2022年 第44卷 第9期
2022, 44(9): 1-12.
doi: 10.12284/hyxb2022107
摘要:
Fe是火成岩中丰度最高的变价元素，也是重要的成矿元素，主要以Fe2+或Fe3+价态赋存于固（矿物）、液（流体）相中，并全程参与岩浆作用过程和各种成矿作用。随着测试分析技术（如MC-ICPMS）的发展，Fe等非传统稳定同位素组成分析成为可能，并在最近十几年中被成功应用于岩浆物源追溯、结晶演化过程示踪和成矿作用分析等重要地质作用过程的研究。本文在分析了Fe同位素在岩浆作用过程中分馏效应的基础上，总结了Fe同位素组成在示踪海底玄武质岩浆（MORB、OIB、IAB和BABB等）作用过程研究的最新成果，并探讨了在应用Fe同位素组成示踪海底岩浆作用过程中所存在的主要问题。综合分析结果表明，火成岩中的Fe同位素分馏效应不仅受岩浆源物质部分熔融、岩浆扩散、流体出溶和结晶分异等作用过程的影响，而且还受到同化围岩物质、海底蚀变等作用的影响；由于Fe同位素分析技术（方法）至今仍待进一步完善，已有数据有限且需甄别去伪，因此在利用Fe同位素组成分析或恢复岩浆物源及作用过程时，仍需谨慎；于当前亟需建立完整可靠的Fe同位素示踪体系，这就需要在近期的工作中，尽可能多地选取代表不同构造环境和不同岩石类型的合适样品、获取（积累）更多原始（未经改造或蚀变）样品的精细分析数据，同时在利用Fe同位素示踪海底岩浆作用过程中还需注重多元数据的结合或相互佐证。
Fe是火成岩中丰度最高的变价元素，也是重要的成矿元素，主要以Fe2+或Fe3+价态赋存于固（矿物）、液（流体）相中，并全程参与岩浆作用过程和各种成矿作用。随着测试分析技术（如MC-ICPMS）的发展，Fe等非传统稳定同位素组成分析成为可能，并在最近十几年中被成功应用于岩浆物源追溯、结晶演化过程示踪和成矿作用分析等重要地质作用过程的研究。本文在分析了Fe同位素在岩浆作用过程中分馏效应的基础上，总结了Fe同位素组成在示踪海底玄武质岩浆（MORB、OIB、IAB和BABB等）作用过程研究的最新成果，并探讨了在应用Fe同位素组成示踪海底岩浆作用过程中所存在的主要问题。综合分析结果表明，火成岩中的Fe同位素分馏效应不仅受岩浆源物质部分熔融、岩浆扩散、流体出溶和结晶分异等作用过程的影响，而且还受到同化围岩物质、海底蚀变等作用的影响；由于Fe同位素分析技术（方法）至今仍待进一步完善，已有数据有限且需甄别去伪，因此在利用Fe同位素组成分析或恢复岩浆物源及作用过程时，仍需谨慎；于当前亟需建立完整可靠的Fe同位素示踪体系，这就需要在近期的工作中，尽可能多地选取代表不同构造环境和不同岩石类型的合适样品、获取（积累）更多原始（未经改造或蚀变）样品的精细分析数据，同时在利用Fe同位素示踪海底岩浆作用过程中还需注重多元数据的结合或相互佐证。
2022, 44(9): 73-86.
doi: 10.12284/hyxb2022071
摘要:
在海堤建设等人类活动和三角洲蚀淤等自然演变的共同作用下，黄河三角洲岸线水深近年来发生了剧烈变化，同时也将引起邻近海域潮波系统及物质输运路径的重要变化。本文基于FVCOM数值模式，建立了黄河三角洲及邻近海域三维高分辨率潮汐、潮流及拉格朗日粒子追踪数值模型。通过与环渤海长期验潮站的潮汐调和常数、黄河三角洲临时潮位站和测流站的实测资料对比，模型结果验证良好，能较好反映黄河三角洲及邻近海域潮汐、潮流运动特征，并获得了2019年M2分潮无潮点位置。通过设置1980年、2019年黄河三角洲岸线自然演变、海堤建设及相应水深地形变化的5个数值实验，结果表明：在人类活动与自然演变共同驱动下，黄河三角洲海域的M2分潮无潮点向东南方向移动，主要影响因素为水深。黄河口向海延伸和海堤丁坝建设导致的岸线变化，对无潮点位置影响较小，但在该凸出岸段两侧形成余流流涡，使得黄河入海物质在莱州湾内停留时间变长，向渤海输运扩散的时间推迟。
在海堤建设等人类活动和三角洲蚀淤等自然演变的共同作用下，黄河三角洲岸线水深近年来发生了剧烈变化，同时也将引起邻近海域潮波系统及物质输运路径的重要变化。本文基于FVCOM数值模式，建立了黄河三角洲及邻近海域三维高分辨率潮汐、潮流及拉格朗日粒子追踪数值模型。通过与环渤海长期验潮站的潮汐调和常数、黄河三角洲临时潮位站和测流站的实测资料对比，模型结果验证良好，能较好反映黄河三角洲及邻近海域潮汐、潮流运动特征，并获得了2019年M2分潮无潮点位置。通过设置1980年、2019年黄河三角洲岸线自然演变、海堤建设及相应水深地形变化的5个数值实验，结果表明：在人类活动与自然演变共同驱动下，黄河三角洲海域的M2分潮无潮点向东南方向移动，主要影响因素为水深。黄河口向海延伸和海堤丁坝建设导致的岸线变化，对无潮点位置影响较小，但在该凸出岸段两侧形成余流流涡，使得黄河入海物质在莱州湾内停留时间变长，向渤海输运扩散的时间推迟。
2022, 44(9): 87-99.
