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涠洲岛西南部海域造礁石珊瑚的群落结构特征分析
梁文, 周浩郎, 王欣, 黄荣永, 余克服
, doi: 10.12284/hyxb2021150
摘要:
采用2019年5月14−22日开展的断面法调查数据,分析了涠洲岛西南部海域的造礁石珊瑚群落结构特征。结果表明:涠洲岛西南部海域造礁石珊瑚共有9科38种,优势种为滨珊瑚(Porites sp.)、秘密角蜂巢珊瑚(Favites abdita)、斯氏角孔珊瑚(Goniopora stutchburyi)等团块状珊瑚。活造礁石珊瑚覆盖率为5.20%~31.20%,平均值为16.66%,远离海岸或靠近海岸但水较深的站位覆盖率较高。石珊瑚补充量较低、病害少、死亡率较低。造礁石珊瑚群落的物种多样性、优势度、均匀度互相呈显著正相关关系(p<0.05)。靠近岩壁的站位,水较深且船舶通行和游客潜水等影响较少,活造礁石珊瑚覆盖率和多样性程度均较高。受侵蚀海岸悬浮泥沙和潜水旅游影响较大的沙质岸段站位,活造礁石珊瑚覆盖率最低、优势种的优势度最高、多样性程度相对较低。人为活动、西南季风、风暴潮、海岸侵蚀悬沙、极端气候是影响涠洲岛西南部海域造礁石珊瑚礁生态系统的主要因素。
基于海冰密集度的消退起始时间判别方法改进研究与应用
杨毅, 聂红涛, 董春明, 魏皓
, doi: 10.12284/hyxb2021145
摘要:
海冰融化过程以正反馈的形式影响着海洋的热量吸收,对北极生态环境的变化和经济活动的开展起着重要作用。基于1979–2018年北冰洋逐日海冰密集度数据,本文综合考虑不同海域海冰冰况等因素,对北冰洋边缘海海冰消退起始时间的判别方法进行了改进。通过不同的方案对比分析表明,改进后的方法能够反映不同海域、不同年份冰情的变化;并且可消除一些天气扰动现象的干扰,避免过早地判别消退起始时间。应用本方法分析发现北冰洋各边缘海消退起始时间存在提前的趋势,与融化起始时间的提前趋势较为一致。但是不同海域提前程度存在明显差异,喀拉海和楚科奇海提前消退的趋势最强,达到了9 d/(10 a),而东西伯利亚海消退提前趋势最弱,只有4 d/(10 a),区域间的差异逐渐增大。海冰消退起始时间存在显著的年际差异,各边缘海的标准差均在15 d左右,近10年中消退最早与最晚之间的差值最大可达50 d,出现在波弗特海。
基于中国第6~9次北极科学考察观测的季节冰区边界层逆温变化特征分析
田忠翔, 陈志昆, 李志强, 孙虎林, 宋晓姜, 赵福
, doi: 10.12284/hyxb2021149
摘要:
利用我国第6~9次北极科学考察期间获取的大气探空资料,分析了北极季节冰区边界层逆温的时空变化特征及其成因。分析发现:(1)边界层逆温具有较强的年际变化和空间变化,高纬度密集冰区观测到更多的强逆温现象,逆温厚度与逆温层温差呈显著的对数关系。(2)不同年份边界层逆温的主要成因有所差别。海冰分布的差异导致不同年份的边界层逆温特征不同。表面融化、辐射冷却、多层云的结构和暖平流对不同冰情年份边界层逆温的贡献程度不同。(3)开阔水域和冰区边界层逆温的成因不同。表面融化和空气平流对冰区边界层逆温的形成起着非常重要的作用,而辐射冷却是开阔水域边界层逆温的主要成因之一。
北极超强气旋活动及其大气环流特征
丁瑞昌, 黄菲
, doi: 10.12284/hyxb2021141
摘要:
北极极端气旋过程能够反映北极气候变化特征并对北极水文气象要素的调节具有重要影响,其活动及大气环流形势特征值得关注。利用美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)与美国国家大气研究中心(National Center for Atmospheric Research,NCAR)提供的逐日再分析资料定义北极地区超强气旋(Arctic Super Cyclone, ASC)过程,结合美国冰雪数据中心(National Snow and Ice Data Center, NSIDC)基于NCEP/NCAR再分析资料追踪识别的北半球气旋及特征资料,分析了ASC的活动特征及其大气环流特征。结果表明:判别ASC的北极最低气压5%阈值具有显著的冬季低夏季高的单峰型季节变化特征,冬季ASC的强度远强于夏季;ASC多从大西洋扇区经北欧海−巴伦支海−喀拉海输入到极区,也存在少部分极区原生或太平洋扇区输入;ASC多生成于两大洋急流轴或急流出口区北侧,极少数生成于大陆或中低纬度,且绝大多数在极区消亡难以回到中纬度。极区原生ASC频数占总数约1/3,整体没有显著增减趋势,但长生命史ASC频数以0.49次/(10 a)的趋势增多,表明其持续时间增长。ASC频数与北极涛动(Arctic Oscillation, AO)在冬季相关性很好,其大气环流形势回归场中极区海平面出现低压低温异常,高空极涡加深且两大洋急流偏北,中纬度急流主轴偏弱;ASC的生成发展不仅有利于AO向正位相转变,同时AO正位相下也有利于ASC活动的增强,ASC活动是AO位相变化的潜在指标。
海冰快速减退背景下大气动量输入对波弗特流涡长期变化的影响
陶树豪, 杜凌
, doi: 10.12284/hyxb2021123
摘要:
随着北冰洋海冰快速减退,气–冰–海系统发生显著变化,波弗特流涡也发生显著变化。本文使用实测资料和海洋大气再分析数据,探讨北冰洋波弗特流涡的长期变化和大气动量输入对波弗特流涡变化的影响。波弗特流涡的长期变化可以分为3个典型时期(1980–1995年,1996–2007年,2008–2018年)。最近时期(2008–2018年),波弗特流涡平均流涡强度达到4.39×10–7,相较于第1个时期(1980–1995年),流涡强度增加近2倍,达到稳定的状态。波弗特流涡范围扩大,主体向西北移动;上层海洋斜压性增强。与此同时,上层海洋环流主模态已发生显著转变:1980–1995年,环流主模态为影响整个加拿大海盆的加拿大海盆模态;2008–2018年的主模态则转变为影响整个研究海域的太平洋扇区模态。最近时期,表征气–海之间动量输入的气–海应力显著增加,尤其是夏末秋初的8–10月,与冰–海应力几乎相当。增加的大气动量输入带来平均动能增加,埃克曼泵压效应增强,下盐跃层深度加深,增加的大气动量输入进而导致近年来波弗特流涡的显著增强。加拿大海盆南部是大气动量输入的关键区。
CMIP6模式对北冰洋海洋热含量的模拟能力评估
谢龙, 白学志, 龙上敏
, doi: 10.12284/hyxb2021147
摘要:
本文利用PHC、ECCO2、SODA、GECCO3和CMIP6资料,分析了北冰洋热含量的水平分布特征、季节变化和长期变化趋势等,评估了CMIP6模式对北冰洋海洋热含量的模拟能力。研究发现,北冰洋海洋热含量表现出明显的季节变化:热含量在4月份最低,9月份最高;在历史情形下(1850−2014年),相较观测和再分析资料,CMIP6多模式集合平均(MME)的上层500 m热含量在格陵兰海偏暖,在挪威海、巴伦支海和欧亚海盆偏冷,MME的全水深热含量在北冰洋几乎所有区域均偏暖,在格陵兰海偏差最大;CMIP6模式对北冰洋温度剖面模拟偏差较大,MME平均温度在1 000 m以深均高于观测和再分析资料。在未来情形下(2015−2100年),MME表现出明显的北冰洋增暖情形,但绝大多数中国模式没有表现出明显的增暖情形。中国模式中,BCC-CSM2-MR和BCC-ESM1对北冰洋年平均热含量的模拟较差,CIESM对热含量季节和年代际变化模拟较差,FIO-ESM-2-0对北冰洋上层500 m年平均热含量及热含量季节和年代际变化的模拟都比较好。
基于Icepack海冰柱模式的融池反照率模拟研究
曹淑涛, 苏洁, 李涛, 钟文理, 王晓宇, 牟龙江
, doi: 10.12284/hyxb2021101
摘要:
基于Icepack一维海冰柱模式,以2014年中国第6次北极科学考察长期冰站ICE06的3个融池的辐射参量和气象参量的连续观测作为大气强迫数据,对融池反照率及相关参量进行了模拟。本文引入观测的融池深度及海冰厚度作为初始条件,通过考虑融池覆盖率的作用,改进了平整冰融池参数化方案中海冰干舷的计算,修正了冰上可允许的最大融池深度,成功实现了对融池参数变化的模拟;同时,还修正了入射辐射分量比例系数与对应反照率分量权重系数不一致的问题。标准试验中,模拟的3个融池的反照率与观测结果之间的平均误差分别为0.01、0.05和0.13;入射辐射比例的敏感性试验结果表明,当可见光辐射比例增大8%时,融池反照率的模拟结果增大了6%~8%;融池表面再冻结试验的结果显示,当再冻结冰层厚度小于2 cm时,模拟冰面反照率的增加不足0.006,由此引起的表面能量收支减少了约1.1 W/m2。本文研究指出,准确的入射辐射比例对于改善北极海冰反照率模拟是必要的;并指出目前模式仍存在融池表面再冻结参数化、热收支计算、表面吹雪效应等有待解决的问题。
