2023年 第45卷 第7期
2023, 45(7): 1-7.
doi: 10.12284/hyxb2023121
摘要:
波流相互作用作为非线性科学的前沿课题，一直受到国内外广大学者的关注。本文以2016年第1号超强台风“尼伯特”为例，基于波流耦合模式研究了台风影响期间强海况下波流相互作用对有效波高的影响。研究表明：（1）波流耦合模式可有效提高强海况下海浪的模拟精度；（2）波流相互作用对有效波高的影响与波向和流向之间的夹角关系密切：当波向与流向大致相同时，波流相互作用使有效波高减小；当波向与流向大致相反时，波流相互作用使有效波高增大；当波向与流向之间的夹角越接近90°时，波流相互作用对有效波高的影响越小。波流相互作用对有效波高的影响最大可达1.5 m。
波流相互作用作为非线性科学的前沿课题，一直受到国内外广大学者的关注。本文以2016年第1号超强台风“尼伯特”为例，基于波流耦合模式研究了台风影响期间强海况下波流相互作用对有效波高的影响。研究表明：（1）波流耦合模式可有效提高强海况下海浪的模拟精度；（2）波流相互作用对有效波高的影响与波向和流向之间的夹角关系密切：当波向与流向大致相同时，波流相互作用使有效波高减小；当波向与流向大致相反时，波流相互作用使有效波高增大；当波向与流向之间的夹角越接近90°时，波流相互作用对有效波高的影响越小。波流相互作用对有效波高的影响最大可达1.5 m。
2023, 45(7): 8-24.
doi: 10.12284/hyxb2023101
摘要:
本文基于2015−2017年西江感潮河道的潮位数据，应用非平稳潮调和分析模型NS-TIDE，研究了不同周期分潮振幅和迟角的时空变化特征、潮汐动力构成变化和潮波变形特征，并讨论了感潮河道中的潮位变形、极低潮位颠倒等现象的形成原因。结果表明，不同于全日、半日分潮振幅的沿程衰减和迟角的沿程递增，浅水分潮振幅先增后减，MSf分潮振幅呈递增趋势、迟角有显著的增减交替变化；各个分潮的振幅洪季衰减速率大于枯季，迟角在洪季变化较大，表明径流顶托作用下的潮波向上游传播速度较慢。受径流、地形等因素的影响，在洪季和上游河段，MSf分潮振幅更大，潮汐动力由主分潮向次分潮转移，M4和M2分潮振幅比的变化表明潮汐变形显著，MSf与M2、S2分潮的振幅比较大时有最低低水位的颠倒现象。
本文基于2015−2017年西江感潮河道的潮位数据，应用非平稳潮调和分析模型NS-TIDE，研究了不同周期分潮振幅和迟角的时空变化特征、潮汐动力构成变化和潮波变形特征，并讨论了感潮河道中的潮位变形、极低潮位颠倒等现象的形成原因。结果表明，不同于全日、半日分潮振幅的沿程衰减和迟角的沿程递增，浅水分潮振幅先增后减，MSf分潮振幅呈递增趋势、迟角有显著的增减交替变化；各个分潮的振幅洪季衰减速率大于枯季，迟角在洪季变化较大，表明径流顶托作用下的潮波向上游传播速度较慢。受径流、地形等因素的影响，在洪季和上游河段，MSf分潮振幅更大，潮汐动力由主分潮向次分潮转移，M4和M2分潮振幅比的变化表明潮汐变形显著，MSf与M2、S2分潮的振幅比较大时有最低低水位的颠倒现象。
2023, 45(7): 25-39.
doi: 10.12284/hyxb2023099
摘要:
本文基于ADCIRC构建适用于长江口的台风暴潮模型，对1979–2019年间长江口台风增水过程进行数值重构；结合非平稳广义极值分布和状态空间模型，构建适用于刻画长江口极端增水非平稳变化的频率统计模型，研判非平稳变化引起的极端增水量值调整情况。结果表明，长江口各验潮站处极端增水的非平稳广义极值分布时变位置参数在2008年前表现为波动特征，2008年后呈现逐渐增大趋势。2008–2019年间各验潮站处极端增水时变位置参数的线性上升率介于0.8～1.2 cm/a之间。基于上述变化趋势，考虑极端增水非平稳变化时长江口各验潮站处百年一遇增水均大于基于平稳假定的推算结果，二者差值介于8～15 cm之间。经分析，2008年后北上到长江口附近海域再转向外海的热带气旋强度有明显增强趋势，致使长江口各验潮站处年第二和第三大值增水增大，这是导致各验潮站处风暴增水极值分布位置参数出现趋势性增大的主要原因。
本文基于ADCIRC构建适用于长江口的台风暴潮模型，对1979–2019年间长江口台风增水过程进行数值重构；结合非平稳广义极值分布和状态空间模型，构建适用于刻画长江口极端增水非平稳变化的频率统计模型，研判非平稳变化引起的极端增水量值调整情况。结果表明，长江口各验潮站处极端增水的非平稳广义极值分布时变位置参数在2008年前表现为波动特征，2008年后呈现逐渐增大趋势。2008–2019年间各验潮站处极端增水时变位置参数的线性上升率介于0.8～1.2 cm/a之间。基于上述变化趋势，考虑极端增水非平稳变化时长江口各验潮站处百年一遇增水均大于基于平稳假定的推算结果，二者差值介于8～15 cm之间。经分析，2008年后北上到长江口附近海域再转向外海的热带气旋强度有明显增强趋势，致使长江口各验潮站处年第二和第三大值增水增大，这是导致各验潮站处风暴增水极值分布位置参数出现趋势性增大的主要原因。
2023, 45(7): 40-55.