doi: 10.12284/hyxb2022067
摘要:
本文研究内容为印度洋东北部边缘海安达曼海的构造演化。利用安达曼海域东部大范围二维地震数据资料及钻井数据，结合区域地质概况以及前人研究成果，选取8条具有代表性的断层并将其划分为一级和二级断裂，运用生长指数法和古落差法对断层进行定量分析，再通过计算安达曼海东部凹陷4条主测线的构造沉降量，探讨构造演化过程。结果表明：选取的生长断层中3条属于一级断裂，跨度大，几乎切穿整个地层，属于控制安达曼海域地区沉降的大断裂；另外5条属于二级断裂，控制构造带的展布情况，属于构造带的分界线。渐新世时期，印度–澳大利亚板块与欧亚板块之间处于软碰撞阶段，断层发育缓慢，上下盘落差较小，生长指数与构造沉降量也处于低值；中新世时期，板块之间的耦合效应不断增强，断层发育速度加快，此时上下盘厚度最大，是形成多处断裂带以及多种断裂样式的关键时期，各地层生长指数和构造沉降量也达到峰值。上新世至今，安达曼海沟–弧–盆体系逐渐稳定，断层活动减弱，断裂上下盘厚度差基本一致，生长指数差异较小，构造沉降量基本稳定在 1 km 左右。
本文研究内容为印度洋东北部边缘海安达曼海的构造演化。利用安达曼海域东部大范围二维地震数据资料及钻井数据，结合区域地质概况以及前人研究成果，选取8条具有代表性的断层并将其划分为一级和二级断裂，运用生长指数法和古落差法对断层进行定量分析，再通过计算安达曼海东部凹陷4条主测线的构造沉降量，探讨构造演化过程。结果表明：选取的生长断层中3条属于一级断裂，跨度大，几乎切穿整个地层，属于控制安达曼海域地区沉降的大断裂；另外5条属于二级断裂，控制构造带的展布情况，属于构造带的分界线。渐新世时期，印度–澳大利亚板块与欧亚板块之间处于软碰撞阶段，断层发育缓慢，上下盘落差较小，生长指数与构造沉降量也处于低值；中新世时期，板块之间的耦合效应不断增强，断层发育速度加快，此时上下盘厚度最大，是形成多处断裂带以及多种断裂样式的关键时期，各地层生长指数和构造沉降量也达到峰值。上新世至今，安达曼海沟–弧–盆体系逐渐稳定，断层活动减弱，断裂上下盘厚度差基本一致，生长指数差异较小，构造沉降量基本稳定在 1 km 左右。
2022, 44(9): 100-108.