崇明岛内河大型底栖动物群落组成及分布特征
王涛, 童春富, 吴逢润, 从婷婷, 赵成建, 陈振涛
, doi: 10.12284/hyxb2021152
摘要:
大型底栖动物是河流生态系统中重要的生态类群,研究其群落组成及分布特征能为河流生态系统管理提供理论支撑。2018年6月(夏季)和11月(秋季),在崇明岛内河设置16个固定站点,开展了拖网和地笼相结合的大型底栖动物调查,分析研究了崇明岛内河大型底栖动物群落的组成与分布特征及影响因子。调查期间共采集到大型底栖动物14种,分属5目8科,主要为节肢动物。其中,淡水型10种,河口半咸水型3种,降海洄游型1种。从空间分布来看,北横引河记录12种,南横引河记录6种,竖河记录11种;不同河道大型底栖动物群落组成均以淡水型种类为主,主要优势物种为日本沼虾(Macrobrachium nipponense)和秀丽白虾(Exopalaemon modestus);北横引河大型底栖动物群落的物种数、多度及生物量均高于南横引河;而竖河介于两者之间。夏季大型底栖动物群落的物种数、多度和生物量均高于秋季,季节变化是崇明岛内河大型底栖动物群落组成变化的重要特征之一。综合来看,崇明岛内河大型底栖动物群落组成特征兼具内陆河流和河口区特点;它与崇明岛区位特征、河流水文及生境条件、水质特征及区域人类活动等多种因素有关。
2016年南极海冰破纪录减少及其成因的研究综述
李双林, 韩哲, 刘娜, 张超, 蔡慧
, doi: 10.12284/hyxb2021119
摘要:
近几十年来,在全球变暖背景下,北极海冰不断减少,但南极海冰却在小幅增加。正当人们试图解释南极海冰这一“变暖悖论”时,2016年末南极海冰范围却突然跌破纪录,达到历史最低。其中,12月海冰减少范围最大,达到–2.13\begin{document}$ \times $\end{document}106 km2,相对于1981–2010年的30年平均减少了20.5%。这立即引起了科学界的极大关注,人们从大气环流、物理海洋和冰间湖等诸多方面,对其成因进行了大量研究,本文对这些工作进行了归纳总结。结果显示:在大气方面,主要的异常信号包括9–10月的纬向3波异常和11–12月的负位相南半球环状模以及气旋活动增加等,纬向3波大气环流受到热带太平洋和印度洋海温异常的调制,而南半球环状模异常主要是平流层极涡减弱下传导致;海洋方面,南大洋海温较常年偏暖,威德尔海出现了自1976年以来最大的冰间湖,对海冰减少起着不可忽视的作用。然而,当前的研究难以说明这一极端事件是由全球变暖或其他外部强迫主导,还是由气候系统内部变率产生,亦或者是两者的共同作用。对这些问题的回答直接关系到未来南极海冰趋势的预估,是亟待解决的科学问题和潜在的研究热点。
基于随机森林方法反演墨西哥湾海表盐度
吴芳芳, 傅智一, 胡林舒, 张丰, 杜震洪, 刘仁义
, doi: 10.12284/hyxb2021146
摘要:
盐度是表征物理和生物地球化学过程的重要参数之一,光学遥感可满足较高分辨率的监测需要并避免射频干扰问题,为沿海水域的海表盐度研究提供可行的途径。本文基于MODIS-Aqua的遥感反射率(Rrs412、Rrs443、Rrs488、Rrs555、Rrs667)、海表温度以及实测的海表盐度数据构建随机森林模型,基于模型结果分析墨西哥湾海表盐度时空异质性及海表盐度与影响因子(海表温度和遥感反射率)之间的相关关系。研究结果表明:(1)随机森林模型能较准确地反演墨西哥湾海表盐度,其均方根误差(RMSE)为0.335,决定系数(R2)为0.931;(2)湾区海表盐度空间分布呈近岸−河口低、离岸高,环状向内增值的态势,其变化受河流流量、风力以及环流的影响;(3)海表温度与海表盐度存在较强的相关性,海表温度对海表盐度的反演影响显著;(4)海表温度、遥感反射率与海表盐度的相关性呈现空间异质性。
北极冰上雪密度压实变化对积雪深度的影响
尹豪, 苏洁, BinCheng
摘要:
积雪具有复杂的时空分布,在高纬度地区的气−冰耦合系统中扮演了重要的角色。准确的积雪质量平衡计算可以帮助我们更好地理解海冰演变过程以及极区冰雪与大气之间的相互作用。雪密度是影响积雪质量平衡众多因素中的重要因子。现有的一维高分辨率冰雪热力学模型(如HIGHTSI)中,使用常数块体雪密度均值将降雪雪水当量转化为积雪深度。本文参考Lagrangian snow-evolution model (SnowModel-LG)模式对积雪分层的处理,并简化为新、旧两个雪层。采用与实际更为接近的降雪密度将外强迫雪水当量转化为新雪层的积雪深度,并在质量守恒条件下同时考虑新、旧雪层深度对压实增密的响应,将该物理过程加入HIGHTSI模式中。利用ERA-Interim再分析数据作为大气强迫,针对北极15个冰质量平衡浮标沿其漂移轨迹模拟了降雪积累期海冰表面雪密度变化对积雪深度变化的影响,在原HIGHTSI设置下分别采用定常块体雪密度均值330 kg/m3(T1试验)、接近实际的常数新雪密度200 kg/m3(T2试验)以及改进后框架下新、旧雪层随时间压实增密的雪密度(T3试验)计算积雪深度,并将模拟结果与浮标观测进行对比。结果表明,本文改进的算法对雪密度变化的处理更为合理,且能较好地再现积雪深度的变化;考虑新、旧雪层深度对压实增密的响应能较好地避免以较低的降雪密度持续过度积累,以浮标观测为标准,分层积雪密度压实计算得到的平均绝对误差减小了5 cm。
2016−2017年北极内尔斯海峡北部海冰运动及其影响因素研究
王子涵, 刘婷婷, 许苏清, 王苗姜
, doi: 10.12284/hyxb2021113
摘要:
内尔斯海峡位于加拿大埃尔斯米尔岛与格陵兰岛之间,是北极海冰输出的重要通道之一,这些海冰融化后带来的表层淡水对巴芬湾、拉布拉多海的深层水形成具有重要影响。但由于该海峡较为狭窄,缺乏对此区域海冰运动情况的精细研究。本研究利用每日的哨兵1号影像提取了2016年9月至2017年8月的内尔斯海峡北部区域海冰运动信息,展示了海峡中浮冰的运动过程,并结合风速、海流速度等数据分析浮冰运动特征及影响因素。结果表明风和海流二者共同主导了海冰的运动过程,相关系数分别达到了0.767和0.709,由风速、海流速度、海冰密集度3个自变量与浮冰速度建立的多元线性回归模型复决定系数也达到了0.727。进一步分析发现,风和海流在速度相对稳定时对浮冰速度的影响都会减小。本研究关于风和海流等要素对海冰运动过程影响的研究结果,可以为海洋–大气动力学模型的研究提供参考。
大尺度环流异常对南极印度洋扇区海表面高盐异常的影响
倪旭彬, 杜凌, 史荒原
, doi: 10.12284/hyxb2021111
摘要:
南极印度洋扇区分布了许多南极底层水的生成区,此海域海水盐度变化对全球的气候变化有着深远影响。本文采用EN4再分析数据、实测海豹资料和WOD2018数据,结合大气再分析和海冰密集度数据,对南极印度洋扇区表面盐度长期变化及其对大尺度环流异常的响应进行探究。2008年以来,南极沿岸出现显著的海表面持续性高盐异常,其中印度洋扇区变化最为显著,表层高盐水主要集中在达恩利冰间湖附近与沙克尔顿冰架以北的海域。沿岸海域的高盐陆架水向北扩张且影响深度不断加深,高盐的绕极深层水上涌也更加明显。此高盐异常与南极涛动(Antarctic Oscillation,AAO)、印度洋偶极子(Indian Ocean Dipole,IOD)两种大尺度环流密切相关。AAO与IOD正位相下,西风显著增强,促进海冰大量生成,为海表面提供了大量的盐通量。同时,海表面出现更显著的风场旋度负异常与低压异常,促进高盐深层水上涌,对高盐异常有重要维持作用。此外,纬向风剪切与蒸发增强也是影响该高盐异常的重要局地过程。
SAR重构分辨率对海冰侧向融化量预测影响研究
谢涛, 艾润冰, 王彦, 刘彬贤
, doi: 10.12284/hyxb2021107
摘要:
利用RADASAT-2的海冰SAR图像,分别采用Prewitt、Sobel和Canny边缘检测算子计算图像范围内的海冰周长,分析不同图像分辨率、不同边缘检测算子分别对周长计算结果产生的影响。结合冰层侧向融化速率参数化方案进行了海冰侧向融化温度敏感性模拟实验,分析了图像重构分辨率对海冰侧向融化结果的影响。结果表明:海冰破碎程度不同时,对应不同的最佳边缘检测算子和最佳分辨率;仅考虑侧向融化时,随着温度升高,3种算子模拟的海冰面积融化趋势基本一致,均呈指数型增加,Prewitt算子模拟效果最好,对应的最佳重构分辨率为30 m×30 m、65 m×65 m和155 m×155 m。
