当期目录
2026, 48(2): 1-10.
doi: 10.12284/hyxb20260020
摘要:
中国“蛟龙”号载人潜水器于2025年成功完成首次北极冰区载人深潜，标志着我国深海探测迈出了从“全海深”到“全海域”的关键第一步。本次科考面临极区低温、动态海冰、地磁异常及复杂水声环境等多重挑战，我们对“蛟龙”号进行了系统性极区适应性改造，并在潜水器布放回收作业模式、冰下安全上浮引导与导航定位探测方面取得关键技术突破。本文系统梳理了极区环境下载人深潜作业面临的核心难题，重点阐述了潜水器针对性改造方案以及世界首次极区双潜器协同作业中的关键技术，旨在为我国未来常态化开展极区深海探测、生境研究与资源勘查提供技术参考与工程范式。
中国“蛟龙”号载人潜水器于2025年成功完成首次北极冰区载人深潜，标志着我国深海探测迈出了从“全海深”到“全海域”的关键第一步。本次科考面临极区低温、动态海冰、地磁异常及复杂水声环境等多重挑战，我们对“蛟龙”号进行了系统性极区适应性改造，并在潜水器布放回收作业模式、冰下安全上浮引导与导航定位探测方面取得关键技术突破。本文系统梳理了极区环境下载人深潜作业面临的核心难题，重点阐述了潜水器针对性改造方案以及世界首次极区双潜器协同作业中的关键技术，旨在为我国未来常态化开展极区深海探测、生境研究与资源勘查提供技术参考与工程范式。
2026, 48(2): 79-94.
doi: 10.12284/hyxb20260010
摘要:
高质量的水下光学影像是海底场景数字孪生、底栖生境保护、海底矿产资源探测和海底未知现象理解等任务的重要依托。然而，受复杂水体环境、光照条件等因素的影响，水下光学影像存在颜色失真、细节模糊、对比度低等退化问题。现有水下图像增强方法多聚焦于增强算法本身的优化，缺乏对不同退化类型图像的溯源、分类与分级等系统性分析机制。为此，针对水下光学图像成像环境的复杂性和异质性，本文提出一种顾及退化类型的图像质量增强策略。首先，构建了水下图像退化类型感知网络用于识别水下雾化模糊图像，准确率达到97%，对光照退化类型亦具有较高的区分能力。其次，针对识别出的水下雾化图像，基于真实水下图像色偏值的分布统计，设计自适应颜色校正方法，有效恢复不同程度的颜色衰减。最后，引入分块索引策略来获取更加精确的背景光估计值，并结合水下暗通道先验进一步解决水下图像的雾化模糊问题。在UIEB、RUIE等多个真实水下图像数据集上的实验结果表明，与具有代表性的水下图像增强方法相比，PSNR、SSIM指标分别提升22.17%、4.5%。
高质量的水下光学影像是海底场景数字孪生、底栖生境保护、海底矿产资源探测和海底未知现象理解等任务的重要依托。然而，受复杂水体环境、光照条件等因素的影响，水下光学影像存在颜色失真、细节模糊、对比度低等退化问题。现有水下图像增强方法多聚焦于增强算法本身的优化，缺乏对不同退化类型图像的溯源、分类与分级等系统性分析机制。为此，针对水下光学图像成像环境的复杂性和异质性，本文提出一种顾及退化类型的图像质量增强策略。首先，构建了水下图像退化类型感知网络用于识别水下雾化模糊图像，准确率达到97%，对光照退化类型亦具有较高的区分能力。其次，针对识别出的水下雾化图像，基于真实水下图像色偏值的分布统计，设计自适应颜色校正方法，有效恢复不同程度的颜色衰减。最后，引入分块索引策略来获取更加精确的背景光估计值，并结合水下暗通道先验进一步解决水下图像的雾化模糊问题。在UIEB、RUIE等多个真实水下图像数据集上的实验结果表明，与具有代表性的水下图像增强方法相比，PSNR、SSIM指标分别提升22.17%、4.5%。
2026, 48(2): 11-28.