doi: 10.12284/hyxb2022111
摘要:
由沉溺珊瑚礁、各类胶结砂以及胶结的珊瑚石或贝壳碎屑等组成的硬质薄层通常呈零散状分布，地质取样难以准确确定它们是如何分布的，这给海底管线施工带来极大的困难和风险。本文以南海北部为例，基于多种物探资料并结合正演模拟，分析、总结了海底以及海底之下硬质薄层的声学特征，在研究区综合识别出23个硬质薄层分布区。研究认为，硬质薄层与松散沉积物物理性质的差异可用于声学探测数据识别和定位。在浅地层剖面上，硬质薄层表现为强反射薄层，并对其下方地层的地震反射信号有一定的屏蔽作用，这一现象有助于确定硬质薄层是否存在以及其埋深和位置。在侧扫声呐影像和后向散射强度图上，硬质薄层通常表现为具有不规则形状的明暗变化阴影，阴影的边界指示了硬质薄层的分布范围。当硬质薄层出露于海底时，侧扫影像、反向散射强度结合浅地层剖面可以有效地识别并确定硬质薄层的范围；而当硬质薄层位于海床浅部（埋深数米到十几米）时，浅地层剖面可能是识别硬质薄层的唯一且最有效的方法。
由沉溺珊瑚礁、各类胶结砂以及胶结的珊瑚石或贝壳碎屑等组成的硬质薄层通常呈零散状分布，地质取样难以准确确定它们是如何分布的，这给海底管线施工带来极大的困难和风险。本文以南海北部为例，基于多种物探资料并结合正演模拟，分析、总结了海底以及海底之下硬质薄层的声学特征，在研究区综合识别出23个硬质薄层分布区。研究认为，硬质薄层与松散沉积物物理性质的差异可用于声学探测数据识别和定位。在浅地层剖面上，硬质薄层表现为强反射薄层，并对其下方地层的地震反射信号有一定的屏蔽作用，这一现象有助于确定硬质薄层是否存在以及其埋深和位置。在侧扫声呐影像和后向散射强度图上，硬质薄层通常表现为具有不规则形状的明暗变化阴影，阴影的边界指示了硬质薄层的分布范围。当硬质薄层出露于海底时，侧扫影像、反向散射强度结合浅地层剖面可以有效地识别并确定硬质薄层的范围；而当硬质薄层位于海床浅部（埋深数米到十几米）时，浅地层剖面可能是识别硬质薄层的唯一且最有效的方法。
2022, 44(9): 109-123.
doi: 10.12284/hyxb2022065
摘要:
重建高质量的全新世相对海平面变化曲线，可为海岸带人类社会科学预测及应对未来海平面上升风险提供重要的地质历史依据和长时间尺度的数据参考。目前已发表了多条福建海岸带全新世相对海平面变化曲线，然而已有曲线反映的相对海平面变化历史存在较大差异，甚至是矛盾结果。同时，相对海平面长期变化机制及影响因素也不明确。本研究收集、整理了福建沿海已发表的全新世相对海平面数据，对已有数据的年代、高程、指示意义等属性信息进行重新检查和校正，根据国际方法体系，建立了该区域一个标准化的全新世“相对海平面数据库”，共包括海平面数据183个。在此基础上，采用“变量误差–综合高斯（EIV-IGP）”统计学模型，提出了一条新的福建沿海全新世相对海平面变化曲线。并应用“冰川–水均衡调整”（GIA）理论，开展了相对海平面变化GIA模拟。最后，综合相对海平面变化地质记录及GIA模拟结果，得出以下结论：（1）福建沿海距今11.28～7.08 cal ka，相对海平面由（–23.55±6.94）m快速连续上升至（–1.51±1.80）m；距今7.08～4.08 cal ka，相对海平面由（–1.51±1.80）m缓慢上升至约（1.09±1.38）m；距今3.48 cal ka前后，相对海平面高于现代海平面约（1.35±1.23）m；此后，波动下降并逐渐接近现代位置；（2）“冰川–水均衡调整”作用是福建全新世相对海平面变化的主要长期作用机制；距今11.28～7.00 cal ka，相对海平面变化主要受冰盖融水控制；距今7.00 cal ka以来，“水均衡调整”作用逐渐占据主导；（3）福建沿海中–晚全新世（距今6.75～0.16 cal ka）期间，存在高于现今海面位置的“高海平面”现象；不同于传统构造运动主导观点，研究认为GIA引起的“陆地掀斜”和“海洋虹吸”作用，可能是该区域“高海平面”现象产生的主要原因；（4）福建沿海全新世相对海平面变化，存在一定程度的空间差异。不同岸段之间的沉积物压实、差异性构造运动和潮差变化等非GIA因素，可能是这一现象产生的重要原因。
重建高质量的全新世相对海平面变化曲线，可为海岸带人类社会科学预测及应对未来海平面上升风险提供重要的地质历史依据和长时间尺度的数据参考。目前已发表了多条福建海岸带全新世相对海平面变化曲线，然而已有曲线反映的相对海平面变化历史存在较大差异，甚至是矛盾结果。同时，相对海平面长期变化机制及影响因素也不明确。本研究收集、整理了福建沿海已发表的全新世相对海平面数据，对已有数据的年代、高程、指示意义等属性信息进行重新检查和校正，根据国际方法体系，建立了该区域一个标准化的全新世“相对海平面数据库”，共包括海平面数据183个。在此基础上，采用“变量误差–综合高斯（EIV-IGP）”统计学模型，提出了一条新的福建沿海全新世相对海平面变化曲线。并应用“冰川–水均衡调整”（GIA）理论，开展了相对海平面变化GIA模拟。最后，综合相对海平面变化地质记录及GIA模拟结果，得出以下结论：（1）福建沿海距今11.28～7.08 cal ka，相对海平面由（–23.55±6.94）m快速连续上升至（–1.51±1.80）m；距今7.08～4.08 cal ka，相对海平面由（–1.51±1.80）m缓慢上升至约（1.09±1.38）m；距今3.48 cal ka前后，相对海平面高于现代海平面约（1.35±1.23）m；此后，波动下降并逐渐接近现代位置；（2）“冰川–水均衡调整”作用是福建全新世相对海平面变化的主要长期作用机制；距今11.28～7.00 cal ka，相对海平面变化主要受冰盖融水控制；距今7.00 cal ka以来，“水均衡调整”作用逐渐占据主导；（3）福建沿海中–晚全新世（距今6.75～0.16 cal ka）期间，存在高于现今海面位置的“高海平面”现象；不同于传统构造运动主导观点，研究认为GIA引起的“陆地掀斜”和“海洋虹吸”作用，可能是该区域“高海平面”现象产生的主要原因；（4）福建沿海全新世相对海平面变化，存在一定程度的空间差异。不同岸段之间的沉积物压实、差异性构造运动和潮差变化等非GIA因素，可能是这一现象产生的重要原因。
2022, 44(9): 156-164.
