2023年 第45卷 第4期
2023, 45(4): 1-16.
doi: 10.12284/hyxb2023035
摘要:
利用 AVISO 提供的中尺度涡数据集，对1993–2019年间安达曼海中尺度涡的涡旋特征、运动规律及其季节变化机制进行统计分析。结果显示，27年间安达曼海共出现中尺度涡328个，其中反气旋涡（171个）多于气旋涡（157个），主要分布在中西部盆地深水区。涡旋平均寿命为46.4 d，平均半径为111.8 km，平均振幅为4.7 cm，平均最大转速为24.8 cm/s，平均移动速度为15.0 cm/s，反气旋涡的平均半径、振幅和转速均大于气旋涡，而移动速度小于气旋涡。涡旋的半径、振幅和最大转速在其生命周期中都经历了先增大后减小的过程，移动速度则先减小后增大。在季节变化方面，反气旋涡和气旋涡性质冬夏对比呈现“跷跷板”现象，即夏季气旋涡比反气旋涡更多更强更大，冬季则反气旋涡更多更强更大；涡旋分布位置，夏季从北向南呈“气旋–反气旋–气旋”的极性反转交替分布，冬季则与之相反。动力机制分析显示，背景流场涡度可能影响安达曼海涡旋极性交替分布，正（负）涡度背景流利于气旋（反气旋）涡存在。涡旋能量变化机制显示，风强迫是安达曼海涡旋主要能量来源，风场能量输入与涡旋动能的季节变化吻合。
利用 AVISO 提供的中尺度涡数据集，对1993–2019年间安达曼海中尺度涡的涡旋特征、运动规律及其季节变化机制进行统计分析。结果显示，27年间安达曼海共出现中尺度涡328个，其中反气旋涡（171个）多于气旋涡（157个），主要分布在中西部盆地深水区。涡旋平均寿命为46.4 d，平均半径为111.8 km，平均振幅为4.7 cm，平均最大转速为24.8 cm/s，平均移动速度为15.0 cm/s，反气旋涡的平均半径、振幅和转速均大于气旋涡，而移动速度小于气旋涡。涡旋的半径、振幅和最大转速在其生命周期中都经历了先增大后减小的过程，移动速度则先减小后增大。在季节变化方面，反气旋涡和气旋涡性质冬夏对比呈现“跷跷板”现象，即夏季气旋涡比反气旋涡更多更强更大，冬季则反气旋涡更多更强更大；涡旋分布位置，夏季从北向南呈“气旋–反气旋–气旋”的极性反转交替分布，冬季则与之相反。动力机制分析显示，背景流场涡度可能影响安达曼海涡旋极性交替分布，正（负）涡度背景流利于气旋（反气旋）涡存在。涡旋能量变化机制显示，风强迫是安达曼海涡旋主要能量来源，风场能量输入与涡旋动能的季节变化吻合。
2023, 45(4): 17-30.
doi: 10.12284/hyxb2023033
摘要:
本研究基于非平稳序列极值理论，定量分析极端水位事件年超越概率受海平面上升的影响；以工程设计使用年限内极端水位发生概率作为控制条件，构建考虑海平面上升的极值水位计算方法；结合平均海平面的长期变化过程，推算海平面上升下的极值水位。基于全球10个验潮站历史水位观测资料，验证历史平均海平面长期变化与高、低水位耿贝尔分布位置参数变化的一致性以及构建方法的合理性。结合政府间气候变化专门委员会对海平面上升的预测，推算和对比分析不同海平面上升情景下的极值水位，并评估相应极值水位在当前极值分布中的重现期。
本研究基于非平稳序列极值理论，定量分析极端水位事件年超越概率受海平面上升的影响；以工程设计使用年限内极端水位发生概率作为控制条件，构建考虑海平面上升的极值水位计算方法；结合平均海平面的长期变化过程，推算海平面上升下的极值水位。基于全球10个验潮站历史水位观测资料，验证历史平均海平面长期变化与高、低水位耿贝尔分布位置参数变化的一致性以及构建方法的合理性。结合政府间气候变化专门委员会对海平面上升的预测，推算和对比分析不同海平面上升情景下的极值水位，并评估相应极值水位在当前极值分布中的重现期。
2023, 45(4): 31-45.