doi: 10.12284/hyxb2023115
摘要:
在海冰覆盖的极地海区，浮游植物季节性藻华变化呈现典型的单峰特征。由于藻华过程受控于海冰、光照、混合层深度和营养盐供给等多个因素，其发生时间和强度在地球系统模式模拟结果中存在较大的不确定性。本研究选取11种CMIP6地球系统模式结果，以多种类型的观测资料和产品作为判断参考值，评估各模式结果能否准确模拟北极典型海区（巴伦支海、楚科奇海及白令海）浮游植物藻华动态的变化规律。通过计算能表征光照和营养盐限制的多个指标，分析表层叶绿素a浓度模拟结果的误差来源。结果表明，依据冰下光照时长、混合层变化速率、表层硝酸盐指标将11种模式分为3组，与参考值指标差异较小组别中的模式在藻华模拟方面明显占优，而其余模式在表层硝酸盐或混合层变化的模拟上存在较大误差，导致表层叶绿素a浓度峰值的发生时间延后且峰值浓度误差大。总体而言，地球系统模式配置中除要考虑光照和营养盐这两种基础限制条件外，也需关注由温盐控制的上混合层深度，从而准确模拟出表层叶绿素a浓度的季节性变化规律，上述研究为地球系统模式中相关参数化方案的改进提供了参考。
在海冰覆盖的极地海区，浮游植物季节性藻华变化呈现典型的单峰特征。由于藻华过程受控于海冰、光照、混合层深度和营养盐供给等多个因素，其发生时间和强度在地球系统模式模拟结果中存在较大的不确定性。本研究选取11种CMIP6地球系统模式结果，以多种类型的观测资料和产品作为判断参考值，评估各模式结果能否准确模拟北极典型海区（巴伦支海、楚科奇海及白令海）浮游植物藻华动态的变化规律。通过计算能表征光照和营养盐限制的多个指标，分析表层叶绿素a浓度模拟结果的误差来源。结果表明，依据冰下光照时长、混合层变化速率、表层硝酸盐指标将11种模式分为3组，与参考值指标差异较小组别中的模式在藻华模拟方面明显占优，而其余模式在表层硝酸盐或混合层变化的模拟上存在较大误差，导致表层叶绿素a浓度峰值的发生时间延后且峰值浓度误差大。总体而言，地球系统模式配置中除要考虑光照和营养盐这两种基础限制条件外，也需关注由温盐控制的上混合层深度，从而准确模拟出表层叶绿素a浓度的季节性变化规律，上述研究为地球系统模式中相关参数化方案的改进提供了参考。
2023, 45(7): 56-68.