doi: 10.12284/hyxb2022113
摘要:
海底浅表层（小于1 m）沉积物的物理性质，如粒度、孔隙度、密度等是海洋沉积学研究和海洋工程地质分析的重要内容，目前主要基于有限的海底取样或原位测试获取这些沉积物的物理性质。浅地层剖面是基于声学信号（频率几千赫兹）在沉积物中的传播得到可反映沉积地层结构的数据，其中的一些声学参数，如海底反射系数、波阻抗等与沉积物物理性质密切相关。如何充分而有效地利用浅地层剖面资料，反演得到剖面覆盖区海底浅表层沉积物的物理性质参数，极具科学意义和应用价值，且基于声学属性反演沉积物物理性质是当前研究的热点。为此，本文基于渤海LD16-3CEPA至LD10-1PAPD路由段的浅地层剖面数据和海底表层沉积物的实测物理参数，利用Biot-Stoll模型建立研究区海底反射系数和沉积物物理性质之间的关系，并基于浅地层剖面数据计算得到的海底反射系数，反演了研究区海底浅表层沉积物的孔隙度、密度、平均粒径等物理性质参数。其中反演的孔隙度、密度、平均粒径与实测孔隙度、密度、平均粒径基本相符，偏差度基本都在20%的偏差范围内，表明该反演方法在该区的应用是可行的。
海底浅表层（小于1 m）沉积物的物理性质，如粒度、孔隙度、密度等是海洋沉积学研究和海洋工程地质分析的重要内容，目前主要基于有限的海底取样或原位测试获取这些沉积物的物理性质。浅地层剖面是基于声学信号（频率几千赫兹）在沉积物中的传播得到可反映沉积地层结构的数据，其中的一些声学参数，如海底反射系数、波阻抗等与沉积物物理性质密切相关。如何充分而有效地利用浅地层剖面资料，反演得到剖面覆盖区海底浅表层沉积物的物理性质参数，极具科学意义和应用价值，且基于声学属性反演沉积物物理性质是当前研究的热点。为此，本文基于渤海LD16-3CEPA至LD10-1PAPD路由段的浅地层剖面数据和海底表层沉积物的实测物理参数，利用Biot-Stoll模型建立研究区海底反射系数和沉积物物理性质之间的关系，并基于浅地层剖面数据计算得到的海底反射系数，反演了研究区海底浅表层沉积物的孔隙度、密度、平均粒径等物理性质参数。其中反演的孔隙度、密度、平均粒径与实测孔隙度、密度、平均粒径基本相符，偏差度基本都在20%的偏差范围内，表明该反演方法在该区的应用是可行的。
2022, 44(9): 13-22.
