2021年 第43卷 第11期
2021, 43(11): 105-115.
doi: 10.12284/hyxb2021140
摘要:
金枪鱼类是我国远洋渔业重要的捕捞对象，其形态指标对研究金枪鱼类的生长、发育和生活史具有重要意义。人工测量形态指标是一种非常繁琐且低效率的测量方法，而计算机视觉是一种高效和客观的自动测量方法。因此，本文通过计算机视觉库OpenCV对3种金枪鱼类图像进行预处理，主要利用双边滤波、灰度变换、二值化处理和提取轮廓等图像处理技术得到金枪鱼类形态轮廓图像。根据预先选定的特征点，利用计算机视觉技术遍历轮廓图像上所有的像素点，并自动定位出每张轮廓图像的预选特征点共17个。利用计算机视觉技术遍历得到的特征点位置，自动测量出3种金枪鱼的形态指标像素长度，并计算出形态指标实际长度。还分析自动测量与人工测量形态指标的绝对误差和相对误差。研究结果表明，通过计算机视觉技术对3种金枪鱼的形态指标的自动测量效果较好，大眼金枪鱼、黄鳍金枪鱼和长鳍金枪鱼的12个形态指标的绝对误差范围分别为0～1.46 cm、0～1.73 cm、0～1.32 cm，其相对误差范围分别为0.01%～5.84%、0%～6.17%、0%～6.89%。本研究以期为金枪鱼类智能识别提供前期工作基础，也为其他鱼类自动测量研究提供基础参考。
金枪鱼类是我国远洋渔业重要的捕捞对象，其形态指标对研究金枪鱼类的生长、发育和生活史具有重要意义。人工测量形态指标是一种非常繁琐且低效率的测量方法，而计算机视觉是一种高效和客观的自动测量方法。因此，本文通过计算机视觉库OpenCV对3种金枪鱼类图像进行预处理，主要利用双边滤波、灰度变换、二值化处理和提取轮廓等图像处理技术得到金枪鱼类形态轮廓图像。根据预先选定的特征点，利用计算机视觉技术遍历轮廓图像上所有的像素点，并自动定位出每张轮廓图像的预选特征点共17个。利用计算机视觉技术遍历得到的特征点位置，自动测量出3种金枪鱼的形态指标像素长度，并计算出形态指标实际长度。还分析自动测量与人工测量形态指标的绝对误差和相对误差。研究结果表明，通过计算机视觉技术对3种金枪鱼的形态指标的自动测量效果较好，大眼金枪鱼、黄鳍金枪鱼和长鳍金枪鱼的12个形态指标的绝对误差范围分别为0～1.46 cm、0～1.73 cm、0～1.32 cm，其相对误差范围分别为0.01%～5.84%、0%～6.17%、0%～6.89%。本研究以期为金枪鱼类智能识别提供前期工作基础，也为其他鱼类自动测量研究提供基础参考。
2021, 43(11): 116-122.
doi: 10.12284/hyxb2021122
摘要:
将两组军曹鱼(Rachycentron canadum)幼鱼分别在常温(30.5±1.0)℃和低温(20.0±0.5)℃环境下饲养7 d，并于第1天、第4天、第7天3个时间点采集肝脏、肌肉和腹腔脂肪，利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析5个脂代谢相关基因的表达变化情况，以探究低温胁迫对军曹鱼脂质合成与分解代谢的影响。结果显示，第1天时，肝脏的肉碱脂酰基转移酶-1基因(cpt-1)、脂肪激素敏感脂肪酶基因(hsl)以及肌肉的cpt-1、hsl、单酰基甘油酯酶基因(mgl)等显著上调(p<0.05)，肝脏、肌肉的乙酰辅酶A羧化酶基因(acc)和脂肪酸合成酶基因(fas)以及腹腔脂肪(IPF)5个脂代谢相关基因表达均显著下调(p<0.05)；第4天时，肝脏的cpt-1、hsl、mgl和肌肉的hsl、mgl、acc、fas以及IPF的cpt-1、hsl、mgl、acc等表达上调(p<0.05)，肝脏的acc、fas表达
将两组军曹鱼(Rachycentron canadum)幼鱼分别在常温(30.5±1.0)℃和低温(20.0±0.5)℃环境下饲养7 d，并于第1天、第4天、第7天3个时间点采集肝脏、肌肉和腹腔脂肪，利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析5个脂代谢相关基因的表达变化情况，以探究低温胁迫对军曹鱼脂质合成与分解代谢的影响。结果显示，第1天时，肝脏的肉碱脂酰基转移酶-1基因(cpt-1)、脂肪激素敏感脂肪酶基因(hsl)以及肌肉的cpt-1、hsl、单酰基甘油酯酶基因(mgl)等显著上调(p<0.05)，肝脏、肌肉的乙酰辅酶A羧化酶基因(acc)和脂肪酸合成酶基因(fas)以及腹腔脂肪(IPF)5个脂代谢相关基因表达均显著下调(p<0.05)；第4天时，肝脏的cpt-1、hsl、mgl和肌肉的hsl、mgl、acc、fas以及IPF的cpt-1、hsl、mgl、acc等表达上调(p<0.05)，肝脏的acc、fas表达
2021, 43(11): 123-135.