doi: 10.12284/hyxb2023023
摘要:
海洋锋面强度变化对陆源物质输运和全球物质循环有重要作用。冬春季节，中国东部陆架区西太平洋边界流分支与沿岸流之间形成了海洋温度锋。为探究冬季风暴和陆架环流双重影响下温度锋面的多时间尺度变化及主控因素，本文以黄海为研究区，分别在年代际尺度和天气尺度，利用信号分解和可解释深度学习方法，研究了低纬度驱动的环流系统和高纬度驱动的冬季风暴对锋面变化的耦合作用。在年代际尺度，通过使用经验正交函数分解和集合经验模态分解的方法，将北黄海的温度变化与黄海暖流强度相联系。研究结果表明，黄海的海表温度经验正交函数（EOF）分解第一模态的空间分布有明显的黄海暖流—沿岸流体系特征；海表温度EOF第一模态时间序列与黄海暖流强度指标的相关性良好，且受低频率厄尔尼诺‒南方涛动信号调控。在天气尺度，对卷积神经网络−长短时记忆网络（CNN-LSTM）模型进行训练并使用可解释性指标进行分析，结果发现无风或弱风条件下，海洋锋面主要由压力梯度力和科里奥利力的地转平衡维持；但在冬季风暴条件下，受开尔文波传播和切变锋破碎的影响，流场的低频波动成为导致锋面强度变化的主因。本文研究结果表明，大数据及机器学习方法是在众多海洋参数间建立联系，并发现一些独特物理海洋过程的重要手段，具有广阔的应用前景。
海洋锋面强度变化对陆源物质输运和全球物质循环有重要作用。冬春季节，中国东部陆架区西太平洋边界流分支与沿岸流之间形成了海洋温度锋。为探究冬季风暴和陆架环流双重影响下温度锋面的多时间尺度变化及主控因素，本文以黄海为研究区，分别在年代际尺度和天气尺度，利用信号分解和可解释深度学习方法，研究了低纬度驱动的环流系统和高纬度驱动的冬季风暴对锋面变化的耦合作用。在年代际尺度，通过使用经验正交函数分解和集合经验模态分解的方法，将北黄海的温度变化与黄海暖流强度相联系。研究结果表明，黄海的海表温度经验正交函数（EOF）分解第一模态的空间分布有明显的黄海暖流—沿岸流体系特征；海表温度EOF第一模态时间序列与黄海暖流强度指标的相关性良好，且受低频率厄尔尼诺‒南方涛动信号调控。在天气尺度，对卷积神经网络−长短时记忆网络（CNN-LSTM）模型进行训练并使用可解释性指标进行分析，结果发现无风或弱风条件下，海洋锋面主要由压力梯度力和科里奥利力的地转平衡维持；但在冬季风暴条件下，受开尔文波传播和切变锋破碎的影响，流场的低频波动成为导致锋面强度变化的主因。本文研究结果表明，大数据及机器学习方法是在众多海洋参数间建立联系，并发现一些独特物理海洋过程的重要手段，具有广阔的应用前景。
2023, 45(4): 46-56.
doi: 10.12284/hyxb2023063
摘要:
实验室一般采用波浪聚焦方法生成深水破碎波，通过各组分波浪的波幅叠加生成一个波高显著增大的大波，使其波陡超过极限波陡发生破碎。利用该方法生成深水破碎波浪的破碎次数通常并不唯一，导致波浪破碎后的流场特征不明显；造波参数不易于选取导致研究工况的设置难度大，直接影响深水破碎精细化实验的效果和效率。本文采用聚焦波理论计算波面，并利用上跨零点法定义的波高和波长计算理论波陡，结合物理模型实验统计波浪沿程破碎次数与剧烈程度，研究以JONSWAP谱为造波输入谱型时，聚焦波幅、谱峰频率、频宽等造波输入参数对于波浪破碎情况的影响，从而建立深水波浪破碎次数与造波输入参数之间的近似定量关系，为实验造波参数的选取提供参考，提高实验效率。
实验室一般采用波浪聚焦方法生成深水破碎波，通过各组分波浪的波幅叠加生成一个波高显著增大的大波，使其波陡超过极限波陡发生破碎。利用该方法生成深水破碎波浪的破碎次数通常并不唯一，导致波浪破碎后的流场特征不明显；造波参数不易于选取导致研究工况的设置难度大，直接影响深水破碎精细化实验的效果和效率。本文采用聚焦波理论计算波面，并利用上跨零点法定义的波高和波长计算理论波陡，结合物理模型实验统计波浪沿程破碎次数与剧烈程度，研究以JONSWAP谱为造波输入谱型时，聚焦波幅、谱峰频率、频宽等造波输入参数对于波浪破碎情况的影响，从而建立深水波浪破碎次数与造波输入参数之间的近似定量关系，为实验造波参数的选取提供参考，提高实验效率。
2023, 45(4): 57-67.