doi: 10.12284/hyxb2022099
摘要:
大西洋经向翻转环流（Atlantic Meridional Overturning Circulation，AMOC）是气候系统重要的组成部分，其强度变化可直接影响南北半球的热量分配，厘清其变化机理对全球变暖背景下的未来预估至关重要。海洋沉积物记录发现，在晚更新世，AMOC的变化与地球岁差周期有紧密联系，但其物理机理尚不清楚。本文利用海洋−大气耦合气候模型—COSMOS（ECHAM5/JSBACH/MPIOM）模型，通过敏感试验，分析在冰盛期冷期和间冰期暖期气候背景下，AMOC对地球岁差变化的响应机理。结果表明：岁差降低引起的北半球夏季太阳辐射增强，会导致间冰期暖期背景下的AMOC显著减弱，但对冰盛期AMOC的影响并不明显。通过进一步分析发现，在间冰期暖期，夏季太阳辐射增强，造成高低纬大西洋海表的升温，同时促进北大西洋高纬度地区的局地降水，两者导致北大西洋表层海水密度降低，共同削弱大西洋深层水生成。而在冰盛期冷期，大西洋高低纬度地区的响应对AMOC的影响反向—副热带升温触发的海盆尺度低压异常，通过其南侧的西风异常削弱大西洋向太平洋的水汽输送，导致净降水增多，海表盐度下降；同时，高纬度升温造成的海冰减少，促进了海洋热丧失，海表失热变重，有利于大西洋深层水的生成，最终两者的共同作用导致AMOC对岁差变化的响应偏弱。本文系统揭示了不同气候背景下，岁差尺度AMOC变化的控制机理，对理解晚更新世AMOC重建记录中持续存在的岁差周期具有重要启示意义。
大西洋经向翻转环流（Atlantic Meridional Overturning Circulation，AMOC）是气候系统重要的组成部分，其强度变化可直接影响南北半球的热量分配，厘清其变化机理对全球变暖背景下的未来预估至关重要。海洋沉积物记录发现，在晚更新世，AMOC的变化与地球岁差周期有紧密联系，但其物理机理尚不清楚。本文利用海洋−大气耦合气候模型—COSMOS（ECHAM5/JSBACH/MPIOM）模型，通过敏感试验，分析在冰盛期冷期和间冰期暖期气候背景下，AMOC对地球岁差变化的响应机理。结果表明：岁差降低引起的北半球夏季太阳辐射增强，会导致间冰期暖期背景下的AMOC显著减弱，但对冰盛期AMOC的影响并不明显。通过进一步分析发现，在间冰期暖期，夏季太阳辐射增强，造成高低纬大西洋海表的升温，同时促进北大西洋高纬度地区的局地降水，两者导致北大西洋表层海水密度降低，共同削弱大西洋深层水生成。而在冰盛期冷期，大西洋高低纬度地区的响应对AMOC的影响反向—副热带升温触发的海盆尺度低压异常，通过其南侧的西风异常削弱大西洋向太平洋的水汽输送，导致净降水增多，海表盐度下降；同时，高纬度升温造成的海冰减少，促进了海洋热丧失，海表失热变重，有利于大西洋深层水的生成，最终两者的共同作用导致AMOC对岁差变化的响应偏弱。本文系统揭示了不同气候背景下，岁差尺度AMOC变化的控制机理，对理解晚更新世AMOC重建记录中持续存在的岁差周期具有重要启示意义。
2022, 44(9): 23-37.
doi: 10.12284/hyxb2022109
摘要:
基于一套涡分辨模式数据，本文利用一种新的泛函工具—多尺度子空间变换—将孟加拉湾（BOB）海域的环流系统分解到背景流（>96 d）、中尺度（24～96 d）和高频尺度（<24 d）3个子空间，并用正则传输理论探讨了3个尺度子空间之间内在的非线性相互作用。结果表明，BOB西北部边界和斯里兰卡岛东部是BOB海域多尺度相互作用最显著的区域，中部则较弱。前两个区域的背景流大多正压、斜压不稳定，动能和有效位能正则传输主要表现为正向级串；后者则以逆尺度动能级串为主。具体来说，在BOB西北部与斯里兰卡东部，中尺度涡动能（EKE）主要来源于正压能量路径（即背景流动能向EKE传输），其次来源于斜压能量路径（即背景流有效位能向中尺度有效位能传输，并进一步转换为EKE）。通过这两个能量路径得到的EKE向更高频的扰动传输能量，起到了耗散中尺度涡的作用。不同于此二者，BOB中部海域的EKE和高频尺度动能主要通过斜压路径获得，随后通过逆尺度级串将动能返还给背景流。苏门答腊岛的西北部也是中尺度和高频尺度扰动较强的海域，正压能量路径和斜压能量路径均是该海域扰动能的来源，但以斜压能量路径为主。
基于一套涡分辨模式数据，本文利用一种新的泛函工具—多尺度子空间变换—将孟加拉湾（BOB）海域的环流系统分解到背景流（>96 d）、中尺度（24～96 d）和高频尺度（<24 d）3个子空间，并用正则传输理论探讨了3个尺度子空间之间内在的非线性相互作用。结果表明，BOB西北部边界和斯里兰卡岛东部是BOB海域多尺度相互作用最显著的区域，中部则较弱。前两个区域的背景流大多正压、斜压不稳定，动能和有效位能正则传输主要表现为正向级串；后者则以逆尺度动能级串为主。具体来说，在BOB西北部与斯里兰卡东部，中尺度涡动能（EKE）主要来源于正压能量路径（即背景流动能向EKE传输），其次来源于斜压能量路径（即背景流有效位能向中尺度有效位能传输，并进一步转换为EKE）。通过这两个能量路径得到的EKE向更高频的扰动传输能量，起到了耗散中尺度涡的作用。不同于此二者，BOB中部海域的EKE和高频尺度动能主要通过斜压路径获得，随后通过逆尺度级串将动能返还给背景流。苏门答腊岛的西北部也是中尺度和高频尺度扰动较强的海域，正压能量路径和斜压能量路径均是该海域扰动能的来源，但以斜压能量路径为主。
2022, 44(9): 38-54.