doi: 10.12284/hyxb2021150
摘要:
采用2019年5月14−22日开展的断面法调查数据，分析了涠洲岛西南部海域的造礁石珊瑚群落结构特征。结果表明：涠洲岛西南部海域造礁石珊瑚共有9科38种，优势种为滨珊瑚(Porites sp.)、秘密角蜂巢珊瑚(Favites abdita)、斯氏角孔珊瑚(Goniopora stutchburyi)等团块状珊瑚。活造礁石珊瑚覆盖率为5.20%～31.20%，平均值为16.66%，远离海岸或靠近海岸但水较深的站位覆盖率较高。石珊瑚补充量较低、病害少、死亡率较低。造礁石珊瑚群落的物种多样性、优势度、均匀度互相呈显著正相关关系(p<0.05)。靠近岩壁的站位，水较深且船舶通行和游客潜水等影响较少，活造礁石珊瑚覆盖率和多样性程度均较高。受侵蚀海岸悬浮泥沙和潜水旅游影响较大的砂质岸段站位，活造礁石珊瑚覆盖率最低、优势种的优势度最高、多样性程度相对较低。人为活动、西南季风、风暴潮、海岸侵蚀悬沙、极端气候是影响涠洲岛西南部海域造礁石珊瑚礁生态系统的主要因素。
采用2019年5月14−22日开展的断面法调查数据，分析了涠洲岛西南部海域的造礁石珊瑚群落结构特征。结果表明：涠洲岛西南部海域造礁石珊瑚共有9科38种，优势种为滨珊瑚(Porites sp.)、秘密角蜂巢珊瑚(Favites abdita)、斯氏角孔珊瑚(Goniopora stutchburyi)等团块状珊瑚。活造礁石珊瑚覆盖率为5.20%～31.20%，平均值为16.66%，远离海岸或靠近海岸但水较深的站位覆盖率较高。石珊瑚补充量较低、病害少、死亡率较低。造礁石珊瑚群落的物种多样性、优势度、均匀度互相呈显著正相关关系(p<0.05)。靠近岩壁的站位，水较深且船舶通行和游客潜水等影响较少，活造礁石珊瑚覆盖率和多样性程度均较高。受侵蚀海岸悬浮泥沙和潜水旅游影响较大的砂质岸段站位，活造礁石珊瑚覆盖率最低、优势种的优势度最高、多样性程度相对较低。人为活动、西南季风、风暴潮、海岸侵蚀悬沙、极端气候是影响涠洲岛西南部海域造礁石珊瑚礁生态系统的主要因素。
2021, 43(11): 136-145.
doi: 10.12284/hyxb2021168
摘要:
大量工程实践表明，海滩养护是当前抵御海岸侵蚀的常见措施。通过人为地向海滩补充沙源，以达到海岸防护、修复沙滩等目的。本文建立了XBeach一维海滩剖面演变数值模型，并与物理模型试验结果进行对比验证；计算常浪条件下不同方案补沙后海滩剖面达到平衡状态的速率；通过对比补沙工况与未补沙工况的风暴后剖面，分析风暴作用下的防护效果。结果发现，补沙量较大时，沙坝向海侧位置补沙在常浪条件下补沙效率高于滩肩补沙，在风暴条件下防护效果优于滩肩补沙。此次研究对于在实际海滩养护过程中节约施工成本、提高施工效率有着重要意义，同时对于评估沙滩养护工程效果有一定的参考价值。
大量工程实践表明，海滩养护是当前抵御海岸侵蚀的常见措施。通过人为地向海滩补充沙源，以达到海岸防护、修复沙滩等目的。本文建立了XBeach一维海滩剖面演变数值模型，并与物理模型试验结果进行对比验证；计算常浪条件下不同方案补沙后海滩剖面达到平衡状态的速率；通过对比补沙工况与未补沙工况的风暴后剖面，分析风暴作用下的防护效果。结果发现，补沙量较大时，沙坝向海侧位置补沙在常浪条件下补沙效率高于滩肩补沙，在风暴条件下防护效果优于滩肩补沙。此次研究对于在实际海滩养护过程中节约施工成本、提高施工效率有着重要意义，同时对于评估沙滩养护工程效果有一定的参考价值。
2021, 43(11): 146-156.
