淤混合和淤积3类不同形式的沉积动力环境。各类别沉积动力环境的隶属度分布图具有指示其在不同空间位置处出现的可能性大小及其优势分布区的作用，而由模糊隶属度值生成的沉积动力环境分区图也与研究区域实际的沉积动力空间格局有着较高的吻合度，表明制图结果是合理和有效的。研究结果可为黄河三角洲滨海区地貌演变趋势分析和海岸防护提供重要的参考价值。
客观定量地确定沉积动力环境分区是理解区域沉积动力过程的重要基础。本文以黄河水下三角洲表层沉积物的粒度分析数据为基础，运用模糊c均值聚类（FCM）等方法对该区域的沉积动力环境进行了分类、识别、分区及制图表达。结果表明，研究区域的沉积动力环境可分为3个类别，分别代表了冲刷、冲淤混合和淤积3类不同形式的沉积动力环境。各类别沉积动力环境的隶属度分布图具有指示其在不同空间位置处出现的可能性大小及其优势分布区的作用，而由模糊隶属度值生成的沉积动力环境分区图也与研究区域实际的沉积动力空间格局有着较高的吻合度，表明制图结果是合理和有效的。研究结果可为黄河三角洲滨海区地貌演变趋势分析和海岸防护提供重要的参考价值。
2016, 38(9): 100-109.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.09.010
摘要:
通过无人机航拍、探地雷达、三维激光扫描仪和位移传感器等技术手段建立的海岸滑坡周期性和实时性监测预警系统，获得了2012年3月至2014年9月的北长山岛海岸滑坡体监测数据。山东省北长山岛海岸滑坡位于长岛县山后村附近，因开山采石造成山体陡立形成临空危险面而处于极不稳定的状态，内部节理和裂隙及千枚岩层的存在是滑坡发生的主要内在因素，而人为采石和暴雨等极端条件是导致滑坡发生最重要的影响因素。山体呈现整体下滑而顶部向外拉张的趋势，累计滑动距离超过0.3 m，高程变化5.0～10.0 m，具有大雨大滑、小雨小滑的特点，其滑动距离与降雨量具有很强的正相关性，日降雨量大于80 mm时滑坡体失稳。自然因素与人为因素共同导致了北长山岛滑坡体的发生，其成因机制特别是极端天气条件下的演化特征研究对丰富和发展海岛滑坡地质灾害监测预警理论体系具有十分重要的意义。
通过无人机航拍、探地雷达、三维激光扫描仪和位移传感器等技术手段建立的海岸滑坡周期性和实时性监测预警系统，获得了2012年3月至2014年9月的北长山岛海岸滑坡体监测数据。山东省北长山岛海岸滑坡位于长岛县山后村附近，因开山采石造成山体陡立形成临空危险面而处于极不稳定的状态，内部节理和裂隙及千枚岩层的存在是滑坡发生的主要内在因素，而人为采石和暴雨等极端条件是导致滑坡发生最重要的影响因素。山体呈现整体下滑而顶部向外拉张的趋势，累计滑动距离超过0.3 m，高程变化5.0～10.0 m，具有大雨大滑、小雨小滑的特点，其滑动距离与降雨量具有很强的正相关性，日降雨量大于80 mm时滑坡体失稳。自然因素与人为因素共同导致了北长山岛滑坡体的发生，其成因机制特别是极端天气条件下的演化特征研究对丰富和发展海岛滑坡地质灾害监测预警理论体系具有十分重要的意义。
2016, 38(9): 110-117.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.09.011
摘要:
海底管线是海洋工程中用于传输原油和天然气等的重要通道，通常放置在海床表面或处于悬跨状态。本文采用计算流体动力学CFD法模拟了不同冲击角度下海底滑坡对置于海床表面的海底管线的作用，得到了管线所受的轴向荷载和法向荷载与滑坡冲击角度之间的关系。同时分析了沿冲击方向管线截面形状与管线所受阻力之间的关系。对已有研究进行拓展延伸，丰富了不同工况下轴向阻力系数和法向阻力系数的计算成果，得出了海底滑坡对置于海床表面管线冲击力的计算公式。
海底管线是海洋工程中用于传输原油和天然气等的重要通道，通常放置在海床表面或处于悬跨状态。本文采用计算流体动力学CFD法模拟了不同冲击角度下海底滑坡对置于海床表面的海底管线的作用，得到了管线所受的轴向荷载和法向荷载与滑坡冲击角度之间的关系。同时分析了沿冲击方向管线截面形状与管线所受阻力之间的关系。对已有研究进行拓展延伸，丰富了不同工况下轴向阻力系数和法向阻力系数的计算成果，得出了海底滑坡对置于海床表面管线冲击力的计算公式。
2016, 38(9): 118-125.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.09.012
摘要:
本文在海图地形资料分析桥轴线附近的海床自然冲刷的基础上，利用多波束测深技术研究大桥主墩附近局部冲刷地形。结果表明，该大桥桥位附近地形冲刷较显著，且大桥主墩位置有持续冲刷的趋势；主墩上、下游群桩最大冲刷深度呈上游最深、中部淤积、下游渐深的不对称形态，最大局部冲刷深度为4 m；桥墩整体冲刷坑形态呈南北“双肾型”；潮流流向与桥墩迎流面存在偏南的入射角，使得各桥墩南侧的最大冲深和冲刷范围均大于北侧。
本文在海图地形资料分析桥轴线附近的海床自然冲刷的基础上，利用多波束测深技术研究大桥主墩附近局部冲刷地形。结果表明，该大桥桥位附近地形冲刷较显著，且大桥主墩位置有持续冲刷的趋势；主墩上、下游群桩最大冲刷深度呈上游最深、中部淤积、下游渐深的不对称形态，最大局部冲刷深度为4 m；桥墩整体冲刷坑形态呈南北“双肾型”；潮流流向与桥墩迎流面存在偏南的入射角，使得各桥墩南侧的最大冲深和冲刷范围均大于北侧。
2016, 38(9): 126-133.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.09.013
摘要:
无论在地球物理尺度下研究海冰的动力学演化特性，还是在工程结构尺度下分析海冰与海洋结构物的相互作用过程，海冰强度均是影响海冰宏观变形和细观破坏规律的重要力学参数。本文通过对渤海海冰物理力学性质的现场和室内试验，分析了海冰压缩、弯曲和剪切强度参数与卤水体积、应力速率的对应关系。试验结果表明，海冰强度与卤水体积更好地呈指数关系，与应力速率呈线性关系；在此基础上，本文建立了由卤水体积和应力速率共同表征的海冰强度统一函数关系，为工程领域对海冰强度的选取提供有力的参考依据。
无论在地球物理尺度下研究海冰的动力学演化特性，还是在工程结构尺度下分析海冰与海洋结构物的相互作用过程，海冰强度均是影响海冰宏观变形和细观破坏规律的重要力学参数。本文通过对渤海海冰物理力学性质的现场和室内试验，分析了海冰压缩、弯曲和剪切强度参数与卤水体积、应力速率的对应关系。试验结果表明，海冰强度与卤水体积更好地呈指数关系，与应力速率呈线性关系；在此基础上，本文建立了由卤水体积和应力速率共同表征的海冰强度统一函数关系，为工程领域对海冰强度的选取提供有力的参考依据。
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