doi: 10.12284/hyxb2023043
摘要:
沉降速度是珊瑚砂的一个重要物理参数。由于柱状珊瑚砂与其他形状的珊瑚砂有着明显的差异，套用现有珊瑚砂的沉速公式进行计算并不合适。本文选取柱状珊瑚砂进行单颗粒沉降试验，研究静水中柱状珊瑚砂沉降速度及其影响因素，通过讨论分析不同的等效粒径和形状系数对柱状珊瑚砂沉降速度的影响，发现柱状珊瑚砂的沉降速度与等容粒径和Corey形状系数密切相关，基于本文试验数据推求了适用于计算柱状珊瑚砂沉降速度的经验公式，丰富了海岸泥沙理论。
沉降速度是珊瑚砂的一个重要物理参数。由于柱状珊瑚砂与其他形状的珊瑚砂有着明显的差异，套用现有珊瑚砂的沉速公式进行计算并不合适。本文选取柱状珊瑚砂进行单颗粒沉降试验，研究静水中柱状珊瑚砂沉降速度及其影响因素，通过讨论分析不同的等效粒径和形状系数对柱状珊瑚砂沉降速度的影响，发现柱状珊瑚砂的沉降速度与等容粒径和Corey形状系数密切相关，基于本文试验数据推求了适用于计算柱状珊瑚砂沉降速度的经验公式，丰富了海岸泥沙理论。
2023, 45(4): 68-81.
doi: 10.12284/hyxb2023037
摘要:
河口湾常由滩、槽地貌系统组合而成，其滩槽结构演变及动态平衡既是河口海岸研究的重要科学问题，又是河口规划治理与港口航道建设的理论基石。本文以黄茅海河口湾为研究靶区，采用“动力−沉积−地貌”的研究思路，基于不同历史年代的海图资料，运用地貌信息熵等分析方法，研究黄茅海河口湾滩槽结构的系统演变特征及动态平衡机制，主要发现包括：（1）黄茅海河口湾半个多世纪以来的地貌演变，大致以2007年为转折点，经历由淤积到冲刷的状态转换，其在1940–2007年呈淤积状态，年均淤积率为1.4 cm/a，在2007–2015年呈冲刷状态，年均冲刷率为1.2 cm/a。（2）黄茅海河口湾的滩槽结构发生转换，在2003–2007年之间由“三滩两槽”的结构转换为“两滩一槽”的结构，受围垦和疏浚工程影响，滩槽分异趋于加强，呈现浅滩淤浅、深槽刷深的演变特征。（3）黄茅海河口湾地貌信息熵熵值先减后增，从缓慢淤积相对稳定的有序状态向人为干预下冲淤格局变化及滩槽演变的不确定性增加转换；滩槽结构的稳态存在差异，浅滩相对于深槽显示出更高的不确定性。（4）人类活动将滩槽结构的原有稳态打破，疏浚工程使得东槽的活力提升，促进深槽自适应重构平衡向有序方向发展。西滩和东滩经历围垦等人类活动干扰平衡，浅滩失稳呈无序演变。
河口湾常由滩、槽地貌系统组合而成，其滩槽结构演变及动态平衡既是河口海岸研究的重要科学问题，又是河口规划治理与港口航道建设的理论基石。本文以黄茅海河口湾为研究靶区，采用“动力−沉积−地貌”的研究思路，基于不同历史年代的海图资料，运用地貌信息熵等分析方法，研究黄茅海河口湾滩槽结构的系统演变特征及动态平衡机制，主要发现包括：（1）黄茅海河口湾半个多世纪以来的地貌演变，大致以2007年为转折点，经历由淤积到冲刷的状态转换，其在1940–2007年呈淤积状态，年均淤积率为1.4 cm/a，在2007–2015年呈冲刷状态，年均冲刷率为1.2 cm/a。（2）黄茅海河口湾的滩槽结构发生转换，在2003–2007年之间由“三滩两槽”的结构转换为“两滩一槽”的结构，受围垦和疏浚工程影响，滩槽分异趋于加强，呈现浅滩淤浅、深槽刷深的演变特征。（3）黄茅海河口湾地貌信息熵熵值先减后增，从缓慢淤积相对稳定的有序状态向人为干预下冲淤格局变化及滩槽演变的不确定性增加转换；滩槽结构的稳态存在差异，浅滩相对于深槽显示出更高的不确定性。（4）人类活动将滩槽结构的原有稳态打破，疏浚工程使得东槽的活力提升，促进深槽自适应重构平衡向有序方向发展。西滩和东滩经历围垦等人类活动干扰平衡，浅滩失稳呈无序演变。
2023, 45(4): 82-94.