doi: 10.12284/hyxb2021176
摘要:
热带气旋灾害是最严重的自然灾害之一，其影响程度主要取决于气旋的中心位置和强度。提高热带气旋中心位置及强度监测水平对于改进热带气旋分析预报精度、减少热带气旋的灾害影响具有重要意义。本文以HY-2B散射计为例，分析了散射计风场散度和旋度的分布特征，发现气旋中心附近风场的散度或旋度具有显著的分布规律，由此提出了一种新的气旋中心定位方法，并与传统的直接定位法进行比较研究。在此基础上，进一步提出了热带气旋风圈大小估计的方法，用于评估气旋的强度。最后，利用台风“范斯高”和“博罗依”的遥感数据对文中的方法进行验证，结果表明，使用新方法定位的气旋中心位置与最佳路径之间的差异小于20 km，散射计17 m/s风圈大小的变化一定程度上反映了气旋的发展规律。
热带气旋灾害是最严重的自然灾害之一，其影响程度主要取决于气旋的中心位置和强度。提高热带气旋中心位置及强度监测水平对于改进热带气旋分析预报精度、减少热带气旋的灾害影响具有重要意义。本文以HY-2B散射计为例，分析了散射计风场散度和旋度的分布特征，发现气旋中心附近风场的散度或旋度具有显著的分布规律，由此提出了一种新的气旋中心定位方法，并与传统的直接定位法进行比较研究。在此基础上，进一步提出了热带气旋风圈大小估计的方法，用于评估气旋的强度。最后，利用台风“范斯高”和“博罗依”的遥感数据对文中的方法进行验证，结果表明，使用新方法定位的气旋中心位置与最佳路径之间的差异小于20 km，散射计17 m/s风圈大小的变化一定程度上反映了气旋的发展规律。
2021, 43(11): 157-165.
doi: 10.12284/hyxb2021164
摘要:
2018年10月发射的中法海洋卫星散射计(CSCAT)是国际上首个扇形波束旋转扫描微波散射计。本文以最大似然估计风场反演算法为基线，详细分析了中法海洋卫星微波散射计海面风场反演代价函数的残差特性，重点研究了新的观测几何对风场反演残差以及风场质量的影响，并建立了风场模糊解的似然概率模型函数。结果表明，CSCAT风场反演的残差特性随风矢量单元在刈幅交轨方向位置的变化而变化，模糊解似然概率模型函数的指数分布在−0.4～−1.8之间。分析结果为CSCAT风场质量控制和二维变分分析去模糊算法的精细化调整提供了重要的参考。
2018年10月发射的中法海洋卫星散射计(CSCAT)是国际上首个扇形波束旋转扫描微波散射计。本文以最大似然估计风场反演算法为基线，详细分析了中法海洋卫星微波散射计海面风场反演代价函数的残差特性，重点研究了新的观测几何对风场反演残差以及风场质量的影响，并建立了风场模糊解的似然概率模型函数。结果表明，CSCAT风场反演的残差特性随风矢量单元在刈幅交轨方向位置的变化而变化，模糊解似然概率模型函数的指数分布在−0.4～−1.8之间。分析结果为CSCAT风场质量控制和二维变分分析去模糊算法的精细化调整提供了重要的参考。
2021, 43(11): 166-180.