doi: 10.12284/hyxb20260002
摘要:
次重力波（周期25～250 s）是近岸水动力过程的关键组成部分，对海岸地貌演变和工程安全具有重要影响。本文从质量、动量与能量守恒方程出发，系统综述了次重力波产生机制与演化规律的最新研究进展。在产生机制方面，阐述了波群约束、移动破波点驱动、段波融合和海上阵风作用4种机制，讨论了约束长波理论从经典平衡解到非平衡解的发展，以及近期提出的格林函数统一解。在传播演化方面，介绍了次重力波在变浅岸滩上的相位变化与能量转移、非线性浅化、近岸耗散及岸线反射规律，探讨了离岸凸起地形和珊瑚礁陡变地形对次重力波的放大效应。文章还指出次重力波在演化过程中存在随机性。最后，对未来研究方向进行了展望，为次重力波的进一步研究和应用提供参考。
次重力波（周期25～250 s）是近岸水动力过程的关键组成部分，对海岸地貌演变和工程安全具有重要影响。本文从质量、动量与能量守恒方程出发，系统综述了次重力波产生机制与演化规律的最新研究进展。在产生机制方面，阐述了波群约束、移动破波点驱动、段波融合和海上阵风作用4种机制，讨论了约束长波理论从经典平衡解到非平衡解的发展，以及近期提出的格林函数统一解。在传播演化方面，介绍了次重力波在变浅岸滩上的相位变化与能量转移、非线性浅化、近岸耗散及岸线反射规律，探讨了离岸凸起地形和珊瑚礁陡变地形对次重力波的放大效应。文章还指出次重力波在演化过程中存在随机性。最后，对未来研究方向进行了展望，为次重力波的进一步研究和应用提供参考。
2026, 48(2): 29-39.
doi: 10.12284/hyxb20260008
摘要:
本文基于2023−2025年冬季投放在渤海辽东湾的共3个小型波浪浮标的观测数据及海浪数值模式对渤海冬季结冰期的海浪特征进行了分析。观测数据的统计结果表明，位于渤海中部的2个浮标测得平均有效波高约为1 m，平均有效波周期约为4～5 s。锚定于辽东湾的浮标观测显示海冰对海浪影响显著，当海冰存在时，平均有效波高和有效波周期为0.2 m和9 s，比无冰情况下分别减小和增大了54%和98%，而且海冰的存在还可能导致谱峰波向略偏离主导风向。从数值模拟的角度来看，相较于不考虑海冰的方案，通过在SWAN模式中植入考虑冰厚的冰−浪参数化方案，可降低波高模拟误差33%。另外，本文还对比了两种经典风输入项方案Komen与ST6对渤海冬季海浪的模拟效果，两种方案的结果总体上均与浮标观测的有效波高吻合较好，误差水平相当。本文的研究基于观测数据，进一步丰富了人们对渤海冬季结冰期海浪特征的认知。
本文基于2023−2025年冬季投放在渤海辽东湾的共3个小型波浪浮标的观测数据及海浪数值模式对渤海冬季结冰期的海浪特征进行了分析。观测数据的统计结果表明，位于渤海中部的2个浮标测得平均有效波高约为1 m，平均有效波周期约为4～5 s。锚定于辽东湾的浮标观测显示海冰对海浪影响显著，当海冰存在时，平均有效波高和有效波周期为0.2 m和9 s，比无冰情况下分别减小和增大了54%和98%，而且海冰的存在还可能导致谱峰波向略偏离主导风向。从数值模拟的角度来看，相较于不考虑海冰的方案，通过在SWAN模式中植入考虑冰厚的冰−浪参数化方案，可降低波高模拟误差33%。另外，本文还对比了两种经典风输入项方案Komen与ST6对渤海冬季海浪的模拟效果，两种方案的结果总体上均与浮标观测的有效波高吻合较好，误差水平相当。本文的研究基于观测数据，进一步丰富了人们对渤海冬季结冰期海浪特征的认知。
2026, 48(2): 40-57.