doi: 10.12284/hyxb2022069
摘要:
过去的研究认为，黑潮延伸体的年代际振荡受来自其下游的太平洋年代际振荡（PDO）相关联的信号主导，但最近的观测表明这种调控机制在2017年9月之后不再成立。与此同时，黑潮延伸体的上游即日本南部黑潮正在发生一次大弯曲事件。利用26年（1993–2018年）的卫星高度计提供的海表高度距平数据和自组织映射（SOM）方法，本文研究了日本南部黑潮与黑潮延伸体的时空模态及其因果关系。结果表明，SOM能有效地提取两个海区的典型空间模态，且它们的演变轨迹表明当日本南部黑潮处于大弯曲（离岸型非大弯曲）路径时，黑潮延伸体趋于稳定（不稳定）态。基于SOM识别得到的海表面高度距平（SLA）特征区及特征时间模态，我们进一步利用一种最近发展的定量因果分析方法研究了两个流系之间的因果关系。研究发现，当黑潮大弯曲发生时，日本南部黑潮和黑潮延伸体之间存在双向因果，但因果关键区不同。前者对后者的影响集中在纪伊半岛东南侧及黑潮延伸体“两脊一槽”区域，而后者对前者的影响则集中在黑潮延伸体“两脊一槽”区域及黑潮再循环流区域。这说明黑潮大弯曲的发展对黑潮延伸体的稳定性有重要作用，同时黑潮延伸体通过调制南部再循环流影响日本南部黑潮的路径。不同的是，当离岸型非大弯曲路径发生时，只有从日本南部黑潮向黑潮延伸体的单向因果关系，且因果性主要集中在伊豆海脊及再循环流区域。这与该时期海表高度负异常沿日本南岸不断向位于下游的黑潮延伸体再循环流的传播有关，它使得黑潮延伸体变得不稳定。
过去的研究认为，黑潮延伸体的年代际振荡受来自其下游的太平洋年代际振荡（PDO）相关联的信号主导，但最近的观测表明这种调控机制在2017年9月之后不再成立。与此同时，黑潮延伸体的上游即日本南部黑潮正在发生一次大弯曲事件。利用26年（1993–2018年）的卫星高度计提供的海表高度距平数据和自组织映射（SOM）方法，本文研究了日本南部黑潮与黑潮延伸体的时空模态及其因果关系。结果表明，SOM能有效地提取两个海区的典型空间模态，且它们的演变轨迹表明当日本南部黑潮处于大弯曲（离岸型非大弯曲）路径时，黑潮延伸体趋于稳定（不稳定）态。基于SOM识别得到的海表面高度距平（SLA）特征区及特征时间模态，我们进一步利用一种最近发展的定量因果分析方法研究了两个流系之间的因果关系。研究发现，当黑潮大弯曲发生时，日本南部黑潮和黑潮延伸体之间存在双向因果，但因果关键区不同。前者对后者的影响集中在纪伊半岛东南侧及黑潮延伸体“两脊一槽”区域，而后者对前者的影响则集中在黑潮延伸体“两脊一槽”区域及黑潮再循环流区域。这说明黑潮大弯曲的发展对黑潮延伸体的稳定性有重要作用，同时黑潮延伸体通过调制南部再循环流影响日本南部黑潮的路径。不同的是，当离岸型非大弯曲路径发生时，只有从日本南部黑潮向黑潮延伸体的单向因果关系，且因果性主要集中在伊豆海脊及再循环流区域。这与该时期海表高度负异常沿日本南岸不断向位于下游的黑潮延伸体再循环流的传播有关，它使得黑潮延伸体变得不稳定。
2022, 44(9): 55-62.
