2019年 第41卷 第11期
2019, 41(11): 1-14.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2019.11.001
摘要:
不同科研工作者对黑潮延伸体区域和北太平洋副热带逆流区域的中尺度现象进行过不同的研究，但对两区域中尺度涡进行统一比较分析的工作较少。因此，本文利用11年的卫星高度计海表面高度异常资料分别对这两个区域的中尺度现象特征及其能量变化过程进行系统的分析和对比。研究发现，两区域的气旋涡与反气旋涡在分布、振幅、能量和寿命上均存在差异；进一步的动能谱分析和能量串级讨论发现：两区域的动能谱密度虽均集中在2×10–3～4×10–3 周/km的波数域上，但黑潮延伸体区域大部分涡旋信号分布在经向上，而北太平洋副热带逆流区域主要分布在纬向上，这可能与两区域中尺度涡能量来源的不同有关。由于两区域在2×10–3～3×10–3 周/km的波数域上动能转移项以负值为主，这说明两区域在此波数域上均存在能量源，并且发生能量逆向串级。
不同科研工作者对黑潮延伸体区域和北太平洋副热带逆流区域的中尺度现象进行过不同的研究，但对两区域中尺度涡进行统一比较分析的工作较少。因此，本文利用11年的卫星高度计海表面高度异常资料分别对这两个区域的中尺度现象特征及其能量变化过程进行系统的分析和对比。研究发现，两区域的气旋涡与反气旋涡在分布、振幅、能量和寿命上均存在差异；进一步的动能谱分析和能量串级讨论发现：两区域的动能谱密度虽均集中在2×10–3～4×10–3 周/km的波数域上，但黑潮延伸体区域大部分涡旋信号分布在经向上，而北太平洋副热带逆流区域主要分布在纬向上，这可能与两区域中尺度涡能量来源的不同有关。由于两区域在2×10–3～3×10–3 周/km的波数域上动能转移项以负值为主，这说明两区域在此波数域上均存在能量源，并且发生能量逆向串级。
2019, 41(11): 15-24.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2019.11.002
摘要:
为探索海浪波面信息的实时预报方法，以三阶非线性薛定谔(NLS)方程的逆散射变换求解为基础，通过理论推导，给出了一种由实测波高时历数据计算其NLS方程本征值的方法，进一步实现了对波浪包络时空演变的预报。通过预报结果与实测波列的比对，验证了方法的有效性和准确性。该方法可为船舶或海上平台的大浪预警，以及为大波浪中海上作业寻找窗口期等提供一条新的技术途径。
为探索海浪波面信息的实时预报方法，以三阶非线性薛定谔(NLS)方程的逆散射变换求解为基础，通过理论推导，给出了一种由实测波高时历数据计算其NLS方程本征值的方法，进一步实现了对波浪包络时空演变的预报。通过预报结果与实测波列的比对，验证了方法的有效性和准确性。该方法可为船舶或海上平台的大浪预警，以及为大波浪中海上作业寻找窗口期等提供一条新的技术途径。
2019, 41(11): 25-34.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2019.11.003
摘要:
受狭管效应的影响，台湾海峡波浪较大且常与涌浪混合存在。涌浪对包括船舶在内的浮式结构物有着重要的影响，而风涌浪分离是研究涌浪特性的必要前提，也一直是研究的热点和困难问题。由于数据的欠缺和观测条件的限制，在风涌浪分离方法中被普遍认可的二维谱方法常常难以使用，如何选择更为精准的一维谱方法往往会成为实际研究和应用过程中必须面对的问题。利用台湾海峡内3个具有二维谱数据的测站，通过将二维谱分离结果作为参考，针对台湾海峡风浪和涌浪的特征，探讨了风涌浪分离一维谱方法在该海域的适用性问题，研究表明风速法相较其他方法精度更好，在这一基础上提出了一种将波谱积分法与风速法相结合的一维谱方法。