doi: 10.12284/hyxb20260016
摘要:
南海北部陆坡边缘海底分布有浅表层水合物，这类水合物埋藏浅、覆盖层薄，对海底温压变化敏感，易发生分解。本文针对南海北部内孤立波、内潮及季节性底层水体温度变化，应用一维热传导模型，模拟其对浅表层水合物分解的影响，并开展参数敏感性分析。研究表明：单次内孤立波引起的温压扰动不足以引发海底以下约0.078 m的水合物赋存区（Hydrate Occurrence Zone，HOZ）顶部分解，而内潮引起1.72℃的温升持续18 h，在60 d内将热量传入至HOZ顶部，可导致约4 cm水合物分解。季节性底水升温幅度为1.76℃，持续5个月，在1 a内推动分解界面持续下移，累计分解厚度可达14 cm，影响效果明显，表明持续升温效应显著强于瞬时扰动。同时，参数敏感性分析表明，温度幅值与有效热扩散系数共同控制热扰动传输深度与分解速率。水合物初始分布特征亦显著影响分解过程，其中，地温梯度、甲烷通量和渗透率决定HOZ顶底部位置，而孔隙度调节初始饱和度及分解敏感性。本研究为评价预测浅表层水合物稳定性及甲烷释放风险等提供了重要依据。
南海北部陆坡边缘海底分布有浅表层水合物，这类水合物埋藏浅、覆盖层薄，对海底温压变化敏感，易发生分解。本文针对南海北部内孤立波、内潮及季节性底层水体温度变化，应用一维热传导模型，模拟其对浅表层水合物分解的影响，并开展参数敏感性分析。研究表明：单次内孤立波引起的温压扰动不足以引发海底以下约0.078 m的水合物赋存区（Hydrate Occurrence Zone，HOZ）顶部分解，而内潮引起1.72℃的温升持续18 h，在60 d内将热量传入至HOZ顶部，可导致约4 cm水合物分解。季节性底水升温幅度为1.76℃，持续5个月，在1 a内推动分解界面持续下移，累计分解厚度可达14 cm，影响效果明显，表明持续升温效应显著强于瞬时扰动。同时，参数敏感性分析表明，温度幅值与有效热扩散系数共同控制热扰动传输深度与分解速率。水合物初始分布特征亦显著影响分解过程，其中，地温梯度、甲烷通量和渗透率决定HOZ顶底部位置，而孔隙度调节初始饱和度及分解敏感性。本研究为评价预测浅表层水合物稳定性及甲烷释放风险等提供了重要依据。
2026, 48(2): 58-69.
doi: 10.12284/hyxb20260004
摘要:
为探究规则波作用下刚性、柔性以及刚柔组合型植被消波特性差异，利用实验室水槽开展了一系列物理模型试验，定量分析了刚性、柔性及刚柔组合型植被对波浪的衰减作用，确定不同类型植被拖曳力系数CD与雷诺数Re、邱卡数KC和厄塞尔数Ur的关系。研究表明，3种植被配置均能引起波高沿程递减；随着入射波周期或植被淹没度的增加，各植被类型的消波效果均减弱；在波高影响方面，刚性植被的消波效果随波高增大持续显著增强，柔性植被则呈现先增强后减弱的非线性趋势，而刚柔组合型植被兼具两者优势，其消波效果亦随波高增大而增强。此外，3种植被的CD可采用统一的理论公式表达，其主要差异在于反映植被摆动对波高衰减的影响因子γ不同。CD与Re、KC以及Ur之间均存在显著统计关系，并可用统一经验公式描述。本研究结果可为海岸生态防护工程中植被的优化配置提供理论依据与设计参考。
为探究规则波作用下刚性、柔性以及刚柔组合型植被消波特性差异，利用实验室水槽开展了一系列物理模型试验，定量分析了刚性、柔性及刚柔组合型植被对波浪的衰减作用，确定不同类型植被拖曳力系数CD与雷诺数Re、邱卡数KC和厄塞尔数Ur的关系。研究表明，3种植被配置均能引起波高沿程递减；随着入射波周期或植被淹没度的增加，各植被类型的消波效果均减弱；在波高影响方面，刚性植被的消波效果随波高增大持续显著增强，柔性植被则呈现先增强后减弱的非线性趋势，而刚柔组合型植被兼具两者优势，其消波效果亦随波高增大而增强。此外，3种植被的CD可采用统一的理论公式表达，其主要差异在于反映植被摆动对波高衰减的影响因子γ不同。CD与Re、KC以及Ur之间均存在显著统计关系，并可用统一经验公式描述。本研究结果可为海岸生态防护工程中植被的优化配置提供理论依据与设计参考。
2026, 48(2): 70-78.