北极阿蒙森湾一年冰物理和光学性质的观测研究
张经纬, 朱嘉良, 姚宇斌, 李淑江, 李翔, 李涛
摘要:
利用加拿大环极冰间水道系统研究项目,作者对2007年11月底至次年1月底北极群岛阿蒙森湾海域秋冬季节一年冰的物理和光学性质进行了观测研究。结果显示,观测期间的海冰厚度整体在27~108 cm范围内变化,积雪厚度仅为0~6 cm。海冰温度、盐度和密度在冰内的分布特征为:海冰表层最低温度为–22.4℃,底层最高温度为–2.2℃,冰内温度随深度单调增大;盐度变化范围为3.30~11.70,冰内盐度剖面呈现“C”形,即表层和底层盐度较大,而中间层盐度较小;海冰的平均密度略大,为0.91±0.03 g·cm–3。通过观测人造光源在海冰中的透射辐射谱分布,发现一年冰的光谱透射辐射在490 nm和589 nm处呈明显的双峰结构,但随着海冰厚度的增加,双峰结构逐渐减弱,体现了海冰对于不同谱段辐射能衰减作用的差异。在可见光范围内,裸冰和雪覆冰的吸收率最小值出现在490 nm,在443~490 nm范围内二者的吸收率随波长增大而降低,在490~683 nm范围内二者的吸收率随波长增大而升高,但雪覆冰的吸收率在可见光范围内基本保持不变,体现了雪覆冰吸收率的光谱独立性。一年冰的谱衰减系数随波长呈“U”字形分布,紫光和红光谱段的衰减系数较大,中间谱段的衰减系数较小,589 nm波长的衰减系数最小,为1.7 m–1。将谱衰减系数在可见光范围内积分,得到一年冰的积分漫射衰减系数约为2.3 m–1,略高于多年浮冰的漫射衰减系数1.5 m–1。阿蒙森湾一年冰与加拿大海盆北部多年浮冰辐射光学性质的差异,主要源于陆源物质输入引起的海冰内含物组分的改变,而不同组分对光谱的吸收和散射性质不同,进一步导致了光学性质的整体变化。
不同模态下气候变化对智利竹筴鱼补充量的影响
张畅, 李纲, 陈新军
, doi: 10.12284/hyxb2021130
摘要:
智利竹筴鱼(Trachurus murphyi)是东南太平洋重要的经济鱼类之一,其资源量受补充量影响明显,了解补充量状况对智利竹筴鱼资源可持续利用和科学管理具有重要意义。本文基于模态分析将1971−2017年间智利竹筴鱼补充量划分不同模态,运用贝叶斯模型平均法,分析海表面温度、海表面盐度、海表面高度、厄尔尼诺和太平洋年代际振荡5个环境因子在不同模态中对补充量的解释能力,并探讨模态变动对补充量预测的影响。结果表明,第1模态(1971−1980年)更多的受捕捞因素的干扰;第2模态(1981−1990年)厄尔尼诺对补充量变动的解释概率最高;第3模态(1991−2001年)解释概率最高的环境因子为太平洋年代际振荡;第4模态(2002−2015年)厄尔尼诺为解释概率最高的环境因子。对比不考虑模态变动的分析结果,两者存在明显差异,基于不同模态的分析结果对智利竹筴鱼补充量变动的解释更为合理。研究认为,智利竹筴鱼补充量变动受到多个环境因子的影响,在不同模态时期起主导作用的环境因子也不同,推测年代际太平洋年代际振荡冷暖期交替与厄尔尼诺现象可能是诱发智利竹筴鱼补充量发生模态转变的重要因素。建议在未来智利竹筴鱼资源评估与管理中,应该考虑不同的模态变化及其影响因子。
基于随机森林的复坡堤越浪量预测研究
胡原野, 王收军, 陈松贵, 柳叶, 王家伟, 田昀艳
, doi: 10.12284/hyxb2021133
摘要:
针对复坡堤越浪量的计算问题,提出了采用随机森林算法预测越浪量的方法。首先,通过对欧洲CLASH数据集进行筛选,挑选出符合复坡堤越浪量预测的数据;其次,对数据做无量纲化处理,建立以随机森林为基础的复坡堤越浪量预测模型,并通过网格搜索(GridSearchCV)方法对模型进行调参以改善模型的性能。最后,利用决定系数\begin{document}${R^2}$\end{document}来评估模型的精度,并将随机森林模型与集成神经网络模型做了预测能力的对比,同时还给出了随机森林模型各个特征参数对预测精度的重要性。结果显示,随机森林模型的决定系数为92.7%,集成神经网络模型的决定系数为87.7%,表明随机森林模型对越浪量具有更强的学习和预测能力。通过对特征重要性的分析,墙顶高程对模型预测精度的影响最大,堤顶高程次之,堤脚宽度影响最小。
大陆岛入海沉积物通量的估算研究
李高聪, 蔡廷禄, 李志强, 高抒
, doi: 10.12284/hyxb2021077
摘要:
大陆岛入海沉积物通量(Qs)信息对于精确解译大陆架沉积记录的研究是个重要补充。针对如何估算大陆岛Qs的科学问题,本文以中国东南部海域的8 227个大陆岛为例,提出了一种基于邻近大陆中小型河流Qs的经验公式计算大陆岛Qs的解决方案。该方案在实施时需设置两个假定,即大陆岛的Qs法则遵循邻近大陆中小河流的Qs法则和可将1个大陆岛当作1个河流流域计算其Qs。结果表明:(1)经验公式计算的大陆岛Qs为其最小估计值;如考虑大陆岛流域的具体情况,实际的Qs值会轻微提高,但其增幅不超过n0.13(n为流域数量);(2)经验公式能获取大陆岛Qs的大致数量级信息;大陆岛的总面积为4 418.49 km2,对应Qs的数量级为106 t/yr,与邻近大陆1条中小型河流的数量级相当;(3)在大河河口湾充填阶段完成以前,大陆岛沉积物是内陆架泥质沉积体的主要物源之一。因此,大陆岛入海沉积物会对大陆架沉积体系的形成和演化造成一定程度的影响,需引起研究人员的高度重视。
第十二届国际海洋生物技术大会反映的新进展
秦松, 王寅初, 张卫, 陈松林, 隋正红, 张博, 包永波
, doi: 10.12284/hyxb2021148
摘要:
海洋生物技术是规模化生产和利用海洋生物资源,获取海洋生物产品和服务的系统工程技术。自1989年日本东京第一届国际海洋生物技术会议以来,国际海洋生物技术在促进海水养殖业健康可持续发展、开发海洋生物制品、保护海洋环境、保护海洋生物多样性以及建设“和谐海洋”等领域得到迅猛发展,不仅促进了传统海洋生物产业的转型升级,而且催生了包括海洋天然药物、海洋生物材料等许多新的产业生长点。第十二届国际海洋生物技术会议于2019年9月9−13日在日本静冈召开,会议以“下一代的海洋生物技术”为主题,旨在全球范围内交流海洋生物技术研究和开发的最新进展,强化一个国际层面的“政府−学术−产业”之间的交流与合作平台。这次会议最大的特点是把青年科学家、企业家和政策制定者推向了大会交流的一线。本文针对本次会议反映的新进展,提出我国未来5−10年特别值得关注的重点方向,建议把青年人才特别是学术、工程和产业融合型人才的培养放到最重要的位置,及时布局下一代海洋生物技术的原始创新和新兴产业孵化的战略制高点。
基于长度贝叶斯生物量估算法的北部湾带鱼资源评估
张曼, 王雪辉, 王淼娣, 杜飞雁, 孙典荣, 王亮根, 王跃中, 许柳雄, 邱永松
, doi: 10.12284/hyxb2021144
摘要:
带鱼是南海西北部北部湾主要经济鱼类种群之一,估算其种群参数和评估其资源状况对北部湾渔业资源管理具有重要意义。本文利用2006—2016年北部湾带鱼(Trichiurus haumela)的生物学数据,通过长度贝叶斯生物量估算法(length-based Bayesian biomass estimation method,LBB)估算带鱼的渐近肛长(Linf)、最适开捕肛长(Lc_opt)、相对自然死亡率(M/k)、相对捕捞死亡率(F/k)、捕捞强度(F/M)和开发率(E),并评估其资源状况(B/B0)。结果为,带鱼的渐近肛长(Linf)为44.4 cm,最适开捕肛长均值(Lc_opt)为28.5 cm,相对死亡率M/kF/k、均值分别为1.32、2.76,捕捞强度(F/M)为2.20,开发率(E)为0.67,相对生物量(B/B0)均值为0.16。经逻辑斯谛曲线拟合,带鱼的平均最小性成熟肛长为28.63 cm。研究表明, 当前北部湾带鱼处于过度开发的状态,现存资源量较低,群体结构趋于简单、呈小型化。
海气交换与呼吸作用调控下杭州湾碳酸盐体系的特征
王俊洋, 王斌, 李德望, 徐忠胜, 苗燕熠, 杨志, 金海燕, 陈建芳
, doi: 10.12284/hyxb2021124
摘要:
杭州湾作为典型的高浑浊度海湾,对其水体碳酸盐体系分布特征的研究相对较少。本文基于两个夏季航次(2018年和2019年)获取的调查资料,阐述夏季杭州湾水体中碳酸盐体系参数的空间分布特征,并进一步分析影响溶解无机碳偏离保守混合作用的主要过程及相对贡献。数据结果表明,杭州湾内表层溶解无机碳浓度与总碱度的变化范围分别为1 553~1 964 μmol/kg和1 577~2 101 μmol/kg略低于长江口(1 407~2 110 μmol/kg和1 752~2 274 μmol/kg),溶解无机碳浓度和总碱度的空间分布受控于淡水与外海水混合的影响,在潮汐作用下,总体呈现出湾内低,向湾外逐渐升高的趋势。影响表层溶解无机碳非保守混合分布的主要过程中,海−气交换降低溶解无机碳浓度,呼吸作用增加溶解无机碳浓度,两个过程对溶解无机碳浓度变化量的贡献分别为(−42.3±11.7)%与(34.2±14.3)%,净效应呈现为相对平衡的状态。通过计算获得表层海水pCO2的平均值为799 μatm (675~932 μatm),海湾总体表现为大气CO2的源。此外,湾内海水碳酸盐缓冲因子的范围为12.8~23.8,对CO2的缓冲能力弱于邻近东海海水(缓冲因子平均值约为11.9),指示其与外部水体的交换可能会降低附近海域的酸化缓冲能力。相对其他河口/海湾而言,杭州湾内高浊度与强潮汐的特点使其湾内水体的碳酸盐体系分布特征具有区域特殊性。
南极海冰变化及其气候效应研究述评
王今菲, 杨清华, 于乐江, 宋米荣, 罗昊, 施骞, 李雪薇, 闵超, 刘骥平
, doi: 10.12284/hyxb2021151
摘要:
南极海冰是全球气候系统的重要组成部分。不同于北极海冰的快速减少,近四十年来,南极海冰范围在2014年前是缓慢增加、后是突变减少。单一的大尺度大气环流因素无法解释南极海冰的长期变化趋势,海洋-大气相互作用对海冰的耦合影响还未得到充分研究。受南极海冰厚度遥感观测和数值模拟能力所限,现有的海冰厚度和体积变化数据仍无法准确量化全球变化背景下南极海冰的厚度和体积变化;目前南极海冰变化的气候效应还未充分明确。当前国内外对南极海冰研究的不足迫切要求发展长期可靠的南极海冰厚度数据,以突破南极海冰体积变化研究的难题,同时应综合考虑多气候模态和海气系统耦合的作用,研究南极海冰变化的机制及其气候效应。
单体氨基酸δ15N在关键种鳀鱼食物链的示踪研究
刘海珍, 蔡德陵, 刘道辰
, doi: 10.12284/hyxb2021134
摘要:
为了解黄、东海食物网关键种鳀鱼食物链的氨基酸营养流动特征,采用活体生物饵料对鳀鱼食物链的中下营养层次“小球藻–中华哲水蚤–鳀鱼”进行了室内受控试验研究,受控实验进行50 d后,对食物链生物组分的11种氨基酸氮稳定同位素(δ15N)与生物(组织)整体δ15N进行了分析,结果表明:在3个营养层次之间,整体δ15N和氨基酸δ15N组成差异比较大,整体δ15N的变化范围为−4.25‰~1.56‰,氨基酸δ15N的变化范围为–9.72‰~10.81‰,3种生物组分的整体δ15N和氨基酸δ15N值随食物链升高呈富集趋势。5种必需氨基酸δ15N在食物链营养层次之间分馏模式相近;必需氨基酸在3个营养层次之间呈显著正相关性(中华哲水蚤–鳀鱼肌肉:R2=0.86,p<0.05;小球藻–中华哲水蚤:R2=0.85,p<0.05),这可能说明必需氨基酸δ15N在食物链营养层次间具有相似的分馏途径。小球藻与中华哲水蚤非必需氨基酸δ15N值之间相关性较弱,而中华哲水蚤与鳀鱼肌肉组分之间非必需氨基酸的δ15N值呈显著相关性(R2=0.73,p<0.05),表明中华哲水蚤自身合成非必需氨基酸的趋势明显,而鳀鱼易于从中华哲水蚤直接摄取非必需氨基酸。本研究以期为采用氨基酸单分子δ15N开展营养生态学研究提供科学参考和依据。
不同MSS模型及其北极海冰干舷的多时空差异分析
董昭顷, 路晓庆, 石立坚, 林明森, 曾韬
, doi: 10.12284/hyxb2021109
摘要:
基于2017年4月、2018年4月和2019年4月的CryoSat-2 L1B数据,比较分析了UCL13、DTU10、DTU13、DTU15和DTU18 5种不同平均海表面高度(Mean Sea Surface,MSS)模型及其反演的北极海冰干舷的多时空尺度差异。以UCL13为基准,对比分析不同MSS模型的差异和所反演的海冰干舷的差异,实验结果表明,不同MSS模型之间的平均绝对偏差范围为0.19~0.26 m,标准差范围为0.55~0.57 m,其中DTU18与UCL13的差异最小。以UCL13为基准,其他4种MSS模型反演的海冰干舷的平均绝对偏差为0.50~0.79 cm,标准差范围为1.17~1.74 cm。通过与冰桥计划(Operation Ice Bridge,OIB)机载数据相比,5种MSS模型反演的海冰干舷的相关系数范围为0.70~0.71,均方根误差范围为7.7~7.8 cm。故不同MSS模型之间的偏差对整个北极地区的海冰干舷反演的影响较小,偏差以相同的方式影响冰间水道和浮冰高度测量,因此相互抵消,但在冰间水道分布稀疏的区域,如加拿大群岛北部和拉普捷夫海区域,不同MSS模型反演的海冰干舷差异较大。
冬季北风风速对长江河口盐水入侵的影响
李林江, 朱建荣
, doi: 10.12284/hyxb2021099
摘要:
本文应用三维数值模式ECOM-si,研究冬季不同北风风速对长江河口盐水入侵和青草沙水库取水的影响。数值实验结果表明,北风驱动苏北高盐水向南往长江口输运,在埃克曼输运作用下,长江河口形成北港进南港出水平环流,加剧北港盐水入侵。在枯季平均径流(11 900 m3/s)条件下,当北风风速超过10 m/s北港口门水通量朝陆净输运,当风速超过11 m/s北港盐水倒灌至南港。无风时,北港半月平均盐度仅为0.97,北港口门半月平均水位仅为0.13 m;当风速增加到14 m/s时,盐度和水位分别增长到27.4和0.42 m。北风减小了青草沙水库的取水天数。无风时青草沙水库30 d内可取水天数共有29.7 d;当风速高于10 m/s,30 d内可取水天数降为0 d。北风风速增强能够显著增加北港盐水入侵,不利于青草沙水库取水。
海−气界面气体交换速率与二氧化碳气体通量的估算
陈元瑞, 赵栋梁, 林子宽
, doi: 10.12284/hyxb2021128
摘要:
海−气界面CO2通量的估算采用块体公式,其等于气体交换速率、CO2溶解度以及海水与大气的CO2分压差的乘积,其中的气体交换速率通常与风速相联系,不同作者提出了气体交换速率为风速不同幂次多项式的参数化方案。本文对比了气体交换速率为风速函数的主要研究结果,发现与风速多项式的依赖关系相比,观测数据所基于的观测方法对于气体交换速率的影响更大。在此基础上,本文用多种不同的气体交换速率参数化公式计算了1982−2018年全球的CO2通量,海洋整体上是大气CO2的汇,赤道海区是源,南北半球40°附近的海域构成沿纬向的强吸收带。37 a间,海洋吸收CO2的年平均值(以碳计)为(−1.53±0.15) Pg/a, 1999年前,海洋吸收量逐年减少,1999年达到最小值,之后海洋吸收量开始增大,海洋吸收量的增大主要发生在南大洋。
基于计算机视觉的3种金枪鱼属鱼类形态指标自动测量研究
欧利国, 王冰妍, 刘必林, 陈新军, 陈勇, 吴峰, 刘攀
, doi: 10.12284/hyxb2021140
摘要:
金枪鱼类是我国远洋渔业重要的捕捞对象,其形态指标研究金枪鱼类的生长、发育和生活史具有重要意义。人工测量形态指标是一种非常繁琐且低效率的测量方法,而计算机视觉是一种高效和客观的自动测量方法。因此,本文通过计算机视觉库OpenCV对3种金枪鱼类图像进行预处理,主要利用双边滤波、灰度变换、二值处理和提取轮廓等图像处理技术得到金枪鱼类形态轮廓图像。根据预先选定的特征点,利用计算机视觉技术遍历轮廓图像上所有的像素点,并自动定位出每张轮廓图像的预选特征点共17个。利用计算机视觉技术遍历得到的特征点位置,自动测量出3种金枪鱼的形态指标像素长度,并计算出形态指标实际长度。还对比分析自动测量与人工测量形态指标的绝对误差和相对误差。研究结果表明,通过计算机视觉技术对3种金枪鱼的形态指标的自动测量效果较好,大眼金枪鱼、黄鳍金枪鱼和长鳍金枪鱼的12个形态指标的绝对误差范围分别为0.00~1.46 cm、0.00~1.73 cm、0.00~1.32 cm,其相对误差范围分别为0.01%~5.84%、0.00%~6.17%、0.00%~6.89%。本研究以期为金枪鱼类智能识别提供前期工作基础,也为其他鱼类自动测量研究提供基础参考。
波浪在局部可渗透水平海床上传播的解析解
倪云林, 滕斌
摘要:
本文建立了波浪在局部可渗透水平海床上传播的解析解,并研究了波浪在局部可渗透海床上的透、反射问题。研究中将计算域划分为4个区域,中间区域为流域,海底可渗透,其下区域为多孔介质海床,左右两个区域也为流域,但海底不可渗透。应用线性波浪理论,建立了各流域包含非传播模态的速度势表达式,给出了海床内部的压强表达式,并利用交界面上匹配条件,求解了表达式中的待定系数。基于该解析模型,探讨了海床渗透系数、相对水深、渗透海床长度对波浪传播变形的影响。结果表明,波高沿程衰减,强度随渗透系数、渗透海床长度的增加以及相对水深的减小而变大;局部可渗透海床会引起波浪的反射和透射,随着海床长度的增加,反射系数振荡变化,并最终趋于常数,透射系数指数衰减,并最终趋于0。