受狭管效应的影响，台湾海峡波浪较大且常与涌浪混合存在。涌浪对包括船舶在内的浮式结构物有着重要的影响，而风涌浪分离是研究涌浪特性的必要前提，也一直是研究的热点和困难问题。由于数据的欠缺和观测条件的限制，在风涌浪分离方法中被普遍认可的二维谱方法常常难以使用，如何选择更为精准的一维谱方法往往会成为实际研究和应用过程中必须面对的问题。利用台湾海峡内3个具有二维谱数据的测站，通过将二维谱分离结果作为参考，针对台湾海峡风浪和涌浪的特征，探讨了风涌浪分离一维谱方法在该海域的适用性问题，研究表明风速法相较其他方法精度更好，在这一基础上提出了一种将波谱积分法与风速法相结合的一维谱方法。
2019, 41(11): 35-39.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2019.11.004
摘要:
虽然众多现场实测资料和数值模拟均表明海脊可以俘获海啸波并引导其传播至远场地区，带来严重的灾害，但少有研究阐述其产生机理。本文基于射线理论，推导了指数型海脊上波浪传播轨迹的理论解，并提出了震源位于海脊顶部的海啸被海脊完全俘获的条件。基于该俘获条件进一步给出了海脊对海啸俘获效率的表达式，用以评估海啸中被海脊俘获影响至远场的能量占海啸总能量的比例。
虽然众多现场实测资料和数值模拟均表明海脊可以俘获海啸波并引导其传播至远场地区，带来严重的灾害，但少有研究阐述其产生机理。本文基于射线理论，推导了指数型海脊上波浪传播轨迹的理论解，并提出了震源位于海脊顶部的海啸被海脊完全俘获的条件。基于该俘获条件进一步给出了海脊对海啸俘获效率的表达式，用以评估海啸中被海脊俘获影响至远场的能量占海啸总能量的比例。
2019, 41(11): 40-50.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2019.11.005
摘要:
本文基于实测温盐数据等资料，利用水团的浓度混合分析等方法，揭示了热带中东太平洋海域10°N断面的水团构成自上而下分别为东部赤道–热带水团、北太平洋中央水团、加利福尼亚流系水团、南太平洋中央水团、太平洋亚北极水团和太平洋深层水团。分析发现，受热带辐合带影响，9°～10°N海域常年持续的正风应力旋度诱发上升流出现，北太平洋中央水团、加利福尼亚流系水团、南太平洋中央水团和太平洋亚北极水团4个通风潜沉水团经向运动至该纬度带时被抽吸至次表层和中层，并散布在不同深度。以往研究仅指出上述4个水团在海表通风形成后将潜沉并向赤道方向运动，本研究进一步阐明了4个水团潜沉后向热带海域运动的动力机制及其在热带中东太平洋10°N断面的散布深度。研究成果揭示了热带中东太平洋水团与北太平洋副热带、亚极地和南太平洋副热带海区中上层水团间的循环过程，对认识北太平洋高–中–低纬度间物质和能量的交换和再分配具有重要科学价值。
本文基于实测温盐数据等资料，利用水团的浓度混合分析等方法，揭示了热带中东太平洋海域10°N断面的水团构成自上而下分别为东部赤道–热带水团、北太平洋中央水团、加利福尼亚流系水团、南太平洋中央水团、太平洋亚北极水团和太平洋深层水团。分析发现，受热带辐合带影响，9°～10°N海域常年持续的正风应力旋度诱发上升流出现，北太平洋中央水团、加利福尼亚流系水团、南太平洋中央水团和太平洋亚北极水团4个通风潜沉水团经向运动至该纬度带时被抽吸至次表层和中层，并散布在不同深度。以往研究仅指出上述4个水团在海表通风形成后将潜沉并向赤道方向运动，本研究进一步阐明了4个水团潜沉后向热带海域运动的动力机制及其在热带中东太平洋10°N断面的散布深度。研究成果揭示了热带中东太平洋水团与北太平洋副热带、亚极地和南太平洋副热带海区中上层水团间的循环过程，对认识北太平洋高–中–低纬度间物质和能量的交换和再分配具有重要科学价值。
2019, 41(11): 51-63.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2019.11.006
摘要:
海表面温度(SST)的变化是海气相互作用的重要体现，SST的准确模拟也是海洋内部温度模拟的基础。基于区域海洋模式，本文通过对比分析两种强迫方式对SST的模拟效果，诊断了各辐射场对SST模拟效果的贡献，基于EOF分析法提出了一种针对CFSR表面大气强迫辐射数据的修正方案，并获取一套高频辐射场修正数据。数值对比试验结果显示，利用COARE 3.0公式计算所得表面强迫的方式模拟的SST结果更好，其均方根误差比直接强迫方式降低约39%；潜热辐射差异是两种强迫方式对SST模拟效果差异的主要原因，感热辐射差异次之，同时对两者进行修正可以显著改进SST的模拟效果；而长波辐射的修正则对冬季的SST模拟效果改善比较明显，但贡献仍弱于潜热辐射。相对于海洋模式而言，准确可靠的大气强迫数据的选择要优于强迫方式的选择。
海表面温度(SST)的变化是海气相互作用的重要体现，SST的准确模拟也是海洋内部温度模拟的基础。基于区域海洋模式，本文通过对比分析两种强迫方式对SST的模拟效果，诊断了各辐射场对SST模拟效果的贡献，基于EOF分析法提出了一种针对CFSR表面大气强迫辐射数据的修正方案，并获取一套高频辐射场修正数据。数值对比试验结果显示，利用COARE 3.0公式计算所得表面强迫的方式模拟的SST结果更好，其均方根误差比直接强迫方式降低约39%；潜热辐射差异是两种强迫方式对SST模拟效果差异的主要原因，感热辐射差异次之，同时对两者进行修正可以显著改进SST的模拟效果；而长波辐射的修正则对冬季的SST模拟效果改善比较明显，但贡献仍弱于潜热辐射。相对于海洋模式而言，准确可靠的大气强迫数据的选择要优于强迫方式的选择。
2019, 41(11): 64-74.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2019.11.007
摘要:
硼(B)是流体迁移元素，趋向于在热液流体中富集而成为常量元素。不同来源的B其同位素组成有着明显的区别。因此，B的含量及其同位素组成可标识热液流体(元素)的物质来源、水–岩反应程度及沉积物(元素)混入等重要过程，对海底热液活动及其成矿作用过程具有重要的示踪意义。迄今，对全球主要热液活动区热液流体中B的含量及同位素组成特征已做了大量的测试分析及研究工作，积累了丰富的资料和重要研究成果。但是，对不同地质背景(构造环境)条件下热液流体中B的含量及同位素组成特征尚缺乏系统性的对比分析，进而对造成不同环境热液流体中元素及其同位素组成的系统性差异的原因或机制尚缺乏深入的认识。本文在获取了洋中脊和弧后盆地主要热液活动区热液端元流体中B的含量及其同位素组成数据的基础上，定量估算了热液流体中B的主要来源，并对洋中脊和弧后盆地热液端元流体中B同位素组成的系统性差异进行了分析及成因探讨。结果表明，不同热液活动区热液端元流体的δ11B值都具有较大的变化范围，水–岩反应过程中不同来源B的混合是热液流体B同位素组成变化的主要原因。无沉积物覆盖的洋中脊和弧后盆地热液区热液流体中的B主要为海水与基底岩石来源B的混合，弧后盆地岩浆挥发性组分对热液系统的直接贡献及两种不同地质背景下基底岩石地球化学组成与水–岩反应程度的差异是其热液端元流体B同位素组成差异的主要原因。在有沉积物覆盖的弧后盆地热液区，热液流体中B的同位素组成与前两者之间存在显著差异，具有异常低的δ11B值，水–岩反应过程中沉积物来源B的加入是导致热液流体中δ11B值系统性降低的主要原因，沉积物的吸附作用也在一定程度上影响了热液流体的B同位素组成。有沉积物覆盖的洋中脊热液区热液流体同样受到了沉积物来源B加入的影响，具有较低的δ11B值，且相对于冲绳海槽受到了更强烈的沉积物吸附作用的影响。基于以上分析，并结合热液流体的Sr同位素组成特征，本文提出了洋中脊和弧后盆地这两大构造环境中热液流体B同位素组成系统性差异的成因模式。