doi: 10.12284/hyxb2023105
摘要:
本文通过南极斯科舍海东南部海域DC-11岩芯稀土元素（REE）特征及其与生源硅（BSiO2）、磁化率、Al2O3、Fe2O3的耦合关系，深入探讨了34 ka BP以来研究区沉积物的来源及冰山−海流−大气搬运历史。结果表明，DC-11岩芯沉积物REE含量变化与Al2O3相似，主要赋存于陆源碎屑之中，BSiO2对其有明显稀释效应。末次冰期REE含量高，页岩标准化模式平坦，Eu正异常弱，LaN/YbN比值较大，沉积物主要来源于地壳相对较老的威德尔海周边地区，磁化率、ΔAl2O3、TFe2O3/Eu比值证实该时期沉积物中南美风尘物质多。冰消期早期（19.6～14.1 ka BP）气候快速回暖，西风带与海洋锋面南移，南美风尘输入迅速减弱，南极绕极流南部分支增强，导致南设德兰群岛−南极半岛的冰山及沉积物向东搬运至研究区，沉积物Eu正异常明显，LaN/YbN比值小，磁化率、ΔAl2O3、TFe2O3/Eu比值降低。南极冷倒转期（14.1～12.9 ka BP），南极气温明显下降，海洋锋面小幅北移，来自南设德兰群岛−南极半岛沉积物减少，威德尔海沉积物在岩芯中占主导，沉积物Eu正异常弱，LaN/YbN比值接近于1，冰筏碎屑含量高；冰消期晚期（12.9～11.7 ka BP）海洋锋面再次南移，南设德兰群岛−南极半岛海域南极绕极流分量增强，对DC-11岩芯沉积物贡献加大；全新世（11.7～0 ka BP）气候温暖，南设德兰群岛−南极半岛海域南极绕极流分量总体增强，对岩芯沉积物贡献加大，与来自威德尔海的沉积物量大体相当。
本文通过南极斯科舍海东南部海域DC-11岩芯稀土元素（REE）特征及其与生源硅（BSiO2）、磁化率、Al2O3、Fe2O3的耦合关系，深入探讨了34 ka BP以来研究区沉积物的来源及冰山−海流−大气搬运历史。结果表明，DC-11岩芯沉积物REE含量变化与Al2O3相似，主要赋存于陆源碎屑之中，BSiO2对其有明显稀释效应。末次冰期REE含量高，页岩标准化模式平坦，Eu正异常弱，LaN/YbN比值较大，沉积物主要来源于地壳相对较老的威德尔海周边地区，磁化率、ΔAl2O3、TFe2O3/Eu比值证实该时期沉积物中南美风尘物质多。冰消期早期（19.6～14.1 ka BP）气候快速回暖，西风带与海洋锋面南移，南美风尘输入迅速减弱，南极绕极流南部分支增强，导致南设德兰群岛−南极半岛的冰山及沉积物向东搬运至研究区，沉积物Eu正异常明显，LaN/YbN比值小，磁化率、ΔAl2O3、TFe2O3/Eu比值降低。南极冷倒转期（14.1～12.9 ka BP），南极气温明显下降，海洋锋面小幅北移，来自南设德兰群岛−南极半岛沉积物减少，威德尔海沉积物在岩芯中占主导，沉积物Eu正异常弱，LaN/YbN比值接近于1，冰筏碎屑含量高；冰消期晚期（12.9～11.7 ka BP）海洋锋面再次南移，南设德兰群岛−南极半岛海域南极绕极流分量增强，对DC-11岩芯沉积物贡献加大；全新世（11.7～0 ka BP）气候温暖，南设德兰群岛−南极半岛海域南极绕极流分量总体增强，对岩芯沉积物贡献加大，与来自威德尔海的沉积物量大体相当。
2023, 45(7): 168-182.
doi: 10.12284/hyxb2023055
摘要:
山东半岛诸多小河沉积物大多来源明确，矿物沉积分异相对较小，对其研究能为大河入海物源分析提供区域相似性，也可为黄、渤海陆架沉积提供山东半岛物质来源特征。本文以山东半岛东北部短源小河辛安河为例，对取自河床、河口、海滩的表层沉积样品的碎屑矿物分布规律进行了多粒级分析。研究表明，辛安河流域和海滩沉积物多为中砂和细砂，全样重矿物含量中等，在1.47%～8.19%之间。出现重矿物27种，轻矿物8种，主要重矿物为普通角闪石（41.7%）、绿帘石（16.7%）、阳起石（10.6%）和褐铁矿（6.7%），主要轻矿物为石英（49.0%）、斜长石（26.5%）和钾长石（20.7%），这些矿物的含量在河床、河口和海滩远高于其他碎屑矿物，且矿物组合保持不变，相对含量变幅不大；非主要矿物种类与碎屑粒径存在显著的非线性相关关系。辛安河矿物种类和含量受控于区域岩性物源，即酸性、中酸性侵入岩和区域变质岩。闪石族矿物在辛安河不同地貌中的相对稳定输出是其同宗同源属性所在，矿物组成变化主要受水动力控制下的粒度分选影响。山东半岛短源河流虽碎屑矿物种类和含量不尽相同，但它们来源于相似的地质地貌和岩石类型，矿物组成变化的主要控制因素为区域物源和粒度分选，其次为沉积环境差异。相比而言，黄河闪石族矿物的低含量、云母族和碳酸盐类矿物在特定粒级的高含量有别于半岛南北两侧的河源物质。
山东半岛诸多小河沉积物大多来源明确，矿物沉积分异相对较小，对其研究能为大河入海物源分析提供区域相似性，也可为黄、渤海陆架沉积提供山东半岛物质来源特征。本文以山东半岛东北部短源小河辛安河为例，对取自河床、河口、海滩的表层沉积样品的碎屑矿物分布规律进行了多粒级分析。研究表明，辛安河流域和海滩沉积物多为中砂和细砂，全样重矿物含量中等，在1.47%～8.19%之间。出现重矿物27种，轻矿物8种，主要重矿物为普通角闪石（41.7%）、绿帘石（16.7%）、阳起石（10.6%）和褐铁矿（6.7%），主要轻矿物为石英（49.0%）、斜长石（26.5%）和钾长石（20.7%），这些矿物的含量在河床、河口和海滩远高于其他碎屑矿物，且矿物组合保持不变，相对含量变幅不大；非主要矿物种类与碎屑粒径存在显著的非线性相关关系。辛安河矿物种类和含量受控于区域岩性物源，即酸性、中酸性侵入岩和区域变质岩。闪石族矿物在辛安河不同地貌中的相对稳定输出是其同宗同源属性所在，矿物组成变化主要受水动力控制下的粒度分选影响。山东半岛短源河流虽碎屑矿物种类和含量不尽相同，但它们来源于相似的地质地貌和岩石类型，矿物组成变化的主要控制因素为区域物源和粒度分选，其次为沉积环境差异。相比而言，黄河闪石族矿物的低含量、云母族和碳酸盐类矿物在特定粒级的高含量有别于半岛南北两侧的河源物质。
2023, 45(7): 69-78.