doi: 10.12284/hyxb2021158
摘要:
海雾是一种发生在海面的灾害性天气现象，掌握海雾的分布与生消变化，能有效地减少海雾带来的危害。卫星遥感观测具有近实时、大范围覆盖、连续观测等特点，特别是高时间分辨率的静止卫星观测系统，能够对海雾的发生−发展−消亡过程进行动态跟踪观测。本文以2018‒2019年黄、渤海发生的海雾事件为样例，利用日本静止气象卫星Himawari-8（H-8）红外辐射数据，分析海雾的多通道红外亮温辐射特性，通过不同波段差和波段比组合，定义海雾和晴空水体分离指数、海雾和一般云系分离指数、多通道亮温差斜率指数以及中红外亮温纹理指数，提出基于多指数概率分布的夜间海雾监测算法；算法分别应用于H-8和韩国静止气象卫星GEO-KOMPSAT2A（GK-2A）数据，对2020年2‒6月发生的6次海雾事件多时次卫星观测识别出的海雾位置分布和覆盖面积进行对比实现互验证，结果表明，本文提出的夜间海雾监测算法能有效地实现夜间海雾的识别；选择2020年4月29日夜间H-8和GK-2A 每10 min一次连续观测数据的监测结果，对海雾的发生区域进行跟踪分析，清晰地展现出此次海雾事件的发生、发展演变过程，说明算法能清楚地监测出各时段海雾的分布，跟踪海雾的发展变化，可为海上大雾的防灾减灾提供科学依据和决策基础。
海雾是一种发生在海面的灾害性天气现象，掌握海雾的分布与生消变化，能有效地减少海雾带来的危害。卫星遥感观测具有近实时、大范围覆盖、连续观测等特点，特别是高时间分辨率的静止卫星观测系统，能够对海雾的发生−发展−消亡过程进行动态跟踪观测。本文以2018‒2019年黄、渤海发生的海雾事件为样例，利用日本静止气象卫星Himawari-8（H-8）红外辐射数据，分析海雾的多通道红外亮温辐射特性，通过不同波段差和波段比组合，定义海雾和晴空水体分离指数、海雾和一般云系分离指数、多通道亮温差斜率指数以及中红外亮温纹理指数，提出基于多指数概率分布的夜间海雾监测算法；算法分别应用于H-8和韩国静止气象卫星GEO-KOMPSAT2A（GK-2A）数据，对2020年2‒6月发生的6次海雾事件多时次卫星观测识别出的海雾位置分布和覆盖面积进行对比实现互验证，结果表明，本文提出的夜间海雾监测算法能有效地实现夜间海雾的识别；选择2020年4月29日夜间H-8和GK-2A 每10 min一次连续观测数据的监测结果，对海雾的发生区域进行跟踪分析，清晰地展现出此次海雾事件的发生、发展演变过程，说明算法能清楚地监测出各时段海雾的分布，跟踪海雾的发展变化，可为海上大雾的防灾减灾提供科学依据和决策基础。
2021, 43(11): 1-21.
doi: 10.12284/hyxb2021127
摘要:
基于参与第六次耦合模式比较计划（CMIP6）的8个地球系统耦合模式所输出的历史模拟结果，本文通过与观测对比，评估了CMIP6模式对东南印度洋亚南极模态水的模拟能力，并预估了在中等强迫情景和高强迫情景下，该模态水潜沉率、体积及性质的变化趋势。结果表明：与Argo观测相比，CMIP6模式中南印度洋混合层偏深且上层海洋的位势密度偏小，因此其模拟的东南印度洋亚南极模态水潜沉率偏大而位势密度偏小。不同CMIP6模式之间模拟的东南印度洋亚南极模态水潜沉区存在差异，混合层侧向输入是导致这一差异的主要原因。此外，在历史模拟和两种情景试验中，东南印度洋亚南极模态水均呈现出潜沉率和体积减小、温度升高、盐度和密度降低的趋势。其中，在高强迫情景下，变化趋势最大，中等强迫情景次之，历史模拟中的变化趋势最小。这表明，辐射强迫越强，东南印度洋海表温度升高和淡水输入增加的趋势越大，导致混合层变浅及其南北梯度减小的趋势越快，东南印度洋亚南极模态水潜沉率、体积和性质变化的趋势也随之增大。
基于参与第六次耦合模式比较计划（CMIP6）的8个地球系统耦合模式所输出的历史模拟结果，本文通过与观测对比，评估了CMIP6模式对东南印度洋亚南极模态水的模拟能力，并预估了在中等强迫情景和高强迫情景下，该模态水潜沉率、体积及性质的变化趋势。结果表明：与Argo观测相比，CMIP6模式中南印度洋混合层偏深且上层海洋的位势密度偏小，因此其模拟的东南印度洋亚南极模态水潜沉率偏大而位势密度偏小。不同CMIP6模式之间模拟的东南印度洋亚南极模态水潜沉区存在差异，混合层侧向输入是导致这一差异的主要原因。此外，在历史模拟和两种情景试验中，东南印度洋亚南极模态水均呈现出潜沉率和体积减小、温度升高、盐度和密度降低的趋势。其中，在高强迫情景下，变化趋势最大，中等强迫情景次之，历史模拟中的变化趋势最小。这表明，辐射强迫越强，东南印度洋海表温度升高和淡水输入增加的趋势越大，导致混合层变浅及其南北梯度减小的趋势越快，东南印度洋亚南极模态水潜沉率、体积和性质变化的趋势也随之增大。
2021, 43(11): 22-31.