硼(B)是流体迁移元素，趋向于在热液流体中富集而成为常量元素。不同来源的B其同位素组成有着明显的区别。因此，B的含量及其同位素组成可标识热液流体(元素)的物质来源、水–岩反应程度及沉积物(元素)混入等重要过程，对海底热液活动及其成矿作用过程具有重要的示踪意义。迄今，对全球主要热液活动区热液流体中B的含量及同位素组成特征已做了大量的测试分析及研究工作，积累了丰富的资料和重要研究成果。但是，对不同地质背景(构造环境)条件下热液流体中B的含量及同位素组成特征尚缺乏系统性的对比分析，进而对造成不同环境热液流体中元素及其同位素组成的系统性差异的原因或机制尚缺乏深入的认识。本文在获取了洋中脊和弧后盆地主要热液活动区热液端元流体中B的含量及其同位素组成数据的基础上，定量估算了热液流体中B的主要来源，并对洋中脊和弧后盆地热液端元流体中B同位素组成的系统性差异进行了分析及成因探讨。结果表明，不同热液活动区热液端元流体的δ11B值都具有较大的变化范围，水–岩反应过程中不同来源B的混合是热液流体B同位素组成变化的主要原因。无沉积物覆盖的洋中脊和弧后盆地热液区热液流体中的B主要为海水与基底岩石来源B的混合，弧后盆地岩浆挥发性组分对热液系统的直接贡献及两种不同地质背景下基底岩石地球化学组成与水–岩反应程度的差异是其热液端元流体B同位素组成差异的主要原因。在有沉积物覆盖的弧后盆地热液区，热液流体中B的同位素组成与前两者之间存在显著差异，具有异常低的δ11B值，水–岩反应过程中沉积物来源B的加入是导致热液流体中δ11B值系统性降低的主要原因，沉积物的吸附作用也在一定程度上影响了热液流体的B同位素组成。有沉积物覆盖的洋中脊热液区热液流体同样受到了沉积物来源B加入的影响，具有较低的δ11B值，且相对于冲绳海槽受到了更强烈的沉积物吸附作用的影响。基于以上分析，并结合热液流体的Sr同位素组成特征，本文提出了洋中脊和弧后盆地这两大构造环境中热液流体B同位素组成系统性差异的成因模式。
2019, 41(11): 75-88.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2019.11.008
摘要:
海陆交互作用下的南黄海沉积环境复杂，其沉积机制一直是古海洋研究的重点和难点。本文以取自南黄海中部泥质区的Z1岩心为载体，对196个样品的粒度和整体有机质指标(TOC、TN、TOC/TN和δ13Corg)进行了详细分析，并对5个层位进行AMS14C年龄测定，分辨率高达11 a/cm。研究结果显示，6.1 ka BP以来南黄海中部沉积过程可分为3个阶段：(1) 6.1～5.2 ka BP，沉积物粒度较粗，以残留砂和陆源粗粒物质为主，有机质含量较低且主要为陆源输入，本阶段多受东亚季风强盛的影响，动荡海洋环境下有机质保存效率低，大量陆源输入冲淡作用显著；(2) 5.2～3.9 ka BP，沉积物粒度变细且波动较大，有机质呈增加趋势且以海源为主，主要受东亚冬季风减弱的影响，海源有机质含量增加，与黄海暖流影响增强有关；(3) 3.9～0 ka BP，沉积物粒度最细且相对稳定，有机质含量继续增加，直至1.9 ka BP趋于稳定，主要受现代环流系统和东亚冬季风影响。结果表明，南黄海粒度和整体有机质指标变化过程复杂，显示中全新世以来南黄海中部泥质区沉积环境演化的复杂性。本研究获得了南黄海高分辨率的沉积环境演化记录，不仅为沉积机制研究提供更多数据支撑，还可为区域古气候和古海洋演化提供关键的指示证据。
海陆交互作用下的南黄海沉积环境复杂，其沉积机制一直是古海洋研究的重点和难点。本文以取自南黄海中部泥质区的Z1岩心为载体，对196个样品的粒度和整体有机质指标(TOC、TN、TOC/TN和δ13Corg)进行了详细分析，并对5个层位进行AMS14C年龄测定，分辨率高达11 a/cm。研究结果显示，6.1 ka BP以来南黄海中部沉积过程可分为3个阶段：(1) 6.1～5.2 ka BP，沉积物粒度较粗，以残留砂和陆源粗粒物质为主，有机质含量较低且主要为陆源输入，本阶段多受东亚季风强盛的影响，动荡海洋环境下有机质保存效率低，大量陆源输入冲淡作用显著；(2) 5.2～3.9 ka BP，沉积物粒度变细且波动较大，有机质呈增加趋势且以海源为主，主要受东亚冬季风减弱的影响，海源有机质含量增加，与黄海暖流影响增强有关；(3) 3.9～0 ka BP，沉积物粒度最细且相对稳定，有机质含量继续增加，直至1.9 ka BP趋于稳定，主要受现代环流系统和东亚冬季风影响。