北冰洋表层积雪中7Be、210Po和210Pb的分布特征
刘楚越, 钟强强, 黄德坤, 陈随缘, 王浩, 于涛
, doi: 10.12284/hyxb2021138
摘要:
大气输送的放射性核素7Be、210Po和210Pb,可以作为研究北冰洋大气沉降通量、海洋现代沉积以及海冰中物质传输的重要示踪剂,已被广泛应用于包括气团运动、土壤侵蚀以及水系统中颗粒物循环过程的研究。本文报道了2018年北极高纬度浮冰区表层积雪中7Be、210Po和210Pb的活度特征。7Be、210Po和210Pb的比活度变化范围分别为33.6~632.68 mBq/L、36.2~87.5 mBq/L、30.9~194.49 mBq/L。本文的研究发现,北冰洋表层积雪中7Be和210Pb比活度小于中纬度大陆地区。研究区域表层积雪中7Be的比活度随着纬度的增加而增加。此外,表层积雪中210Po/210Pb活度比值范围为0.70~1.48 (平均为0.93),210Po与210Pb活度已基本达到平衡,表明积雪样品年龄可能较“老”。
基于无人机高光谱特征的红树林种群识别研究—以漳江口红树林国家级自然保护区为例
周在明, 陈本清, 徐冉, 方维
, doi: 10.12284/hyxb2021136
摘要:
红树林种群的组成和分布对于红树林生态系统的保护和恢复至关重要。本研究以漳江口红树林保护区为研究对象,通过获取无人机高光谱影像,进行光谱特征分析、光谱微分变换和包络线去除,提取了911组17个光谱特征参数,通过逐步判别分析筛选出13个用于决策树构建的特征参数,最终通过C5.0决策树模型获得了研究区红树林种群的分布状况。结果表明,漳江口红树林保护区植被种群呈现自上到下不同类型的分布情况,研究区上部以桐花树和秋茄混合类型为主,中间区域呈现白骨壤、桐花树和秋茄三者共生的现状,研究区下部则以白骨壤分布为主,伴生有少量的秋茄。通过混淆矩阵计算,得到研究区总体分类精度为 87.95%,kappa系数为 83.81%,具有较好的精度。研究结果可为区域红树林湿地保护提供数据支撑,为红树林种群识别研究提供方法参考。
厚壳贻贝肠道细菌的生物被膜对其幼虫和稚贝附着的影响
徐嘉康, 王劲松, 方怡涵, 杨金龙, 梁箫
, doi: 10.12284/hyxb2021112
摘要:
为研究肠道细菌在厚壳贻贝(Mytilus coruscus)幼虫和稚贝生长发育过程中的作用,本研究从成体厚壳贻贝肠道中分离出了10株细菌,通过分别形成单一细菌生物被膜,检验其对厚壳贻贝幼虫和稚贝附着的影响和生物被膜特性。实验结果发现,10株肠道细菌所形成的生物被膜均能诱导厚壳贻贝幼虫和稚贝的附着,但不同种类肠道细菌的诱导能力不同,其中Bacillus sp.4对厚壳贻贝幼虫具有高诱导活性,Phaeobacter sp.1具有低诱导活性;Phaeobacter sp.1对厚壳贻贝稚贝具有高诱导活性,Bacillus sp.4具有低诱导活性。通过比较分析 Bacillus sp.4和Phaeobacter sp.1生物被膜的生物量及胞外产物发现,肠道细菌被膜细菌密度、膜厚和胞外脂类对厚壳贻贝幼虫的附着变态无影响,而胞外蛋白和胞外多糖可以影响幼虫的附着变态;对于厚壳贻贝稚贝的附着,肠道细菌被膜细菌密度、膜厚和胞外α-多糖均能影响其诱导活性,而胞外脂类和胞外蛋白无影响。本研究成果可为提高厚壳贻贝的健康生态养殖相关技术提供相关的指导,为解析生物被膜调控厚壳贻贝附着机制和该物种生态健康养殖提供理论依据。
夏季闽东沿海水体中透明胞外聚合颗粒物的分布特征及影响因素
薛思佑, 胡佶, 韩正兵, 蔡昱明, 刘小涯, 冯毓彬, 于培松, 张慧娟, 潘建明
, doi: 10.12284/hyxb2021114
摘要:
透明胞外聚合颗粒物(transparent exopolymer particles,TEP)在海洋微食物网和海洋碳循环中发挥着重要作用。本文针对夏季闽东沿海TEP的分布特征及影响因素进行研究。结果表明,闽东沿海TEP含量(以黄原胶为标准物质计算,后同)范围为25.2~935.5 μg/L,平均值为(201.8±177.9) μg/L。整体而言,TEP的分布表现为近岸高、远岸低,表层TEP含量相对于底层要低。相关性分析显示,研究海域TEP含量与浊度和营养盐(硅酸盐、磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐)浓度呈正相关,与pH、溶解氧浓度和小型浮游生物量呈负相关。分级叶绿素a结果显示,相对于其他尺寸浮游植物,调查海域小型浮游生物可能对TEP含量的贡献最大。相比于开阔大洋中TEP主控因素为浮游植物而言,夏季闽东海域TEP主要由浮游植物在衰退阶段产生,其分布主要受颗粒物再悬浮作用影响。该结果不仅进一步阐明了近岸海域与开阔大洋TEP影响因素的区别,并且对我国近海海域不同区域TEP分布研究空白进行了补充。
重组别藻蓝蛋白的超快能量传递过程
甄张赫, 朱锐丹, 秦松, 陈海龙, 蒲洋, 翁羽翔, 李文军
, doi: 10.12284/hyxb2021120
摘要:
藻胆体是红、蓝藻特有的光合作用捕光天线复合物。别藻蓝蛋白(APC)是组成藻胆体高效能量传递的核心结构的主要成分。本文以基因重组的别藻蓝蛋白(rAPC)的单体和三聚体为材料,通过稳态光谱、圆二色光谱以及超快时间分辨光谱研究了rAPC的结构构象和能量传递过程。结果表明,rAPC在测试条件下能保持和天然APC一致的光谱特性和活性构象;rAPC单体组装成三聚体后,其α84PCB和β84PCB可以组成激子色素对,通过激子分裂提高三聚体的能量传递效率;超快时间分辨光谱结果显示,在rAPC三聚体中,能量从620 nm传至650 nm的时间为300~600 fs,同时存在着19 fs的激子态的电子退相干过程。这些结果为揭示藻胆体的高效能量传递机制提供了数据基础。
低氧胁迫对军曹鱼幼鱼免疫相关基因转录水平表达的影响
王维政, 杨林桐, 杨二军, 谢瑞涛, 陈刚, 黄建盛
, doi: 10.12284/hyxb2021116
摘要:
为研究低氧胁迫对军曹鱼幼鱼免疫功能的影响,将幼鱼暴露于溶氧浓度为(3.15±0.21) mg/L的水体28 d,测定不同时间点肿瘤坏死因子α (TNFα)、肿瘤坏死因子α诱导蛋白3 (TNFAIP3)、白细胞介素1β (IL-1β)、白细胞介素1受体2 (IL-1R2)、白细胞介素17C (IL-17C)和热休克蛋白70 (HSP70)等免疫相关基因在幼鱼鳃、肝脏、肠道和脾脏中的转录水平表达量。结果显示:(1)在幼鱼的鳃中,TNFα 和 IL-1R2 基因转录水平表达量在胁迫1 d和14 d时极显著低于对照组 (p<0.01) ,胁迫 28 d则分别表现为极显著 (p<0.01)和显著下降 (p<0.05);TNFAIP3在胁迫1 d时极显著升高(p<0.01) ,在胁迫7 d和14 d时则分别表现为显著(p<0.05) 和极显著(p<0.01) 下降;IL-1β在胁迫1 d时极显著下降(p<0.01) 后极显著升高 (p<0.01);IL-17C在胁迫7 d和14 d时极显著下降 (p<0.01);HSP70 在胁迫1 d时显著下降 (p<0.05),在胁迫14 d和28 d时均极显著降低 (p<0.01)。(2)在肝脏中,TNFα 和 IL-1R2 基因转录水平表达量在胁迫1 d和28 d时显著下降 (p<0.05),在胁迫14 d时则极显著降低(p<0.01);TNFAIP3在胁迫1 d时极显著上升(p<0.01),在胁迫14 d和28 d时则极显著下降(p<0.01);IL-1β在所有胁迫时间点均极显著上升 (p<0.01);IL-17C 在胁迫7 d、14 d和28 d时均极显著低于对照水平 (p<0.01);HSP70基因表达量持续上升,并于胁迫28 d时达到顶峰(p<0.01)。(3)在肠道中,TNFα、IL-1β、IL-1R2、IL-17C和HSP70基因转录水平表达量在胁迫的所有时间点均极显著高于对照组(p<0.01),TNFAIP3在胁迫1 d时表达量极显著升高(p<0.01)后下降,在胁迫7 d和14 d时分别与对照组具有显著(p<0.05)和极显著差异(p<0.01)。(4)在脾脏中,TNFα和IL-17C 基因转录水平表达量在胁迫1 d、7 d和14 d时极显著下降 (p<0.01),在胁迫28 d时则显著降低 (p<0.05);IL-1β在胁迫1 d和28 d时极显著下降 (p<0.01),在胁迫7 d和14 d时则显著降低 (p<0.05);IL-1R2在胁迫1 d、7 d和28 d时极显著下降 (p<0.01),在胁迫14 d时则显著下降 (p<0.05);HSP70基因表达量在胁迫1 d、7 d和28 d时均极显著下降 (p<0.01)。研究结果表明,28 d的低氧胁迫后,军曹鱼幼鱼免疫基因的转录表达水平发生显著性变化,预示长时间的低氧可能抑制了军曹鱼的免疫功能,引发肠道炎症,并增加了军曹鱼感染病原菌的风险。