doi: 10.12284/hyxb2021172
摘要:
利用2019年7月在长江口科学考察实验研究夏季航段(NORC2019-03-02)中获得的MSS90L湍流剖面仪的直接观测数据，本文计算并分析了该断面的湍动能耗散率ε和垂向湍扩散系数KZ的分布情况。湍动能耗散率的大小为1.72×10−10～2.95×10−5 W/kg；垂向湍扩散系数的大小为3.24×10−7～4.55×10−2 m2/s。湍动能耗散率和垂向湍扩散系数的分布相似，均为上层最强，底层次之，中层最弱。上层由于风应力的作用，使得湍动能耗散率和垂向湍扩散系数较大；温跃层处层化较强，抑制了湍动能的耗散和垂向上的湍混合。盐度锋面的次级环流会促使低盐水团脱离，锋面引起的垂向环流会加强海洋的湍混合。低盐水团与外界的能量交换较少，湍动能耗散率较弱。长江口海区存在明显的上升流和下降流，它们是由锋面的次级环流产生的；上升流和下降流的存在促进湍动能的耗散与湍混合。
利用2019年7月在长江口科学考察实验研究夏季航段(NORC2019-03-02)中获得的MSS90L湍流剖面仪的直接观测数据，本文计算并分析了该断面的湍动能耗散率ε和垂向湍扩散系数KZ的分布情况。湍动能耗散率的大小为1.72×10−10～2.95×10−5 W/kg；垂向湍扩散系数的大小为3.24×10−7～4.55×10−2 m2/s。湍动能耗散率和垂向湍扩散系数的分布相似，均为上层最强，底层次之，中层最弱。上层由于风应力的作用，使得湍动能耗散率和垂向湍扩散系数较大；温跃层处层化较强，抑制了湍动能的耗散和垂向上的湍混合。盐度锋面的次级环流会促使低盐水团脱离，锋面引起的垂向环流会加强海洋的湍混合。低盐水团与外界的能量交换较少，湍动能耗散率较弱。长江口海区存在明显的上升流和下降流，它们是由锋面的次级环流产生的；上升流和下降流的存在促进湍动能的耗散与湍混合。
2021, 43(11): 32-45.
doi: 10.12284/hyxb2021162
摘要:
本文利用Argo盐度、SODA海流量、OAFlux蒸发量和TRMM降水量等数据，采用盐度收支方程定量给出了印度洋混合层盐度的收支，揭示了整个印度洋净淡水通量项、平流项、垂向卷夹项的分布、季节变化特征及其对混合层盐度变化的主要贡献。结果表明，就多年平均而言，平流项负贡献（15.14%）大于正贡献（9.89%），说明平流输送把低盐水输送到高盐海域，导致印度洋高盐海域混合层的盐度降低。净淡水通量项的分布和季节变化与降水量基本一致，且正贡献（13.70%）大于负贡献（7.81%），说明净淡水通量项使印度洋的混合层盐度升高（因为多年平均蒸发量大于降水量）。盐度季节变化显著海域的进一步分析表明，6−11月，西南季风漂流把赤道西印度洋的低盐水（相对阿拉伯海高盐水而言）输送到阿拉伯海西部海域，导致该海域的盐度降低。平流输送把孟加拉湾湾口和中部的高盐水带到北部海域，是导致北部海域盐度升高的主要原因。
本文利用Argo盐度、SODA海流量、OAFlux蒸发量和TRMM降水量等数据，采用盐度收支方程定量给出了印度洋混合层盐度的收支，揭示了整个印度洋净淡水通量项、平流项、垂向卷夹项的分布、季节变化特征及其对混合层盐度变化的主要贡献。结果表明，就多年平均而言，平流项负贡献（15.14%）大于正贡献（9.89%），说明平流输送把低盐水输送到高盐海域，导致印度洋高盐海域混合层的盐度降低。净淡水通量项的分布和季节变化与降水量基本一致，且正贡献（13.70%）大于负贡献（7.81%），说明净淡水通量项使印度洋的混合层盐度升高（因为多年平均蒸发量大于降水量）。盐度季节变化显著海域的进一步分析表明，6−11月，西南季风漂流把赤道西印度洋的低盐水（相对阿拉伯海高盐水而言）输送到阿拉伯海西部海域，导致该海域的盐度降低。平流输送把孟加拉湾湾口和中部的高盐水带到北部海域，是导致北部海域盐度升高的主要原因。
2021, 43(11): 46-60.