结果表明，南黄海粒度和整体有机质指标变化过程复杂，显示中全新世以来南黄海中部泥质区沉积环境演化的复杂性。本研究获得了南黄海高分辨率的沉积环境演化记录，不仅为沉积机制研究提供更多数据支撑，还可为区域古气候和古海洋演化提供关键的指示证据。
2019, 41(11): 89-100.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2019.11.009
摘要:
在粒度分析基础上，以0.5Φ为间距对长江口表层沉积物的不同粒级分样进行碎屑重矿物分析，并对各粒级重矿物特征与广粒级(1.5Φ～6Φ)进行相似度分析。结果表明，长江口沉积物粒度跨度大，从粗砂到泥(黏土)均有分布，粉砂含量高。样内不同粒级分样重矿物含量、种类和组合均有一定变化，样间表现出较一致的规律性。长江口出现碎屑重矿物30种左右，粗粒级分样中矿物种数为10余种，细粒级分样中重矿物种类增至20多种；3.5Φ～4.5Φ是重矿物种类多、矿物成分复杂的粒级区段。粗粒级(粒径大于3Φ)云母族富集，其重矿物组合为云母+角闪石，随粒级变细(粒径小于4Φ)云母急剧减少；闪石族分布粒级广泛，在3Φ～5Φ粒级含量相对较高；帘石族、稳定矿物尤其是金属矿物在粒径小于3.5Φ粒级逐渐增多。长江口重矿物整体组合为普通角闪石+绿帘石+褐铁矿，榍石为特征矿物。相似度分析表明，长江口沉积物样品中主要粒级与广粒级重矿物特征相近，能代表沉积物整体重矿物特征。长江口碎屑重矿物特征深受粒度分布的影响，其矿物种类、矿物组合和矿物指数及其所蕴含的水动力和物源意义都要结合粒度特征来综合分析。
在粒度分析基础上，以0.5Φ为间距对长江口表层沉积物的不同粒级分样进行碎屑重矿物分析，并对各粒级重矿物特征与广粒级(1.5Φ～6Φ)进行相似度分析。结果表明，长江口沉积物粒度跨度大，从粗砂到泥(黏土)均有分布，粉砂含量高。样内不同粒级分样重矿物含量、种类和组合均有一定变化，样间表现出较一致的规律性。长江口出现碎屑重矿物30种左右，粗粒级分样中矿物种数为10余种，细粒级分样中重矿物种类增至20多种；3.5Φ～4.5Φ是重矿物种类多、矿物成分复杂的粒级区段。粗粒级(粒径大于3Φ)云母族富集，其重矿物组合为云母+角闪石，随粒级变细(粒径小于4Φ)云母急剧减少；闪石族分布粒级广泛，在3Φ～5Φ粒级含量相对较高；帘石族、稳定矿物尤其是金属矿物在粒径小于3.5Φ粒级逐渐增多。长江口重矿物整体组合为普通角闪石+绿帘石+褐铁矿，榍石为特征矿物。相似度分析表明，长江口沉积物样品中主要粒级与广粒级重矿物特征相近，能代表沉积物整体重矿物特征。长江口碎屑重矿物特征深受粒度分布的影响，其矿物种类、矿物组合和矿物指数及其所蕴含的水动力和物源意义都要结合粒度特征来综合分析。
2019, 41(11): 101-116.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2019.11.010
摘要:
基于连云港海域浅地层剖面资料解释和16个站位柱状岩心的剖面观察、粒度分析、微体化石鉴定、有孔虫和腹足类纹沼螺的AMS 14C年龄，分析废黄河水下三角洲北翼的沉积结构、厚度和沉积物组成，划分沉积单元及其分布范围；识别海侵沉积区的沉积相，认识其沉积环境特征。结果表明，水下三角洲沉积体可分为三角洲前缘和前三角洲两个沉积单元，两者沿连云港海岸线呈并置关系。三角洲前缘位于埒子口至新淮河口外，为一NNE向进积、NW向倾斜的扇形楔状体，可识别出灌河叶瓣及其以东的叶瓣两个沉积中心。该沉积单元以砂质沉积为主，两个叶瓣之间的分流间湾分布有泥和砂质泥。前三角洲位于三角洲前缘西北侧，大致从埒子口外侧沿海岸带向海州湾展布。该单元为泥质沉积，厚度较薄，其北部的两个柱状岩心所揭示的沉积厚度分别为1.8 m和1.5 m。水下三角洲以北，海侵沙席分布广泛，厚度通常在20 cm左右。其分布在本区具有普遍性，只是在连云港海域被黄河泥沙所覆盖，由此也构成了废黄河水下三角洲的底界面。该界面具有侵蚀残留地貌特征。海侵沙席之下为晚更新世MIS 3阶段中早期的海陆过渡相沉积。沉积物多由黄色粉砂或砂质粉砂组成，含有较丰富的有孔虫、介形虫等，可见淡水纹沼螺。