doi: 10.12284/hyxb2023078
摘要:
偶见种易受环境变化和人类活动等外界威胁，在生物多样性保护中具有重要参考价值，但由于其数据量较少、分析困难，目前对分布特征的研究较少，其分布与环境因子的关系尚待探究。本研究基于2013–2019年海州湾渔业资源调查数据，分析了凤鲚（Coilia mystus）、红狼牙虾虎鱼（Odontamblyopusrubicundus）和虻鲉（Erisphex pottii）3种海州湾偶见种资源分布与环境因子的关系，并比较了广义可加模型（GAM）和随机森林（RF）模型对其资源分布的拟合效果，采用交叉验证的方法对模型的预测性能进行了评价。结果显示，水深是影响春、秋季凤鲚和红狼牙虾虎鱼资源分布的最显著因子，而底层水温仅在秋季是影响虻鲉资源分布的最重要环境因子。凤鲚分布模型的方差解释率最高，其次为红狼牙虾虎鱼，虻鲉模型方差解释率最低。凤鲚、红狼牙虾虎鱼和虻鲉分布模型在春季方差解释率均低于秋季。交叉验证表明，3个物种预测结果的曲线下面积（AUC）值在0.70～0.85之间，仅秋季凤鲚的AUC值达到0.9；同时GAM预测结果的AUC值均大于RF模型，表明对于偶见种而言，GAM的预测性能优于RF模型。本研究为今后开展偶见种研究的模型选择提供了参考，对偶见种资源保护具有指导意义。
偶见种易受环境变化和人类活动等外界威胁，在生物多样性保护中具有重要参考价值，但由于其数据量较少、分析困难，目前对分布特征的研究较少，其分布与环境因子的关系尚待探究。本研究基于2013–2019年海州湾渔业资源调查数据，分析了凤鲚（Coilia mystus）、红狼牙虾虎鱼（Odontamblyopusrubicundus）和虻鲉（Erisphex pottii）3种海州湾偶见种资源分布与环境因子的关系，并比较了广义可加模型（GAM）和随机森林（RF）模型对其资源分布的拟合效果，采用交叉验证的方法对模型的预测性能进行了评价。结果显示，水深是影响春、秋季凤鲚和红狼牙虾虎鱼资源分布的最显著因子，而底层水温仅在秋季是影响虻鲉资源分布的最重要环境因子。凤鲚分布模型的方差解释率最高，其次为红狼牙虾虎鱼，虻鲉模型方差解释率最低。凤鲚、红狼牙虾虎鱼和虻鲉分布模型在春季方差解释率均低于秋季。交叉验证表明，3个物种预测结果的曲线下面积（AUC）值在0.70～0.85之间，仅秋季凤鲚的AUC值达到0.9；同时GAM预测结果的AUC值均大于RF模型，表明对于偶见种而言，GAM的预测性能优于RF模型。本研究为今后开展偶见种研究的模型选择提供了参考，对偶见种资源保护具有指导意义。
2023, 45(7): 90-101.