doi: 10.12284/hyxb2023039
摘要:
为探讨富钴结壳铂族元素的来源，以西太平洋采薇海山群富钴结壳样品为研究对象，利用X射线衍射法、等离子体发射光谱法和质谱法，对富钴结壳样品进行了矿物组成、主量元素和铂族元素含量分析。研究表明，富钴结壳的主要结晶矿物为水羟锰矿，次要矿物有石英、斜长石、钾长石和碳氟磷灰石，同时含有大量非晶态铁氧/氢氧化物。富钴结壳中Mn和Fe含量最高，且明显富集铂族元素，铂族总量为142～1 352 ng/g，其中Pt为114～1 268 ng/g，占铂族总量的80%以上。老壳层的铂族元素含量高于新壳层，老壳层发生了磷酸盐化作用。富钴结壳的铂族元素之间发生了分异作用，Pd组（PPGE）含量高于Ir组（IPGE）。铂族元素配分模式显示Pt正异常和Pd负异常，具有Pt富集而Pd亏损特征，推测富钴结壳的铂族元素来源于洋壳蚀变过程中海山玄武岩和海水之间的水−岩反应。富钴结壳的铂族元素与CaO、P2O5、Ba和Cu正相关，推测铂族元素赋存于磷酸盐矿物相中。富钴结壳生长剖面从上到下，由新到老，铂族元素含量呈逐渐增加趋势，海水氧化性环境和高海洋生产力可增进磷酸盐化作用，从而进一步促进了铂族元素的富集。该研究对于揭示富钴结壳铂族元素的来源具有一定的参考价值。
为探讨富钴结壳铂族元素的来源，以西太平洋采薇海山群富钴结壳样品为研究对象，利用X射线衍射法、等离子体发射光谱法和质谱法，对富钴结壳样品进行了矿物组成、主量元素和铂族元素含量分析。研究表明，富钴结壳的主要结晶矿物为水羟锰矿，次要矿物有石英、斜长石、钾长石和碳氟磷灰石，同时含有大量非晶态铁氧/氢氧化物。富钴结壳中Mn和Fe含量最高，且明显富集铂族元素，铂族总量为142～1 352 ng/g，其中Pt为114～1 268 ng/g，占铂族总量的80%以上。老壳层的铂族元素含量高于新壳层，老壳层发生了磷酸盐化作用。富钴结壳的铂族元素之间发生了分异作用，Pd组（PPGE）含量高于Ir组（IPGE）。铂族元素配分模式显示Pt正异常和Pd负异常，具有Pt富集而Pd亏损特征，推测富钴结壳的铂族元素来源于洋壳蚀变过程中海山玄武岩和海水之间的水−岩反应。富钴结壳的铂族元素与CaO、P2O5、Ba和Cu正相关，推测铂族元素赋存于磷酸盐矿物相中。富钴结壳生长剖面从上到下，由新到老，铂族元素含量呈逐渐增加趋势，海水氧化性环境和高海洋生产力可增进磷酸盐化作用，从而进一步促进了铂族元素的富集。该研究对于揭示富钴结壳铂族元素的来源具有一定的参考价值。
2023, 45(4): 95-108.