基于连云港海域浅地层剖面资料解释和16个站位柱状岩心的剖面观察、粒度分析、微体化石鉴定、有孔虫和腹足类纹沼螺的AMS 14C年龄，分析废黄河水下三角洲北翼的沉积结构、厚度和沉积物组成，划分沉积单元及其分布范围；识别海侵沉积区的沉积相，认识其沉积环境特征。结果表明，水下三角洲沉积体可分为三角洲前缘和前三角洲两个沉积单元，两者沿连云港海岸线呈并置关系。三角洲前缘位于埒子口至新淮河口外，为一NNE向进积、NW向倾斜的扇形楔状体，可识别出灌河叶瓣及其以东的叶瓣两个沉积中心。该沉积单元以砂质沉积为主，两个叶瓣之间的分流间湾分布有泥和砂质泥。前三角洲位于三角洲前缘西北侧，大致从埒子口外侧沿海岸带向海州湾展布。该单元为泥质沉积，厚度较薄，其北部的两个柱状岩心所揭示的沉积厚度分别为1.8 m和1.5 m。水下三角洲以北，海侵沙席分布广泛，厚度通常在20 cm左右。其分布在本区具有普遍性，只是在连云港海域被黄河泥沙所覆盖，由此也构成了废黄河水下三角洲的底界面。该界面具有侵蚀残留地貌特征。海侵沙席之下为晚更新世MIS 3阶段中早期的海陆过渡相沉积。沉积物多由黄色粉砂或砂质粉砂组成，含有较丰富的有孔虫、介形虫等，可见淡水纹沼螺。
2019, 41(11): 117-126.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2019.11.011
摘要:
为研究中国唯一已知、全球最深海洋蓝洞的形成、发育和演化机制，应用LISST-100X现场激光粒度仪、CTD温盐仪等搭载工作级水下机器人，于2017年5月在三沙永乐龙洞进行了悬浮体、温盐剖面测量，获得了全洞深的悬浮体体积浓度、温盐和溶解氧等数据，并进行了悬浮体垂向分布特征研究。研究结果表明，洞内90 m以下水体为无氧环境，悬浮体浓度呈现5个变化旋回，温度、盐度均存在3个跃层，并且它们之间有着较好的对应关系。龙洞内水体表层悬浮体总浓度约为20 μL/L，悬浮体平均浓度值为5.93 μL/L。悬浮体旋回层Ⅰ位于5 m以浅水层；旋回层Ⅱ位于10～43 m之间，与第一个温盐跃层(深度10～20 m)部分对应；旋回层Ⅲ位于70～110 m之间，与第二个温盐跃层(深度70～110 m)完全对应；旋回层Ⅳ位于130～150 m之间，与第三个温盐跃层(深度130～150 m)完全对应；旋回层Ⅴ位于260 m以深至洞底300 m。龙洞表层悬浮体浓度较高，主要是受到洞外周边珊瑚礁松散沉积物输入的影响。洞内悬浮体垂直分布特征主要受到水动力、洞体形态、温盐跃层、溶解氧含量以及浮游生物等的控制和影响。
为研究中国唯一已知、全球最深海洋蓝洞的形成、发育和演化机制，应用LISST-100X现场激光粒度仪、CTD温盐仪等搭载工作级水下机器人，于2017年5月在三沙永乐龙洞进行了悬浮体、温盐剖面测量，获得了全洞深的悬浮体体积浓度、温盐和溶解氧等数据，并进行了悬浮体垂向分布特征研究。研究结果表明，洞内90 m以下水体为无氧环境，悬浮体浓度呈现5个变化旋回，温度、盐度均存在3个跃层，并且它们之间有着较好的对应关系。龙洞内水体表层悬浮体总浓度约为20 μL/L，悬浮体平均浓度值为5.93 μL/L。悬浮体旋回层Ⅰ位于5 m以浅水层；旋回层Ⅱ位于10～43 m之间，与第一个温盐跃层(深度10～20 m)部分对应；旋回层Ⅲ位于70～110 m之间，与第二个温盐跃层(深度70～110 m)完全对应；旋回层Ⅳ位于130～150 m之间，与第三个温盐跃层(深度130～150 m)完全对应；旋回层Ⅴ位于260 m以深至洞底300 m。龙洞表层悬浮体浓度较高，主要是受到洞外周边珊瑚礁松散沉积物输入的影响。洞内悬浮体垂直分布特征主要受到水动力、洞体形态、温盐跃层、溶解氧含量以及浮游生物等的控制和影响。