doi: 10.12284/hyxb2023080
摘要:
本文采用非静压单相流模型（NHWAVE）研究了波状涌潮在变化地形上的传播演变特性。通过设置合理的计算工况，系统分析了涌潮高度、潮前水深和斜坡坡度对波状涌潮水动力特性的影响。计算结果表明，涌潮高度和潮前水深对波状涌潮在变化地形上的水动力特性影响显著，不同的地形坡度对波状涌潮水动力特性影响较小。变化地形的存在可导致涌潮高度显著增大，引起沿程最大水位的剧烈变化，并且使涌潮传播速度降低。随涌潮高度的逐渐增加，斜坡前后潮差持续增大，同时表层速度与水深平均速度均呈现增大趋势。当增加潮前水深时，斜坡前后潮差减小，表层速度与水深平均速度单调递减。本文研究成果对于正确认识波状涌潮在变化地形上的传播演变规律有一定的参考意义，为波状涌潮河段涉水建筑物的工程设计及安全评估提供了科学依据。
本文采用非静压单相流模型（NHWAVE）研究了波状涌潮在变化地形上的传播演变特性。通过设置合理的计算工况，系统分析了涌潮高度、潮前水深和斜坡坡度对波状涌潮水动力特性的影响。计算结果表明，涌潮高度和潮前水深对波状涌潮在变化地形上的水动力特性影响显著，不同的地形坡度对波状涌潮水动力特性影响较小。变化地形的存在可导致涌潮高度显著增大，引起沿程最大水位的剧烈变化，并且使涌潮传播速度降低。随涌潮高度的逐渐增加，斜坡前后潮差持续增大，同时表层速度与水深平均速度均呈现增大趋势。当增加潮前水深时，斜坡前后潮差减小，表层速度与水深平均速度单调递减。本文研究成果对于正确认识波状涌潮在变化地形上的传播演变规律有一定的参考意义，为波状涌潮河段涉水建筑物的工程设计及安全评估提供了科学依据。
2023, 45(7): 102-109.
doi: 10.12284/hyxb2023051
摘要:
极地船舶在冰区航行中经常与各种类型的海冰发生不同程度的碰撞，充足的疲劳强度储备至关重要。本文提出了基于实测冰载荷的极地船舶结构冰激疲劳的累积损伤分析方法。以“雪龙”号极地考察船为研究对象，通过对我国第8次北极科学考察中的冰厚和航速等现场测量数据进行统计分析，在冰厚0.5～2.5 m、航速2～12 kn范围内构造冰激疲劳工况，并将二者的联合概率分布作为疲劳工况的发生概率；基于支持向量机方法反演识别出典型工况下的冰载荷时程，通过动力学分析确定关键位置及相应的热点应力，并采用雨流计数法统计应力循环次数；最后通过S-N曲线和Miner线性累积损伤理论进一步计算该航次内的疲劳损伤度，验证了“雪龙”号在冰区航行的安全性。本文对极地船舶结构的抗冰设计和安全评估具有一定的参考意义。
极地船舶在冰区航行中经常与各种类型的海冰发生不同程度的碰撞，充足的疲劳强度储备至关重要。本文提出了基于实测冰载荷的极地船舶结构冰激疲劳的累积损伤分析方法。以“雪龙”号极地考察船为研究对象，通过对我国第8次北极科学考察中的冰厚和航速等现场测量数据进行统计分析，在冰厚0.5～2.5 m、航速2～12 kn范围内构造冰激疲劳工况，并将二者的联合概率分布作为疲劳工况的发生概率；基于支持向量机方法反演识别出典型工况下的冰载荷时程，通过动力学分析确定关键位置及相应的热点应力，并采用雨流计数法统计应力循环次数；最后通过S-N曲线和Miner线性累积损伤理论进一步计算该航次内的疲劳损伤度，验证了“雪龙”号在冰区航行的安全性。本文对极地船舶结构的抗冰设计和安全评估具有一定的参考意义。
2023, 45(7): 79-89.
doi: 10.12284/hyxb2023093
摘要:
在实际海况中，由于波浪组分方向不同，使海浪常表现为三维短峰波，与二维长峰波相比，有诸多异同特征。为了研究三维畸形波生成和演化过程中异常大波的外部特征以及大波间的关联，本文采用色散和方向聚焦方法在物理水池中模拟了短峰畸形波的整个生成和演化过程。研究结果表明，生成和演化过程中出现的异常大波沿着方向分布函数峰值方向演化，具有一定程度“对称”特征；根据异常大波的特征参数可将该过程分成3～4个典型的阶段，这意味着可以根据异常大波的特征参数判断其所处阶段及预测其演化趋势；三维畸形波生成和演化过程可能会跳过“波群”或者“深谷”阶段，与二维畸形波相比，时−空范围较小，这意味着在三维波浪场中，与畸形波相关的深谷和波群的发生概率较低。
在实际海况中，由于波浪组分方向不同，使海浪常表现为三维短峰波，与二维长峰波相比，有诸多异同特征。为了研究三维畸形波生成和演化过程中异常大波的外部特征以及大波间的关联，本文采用色散和方向聚焦方法在物理水池中模拟了短峰畸形波的整个生成和演化过程。研究结果表明，生成和演化过程中出现的异常大波沿着方向分布函数峰值方向演化，具有一定程度“对称”特征；根据异常大波的特征参数可将该过程分成3～4个典型的阶段，这意味着可以根据异常大波的特征参数判断其所处阶段及预测其演化趋势；三维畸形波生成和演化过程可能会跳过“波群”或者“深谷”阶段，与二维畸形波相比，时−空范围较小，这意味着在三维波浪场中，与畸形波相关的深谷和波群的发生概率较低。
2023, 45(7): 183-194.