doi: 10.12284/hyxb2023019
摘要:
为了研究长江古河谷地区早中全新世沉积物的碳埋藏速率及来源，进行了ZK1孔沉积物总有机碳（TOC）、总氮（TN）及δ13C的测定，结合AMS14C（植物碎屑、贝壳）测年、有孔虫及粒度数据，分析了长江古河谷碳埋藏的时空分布特征与TOC来源。采用历史地理学、沉积地质学结合测年数据进行了年代地层划分，自下而上分别为U1潮汐河道、U2河口湾、U3潮流砂脊和U4前三角洲。沉积物受到水深、径流、河口余环流、潮流、波浪、风暴与再矿化等作用或因素影响，TOC平均值为0.41%，低于长江河口表层沉积物基准值0.46%。ZK1碳埋藏通量（TOCBF）介于7.4～110.5 g/(m2·a)之间，差异较大。TOCBF数值主要受控于沉积速率。δ13C与TOC/TN（C/N） 投影点结果表明，TOC来源表现为多源特征，且整体表现为偏陆源特征。C/N与δ13C线性拟合相关性高，适合采用C/N与δ13C进行TOC来源的定量分析。基于C/N与δ13C采用三端源模型进行了TOC来源分析。U2、U3沉积期处于全新世大暖期，其海源碳与陆源碳较U1、U2沉积单元高，这主要与海洋、陆地初级生产力的提高有关。ZK1海洋浮游植物对TOC的贡献量平均值为31%。河口浮游植物对TOC的贡献量平均值为31%。陆源有机碳对TOC的贡献量平均值为38%。整体来看，陆源有机碳的贡献量大于河口浮游植物与海洋浮游植物的贡献量，这与图解法的分析结果基本一致。
为了研究长江古河谷地区早中全新世沉积物的碳埋藏速率及来源，进行了ZK1孔沉积物总有机碳（TOC）、总氮（TN）及δ13C的测定，结合AMS14C（植物碎屑、贝壳）测年、有孔虫及粒度数据，分析了长江古河谷碳埋藏的时空分布特征与TOC来源。采用历史地理学、沉积地质学结合测年数据进行了年代地层划分，自下而上分别为U1潮汐河道、U2河口湾、U3潮流砂脊和U4前三角洲。沉积物受到水深、径流、河口余环流、潮流、波浪、风暴与再矿化等作用或因素影响，TOC平均值为0.41%，低于长江河口表层沉积物基准值0.46%。ZK1碳埋藏通量（TOCBF）介于7.4～110.5 g/(m2·a)之间，差异较大。TOCBF数值主要受控于沉积速率。δ13C与TOC/TN（C/N） 投影点结果表明，TOC来源表现为多源特征，且整体表现为偏陆源特征。C/N与δ13C线性拟合相关性高，适合采用C/N与δ13C进行TOC来源的定量分析。基于C/N与δ13C采用三端源模型进行了TOC来源分析。U2、U3沉积期处于全新世大暖期，其海源碳与陆源碳较U1、U2沉积单元高，这主要与海洋、陆地初级生产力的提高有关。ZK1海洋浮游植物对TOC的贡献量平均值为31%。河口浮游植物对TOC的贡献量平均值为31%。陆源有机碳对TOC的贡献量平均值为38%。整体来看，陆源有机碳的贡献量大于河口浮游植物与海洋浮游植物的贡献量，这与图解法的分析结果基本一致。
2023, 45(4): 109-120.
doi: 10.12284/hyxb2023073
摘要:
潮滩前缘盐沼植被簇团可以通过改变水动力及泥沙运动等过程影响潮沟系统的地形地貌，而潮沟系统的地形特征也会影响盐沼簇团的生长、扩张与侵蚀，但对盐沼簇团与潮沟系统地貌演变的相互作用机制尚缺乏认识。针对这一问题，本文构建了考虑盐沼植被动态演变的潮滩生物动力地貌耦合模型，模拟了盐沼植被簇团生长扩张与潮沟系统地貌演变过程，分析了不同初始数量的盐沼植被簇团与潮沟系统的空间格局及形态参数间的双向反馈。结果表明，潮沟先迅速向海陆两侧延伸，后发育出大量分汊；盐沼簇团向周边扩张后未被潮沟切割区域逐渐连成片。少量盐沼簇团能够增加潮沟密度，促进边缘冲刷式潮沟系统的发育。潮沟的走向受盐沼簇团分布位置及数量的影响，多个盐沼植被簇团间的水流集中比单个簇团的边缘水流冲刷更易形成潮沟。在盐沼植被簇团与潮沟系统共同发育初期，潮沟系统发育受盐沼植被簇团的促进作用较大，后期潮沟内比簇团边缘更易形成水流汇聚，盐沼簇团的影响逐渐由促进作用转为稳定作用。此外，潮沟的存在限制了盐沼植被的横向扩散，切割了盐沼植被簇团，影响盐沼植被的空间分布格局。本研究揭示了盐沼植被簇团与潮沟系统地貌耦合演化机制，可为盐沼潮滩生态系统保护修复提供科学依据。