2019, 41(11): 127-141.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2019.11.012
摘要:
海岸巨砾沉积是反映海岸极端波浪事件活动历史的重要载体，对于预测未来海洋极端水文灾害发生趋势具有重要意义。本文基于地面3D激光扫描技术，以海南岛南部海岸大东海和小东海的海岸珊瑚巨砾沉积为研究对象，使用了Riegl VZ4000地面3D激光扫描仪精确测量了这些珊瑚巨砾的体积参数，结合水文模型计算出搬运这些巨砾所需的临界起动波高和流速，重构了极端波浪事件强度，并根据沉积学和动力学对海岸珊瑚巨砾的沉积成因进行了分析。结果表明，地面3D激光扫描技术与传统测量方式相比，具有方便、快速、高精度的优势。海南岛大、小东海堆积的珊瑚巨砾沉积是由台风波浪破碎珊瑚礁平台前缘并将碎块输运到礁平台而成的，且台风的最大强度可能接近超强台风“宝霞”。本研究可为重建南海地区古风暴活动历史，揭示该地台风活动规律以及海岸极端波浪灾害的防风减灾工作提供重要科学参考信息。
海岸巨砾沉积是反映海岸极端波浪事件活动历史的重要载体，对于预测未来海洋极端水文灾害发生趋势具有重要意义。本文基于地面3D激光扫描技术，以海南岛南部海岸大东海和小东海的海岸珊瑚巨砾沉积为研究对象，使用了Riegl VZ4000地面3D激光扫描仪精确测量了这些珊瑚巨砾的体积参数，结合水文模型计算出搬运这些巨砾所需的临界起动波高和流速，重构了极端波浪事件强度，并根据沉积学和动力学对海岸珊瑚巨砾的沉积成因进行了分析。结果表明，地面3D激光扫描技术与传统测量方式相比，具有方便、快速、高精度的优势。海南岛大、小东海堆积的珊瑚巨砾沉积是由台风波浪破碎珊瑚礁平台前缘并将碎块输运到礁平台而成的，且台风的最大强度可能接近超强台风“宝霞”。本研究可为重建南海地区古风暴活动历史，揭示该地台风活动规律以及海岸极端波浪灾害的防风减灾工作提供重要科学参考信息。
2019, 41(11): 142-149.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2019.11.013
摘要:
河口大型滩涂演化关系到航运通畅、生态保护以及近岸工程的安全性，也是地貌学和工程界关注的热点。本文选择横沙东滩围垦区前沿5 m等深线包络区域作为研究区，2011–2017年间利用单波束测深系统对研究区进行持续性高精度监测，并结合近年来流域来沙、河口工程的建设和极端气候变化等影响因素分析其冲淤格局。结果表明：(1)近年来横沙东滩基本呈中间淤涨、周围冲刷的态势，整体由工程前“长大不长高”转化为工程后的“长高不长大”的演化格局；(2)海域来沙是此区域淤积的主要物源，研究区两侧涨落潮流路分异引起的环流是导致此区域淤积的主要动力；(3)深水航道堤坝工程、横沙东滩围垦工程等是导致研究区中间淤涨的原因；(4)人类活动可以直接影响滩槽的演化格局，工程建设的固定制约了河槽和滩涂的摆动，但也加剧了研究区局部的冲刷，未来应注意其内部串沟的发展，防止其连通威胁堤坝和滩涂的稳定。
河口大型滩涂演化关系到航运通畅、生态保护以及近岸工程的安全性，也是地貌学和工程界关注的热点。本文选择横沙东滩围垦区前沿5 m等深线包络区域作为研究区，2011–2017年间利用单波束测深系统对研究区进行持续性高精度监测，并结合近年来流域来沙、河口工程的建设和极端气候变化等影响因素分析其冲淤格局。结果表明：(1)近年来横沙东滩基本呈中间淤涨、周围冲刷的态势，整体由工程前“长大不长高”转化为工程后的“长高不长大”的演化格局；(2)海域来沙是此区域淤积的主要物源，研究区两侧涨落潮流路分异引起的环流是导致此区域淤积的主要动力；(3)深水航道堤坝工程、横沙东滩围垦工程等是导致研究区中间淤涨的原因；(4)人类活动可以直接影响滩槽的演化格局，工程建设的固定制约了河槽和滩涂的摆动，但也加剧了研究区局部的冲刷，未来应注意其内部串沟的发展，防止其连通威胁堤坝和滩涂的稳定。