doi: 10.12284/hyxb2022119
摘要:
本文利用南海西沙群岛潟湖区29 d的全水深浮标观测资料研究了潟湖区内正压潮和内潮的基本特征，采用深度平均方法分析海流的适用性，并讨论潟湖区内潮的主要来源。深度平均流的动能谱显示全日潮流占主导，其动能占整体海流动能的41%。对比分析深度平均流和Tpxo7.2模式预测的全日、半日潮流的调和常数，两者均表明全日正压潮流受地形调制，主轴方向为西北−东南向，而半日正压潮流主轴方向为东−西向。两种方法得到的全日正压潮流大−小潮存在半个相位（6～7 d）的差异，进一步分析发现全日正压潮和全日内潮潮龄不同，存在部分相互抵消，且全日内潮大潮发生时间在深度上存在差异，推测由于缺少海表和海底的测量数据，导致深度平均方法得到的全日正压潮仍然包含全日内潮信号。调和分析结果表明，全日内潮的动能中相干部分占比高达91%，说明潟湖区的全日内潮是正压潮与局地岛礁地形相互作用产生，而从远场传播而来的可能性很小。
本文利用南海西沙群岛潟湖区29 d的全水深浮标观测资料研究了潟湖区内正压潮和内潮的基本特征，采用深度平均方法分析海流的适用性，并讨论潟湖区内潮的主要来源。深度平均流的动能谱显示全日潮流占主导，其动能占整体海流动能的41%。对比分析深度平均流和Tpxo7.2模式预测的全日、半日潮流的调和常数，两者均表明全日正压潮流受地形调制，主轴方向为西北−东南向，而半日正压潮流主轴方向为东−西向。两种方法得到的全日正压潮流大−小潮存在半个相位（6～7 d）的差异，进一步分析发现全日正压潮和全日内潮潮龄不同，存在部分相互抵消，且全日内潮大潮发生时间在深度上存在差异，推测由于缺少海表和海底的测量数据，导致深度平均方法得到的全日正压潮仍然包含全日内潮信号。调和分析结果表明，全日内潮的动能中相干部分占比高达91%，说明潟湖区的全日内潮是正压潮与局地岛礁地形相互作用产生，而从远场传播而来的可能性很小。
2022, 44(9): 145-155.
doi: 10.12284/hyxb2022091
摘要:
为准确建立海底地声模型，本文探讨地声模型的基本组成和基本结构。通过样品实验室测量，分析南海海底表层沉积物的密度、孔隙度与声速随着埋深变化的关系，得出海底实际存在的低声速表面–声速缓慢变化类型、低声速表面–声速增大类型、高声速表面–声速缓慢变化类型和高声速表面–声速增大类型4种典型地声结构；对比钻探测量，分析黄海海底沉积物的密度、孔隙度与声速随埋深变化关系，得出海底地声模型分层特征与地声结构组合特征。研究表明，地声模型可以归结为4种基本地声结构的组合，通过与底层海水声速、同层内声速剖面以及与上层海底沉积物下表面声速的比较，可以建立各种海底地声模型；基于实验室测量法建立的地声模型可以作为参考地声模型，但需要考虑实际海底温度和压力梯度以及海底沉积物的频散特性等，借助于声速比校正法和频散性理论模型进行计算及修正。
为准确建立海底地声模型，本文探讨地声模型的基本组成和基本结构。通过样品实验室测量，分析南海海底表层沉积物的密度、孔隙度与声速随着埋深变化的关系，得出海底实际存在的低声速表面–声速缓慢变化类型、低声速表面–声速增大类型、高声速表面–声速缓慢变化类型和高声速表面–声速增大类型4种典型地声结构；对比钻探测量，分析黄海海底沉积物的密度、孔隙度与声速随埋深变化关系，得出海底地声模型分层特征与地声结构组合特征。研究表明，地声模型可以归结为4种基本地声结构的组合，通过与底层海水声速、同层内声速剖面以及与上层海底沉积物下表面声速的比较，可以建立各种海底地声模型；基于实验室测量法建立的地声模型可以作为参考地声模型，但需要考虑实际海底温度和压力梯度以及海底沉积物的频散特性等，借助于声速比校正法和频散性理论模型进行计算及修正。
2022, 44(9): 63-72.
doi: 10.12284/hyxb2022073
摘要:
远离河流和大陆的北冰洋冰区，大气沉降是210Po、210Bi、210Pb和7Be核素等最重要的来源。降雪一旦形成即被标记具有特定的210Po/210Pb活度比值，并降落到海冰表面，进入封闭状态。在封闭体系的冰雪中，随着时间推移，210Po从相对于210Pb强烈亏损的状态逐渐达到210Po-210Pb平衡状态。因此可以通过分析北冰洋表层冰雪中210Po-210Pb活度不平衡特征，量化冰区表层冰雪的表观年龄。本文搜集整理了北极地区气溶胶的210Po/210Pb活度比值，结合2018年中国第9次北极科学考察航次和2015年美国GEOTRACES 北冰洋航次中若干冰站表层冰雪的210Po/210Pb活度比特征，估算了北冰洋表层冰雪的表观年龄。结果表明，2018年中国冰站采集的表层冰雪年龄变化范围为106～272 d，远大于2015年美国冰站采集的表层冰雪的年龄；而两国冰站表层冰雪的年龄都呈现一定的纬度效应，即随着采样站位越靠近北极点，总体上表层冰雪的年龄呈现越来越大的特点，表明北极冰区表层冰雪越靠近北极点，表层冰雪被保留的时间会越长。210Po-210Pb 活度不平衡定年法可以作为一种评估北冰洋冰雪年龄的方法并与遥感技术协同使用。
远离河流和大陆的北冰洋冰区，大气沉降是210Po、210Bi、210Pb和7Be核素等最重要的来源。降雪一旦形成即被标记具有特定的210Po/210Pb活度比值，并降落到海冰表面，进入封闭状态。在封闭体系的冰雪中，随着时间推移，210Po从相对于210Pb强烈亏损的状态逐渐达到210Po-210Pb平衡状态。因此可以通过分析北冰洋表层冰雪中210Po-210Pb活度不平衡特征，量化冰区表层冰雪的表观年龄。本文搜集整理了北极地区气溶胶的210Po/210Pb活度比值，结合2018年中国第9次北极科学考察航次和2015年美国GEOTRACES 北冰洋航次中若干冰站表层冰雪的210Po/210Pb活度比特征，估算了北冰洋表层冰雪的表观年龄。结果表明，2018年中国冰站采集的表层冰雪年龄变化范围为106～272 d，远大于2015年美国冰站采集的表层冰雪的年龄；而两国冰站表层冰雪的年龄都呈现一定的纬度效应，即随着采样站位越靠近北极点，总体上表层冰雪的年龄呈现越来越大的特点，表明北极冰区表层冰雪越靠近北极点，表层冰雪被保留的时间会越长。210Po-210Pb 活度不平衡定年法可以作为一种评估北冰洋冰雪年龄的方法并与遥感技术协同使用。
2022, 44(9): 124-131.