潮滩前缘盐沼植被簇团可以通过改变水动力及泥沙运动等过程影响潮沟系统的地形地貌，而潮沟系统的地形特征也会影响盐沼簇团的生长、扩张与侵蚀，但对盐沼簇团与潮沟系统地貌演变的相互作用机制尚缺乏认识。针对这一问题，本文构建了考虑盐沼植被动态演变的潮滩生物动力地貌耦合模型，模拟了盐沼植被簇团生长扩张与潮沟系统地貌演变过程，分析了不同初始数量的盐沼植被簇团与潮沟系统的空间格局及形态参数间的双向反馈。结果表明，潮沟先迅速向海陆两侧延伸，后发育出大量分汊；盐沼簇团向周边扩张后未被潮沟切割区域逐渐连成片。少量盐沼簇团能够增加潮沟密度，促进边缘冲刷式潮沟系统的发育。潮沟的走向受盐沼簇团分布位置及数量的影响，多个盐沼植被簇团间的水流集中比单个簇团的边缘水流冲刷更易形成潮沟。在盐沼植被簇团与潮沟系统共同发育初期，潮沟系统发育受盐沼植被簇团的促进作用较大，后期潮沟内比簇团边缘更易形成水流汇聚，盐沼簇团的影响逐渐由促进作用转为稳定作用。此外，潮沟的存在限制了盐沼植被的横向扩散，切割了盐沼植被簇团，影响盐沼植被的空间分布格局。本研究揭示了盐沼植被簇团与潮沟系统地貌耦合演化机制，可为盐沼潮滩生态系统保护修复提供科学依据。
2023, 45(4): 121-132.
doi: 10.12284/hyxb2023041
摘要:
光释光测年作为一种沉积物绝对测年方法已在第四纪地质研究中得到了广泛应用，提高光释光测年精度和准确度一直是学术界关注的热点，长期以来人们对等效剂量测量程序和计算方法的研究十分丰富，而对环境剂量率的研究则相对较少。本文以琼西南海域ZBW钻孔岩心样品为例，利用电感耦合等离子质谱/发射光谱法（ICP-MS/OES）、中子活化分析（NAA）、γ谱仪法对海洋沉积物环境剂量率进行了对比测量。结果表明，在部分层段3种方法测量的结果存在差异，其原因为：（1）ICP-MS/OES前处理过程中重矿物中的U不完全溶解；（2）ICP-MS/OES测量结果为U、Th、K元素含量，包含了部分非放射性核素含量；（3）NAA测量用的样品量小，存在偶然性误差，样品中非放射性物质的稀释作用影响测量结果；（4）样品中存在铀系不平衡现象，结合研究区沉积环境和高纯锗γ谱仪测量结果进行对比分析表明，铀系不平衡主要来源于自生铀吸收，对环境剂量率的影响约为11%。
光释光测年作为一种沉积物绝对测年方法已在第四纪地质研究中得到了广泛应用，提高光释光测年精度和准确度一直是学术界关注的热点，长期以来人们对等效剂量测量程序和计算方法的研究十分丰富，而对环境剂量率的研究则相对较少。本文以琼西南海域ZBW钻孔岩心样品为例，利用电感耦合等离子质谱/发射光谱法（ICP-MS/OES）、中子活化分析（NAA）、γ谱仪法对海洋沉积物环境剂量率进行了对比测量。结果表明，在部分层段3种方法测量的结果存在差异，其原因为：（1）ICP-MS/OES前处理过程中重矿物中的U不完全溶解；（2）ICP-MS/OES测量结果为U、Th、K元素含量，包含了部分非放射性核素含量；（3）NAA测量用的样品量小，存在偶然性误差，样品中非放射性物质的稀释作用影响测量结果；（4）样品中存在铀系不平衡现象，结合研究区沉积环境和高纯锗γ谱仪测量结果进行对比分析表明，铀系不平衡主要来源于自生铀吸收，对环境剂量率的影响约为11%。
2023, 45(4): 133-143.