北冰洋高纬度区域海冰气象特征分析
郝光华, 沈辉, 田忠翔, 李明, 赵福
, doi: 10.12284/hyxb2021117
摘要:
基于2018年8月至2019年5月布放在北极随海冰漂流的自动气象站和温度链浮标获取的观测数据,分析了北极高纬度区域的大气特征和海冰生消过程。根据海冰的漂移轨迹分为2个阶段分析,第1阶段,海冰主要向东南漂移;第2阶段,海冰主要向东北漂移。第1阶段观测的平均气温和平均相对湿度分别为–6.6℃和93%,第2阶段观测的平均气温和平均相对湿度分别为–29.3℃和76%,第2阶段平均气压高于第1阶段。海冰的漂移轨迹主要受到波弗特高压外围气流的影响。利用自动气象站漂移轨迹计算得到海冰速度,和NSIDC(美国国家冰雪数据中心)海冰速度比较显示,两者纬向速度更为接近。海冰在第1阶段以融化为主,海冰厚度略有减小,8月份海冰生长率为–0.11 cm/d;海冰的生长过程主要发生在第2阶段,1–3月生长率均超过0.9 cm/d,2019年3月海冰生长最快,平均生长率为1.1 cm/d,海冰的增长一直持续至观测结束。
解析四维集合变分参数优化方法研究
贾彬鹤, 李威, 梁康壮
, doi: 10.12284/hyxb2021129
摘要:
传统的四维变分数据同化方法在同化观测资料的同时可以对数值模式参数进行优化,然而传统的四维变分方法需要针对不同的数值模式编写特有的伴随模式,因此算法的可移植性差,同时计算时耗费大量资源。本文提出了一种新的基于解析四维集合变分的参数优化方法,该方法以迭代搜索得到的模式参数为基准展开扰动并构建样本集合,由此显式地计算协方差矩阵,并得到代价函数极小值的解析解,从而避免了伴随模式的使用。基于Lorenz-63模型对该方法进行单参数和多参数数值试验和优化效果检验,并在不同的同化时间窗口长度和观测采样间隔情况下,采用传统四维变分方法与之进行对比,结果显示,新方法表现出与传统四维变分相同的优化性能,都能有效收敛到真值,而新方法不需要计算伴随模式,可移植性好。本文还测试了不同的集合成员个数和模式参数真值的情况下新方法的同化效果,结果表明,新方法对集合样本个数及模型参数真值不敏感,采用较少的集合样本即可完成数据同化。
大小潮作用对潮滩沉积物层理影响的数值模拟研究
徐孟飘, 东培华, 马骏, 罗锋, 张长宽, 范代读, 周曾
, doi: 10.12284/hyxb2021125
摘要:
潮滩垂向沉积韵律层的形成主要取决于周期性的潮汐条件,包括涨落潮、大小潮、季节性及更长时间尺度的潮汐特征,为探究大小潮周期对潮滩沉积物垂向层理形成机制的影响,应用一维潮流泥沙与底床分层数学模型,对周期性潮汐条件作用下潮滩垂向沉积韵律层形成机制进行了数值模拟研究。结果表明大小潮的周期性是模型中沉积层理表现韵律性的主要原因之一,韵律层中单个层理结构对应于1个大小潮周期过程,层理结构由形成于小潮期间的泥质层及形成于大潮期间的砂质层组成,层理的厚度也呈旋回性变化,大潮时层理较厚而小潮时层理较薄。水体边界含沙量是影响潮汐层理结构的重要因子,边界含沙量中粉砂占比增大会使潮汐韵律层整体粗化且砂质层厚度增大,当边界含沙量整体显著增大时,潮滩上的垂向潮汐韵律层会更加完整且厚度明显增大。潮汐层理的形成与特征是多种因子共同作用的结果,后续需进一步探究包括波浪、风暴潮、潮滩生物等其他因子的作用。
莱州湾鱼卵、仔稚鱼群落结构及多样性的季节变化
杨艳艳, 朱明明, 徐炳庆, 李凡, 高彦洁, 孙春晓, 魏潇, 王斌
, doi: 10.12284/hyxb2021052
摘要:
为了解鱼卵、仔稚鱼的种群动态以及生物多样性的变化规律,2014−2015年利用大型浮游生物网对莱州湾海域20个站位进行表层水平拖网调查。4个航次共采获鱼卵135 275粒,仔稚鱼2 456尾,隶属于9目16科20属。鱼卵、仔稚鱼主要种类变化依次从春季的鳀(Engraulis japonicus)和鰉(Liza haematocheilus),到夏季的赤鼻棱鳀(Thryssa kammalensis)和布氏银汉鱼(Allanetta bleekeri),到秋季的大银鱼(Protosalanx hyalocranius),再到冬季的长绵鳚(Zoarces elongatus)。鱼卵、仔稚鱼的群落多样性随季节变化,夏季的丰富度指数(D)和多样性指数(H′)最高,秋季均匀度指数(J′)最高。鱼卵、仔稚鱼从春季到夏季的种类更替率最小。利用R语言聚类树的融合水平值定义划分水平,选择具有最大跳跃的分组水平,将鱼卵、仔稚鱼分为春组、夏秋组和冬组3个组群,春组和夏秋组、春组和冬组主要分歧种均为鳀,夏秋组和冬组主要分歧种为长绵鳚和赤鼻棱鳀。本研究补充了莱州湾海域鱼类早期补充资源的基础数据,旨在为莱州湾渔业资源评估和养护提供依据。
季风转换期印度洋经向热输运的年际变异及其机理
邢会斌, 陈昇, 徐康, 王卫强
摘要:
本文采用SODA3.4.2再分析数据和POP2海洋模式研究了季风转换期间(春季和秋季)热带印度洋经向热输运异常(Meridional Heat Transport Anomaly, MHTA)的年际变异特征。春季MHTA存在两个主要模态,即一致模态和辐合辐散模态:一致模态表现为热带印度洋上层一致的向北输运,受热带印度洋海温一致模相关的赤道反对称风场(赤道以北/南为东北风/西北风异常)调控;辐合辐散模态则呈现关于赤道对称的表层辐散次表层辐合特征,受控于赤道以南的热带西南印度洋和副热带东南印度洋海温偶极子。然而,秋季MHTA仅表现为辐合辐散模态,受到印度洋偶极子期间赤道东风和赤道外反气旋式风应力异常影响。此外,POP2敏感性试验也验证了印度洋海温模态影响下异常风场对MHTA的调控作用,即反对称的风引起一致向北的输运,赤道东风异常引起MHTA表层辐散、次表层辐合的特征。因此,热带印度洋海气耦合模态年际变化对印度洋上层热量再分配有着重要的意义。
长江河口湿地互花米草入侵对沉积物中汞形态特征的影响研究
王志刚, 周立旻, 郑祥民, 王永杰
, doi: 10.12284/hyxb2021118
摘要:
通过分析长江河口湿地典型植物根际沉积物柱样(0~40 cm)中总汞(THg)、甲基汞(MeHg)及其与粒度、有机质(TOC)、还原态硫等环境因子之间的关系,探讨了互花米草(Spartina alterniflora)入侵对沉积物中汞形态特征的影响及主控因子。结果表明:(1)不同植物(互花米草、芦苇(Phragmites communis)、海三棱藨草(Scirpus mariqueter)和水葱(Scirpus tabernaemontani))根际沉积物中THg均值为49.9~100.9 μg/kg,其与粒径小于16 µm颗粒物组分体积百分比及TOC含量之间存在显著正相关关系(r2=0.85,p<0.01;r2=0.58,p<0.01),这意味着沉积物中矿物−有机物复合体细颗粒物的空间分异决定着总汞的空间分异。互花米草入侵促进了细颗粒的沉积,进而间接促进了沉积物中总汞含量的增加。(2)不同植物根际沉积物中MeHg均值为0.3~1.4 μg/kg,MeHg/THg均值为0.4%~1.4%,互花米草、芦苇及海三棱藨草根际沉积物中MeHg含量及MeHg/THg值随深度增加不断减小,但无显著差异,表明了互花米草入侵对沉积物中汞甲基化过程的影响可能有限。Pearson相关分析表明,MeHg/THg与THg、TOC、酸挥发性硫(AVS)之间不存在显著的正相关关系。硫的K边同步辐射结果进一步表明了硫形态(如有机硫和S2−)变化与MeHg变化关系不大。MeHg/THg值呈表层(0~8 cm)高,底层低的分布规律,表明了表层沉积物中汞的甲基化潜势较大,这可能与表层新鲜有机质(如藻类和植物凋落物)的不断供给及其降解过程密切相关,还需深入研究。
浮冰界面融化速率参数化方案的实验室研究
李志军, 王智群, 王庆凯, 解飞, 卢鹏
, doi: 10.12284/hyxb2021115
摘要:
融冰季节时天然浮冰表面、底面和侧向融化共存,3者融化速率是底面大于侧向,侧向大于表面。而且浮冰尺寸越小,侧向速率占比越高。为了解决将小尺度浮冰块尺度指标计入融化参数化方案,在低温环境实验室无辐射、无流速、控制气温和水温条件下对天然海冰和人工冻结淡水冰的圆盘试样,开展了不同初始水温和不同初始直径的圆盘试样融化过程实验,获得了圆盘试样直径、厚度和质量融化过程。依据这些实验数据,构建试样直径厚度比这一新指标,通过物理分析和数学统计手段,建立了海冰和淡水冰试样表面、底面融化速率同温度梯度,侧向融化速率和温差以及直径厚度比的关系式。这些关系式能够应用于天然直径100 m范围内浮冰的融化参数化方案,期望能解决北冰洋海冰和入海口近岸淡水冰夏季融化季节能量和质量平衡数值模拟的需求。