doi: 10.12284/hyxb2021156
摘要:
利用2017年1−12月的现场观测数据，分析了湛江湾温盐的三维空间结构及季节变化特征。结果表明：(1) 2017年湛江湾各站位年平均温度为23～27℃、盐度为19～27、位势密度为11～17 kg/m3、浮性频率(N2)为7×10−5～5×10−3 s−2。浮性频率的垂向结构及水平分布与温度分布类似，而位势密度则与盐度的变化趋势几乎一致；(2)温度季节变化明显，夏季最高，秋季次之，冬季最低，冬夏温差最大达15℃，而盐度季节变化则不大。相较于季节引起的变化，涨落潮对温度以及盐度影响较小。温度跃层夏季最强，10 m处温度最大梯度可达到0.7℃/m，春秋季温跃层抬升至5 m附近，冬季水体上下混合均匀。夏季和秋季存在明显的盐跃层，盐度梯度最大可达到1.1 m−1。跃层上下温盐的季节变化规律一致；(3)水平分布上，从湾顶区、湾颈区、大堤区、浅滩区到湾口区，温度递减，盐度递增，湾顶区和湾口区平均温度差为2.3℃，盐度差为2.7。温盐图分析显示，不同季节水体呈现为不同的温盐条带，湾口区基本为低温、高盐水体，而湾顶区基本为高温、低盐水体，其他区域水体介于上述两者之间。
利用2017年1−12月的现场观测数据，分析了湛江湾温盐的三维空间结构及季节变化特征。结果表明：(1) 2017年湛江湾各站位年平均温度为23～27℃、盐度为19～27、位势密度为11～17 kg/m3、浮性频率(N2)为7×10−5～5×10−3 s−2。浮性频率的垂向结构及水平分布与温度分布类似，而位势密度则与盐度的变化趋势几乎一致；(2)温度季节变化明显，夏季最高，秋季次之，冬季最低，冬夏温差最大达15℃，而盐度季节变化则不大。相较于季节引起的变化，涨落潮对温度以及盐度影响较小。温度跃层夏季最强，10 m处温度最大梯度可达到0.7℃/m，春秋季温跃层抬升至5 m附近，冬季水体上下混合均匀。夏季和秋季存在明显的盐跃层，盐度梯度最大可达到1.1 m−1。跃层上下温盐的季节变化规律一致；(3)水平分布上，从湾顶区、湾颈区、大堤区、浅滩区到湾口区，温度递减，盐度递增，湾顶区和湾口区平均温度差为2.3℃，盐度差为2.7。温盐图分析显示，不同季节水体呈现为不同的温盐条带，湾口区基本为低温、高盐水体，而湾顶区基本为高温、低盐水体，其他区域水体介于上述两者之间。
2021, 43(11): 61-69.
doi: 10.12284/hyxb2021174
摘要:
海浪不仅决定着海洋表面的粗糙度，由热带气旋引起的海浪，还通过其发展演化控制着大部分的海气之间的动量和能量传递。本文采用热带气旋观测数据IBTrACS和海浪模式WW III的模拟结果探究了热带气旋下海浪对大气向海洋输入的动量和能量的影响。结果发现，近30 a热带气旋的强度约每10 a增加 1 m/s，但移速没有明显变化。热带气旋的强度越大，从大气输入到海浪和从海浪输入到海流中的动量之差和能量之差也越大。由于热带气旋的风场和海浪场都有较强的不对称性，海气动量差和能量差也表现出非均匀分布：动量差较大的区域在热带气旋移动方向的后方，能量差的最大值则分布在右后象限，且二者均为左前方比较小。逆波龄与动量差和能量差呈高度正相关，相关系数约为0.95，说明波越年轻吸收的动量和能量越多。气旋移速越快逆波龄越大，且热带气旋移动速度与动量差和能量差呈正相关，相关系数在0.8以上。因此，海浪影响着大气向海洋输入的动量和能量的分布和大小，在以后关于海洋边界动力学和热力学的研究中，考虑海浪的演化可能会使结果更加准确。
海浪不仅决定着海洋表面的粗糙度，由热带气旋引起的海浪，还通过其发展演化控制着大部分的海气之间的动量和能量传递。本文采用热带气旋观测数据IBTrACS和海浪模式WW III的模拟结果探究了热带气旋下海浪对大气向海洋输入的动量和能量的影响。结果发现，近30 a热带气旋的强度约每10 a增加 1 m/s，但移速没有明显变化。热带气旋的强度越大，从大气输入到海浪和从海浪输入到海流中的动量之差和能量之差也越大。由于热带气旋的风场和海浪场都有较强的不对称性，海气动量差和能量差也表现出非均匀分布：动量差较大的区域在热带气旋移动方向的后方，能量差的最大值则分布在右后象限，且二者均为左前方比较小。逆波龄与动量差和能量差呈高度正相关，相关系数约为0.95，说明波越年轻吸收的动量和能量越多。气旋移速越快逆波龄越大，且热带气旋移动速度与动量差和能量差呈正相关，相关系数在0.8以上。因此，海浪影响着大气向海洋输入的动量和能量的分布和大小，在以后关于海洋边界动力学和热力学的研究中，考虑海浪的演化可能会使结果更加准确。
2021, 43(11): 70-76.