doi: 10.12284/hyxb20260014
摘要:
沉速是细颗粒黏性泥沙动力特性的关键参数，对于认识细颗粒泥沙运动规律以及预测港口航道冲淤演变具有重要意义。细颗粒黏性泥沙因其粒径小，比表面积大、颗粒间容易发生絮凝，其沉速受到多重因素的影响，其中盐度和泥沙浓度对其影响较为显著。采用嘉兴港航道现场采集的原状泥沙，利用沉降桶进行了0～15‰盐度范围和1～20 kg/m3泥沙浓度范围内不同盐度和泥沙浓度条件下共42组细颗粒泥沙静水沉速试验。试验结果表明，当盐度小于7～9‰时，随着盐度的增加，泥沙沉速逐渐变大；当盐度大于7～9‰后，随着盐度继续增加，沉速逐渐减小而后趋于稳定。而当泥沙浓度小于8～10 kg/m3时，随着泥沙浓度增加，沉速逐渐增大；当泥沙浓度大于8～10 kg/m3时，沉速逐渐减小。另外，相比单一因素的影响，盐度和泥沙浓度存在共同作用，其共同作用对沉速的影响更大，对比分析了不同条件下盐度和泥沙浓度对沉速的影响。拟合建立了不同盐度和泥沙浓度影响下细颗粒泥沙的静水沉速公式，并和前人的研究结果进行了验证对比，研究结果可为嘉兴港航道泥沙运动规律研究提供相应的参考。
沉速是细颗粒黏性泥沙动力特性的关键参数，对于认识细颗粒泥沙运动规律以及预测港口航道冲淤演变具有重要意义。细颗粒黏性泥沙因其粒径小，比表面积大、颗粒间容易发生絮凝，其沉速受到多重因素的影响，其中盐度和泥沙浓度对其影响较为显著。采用嘉兴港航道现场采集的原状泥沙，利用沉降桶进行了0～15‰盐度范围和1～20 kg/m3泥沙浓度范围内不同盐度和泥沙浓度条件下共42组细颗粒泥沙静水沉速试验。试验结果表明，当盐度小于7～9‰时，随着盐度的增加，泥沙沉速逐渐变大；当盐度大于7～9‰后，随着盐度继续增加，沉速逐渐减小而后趋于稳定。而当泥沙浓度小于8～10 kg/m3时，随着泥沙浓度增加，沉速逐渐增大；当泥沙浓度大于8～10 kg/m3时，沉速逐渐减小。另外，相比单一因素的影响，盐度和泥沙浓度存在共同作用，其共同作用对沉速的影响更大，对比分析了不同条件下盐度和泥沙浓度对沉速的影响。拟合建立了不同盐度和泥沙浓度影响下细颗粒泥沙的静水沉速公式，并和前人的研究结果进行了验证对比，研究结果可为嘉兴港航道泥沙运动规律研究提供相应的参考。
2026, 48(2): 95-113.