doi: 10.12284/hyxb2023113
摘要:
海草盖度是反映海草床生态状况的重要指标。本文通过航拍方案设计和飞行条件试验采用无人机航拍获取了东郊椰林海域高分辨率海草影像图，结合ArcGIS软件影像分类工具和3D工具反演了海草分布范围，研究出海草盖度计算的新方法并计算了东郊椰林海底海草的盖度，模拟传统海草盖度调查方法的站点布置，探讨了其结果可比性和代表性问题。研究结果表明，东郊椰林海域海草主要分布于离岸300 m以内的珊瑚礁砰上，呈斑块状、间隔式分布，获取东郊椰林沿岸海草集中分布区面积为23 221 m2，占研究区面积的比例为17.79%；海草覆盖面积约为16 423 m2，海草盖度为12.58%，海草盖度较高，海草床生态状况良好。在研究区的东南区域有马尾藻密集分布，分布面积为755.6 m2，其盖度为0.5%，呈独株圆柱状漂浮生长。通过模拟试验，传统海草盖度调查方法有样框法和样线法，布置站点不同，样框、样线放置有随机性，海草盖度调查结果变动明显，是传统调查方法的结果存在代表性差、可比性差的原因。本研究成果在海草生态监控区调查中具有推广应用价值。
海草盖度是反映海草床生态状况的重要指标。本文通过航拍方案设计和飞行条件试验采用无人机航拍获取了东郊椰林海域高分辨率海草影像图，结合ArcGIS软件影像分类工具和3D工具反演了海草分布范围，研究出海草盖度计算的新方法并计算了东郊椰林海底海草的盖度，模拟传统海草盖度调查方法的站点布置，探讨了其结果可比性和代表性问题。研究结果表明，东郊椰林海域海草主要分布于离岸300 m以内的珊瑚礁砰上，呈斑块状、间隔式分布，获取东郊椰林沿岸海草集中分布区面积为23 221 m2，占研究区面积的比例为17.79%；海草覆盖面积约为16 423 m2，海草盖度为12.58%，海草盖度较高，海草床生态状况良好。在研究区的东南区域有马尾藻密集分布，分布面积为755.6 m2，其盖度为0.5%，呈独株圆柱状漂浮生长。通过模拟试验，传统海草盖度调查方法有样框法和样线法，布置站点不同，样框、样线放置有随机性，海草盖度调查结果变动明显，是传统调查方法的结果存在代表性差、可比性差的原因。本研究成果在海草生态监控区调查中具有推广应用价值。
2023, 45(7): 110-125.
doi: 10.12284/hyxb2023111
摘要:
充分融合使用卫星遥感与现场观测信息，构建高质量的水下温盐场是海洋科学研究发展的前沿课题。目前，绝大多数同化系统使用的同化方案，均需要假设要素在海表与水下存在某种人为预先设定的关系，从而导致得到的温盐分析场人为性较强，不能完全客观地反映真实的海洋状态。本研究提出了一种不做任何关系假设，仅依靠不同种类的观测资料在时间和空间上的相互补充作用，融合卫星遥感与现场观测资料，进行时空四维多尺度分析的方案。通过与分别单独同化这两类观测资料的试验结果相比，该方案既可以得到较精准的温盐剖面结构特征，又能够反映出海面中尺度变化的细节信息，最大化地提取了观测资料中的多尺度信息，实现了“1 + 1 > 2”的效果，构建了完全客观的温盐分析场。研究结果还表明，同化卫星遥感海表面盐度资料可以有效改善温度和盐度的分析，证明了海表面盐度观测在温盐同化中的重要性。
充分融合使用卫星遥感与现场观测信息，构建高质量的水下温盐场是海洋科学研究发展的前沿课题。目前，绝大多数同化系统使用的同化方案，均需要假设要素在海表与水下存在某种人为预先设定的关系，从而导致得到的温盐分析场人为性较强，不能完全客观地反映真实的海洋状态。本研究提出了一种不做任何关系假设，仅依靠不同种类的观测资料在时间和空间上的相互补充作用，融合卫星遥感与现场观测资料，进行时空四维多尺度分析的方案。通过与分别单独同化这两类观测资料的试验结果相比，该方案既可以得到较精准的温盐剖面结构特征，又能够反映出海面中尺度变化的细节信息，最大化地提取了观测资料中的多尺度信息，实现了“1 + 1 > 2”的效果，构建了完全客观的温盐分析场。研究结果还表明，同化卫星遥感海表面盐度资料可以有效改善温度和盐度的分析，证明了海表面盐度观测在温盐同化中的重要性。
2023, 45(7): 126-136.