2019, 41(11): 150-155.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2019.11.014
摘要:
风速是重要的海洋状态参数之一，对海面风速的准确提取是实现海洋环境监测和沿海工程应用的重要保证。目前，作为新兴海洋环境监测设备，高频雷达在风速提取方面仍然存在挑战。本文提出了一种基于人工神经网络的风速提取方法，利用历史浮标测量海态数据训练风速提取网络，实现风速与有效波高、波周期、风向及时间因素之间的非线性映射。测试结果表明了这一网络在时间和空间上的稳定性；进而将已训练的网络应用到便携式高频地波雷达OSMAR-S的风速反演中，得到的风速与浮标测量风速间的相关系数达到0.849，均方根误差为2.11 m/s。这一结果明显优于常规由浪高反演风速的SMB方法，验证了该方法在高频雷达风速反演中的可行性。
风速是重要的海洋状态参数之一，对海面风速的准确提取是实现海洋环境监测和沿海工程应用的重要保证。目前，作为新兴海洋环境监测设备，高频雷达在风速提取方面仍然存在挑战。本文提出了一种基于人工神经网络的风速提取方法，利用历史浮标测量海态数据训练风速提取网络，实现风速与有效波高、波周期、风向及时间因素之间的非线性映射。测试结果表明了这一网络在时间和空间上的稳定性；进而将已训练的网络应用到便携式高频地波雷达OSMAR-S的风速反演中，得到的风速与浮标测量风速间的相关系数达到0.849，均方根误差为2.11 m/s。这一结果明显优于常规由浪高反演风速的SMB方法，验证了该方法在高频雷达风速反演中的可行性。
2019, 41(11): 156-162.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2019.11.015
摘要:
全球日益增多的海滩垃圾，不仅造成海洋环境污染，严重威胁海洋生态系统健康，也对生物栖息地有着不可估计的影响。如何高效准确地对海滩垃圾进行监测和识别，是处置海滩垃圾过程的技术难点之一。基于此，本文以长江口南汇边滩为实验区，通过在海滩上设置常见垃圾样品，随后利用激光雷达记录的全波形数据和BP神经网络模型，以快速鉴别海滩垃圾类型。结果表明：基于激光雷达提取的垃圾全波形数据中回波振幅和回波宽度的差异，可用来识别海滩垃圾。构建的BP神经网络可有效将海滩垃圾分为泡沫类、布类、金属类、纸类及塑料类，最高识别率达到79%。此外，由于不同材质海滩垃圾的原材料成分存在相似或同质，会对精确识别区分垃圾类型造成一定的干扰，从而影响神经网络的识别率。可见，将激光雷达应用于识别海滩垃圾，为海滩垃圾的监测提供了新的方法。
全球日益增多的海滩垃圾，不仅造成海洋环境污染，严重威胁海洋生态系统健康，也对生物栖息地有着不可估计的影响。如何高效准确地对海滩垃圾进行监测和识别，是处置海滩垃圾过程的技术难点之一。基于此，本文以长江口南汇边滩为实验区，通过在海滩上设置常见垃圾样品，随后利用激光雷达记录的全波形数据和BP神经网络模型，以快速鉴别海滩垃圾类型。结果表明：基于激光雷达提取的垃圾全波形数据中回波振幅和回波宽度的差异，可用来识别海滩垃圾。构建的BP神经网络可有效将海滩垃圾分为泡沫类、布类、金属类、纸类及塑料类，最高识别率达到79%。此外，由于不同材质海滩垃圾的原材料成分存在相似或同质，会对精确识别区分垃圾类型造成一定的干扰，从而影响神经网络的识别率。可见，将激光雷达应用于识别海滩垃圾，为海滩垃圾的监测提供了新的方法。
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