doi: 10.12284/hyxb2021138
摘要:
大气输送的放射性核素7Be、210Po和210Pb，可以作为研究北冰洋大气沉降通量、海洋现代沉积以及海冰中物质传输的重要示踪剂，已被广泛应用于包括气团运动、土壤侵蚀以及水系统中颗粒物循环过程的研究。本文报道了2018年北极高纬度浮冰区表层积雪中7Be、210Po和210Pb的活度特征。7Be、210Po和210Pb的比活度变化范围分别为33.6～632.68 mBq/L、36.2～87.5 mBq/L、30.9～194.49 mBq/L。本文的研究发现，北冰洋表层积雪中7Be和210Pb比活度小于中纬度大陆地区。研究区域表层积雪中7Be的比活度随着纬度的增加而增加。此外，表层积雪中210Po/210Pb活度比值范围为0.70～1.48 (平均为0.93)，210Po与210Pb活度已基本达到平衡，表明积雪样品年龄可能较“老”。
大气输送的放射性核素7Be、210Po和210Pb，可以作为研究北冰洋大气沉降通量、海洋现代沉积以及海冰中物质传输的重要示踪剂，已被广泛应用于包括气团运动、土壤侵蚀以及水系统中颗粒物循环过程的研究。本文报道了2018年北极高纬度浮冰区表层积雪中7Be、210Po和210Pb的活度特征。7Be、210Po和210Pb的比活度变化范围分别为33.6～632.68 mBq/L、36.2～87.5 mBq/L、30.9～194.49 mBq/L。本文的研究发现，北冰洋表层积雪中7Be和210Pb比活度小于中纬度大陆地区。研究区域表层积雪中7Be的比活度随着纬度的增加而增加。此外，表层积雪中210Po/210Pb活度比值范围为0.70～1.48 (平均为0.93)，210Po与210Pb活度已基本达到平衡，表明积雪样品年龄可能较“老”。
2021, 43(11): 77-87.
doi: 10.12284/hyxb2021194
摘要:
利用等离子体发射光谱法、等离子体质谱法以及相态分析手段，对太平洋徐福海山富钴结壳稀土和铂族元素地球化学特征、赋存状态及富集机制进行研究。结果表明，富钴结壳稀土和铂族元素明显富集，其稀土总量为1 842～2 854 μg/g，铂族总量为144～1 180 ng/g，老壳层中稀土和铂族元素含量明显高于新壳层，这可能与老壳层发生磷酸盐化作用有关。轻稀土元素含量明显高于重稀土元素含量，呈现Ce正异常而Eu无异常，具有明显Ce富集特征。铂族元素之间发生了明显分异作用，PPGE含量明显高于IPGE，表现出明显Pt正异常而Pd负异常，具有明显Pt富集而Pd亏损特征。稀土元素赋存状态显示，新壳层中稀土元素主要赋存于铁氧化物相，其富集比例为65.40%～70.05%，老壳层中稀土元素主要赋存于残渣态，富集比例为62.27%～65.77%，这可能与残渣态中磷酸盐有关。铂族元素赋存状态显示，新壳层和老壳层中铂族元素都主要赋存于铁氧化物相，其富集比例为63.66%～69.51%，残渣态(29.20%～34.68%)对铂族元素也有一定的富集能力。富钴结壳稀土和铂族元素的富集推测为铁氧化物胶体粒子的吸附作用，受海水氧化性环境影响，可溶性Ce3+和Pt2+分别被氧化成不溶性Ce4+和Pt4+，沉淀被吸附到铁氧化物相中，从而造成富钴结壳稀土和铂族元素的富集。
利用等离子体发射光谱法、等离子体质谱法以及相态分析手段，对太平洋徐福海山富钴结壳稀土和铂族元素地球化学特征、赋存状态及富集机制进行研究。结果表明，富钴结壳稀土和铂族元素明显富集，其稀土总量为1 842～2 854 μg/g，铂族总量为144～1 180 ng/g，老壳层中稀土和铂族元素含量明显高于新壳层，这可能与老壳层发生磷酸盐化作用有关。轻稀土元素含量明显高于重稀土元素含量，呈现Ce正异常而Eu无异常，具有明显Ce富集特征。铂族元素之间发生了明显分异作用，PPGE含量明显高于IPGE，表现出明显Pt正异常而Pd负异常，具有明显Pt富集而Pd亏损特征。稀土元素赋存状态显示，新壳层中稀土元素主要赋存于铁氧化物相，其富集比例为65.40%～70.05%，老壳层中稀土元素主要赋存于残渣态，富集比例为62.27%～65.77%，这可能与残渣态中磷酸盐有关。铂族元素赋存状态显示，新壳层和老壳层中铂族元素都主要赋存于铁氧化物相，其富集比例为63.66%～69.51%，残渣态(29.20%～34.68%)对铂族元素也有一定的富集能力。富钴结壳稀土和铂族元素的富集推测为铁氧化物胶体粒子的吸附作用，受海水氧化性环境影响，可溶性Ce3+和Pt2+分别被氧化成不溶性Ce4+和Pt4+，沉淀被吸附到铁氧化物相中，从而造成富钴结壳稀土和铂族元素的富集。
2021, 43(11): 88-95.