doi: 10.12284/hyxb2023097
摘要:
为快速获取大范围、准实时的海洋内部结构，海面遥感数据被广泛应用于构建温度剖面垂直结构，但卫星遥感仅能获得较为准确的海洋表面或者近表层数据。为了提高全海深温度剖面的反演精度，本文以水下固定深度处温度为约束，通过径向基函数神经网络生成海表面温度和海平面高度异常等海表遥感数据与温度剖面之间的非线性映射，并对约束深度选取的理论依据进行讨论。南海海域温度剖面的反演结果表明，第1阶经验正交函数系数可以表征温跃层的垂直位移，而第1阶经验正交函数基函数极值点对应深度处的温度与第1阶经验正交函数系数之间具有强相关性。当增加该深度处温度为约束时，温跃层的反演精度比仅使用海面遥感数据约提高0.35℃，反演温度剖面的平均均方根误差约为0.33℃。
为快速获取大范围、准实时的海洋内部结构，海面遥感数据被广泛应用于构建温度剖面垂直结构，但卫星遥感仅能获得较为准确的海洋表面或者近表层数据。为了提高全海深温度剖面的反演精度，本文以水下固定深度处温度为约束，通过径向基函数神经网络生成海表面温度和海平面高度异常等海表遥感数据与温度剖面之间的非线性映射，并对约束深度选取的理论依据进行讨论。南海海域温度剖面的反演结果表明，第1阶经验正交函数系数可以表征温跃层的垂直位移，而第1阶经验正交函数基函数极值点对应深度处的温度与第1阶经验正交函数系数之间具有强相关性。当增加该深度处温度为约束时，温跃层的反演精度比仅使用海面遥感数据约提高0.35℃，反演温度剖面的平均均方根误差约为0.33℃。
2023, 45(7): 137-146.
doi: 10.12284/hyxb2023109
摘要:
本文选取1989−2021年我国台风风暴潮直接经济损失统计数据，依据线性趋势法和Mann-Kendall非参数检验法进行分析，结果表明，32年间我国风暴潮灾害经济损失呈现显著下降趋势，整体呈厚尾分布特征，采用对数化处理后呈显著的正态分布特征。采用Morlet小波变换对我国台风风暴潮直接经济损失的周期变化规律进行分析，t检验结果显示，全域存在准两次高频振荡，1～2年及7～8年的周期振荡，但随时间变化年际周期逐渐缩短为3～5年，说明风暴潮经济损失序列存在高频振荡和多周期嵌套的低频振荡规律。在此基础上，采用Daubechies小波分解分离高频信号和低频信号，均方根误差和信噪比精度分析结果表明，当小波基设置消失矩为7，分解层数为2时，我国台风风暴潮直接经济损失时间序列具有最优分解重构效果。对各分解层进行小波系数平稳性检验和白噪声检验，建立的小波分解−ARMA组合模型的模拟精度和预测精度均优于传统的自回归移动平均模型和Fourier级数拓展模型，证明了小波分解法在我国台风风暴潮经济损失快速评估中具有可靠性和优越性。
本文选取1989−2021年我国台风风暴潮直接经济损失统计数据，依据线性趋势法和Mann-Kendall非参数检验法进行分析，结果表明，32年间我国风暴潮灾害经济损失呈现显著下降趋势，整体呈厚尾分布特征，采用对数化处理后呈显著的正态分布特征。采用Morlet小波变换对我国台风风暴潮直接经济损失的周期变化规律进行分析，t检验结果显示，全域存在准两次高频振荡，1～2年及7～8年的周期振荡，但随时间变化年际周期逐渐缩短为3～5年，说明风暴潮经济损失序列存在高频振荡和多周期嵌套的低频振荡规律。在此基础上，采用Daubechies小波分解分离高频信号和低频信号，均方根误差和信噪比精度分析结果表明，当小波基设置消失矩为7，分解层数为2时，我国台风风暴潮直接经济损失时间序列具有最优分解重构效果。对各分解层进行小波系数平稳性检验和白噪声检验，建立的小波分解−ARMA组合模型的模拟精度和预测精度均优于传统的自回归移动平均模型和Fourier级数拓展模型，证明了小波分解法在我国台风风暴潮经济损失快速评估中具有可靠性和优越性。
2023, 45(7): 147-157.