doi: 10.12284/hyxb20260018
摘要:
构建连续的海冰时空序列是实现渤海海域更准确、及时且高时空分辨率海冰预测的前提。本文针对可见光与被动微波数据在渤海海冰监测中的固有局限，提出通过多源协同与超分辨率融合的技术路径予以互补。首先，优化DT-ASI算法并设定渤海局地系点值，获取6.25 km分辨率AMSR时序数据；进而采用亚像素卷积神经网络（Pixel Shuffle）进行超分辨率重建，确定多Pixel Shuffle阶段超分辨率为最优策略，使平均绝对误差降低8.79 %，相关系数提升0.19。通过融合AMSR超分结果与MODIS数据，构建出2002−2025年1 km分辨率高时空连续序列，冰期内覆盖率从不足28.31 %提升至95.86 %以上。该数据结果初步揭示近10年海冰面积缩减、盛冰期缩短及年际波动增强的趋势。2024−2025年渤海冰期内呈现多次“发展−消融殆尽−再发展”的循环特征，具有一定的特殊性。本研究以协同融合思路克服了单一数据源缺陷，可为渤海海冰精细化监测与预测提供时空连续的关键数据基础。
构建连续的海冰时空序列是实现渤海海域更准确、及时且高时空分辨率海冰预测的前提。本文针对可见光与被动微波数据在渤海海冰监测中的固有局限，提出通过多源协同与超分辨率融合的技术路径予以互补。首先，优化DT-ASI算法并设定渤海局地系点值，获取6.25 km分辨率AMSR时序数据；进而采用亚像素卷积神经网络（Pixel Shuffle）进行超分辨率重建，确定多Pixel Shuffle阶段超分辨率为最优策略，使平均绝对误差降低8.79 %，相关系数提升0.19。通过融合AMSR超分结果与MODIS数据，构建出2002−2025年1 km分辨率高时空连续序列，冰期内覆盖率从不足28.31 %提升至95.86 %以上。该数据结果初步揭示近10年海冰面积缩减、盛冰期缩短及年际波动增强的趋势。2024−2025年渤海冰期内呈现多次“发展−消融殆尽−再发展”的循环特征，具有一定的特殊性。本研究以协同融合思路克服了单一数据源缺陷，可为渤海海冰精细化监测与预测提供时空连续的关键数据基础。
2026, 48(2): 114-130.
doi: 10.12284/hyxb20260012
摘要:
北极地区是全球气候变化的敏感区，其突出的增暖放大效应（AA）与气溶胶辐射强迫密切相关。气溶胶光学厚度（AOD）作为表征大气气溶胶消光特性的关键指标，对解析气溶胶在环境和气候系统中的作用具有关键意义。卫星遥感技术已成为获取全球或区域尺度AOD数据的重要手段，但受观测原理限制及北极复杂地表环境影响，现有卫星产品存在明显数据缺失。贝叶斯最大熵法（BME）是AOD数据融合的常用方法，但传统BME采用最小二乘法构建协方差时，难以有效处理高维参数空间的复杂性与非平稳性。本文基于中分辨率成像光谱仪（MODIS）与多角度成像光谱辐射计（MISR）的AOD产品，通过引入具备全局搜索能力的粒子群优化算法（PSO）改进协方差建模过程，构建PSO-BME融合算法以提升数据融合的稳定性与精度。研究结果表明：PSO-BME能够有效融合MODIS和MISR的AOD数据并实现缺失数据填补。融合AOD在双源覆盖区均方根误差降至0.055，期望误差达78%，平均绝对误差为0.04，相关系数为0.7，且在无观测区仍保持可接受精度；年均空间覆盖率从MODIS的15.45%和MISR的1.45%提升至32.7%。时空分布分析显示，融合产品空间连续性明显改善，能更真实反映AOD整体变化特征；时空演变规律揭示北极气溶胶分布受本地气象条件与中低纬污染跨境传输的双重影响。