doi: 10.12284/hyxb2021160
摘要:
海床土层在波浪的循环荷载作用下会逐渐累积孔压，降低土层的稳定性，并威胁海上工程。为了研究孔隙水压力的累积机制，本文提出离散元孔隙密度流方法，并改进研发离散元分析软件MatDEM，实现了海床沉积物孔压的累积过程模拟。基于现场试验装置及土体力学参数建立离散元模型，通过对比试验和数值模拟结果发现：对海床沉积物施加波浪荷载后，表层土体中产生较高孔压，并逐渐向深层传递；在循环波浪荷载作用下，土颗粒间孔压累积范围逐渐增加；当孔压累积时间足够长时，土层中孔压收敛于所施加最大荷载与最小荷载的平均值，此时若孔压达到初始有效应力，土体将发生液化，内部土颗粒成为再悬浮沉积物；在周期性波浪荷载作用下，土颗粒液化悬浮后发生移动，浅层颗粒位移量大，土体整体表现为圆弧形移动。
海床土层在波浪的循环荷载作用下会逐渐累积孔压，降低土层的稳定性，并威胁海上工程。为了研究孔隙水压力的累积机制，本文提出离散元孔隙密度流方法，并改进研发离散元分析软件MatDEM，实现了海床沉积物孔压的累积过程模拟。基于现场试验装置及土体力学参数建立离散元模型，通过对比试验和数值模拟结果发现：对海床沉积物施加波浪荷载后，表层土体中产生较高孔压，并逐渐向深层传递；在循环波浪荷载作用下，土颗粒间孔压累积范围逐渐增加；当孔压累积时间足够长时，土层中孔压收敛于所施加最大荷载与最小荷载的平均值，此时若孔压达到初始有效应力，土体将发生液化，内部土颗粒成为再悬浮沉积物；在周期性波浪荷载作用下，土颗粒液化悬浮后发生移动，浅层颗粒位移量大，土体整体表现为圆弧形移动。
2021, 43(11): 96-104.
doi: 10.12284/hyxb2021154
摘要:
含气土的储藏气压与细观结构表征是研究浅层气地质灾害的关键因素。利用工业CT扫描测试系统，采用立式旋转扫描，微焦点X射线光源的位置固定，样品沿XY平面方向匀速旋转1周，设定旋转步长为0.3°/s，对反应釜内含气样品注气加压至2 MPa、4 MPa、6 MPa，充分考虑样品成像最佳分辨率、最佳探测范围等因素的影响。结果表明，CT扫描获得的切片图像与重构图像具有良好的实验效果；加压注气到2 MPa时，小气泡灰度值增加；加压到6 MPa时气体整体灰度值增加明显；增压过程中气泡数量随着气泡半径增加而减少；加压注气过程会导致固−液−气三相物质局部变化，表现为孔隙气、孔隙水的体积变化幅度整体大于土骨架，微观局部位置会有较大的升高或降低。当不同位置的气体含量上升且占据主导地位时，会驱动着孔隙水的减少与土骨架的移动。
含气土的储藏气压与细观结构表征是研究浅层气地质灾害的关键因素。利用工业CT扫描测试系统，采用立式旋转扫描，微焦点X射线光源的位置固定，样品沿XY平面方向匀速旋转1周，设定旋转步长为0.3°/s，对反应釜内含气样品注气加压至2 MPa、4 MPa、6 MPa，充分考虑样品成像最佳分辨率、最佳探测范围等因素的影响。结果表明，CT扫描获得的切片图像与重构图像具有良好的实验效果；加压注气到2 MPa时，小气泡灰度值增加；加压到6 MPa时气体整体灰度值增加明显；增压过程中气泡数量随着气泡半径增加而减少；加压注气过程会导致固−液−气三相物质局部变化，表现为孔隙气、孔隙水的体积变化幅度整体大于土骨架，微观局部位置会有较大的升高或降低。当不同位置的气体含量上升且占据主导地位时，会驱动着孔隙水的减少与土骨架的移动。
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