doi: 10.12284/hyxb2023070
摘要:
赤潮是我国主要的海洋生态灾害，有效监测赤潮的发生和空间分布对于赤潮的防治具有重要意义。传统的赤潮监测以低空间分辨率的水色卫星为主，但是其对于频发的小规模赤潮存在监控盲区。GF-1卫星WFV影像具有空间分辨率高、成像幅宽大和重访周期短等优点，在小规模赤潮监测中表现出较大的潜力。然而，GF-1卫星WFV影像的光谱分辨率较低，波段少，传统面向水色卫星的赤潮探测方法无法应用于GF-1卫星WFV数据。而且赤潮具有形态多变、尺度不一的特点，难以精确提取。基于此，本文提出了一种面向GF-1卫星WFV影像的尺度自适应赤潮探测网络（SARTNet）。该网络采用双层主干结构以融合赤潮水体的形状特征与细节特征，并引入注意力机制挖掘不同尺度赤潮特征之间的相关性，提高网络对复杂分布赤潮的探测能力。实验结果表明，SARTNet赤潮探测精度优于现有方法，F1分数达到0.89以上，对不同尺度的赤潮漏提和误提较少，且受环境因素的影响较小。
赤潮是我国主要的海洋生态灾害，有效监测赤潮的发生和空间分布对于赤潮的防治具有重要意义。传统的赤潮监测以低空间分辨率的水色卫星为主，但是其对于频发的小规模赤潮存在监控盲区。GF-1卫星WFV影像具有空间分辨率高、成像幅宽大和重访周期短等优点，在小规模赤潮监测中表现出较大的潜力。然而，GF-1卫星WFV影像的光谱分辨率较低，波段少，传统面向水色卫星的赤潮探测方法无法应用于GF-1卫星WFV数据。而且赤潮具有形态多变、尺度不一的特点，难以精确提取。基于此，本文提出了一种面向GF-1卫星WFV影像的尺度自适应赤潮探测网络（SARTNet）。该网络采用双层主干结构以融合赤潮水体的形状特征与细节特征，并引入注意力机制挖掘不同尺度赤潮特征之间的相关性，提高网络对复杂分布赤潮的探测能力。实验结果表明，SARTNet赤潮探测精度优于现有方法，F1分数达到0.89以上，对不同尺度的赤潮漏提和误提较少，且受环境因素的影响较小。
2023, 45(7): 158-167.
doi: 10.12284/hyxb2023117
摘要:
河口是陆源污染物入海的主要通道，在全球气候快速变化和人类活动加剧的背景下，河流入海污染物通量急剧增加，导致河口、海湾及其周边海域水体污染、生态受损等严峻的环境问题发生。本文选取了受极端事件和人类活动影响显著的我国东南强潮型的九龙江河口，利用粪甾醇有机标志物手段开展河口环境粪类污染示踪研究，探讨九龙江河口区粪类污染物（“源”）进入河流后的入海行为（“到”），揭示粪类有机质在近河口海域时空分布特征及受控因素（“汇”）。研究发现，不同季节的河口径流过程和潮汐作用影响粪类有机污染物的时空分布，潮汐过程对中上游河口区水体环境中粪甾醇的赋存影响较大，呈现高潮低浓度而低潮高浓度的潮周期变化特征；河口区粪甾醇在陆−海输运过程的赋存特征还受控于最大浑浊带复杂的水体和沉积动力过程，对粪类有机污染物有一定的净化作用；研究还通过对比人为源贡献主导的氨氮等河流输入的营养盐说明粪甾醇在河口区的时空分布特征与人类活动密切相关。
河口是陆源污染物入海的主要通道，在全球气候快速变化和人类活动加剧的背景下，河流入海污染物通量急剧增加，导致河口、海湾及其周边海域水体污染、生态受损等严峻的环境问题发生。本文选取了受极端事件和人类活动影响显著的我国东南强潮型的九龙江河口，利用粪甾醇有机标志物手段开展河口环境粪类污染示踪研究，探讨九龙江河口区粪类污染物（“源”）进入河流后的入海行为（“到”），揭示粪类有机质在近河口海域时空分布特征及受控因素（“汇”）。研究发现，不同季节的河口径流过程和潮汐作用影响粪类有机污染物的时空分布，潮汐过程对中上游河口区水体环境中粪甾醇的赋存影响较大，呈现高潮低浓度而低潮高浓度的潮周期变化特征；河口区粪甾醇在陆−海输运过程的赋存特征还受控于最大浑浊带复杂的水体和沉积动力过程，对粪类有机污染物有一定的净化作用；研究还通过对比人为源贡献主导的氨氮等河流输入的营养盐说明粪甾醇在河口区的时空分布特征与人类活动密切相关。
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