doi: 10.12284/hyxb2022103
摘要:
与海床不可渗透的情况相比，波浪在可渗透海床上传播时会发生波能衰减。本文将基于可渗透海床上一维修正型缓坡方程，建立方程求解的有限差分模型。将通过与不可渗透海床上矩形Bragg防波堤对波浪反射系数解析解的对比，验证有限差分模型的正确性和适用性。将进一步研究海床可渗透情况下，海床的渗透性参数、坝体的相对宽度、数量、浸没度对波浪反射系数的影响及其与海床不可渗透情况下的差异。本文研究发现，Bragg共振发生时的反射系数随坝体数量的增多而增大，随海床渗透性参数和坝体浸没度的增大而减小，并且存在一个坝体相对宽度值会使Bragg共振反射达到最大。相较于海床不可渗透的情况，发生Bragg共振反射的波浪频率几乎相同，但反射系数减小，而且零反射（或全透射）现象不再存在。
与海床不可渗透的情况相比，波浪在可渗透海床上传播时会发生波能衰减。本文将基于可渗透海床上一维修正型缓坡方程，建立方程求解的有限差分模型。将通过与不可渗透海床上矩形Bragg防波堤对波浪反射系数解析解的对比，验证有限差分模型的正确性和适用性。将进一步研究海床可渗透情况下，海床的渗透性参数、坝体的相对宽度、数量、浸没度对波浪反射系数的影响及其与海床不可渗透情况下的差异。本文研究发现，Bragg共振发生时的反射系数随坝体数量的增多而增大，随海床渗透性参数和坝体浸没度的增大而减小，并且存在一个坝体相对宽度值会使Bragg共振反射达到最大。相较于海床不可渗透的情况，发生Bragg共振反射的波浪频率几乎相同，但反射系数减小，而且零反射（或全透射）现象不再存在。
2022, 44(9): 132-144.
doi: 10.12284/hyxb2022089
摘要:
在近岸河口湍流研究中，实测的湍流资料往往容易受到噪声的影响，导致湍流特征量的估算出现偏差。本征正交分解是一种将流场在能量上进行分解再重构的方法，基于该方法，结合数值实验和野外实测资料，对包含噪声的湍流数据进行了去噪处理。结果表明：（1）本征正交分解能有效去除湍流中的噪声。在进行信号重构时，应将保留能量的百分比与湍流能量占比保持一致。去噪的效果与噪声占比有关，噪声占比越高，去噪效果越明显。（2）在实测资料中，憩流时刻的噪声占比要显著大于非憩流时刻，水平方向的噪声占比要大于垂直方向。经过本征正交分解去噪后，各湍流特征量的估算更加合理。
在近岸河口湍流研究中，实测的湍流资料往往容易受到噪声的影响，导致湍流特征量的估算出现偏差。本征正交分解是一种将流场在能量上进行分解再重构的方法，基于该方法，结合数值实验和野外实测资料，对包含噪声的湍流数据进行了去噪处理。结果表明：（1）本征正交分解能有效去除湍流中的噪声。在进行信号重构时，应将保留能量的百分比与湍流能量占比保持一致。去噪的效果与噪声占比有关，噪声占比越高，去噪效果越明显。（2）在实测资料中，憩流时刻的噪声占比要显著大于非憩流时刻，水平方向的噪声占比要大于垂直方向。经过本征正交分解去噪后，各湍流特征量的估算更加合理。
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