doi: 10.12284/hyxb2023031
摘要:
畸形波波形与其所处海况特征密切相关。在线性、窄谱假定下，最可能出现的畸形波波形服从“新波”理论，即最大波位于波群中间且其前后相邻波浪对称。然而，实际海浪谱通常是包含多种频率成分的宽谱。目前对实测畸形波及其附近波面形态特征仍缺乏系统认知，对其影响因素尚不明确。本文基于挪威海气象观测站共112个畸形波序列，分析实测畸形波波形及影响因素。研究表明，只有52%的畸形波在波群中间，其余畸形波在波群前侧的概率更高。此外，畸形波前后相邻波浪并不完全对称，其中位于后侧的波幅普遍更大。通过定量分析实测畸形波的平均波形与“新波”理论结果，发现谱宽是影响畸形波波形的关键参数。随谱宽增加，畸形波的平均波形与“新波”理论得到的波面序列误差呈指数增加。
畸形波波形与其所处海况特征密切相关。在线性、窄谱假定下，最可能出现的畸形波波形服从“新波”理论，即最大波位于波群中间且其前后相邻波浪对称。然而，实际海浪谱通常是包含多种频率成分的宽谱。目前对实测畸形波及其附近波面形态特征仍缺乏系统认知，对其影响因素尚不明确。本文基于挪威海气象观测站共112个畸形波序列，分析实测畸形波波形及影响因素。研究表明，只有52%的畸形波在波群中间，其余畸形波在波群前侧的概率更高。此外，畸形波前后相邻波浪并不完全对称，其中位于后侧的波幅普遍更大。通过定量分析实测畸形波的平均波形与“新波”理论结果，发现谱宽是影响畸形波波形的关键参数。随谱宽增加，畸形波的平均波形与“新波”理论得到的波面序列误差呈指数增加。
2023, 45(4): 144-153.
doi: 10.12284/hyxb2023047
摘要:
自由投放式声学多普勒海流剖面（FADCP）观测以“自由落体”方式进行采样，其不依赖于测船钢缆牵引即可对全深度海流进行观测，观测稳定性较下放式声学多普勒海流剖面（LADCP）大幅提升，有效减少了观测值之中的不规则运动。2021年4月与9月在南海西沙海域开展的FADCP观测实验获得了两个断面包含16个站的海流及CTD资料。基于静置期间的真实底流观测，各站全深度的海流剖面采用剪切法获得，潜标附近站位剖面与潜标观测剖面相比，平均流速偏差为3 cm/s。观测断面捕捉到了西沙海域两个时期的气旋涡，其垂直结构比HYCOM模拟更精细，表层流与绝对地转流契合。研究表明，FADCP对测船要求低、数据质量高，其后处理简便且结果良好，但无法对特定水层实施补充观测。
自由投放式声学多普勒海流剖面（FADCP）观测以“自由落体”方式进行采样，其不依赖于测船钢缆牵引即可对全深度海流进行观测，观测稳定性较下放式声学多普勒海流剖面（LADCP）大幅提升，有效减少了观测值之中的不规则运动。2021年4月与9月在南海西沙海域开展的FADCP观测实验获得了两个断面包含16个站的海流及CTD资料。基于静置期间的真实底流观测，各站全深度的海流剖面采用剪切法获得，潜标附近站位剖面与潜标观测剖面相比，平均流速偏差为3 cm/s。观测断面捕捉到了西沙海域两个时期的气旋涡，其垂直结构比HYCOM模拟更精细，表层流与绝对地转流契合。研究表明，FADCP对测船要求低、数据质量高，其后处理简便且结果良好，但无法对特定水层实施补充观测。
2023, 45(4): 154-164.