北极地区是全球气候变化的敏感区，其突出的增暖放大效应（AA）与气溶胶辐射强迫密切相关。气溶胶光学厚度（AOD）作为表征大气气溶胶消光特性的关键指标，对解析气溶胶在环境和气候系统中的作用具有关键意义。卫星遥感技术已成为获取全球或区域尺度AOD数据的重要手段，但受观测原理限制及北极复杂地表环境影响，现有卫星产品存在明显数据缺失。贝叶斯最大熵法（BME）是AOD数据融合的常用方法，但传统BME采用最小二乘法构建协方差时，难以有效处理高维参数空间的复杂性与非平稳性。本文基于中分辨率成像光谱仪（MODIS）与多角度成像光谱辐射计（MISR）的AOD产品，通过引入具备全局搜索能力的粒子群优化算法（PSO）改进协方差建模过程，构建PSO-BME融合算法以提升数据融合的稳定性与精度。研究结果表明：PSO-BME能够有效融合MODIS和MISR的AOD数据并实现缺失数据填补。融合AOD在双源覆盖区均方根误差降至0.055，期望误差达78%，平均绝对误差为0.04，相关系数为0.7，且在无观测区仍保持可接受精度；年均空间覆盖率从MODIS的15.45%和MISR的1.45%提升至32.7%。时空分布分析显示，融合产品空间连续性明显改善，能更真实反映AOD整体变化特征；时空演变规律揭示北极气溶胶分布受本地气象条件与中低纬污染跨境传输的双重影响。
2026, 48(2): 131-143.
doi: 10.12284/hyxb20260006
摘要:
基于搭载于相应卫星平台的MODIS和AMSR2传感器观测的夜间海表温度（Sea Surface Temperature，SST）数据，通过构建反向传播神经网络（BPNN）、随机森林（RF）和卷积神经网络（CNN）3种机器学习模型，开展海表温度数据融合技术研究。在模型输入设计层面，提出两种差异化方案：基础方案仅包含经纬度与原始 SST 数据，增强方案则在此基础上引入时间参数，进而形成 BP_without_time、BP_with_time、RF_without_time、RF_with_time、CNN_without_time、CNN_with_time 共 6 种融合方案。实验测试结果显示，在3种机器学习模型中，CNN展现出最为优异的性能表现，而RF模型的性能相对较弱。在3种模型的对比测试中，融入时间参数的增强方案均显著优于未包含时间参数的基础方案。基于2023−2024年浮标实测数据的验证结果表明，融合后的 SST 数据精度略低于AMSR2_SST，但相较于MODIS_SST，其精度提升效果显著。融合数据的逐月覆盖率较原始数据大幅提升，2023−2024年最低覆盖率从MODIS的19.79%、AMSR2的32.10% 提升至49.56%以上。同时，高分辨率融合结果能捕捉更精细的温度分布特征，较10 km分辨率的AMSR2数据提供更丰富的空间细节。
基于搭载于相应卫星平台的MODIS和AMSR2传感器观测的夜间海表温度（Sea Surface Temperature，SST）数据，通过构建反向传播神经网络（BPNN）、随机森林（RF）和卷积神经网络（CNN）3种机器学习模型，开展海表温度数据融合技术研究。在模型输入设计层面，提出两种差异化方案：基础方案仅包含经纬度与原始 SST 数据，增强方案则在此基础上引入时间参数，进而形成 BP_without_time、BP_with_time、RF_without_time、RF_with_time、CNN_without_time、CNN_with_time 共 6 种融合方案。实验测试结果显示，在3种机器学习模型中，CNN展现出最为优异的性能表现，而RF模型的性能相对较弱。在3种模型的对比测试中，融入时间参数的增强方案均显著优于未包含时间参数的基础方案。基于2023−2024年浮标实测数据的验证结果表明，融合后的 SST 数据精度略低于AMSR2_SST，但相较于MODIS_SST，其精度提升效果显著。融合数据的逐月覆盖率较原始数据大幅提升，2023−2024年最低覆盖率从MODIS的19.79%、AMSR2的32.10% 提升至49.56%以上。同时，高分辨率融合结果能捕捉更精细的温度分布特征，较10 km分辨率的AMSR2数据提供更丰富的空间细节。
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