doi: 10.12284/hyxb2023049
摘要:
珊瑚礁底质分类对海洋资源开发和海洋生态环境保护起到至关重要的作用。目前，深度学习语义分割方法在遥感图像分类领域应用广泛，但在底质分类方面的研究较少。由于基于全监督深度学习的方法中逐像素标注标签的成本较高，不适用于大规模、高频次的底质分类工作，基于半监督的深度学习方法能够有效利用已标注标签为无标签数据产生伪标签，从而有效降低人工成本，然而现有半监督方法的性能易受伪标签噪声的干扰。针对以上问题，本文提出了一种基于软硬协作决策的半监督底质分类方法。首先，利用多模型联合决策生成高质量的伪标签；然后，提出了一种能够顾及伪标签像素置信度的损失函数来指导模型进行训练；最后，采用软硬协作的决策方式得到精确的底质分类结果。在美属维尔京群岛圣克罗伊岛北部的巴克岛礁和夏威夷群岛的中途岛东南约400 km处的珍珠与爱马仕环礁的浅层底栖生物栖息地地图数据集上评估了本文方法的精度，实验结果表明，本文提出的方法与全监督学习方法精度相当，比主流的语义分割方法精度平均高3.08%，能够有效服务于珊瑚礁底质调查工作。
珊瑚礁底质分类对海洋资源开发和海洋生态环境保护起到至关重要的作用。目前，深度学习语义分割方法在遥感图像分类领域应用广泛，但在底质分类方面的研究较少。由于基于全监督深度学习的方法中逐像素标注标签的成本较高，不适用于大规模、高频次的底质分类工作，基于半监督的深度学习方法能够有效利用已标注标签为无标签数据产生伪标签，从而有效降低人工成本，然而现有半监督方法的性能易受伪标签噪声的干扰。针对以上问题，本文提出了一种基于软硬协作决策的半监督底质分类方法。首先，利用多模型联合决策生成高质量的伪标签；然后，提出了一种能够顾及伪标签像素置信度的损失函数来指导模型进行训练；最后，采用软硬协作的决策方式得到精确的底质分类结果。在美属维尔京群岛圣克罗伊岛北部的巴克岛礁和夏威夷群岛的中途岛东南约400 km处的珍珠与爱马仕环礁的浅层底栖生物栖息地地图数据集上评估了本文方法的精度，实验结果表明，本文提出的方法与全监督学习方法精度相当，比主流的语义分割方法精度平均高3.08%，能够有效服务于珊瑚礁底质调查工作。
2023, 45(4): 165-178.
doi: 10.12284/hyxb2023027
摘要:
水温预测是保障近海渔业生产和环境安全的关键技术。现有的数值模型开发成本大，业务化应用不足。本文提出了一种集成差分回归（Differential Regression, DR）和可迁移长短期记忆网络（Transferable Long Short-Term Memory, TLSTM）的水温预测方法。以厦门湾（源域，数据多）和三沙湾（目标域，数据少）水温为研究对象，根据三沙湾在线监测水温和预报气温数据建立了DR模型，根据厦门湾长时间监测水温数据建立了TLSTM模型，采用变权算法将纯差分回归模型、混差分回归模型和TLSTM模型集成为三沙湾DR-TLSTM模型，对模型性能进行了评估，并与仅根据三沙湾少量监测数据建立的LSTM模型效果进行了对比。结果表明：（1） TLSTM模型的预测精度优于基于目标域少量数据建立的LSTM模型；（2） DR-TLSTM集成模型具有较高的预测精度，未来1～7 d预测的均方根误差为0.13～0.77℃，未来1～3 d预测的均方根误差小于0.4℃；（3） DR-TLSTM集成模型可有效预测水温骤升或骤降趋势，对水温突变点的预测均方根误差为0.29～1.09℃。基于本文建立的DR-TLSTM集成模型，实现了三沙湾渔业水域的水温预警预报业务化信息服务。
水温预测是保障近海渔业生产和环境安全的关键技术。现有的数值模型开发成本大，业务化应用不足。本文提出了一种集成差分回归（Differential Regression, DR）和可迁移长短期记忆网络（Transferable Long Short-Term Memory, TLSTM）的水温预测方法。以厦门湾（源域，数据多）和三沙湾（目标域，数据少）水温为研究对象，根据三沙湾在线监测水温和预报气温数据建立了DR模型，根据厦门湾长时间监测水温数据建立了TLSTM模型，采用变权算法将纯差分回归模型、混差分回归模型和TLSTM模型集成为三沙湾DR-TLSTM模型，对模型性能进行了评估，并与仅根据三沙湾少量监测数据建立的LSTM模型效果进行了对比。结果表明：（1） TLSTM模型的预测精度优于基于目标域少量数据建立的LSTM模型；（2） DR-TLSTM集成模型具有较高的预测精度，未来1～7 d预测的均方根误差为0.13～0.77℃，未来1～3 d预测的均方根误差小于0.4℃；（3） DR-TLSTM集成模型可有效预测水温骤升或骤降趋势，对水温突变点的预测均方根误差为0.29～1.09℃。基于本文建立的DR-TLSTM集成模型，实现了三沙湾渔业水域的水温预警预报业务化信息服务。
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