基于深度卷积嵌入式聚类(DCEC)的海洋环境特征提取对渔情预报模型的改进研究—以西南印度洋大眼金枪鱼为例
张天蛟, 廖章泽, 宋博, 袁红春, 宋利明, 张闪闪
, doi: 10.12284/hyxb2021072
摘要:
为提高大眼金枪鱼(Thunnus obesus)延绳钓渔情预报模型的预测能力,本研究提出了一种基于深度卷积嵌入式聚类(DCEC)的海洋环境时空特征提取方法,结合广义可加模型(GAM)对西南印度洋大眼金枪鱼延绳钓渔场进行预报。采用2018年1−12月\begin{document}$ 0.041\; 6^ \circ\times 0.041 \;6^ \circ $\end{document}的MODIS-Aqua和MODIS-Terra海表面温度三级反演图像数据(以日为单位)构建DCEC模型,基于Davies-Bouldi 指数(DBI)确定最佳聚类数,在此基础上提取各月海表温度(SST)的类别特征值\begin{document}$ {F}_{M} $\end{document};采用美国国家海洋和大气管理局网站2018年1−12月1°×1°的Chl a浓度月平均值作为辅助环境特征因子;采用印度洋金枪鱼委员会2018年1−12月1°×1°的大眼金枪鱼延绳钓渔业数据(以月为单位),计算单位捕捞努力量渔获量(CPUE);将SST月类别特征值\begin{document}$ {F}_{M} $\end{document}、Chl a浓度月平均值与CPUE数据进行时空匹配,构建改进GAM;采用SST月平均值、Chl a浓度月平均值与CPUE数据构建基础GAM;采用联合假设检验(\begin{document}$ F $\end{document}检验)验证模型解释变量对响应变量的影响;采用赤池信息准则(AIC)、均方误差(MSE)、绘制实测值和预测值的散点图并计算相关系数r,分析改进GAM相比于基础GAM的提升效果。实验结果表明:(1)基于DCEC模型提取的\begin{document}$ {F}_{M} $\end{document}能够较好地反映西南印度洋海表温度的时空动态特征与规律,并与西南印度洋的气候条件、季风状况和水文特征等相互耦合;(2) \begin{document}$ {F}_{M} $\end{document}相比SST平均值的因子解释率更高,对大眼金枪鱼CPUE影响更为显著,高渔获率集中在\begin{document}$ {F}_{M} $\end{document}为2、10、24等暖冷流交汇区域;(3)改进GAM相比基础GAM的AIC值降低了9.17%,MSE降低了26.7%,散点图显示改进GAM预测的CPUE对数值与实测CPUE对数值的相关性较显著,r为0.60。本研究证明了DCEC模型在海洋环境特征提取方面的有效性,可为后序大眼金枪鱼延绳钓渔情预报模型的改进研究提供参考。
基于CESM模式的局地化粒子滤波器与集合卡尔曼滤波器同化实验
张钰婷, 沈浙奇, 伍艳玲
摘要:
粒子滤波器(PF)是一种非常具有应用前景的非线性资料同化方法。但由于其算法本身存在的粒子退化问题,目前尚未被广泛地应用于大型地球物理模式。目前主流的集合同化系统仍然倾向于使用集合卡尔曼滤波器(EnKF)及其衍生方法。一种新近被提出的局地化粒子滤波器(LPF)在经典的粒子滤波器算法中引入局地化技术,可以使用较小的计算成本有效地避免退化问题,具有非常大的业务应用潜力。本文在全耦合的通用地球系统模式(CESM)中开展了LPF和EnKF的同化实验,同化资料为模拟的卫星海表温度(SST)资料。着重考察了不同局地化参数对两种方法的不同影响,对比了局地化粒子滤波器与集合卡尔曼滤波器的同化效果差异。比较的结果表明,LPF的同化效果对于局地化参数的选择非常敏感,在使用最优局地化参数的条件下,LPF能达到与EnKF相当甚至优于后者的同化效果,并具有较大的改进空间。
苏北浒苔生长期运移路径及温盐环境的数值模拟
高丽萍, 范德江, 宋德海, 仲毅, 毕乃双, 迟万清
, doi: 10.12284/hyxb2021056
摘要:
基于已验证的FVCOM数值模型和拉格朗日粒子离线追踪模块,模拟了潮、风、环流、温盐、波等外界强迫不同组合下苏北海域水面粒子的5种运移路径,通过实际漂流瓶轨迹验证,并进行路径间的差异与对应单强迫流场对比研究,探讨发端于苏北的浒苔运移路径及其影响因素。结果表明:浒苔运移路径先沿着苏北沿岸向北运移至废黄河口附近海域,之后向东北方向偏转继续运移,一直到山东半岛南部海域;影响苏北浒苔运移路径的外界强迫主要是风,其次是温盐、波浪、环流,潮流可以引起浒苔在局地的旋转往复运动,不能使其向北远距离漂移。漂流期间,苏北沿岸海域表层温度为18~24℃、盐度为28~31,温盐条件在浒苔最宜生长条件范围,是浒苔能边漂移边大面积暴发的原因之一。
台湾海峡有效波高的SWAN模式与ERA-Interim数据对比分析
王奎, 岳显昌, 吴雄斌, 周恒, 滕陈轲敏
摘要:
有效波高是描述海浪的关键参数。欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的ERA-Interim再分析数据提供了全球海浪的有效波高,本文选取该数据在台湾海峡2013年3月份的有效波高结果,分别与浮标观测数据以及海浪数值模式SWAN (Simulating Waves Nearshore)的数值模拟结果相对比,来分析其预报效果。结果显示:在浮标点,ERA-Interim数据和SWAN模拟浪高数据与浮标浪高数据的时间相关系数分别为0.94和0.98,ERA-Interim数据的浪高均值约为浮标的51%,为SWAN模拟数据的70%。在台湾海峡区域,ERA-Interim数据与SWAN模拟浪高之间的空间异常相关系数(ACC)月均值为0.51,时序ACC曲线显示,一般在海峡东北口风初起时刻ACC值最小,在风吹遍海峡并增长的过程中,ACC迅速增加,在风速达到最大值之后,ACC开始下降,但ERA-Interim数据与SWAN数值模拟结果在整个海峡区域的浪高最大值与最小值分布位置基本一致。综合分析,ERA-Interim数据能够反映台湾海峡区域此时间段的有效波高的时空变化趋势,在数值上有明显低估。
军曹鱼(Rachycentron canadum)性腺分化及首周年发育的组织学观察
邝杰华, 陈刚, 马骞, 毛非凡, 周启苓, 黄建盛, 施钢, 张健东
, doi: 10.12284/hyxb2021126
摘要:
本研究采用石蜡组织切片和H.E.染色法对军曹鱼原始性腺的形成、分化及精巢和卵巢首周年发育的组织结构变化进行观察。结果显示,军曹鱼原始生殖细胞在7孵化日龄(days post hatching,dph)时迁移到达生殖嵴,随后体细胞出现聚集和分裂,并于15 dph将原始生殖细胞完全包绕形成原始性腺。军曹鱼卵巢分化的时间要早于精巢,34 dph稚鱼的性腺组织尚未分化,但可观察到两种存在明显组织学差异的性腺类型,其中一种类型的性腺出现卵原细胞群,而另一种类型的性腺横切面较狭长,生殖细胞数量明显较少,因此推定为未分化精巢;卵巢的解剖学分化开始于44 dph,其标志为卵巢腔的形成;50 dph时精巢开始细胞学上的分化,此时精原细胞由基底膜包被形成囊泡状的细胞团。在首周年发育期间 (60~360 dph),军曹鱼的精巢发育包含Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 5个时期,而卵巢发育只包含Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3个时期。60 dph时,精巢和卵巢均处于Ⅰ期;90 dph时,精巢发育至Ⅱ期,卵巢仍处于Ⅰ期;120 dph时,超过半数的精巢已进入 Ⅲ期,仅少部分卵巢发育至Ⅱ期;150 dph时,精巢已达Ⅲ期,而大部分卵巢发育至Ⅱ期;185 dph时,精巢仍为Ⅲ期,卵巢均已进入Ⅱ期;210 dph时,大部分精巢达Ⅳ期,卵巢仍处于Ⅱ期;360 dph时,精巢已进入Ⅴ期,大部分卵巢发育至Ⅲ期。上述研究结果可丰富军曹鱼的繁殖生物学研究基础,阐明其早期性腺发育规律,还可为其人工繁殖提供理论依据。
巴厘岛海域海洋内波的卫星遥感观测与数值模拟分析—4·21印尼潜艇失事事件原因初探
梁建军, 贾童, 蔡夕方, 李晓明
摘要:
基于巴厘岛北部海域海洋内波卫星遥感观测与数值模拟结果,本文对4·21印尼潜艇失踪事件原因进行了初步分析。结果表明,在印尼潜艇失事海域和时间,源于龙目海峡的海洋内波向北传播并广泛分布于巴厘岛北部海域,振幅可达50 m。潜艇很可能遭遇了大振幅海洋内波发生“掉深”而导致失事。
GPM微波成像仪资料同化对台风“麦德姆”路径预报的影响研究
沈菲菲, 闵锦忠, 李泓, 许冬梅, 邢建勇, 束艾青, 宋丽欣
摘要:
基于中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)及其三维变分同化系统(Three Dimensional Variational Data Assimilation System,3DVAR),自主构建了新的探测仪器GMI(Global Precipitation Measurement (GPM) Microwave Imager)微波成像仪的同化模块。本文以2014年太平洋台风季中台风“麦德姆”(Matmo)为例,实现了GMI微波成像仪资料在登陆台风中的有效应用。试验结果表明:晴空条件下GMI微波成像仪资料同化能够对模式背景场中的台风位置进行有效修正。与没有同化该资料的控制试验相比,同化GMI微波成像仪资料可以有效改进台风的暖心结构,同时使得台风涡旋环流结构增强,并进而提高了对台风路径的预报水平。
近10年黄、渤海海域入海气旋的统计特征和加强原因分析
朱男男, 熊秋芬, 胡田田, 马建铭, 王亚男
, doi: 10.12284/hyxb2021089
摘要:
利用2008−2018年逐小时自动站资料、常规地面高空观测资料、NCEP-FNL资料,统计黄、渤海7级及以上气旋大风过程,围绕气旋加深率和气压梯度讨论气象因子与气旋强度和发展关系,根据Petterssen地面气旋发展公式讨论温度平流、涡度平流和非绝热加热在气旋中的作用。结果表明:(1) 70.5%气旋入海后加强,14.7%成为爆发性气旋,17.6%气旋入海过程强度不变,11.7%气旋入海后减弱。影响黄、渤海的温带气旋过程主要发生在秋季,春冬季次之,夏季一次也没有出现过。入海发展的气旋多位于200 hPa高空急流出口左侧或者分流辐散区,入海减弱的气旋多位于高空急流出口右侧。(2)影响黄、渤海域的气旋有3类:自西北向东南移动的蒙古气旋(17.6%);自西向东移动的黄河气旋(49%);自西南向东北移动的江(黄)淮气旋(33.4%)。江(黄)淮气旋在秋季容易发展为爆发性气旋。黄河气旋和蒙古气旋入海后最大风区域通常出现在气旋的西北象限(或偏西象限),江(黄)淮气旋最大风区域出现在气旋的东南象限。(3)温度平流是气旋入海发展最重要的物理量因子,温度平流对气旋入海发展比对气旋强度更敏感。5次爆发性气旋过程中温度平流和涡度平流均高于其他气旋过程。非绝热加热与气旋强度的相关性较强,与气旋发展相关性弱。(4)江(黄)淮气旋过程中温度平流和非绝热加热较强,黄河气旋过程中涡度平流较强,涡度平流和非绝热加热对蒙古气旋的作用较弱。
南流江河口桐花树生物动力地貌过程研究
王日明, 戴志军, 黄鹄, 龙楚琪, 梁喜幸, 黎树式
, doi: 10.12284/hyxb2021108
摘要:
桐花树作为红树林种群的先锋植物,其发育扩展和立地潮滩地貌变化的耦合过程是红树林生物动力地貌及生态修复研究关注的核心内容之一。本文基于2005−2019年高分辨率遥感影像、2019年10月至2020年10月的桐花树潮滩逐月沉沙量及其种群样方统计等资料,分析桐花树在南流江河口潮滩的变化特征及其与桐花树种群扩张的耦合机制。结果表明:(1)南流江河口堤外潮滩是桐花树种群的主要立地区,成年、幼年及胚胎桐花树呈带状依次出现在高潮滩、中潮滩及平均海平面附近。以平均海平面为基面,南流江河口高程为0.07 m的潮滩为桐花树一年生幼苗生长极限位置;(2)南流江河口桐花树自西北向东南快速向海扩张的格局与潮滩向海淤积前展维持一致,潮滩滩位升高成为宜林滩地是桐花树向海扩张的基础;(3)桐花树种群的消浪作用减缓水动力强度,促进泥沙在潮滩沉积,由此加速潮滩发育;低潮滩淤涨为中潮滩、高潮滩,为桐花树种群扩张提供立地条件,促进种群发育扩张。
基于DNA条形码的长江口鱼类浮游生物形态分类研究
刘守海, 杨旖祎, 何彦龙, 季晓, 王宇坛, 张海景, 毛如意, 蒋晓山, 程祥圣
, doi: 10.12284/hyxb2021062
摘要:
DNA条形码技术是利用一段较短的DNA序列实现快速准确物种鉴定的工具。本研究采用传统形态学和DNA条形码技术相结合,对长江口及其邻近水域的鱼类浮游生物种类进行准确鉴定,并对部分种类仔稚鱼进行了形态学描述。结果表明:2016年春、夏季和2017年夏季共获得鱼类浮游生物55种,隶属9目19科。其中鲈形目种类数最多,为35种。鱼类浮游生物在类群上季节变化不明显,但在种类上有明显的季节变化。仅有凤鲚(Coilia mystus)、日本鳀(Engraulis japonius)和小黄鱼(Larimichthys polyactis)在春、夏季同时出现。首次描述了龙头鱼(Harpadon nehereus)仔、稚鱼阶段的形态特征;对龙头鱼、前鳞龟鰉(Chelon affinis)、四指马鲅(Eleutheronema tetradactylum)、少鳞鱚(Sillago japonica)和日本须鳎(Paraplagusia japonica)这5种仔、稚鱼的可量性状、鳍的发育、黑色素的分布等情况进行了描述,绘制了仔、稚鱼形态图。以上研究可为河口鱼类育幼场的研究提供科学依据,也为鱼类早期发育阶段分类资料的积累探索新途径。
基于三维相空间法和稳健估算法的ADV流速数据后置处理效果研究
钟纯怿, 张俊波, 杨振昊, 季舒恒, 万荣
, doi: 10.12284/hyxb2021132
摘要:
水流是影响藤壶、牡蛎、藻类等水生生物能否成功附着在渔业装备上的重要环境因素,水体流速的变化会改变藻类新陈代谢过程,制约藤壶与牡蛎幼虫大面积扩散。流速测量数据的准确性对研究渔业装备上附着生物的附着机制起到至关重要的作用。多普勒流速仪(ADV)是测量水体流速的重要设备。然而,水体中的气泡、大颗粒悬浮物等因素会影响ADV的相关系数和信噪比,从而导致流速数据中产生野点,降低了数据的准确性。本文基于国内外主流算法稳健估算法与三维相空间法,以ADV实际测量的流速数据为例,对比研究两种后置处理方法的检测效果。结果显示,稳健估算法平均检出率为4.95%,峰度系数平均下降77.71%,相空间法平均检出率为14.60%,峰度系数平均下降84.05%。综合分析,相空间法处理效果较好,其检测准确性高于稳健估算法,但存在过处理现象。建议在处理野点含量低于5%的数据时选用相空间法,而对于野点偏离样本平均值较远的数据时,可以选用稳健估算法。本文对降低流速数据误差,为准确定量研究水流对渔业装备附着生物的附着量与种类影响有着重要的意义。
上新世/更新世之交太平洋经向翻转流演化
范维佳, 韩喜球, 邱中炎, 叶黎明, 郭栋山
摘要:
随着北半球冰盖的发育,全球气候环境发生了显著变化。太平洋经向翻转流(PMOC)对全球海洋热量分配和大气CO2在深海的封存起举足轻重的作用,但是关于PMOC与北半球冰盖的形成之间的关系还欠缺研究。本文收集了太平洋海山富钴结壳的Nd同位素记录,通过对比不同区域Nd同位素记录的演化特征,分析风尘输入、水团演化等因素对Nd同位素记录的影响,探讨了太平洋经向翻转流演化及其与全球气候变化之间的关系,认为北太平洋深层水下沉的停滞和亚洲风尘输入增加可能是导致深层水Nd同位素从3~4 Ma开始降低的原因。同时,因北太平洋深层水下沉停滞,PMOC改组,使得更多的CO2在深水封存,从而对全球气候变冷和北半球冰盖形成产生了积极的贡献。
海南岛崖州湾表层沉积物空间分布特征及其受控机制
瞿洪宝, 苟鹏飞, 孙龙飞, 刘刚, 韩孝辉, 龙根元
摘要:
基于崖州湾海域141个表层沉积物粒度分析数据,研究表层沉积物的粒级组分、粒度参数及其沉积动力环境特征。结果表明,研究区底质类型主要有泥质砂质砾、砾质泥质砂、砂、粉砂质砂、砂质粉砂和粉砂6种,以砂质粉砂分布最为广泛;粒径总体趋势表现为自北向南由细变粗再变细的NEE条带状分布特征,分选系数总体偏高,反映了该区复杂的物源和水动力条件。运用Flemming三角图式,结合粒度象、研究区物源、水动力条件及地形特征,将研究区划分为3个沉积环境:近岸主要受控于波浪掀沙和搬运作用,粒径较细,表现为波控沉积特征;中部主要受控于径流、波浪和潮流共同作用,粒径粗,分选差,表现为河口沉积特征;南部主要受控于潮流输沙作用,波浪作用减弱,粒径细,分选相对较好,表现为相对低能的沉积环境。沉积物输移趋势分析显示研究区中西部为一沉积物汇聚中心,近岸侵蚀物质、宁远河输运物质以及外海潮流输运物质均向该处运移。
低温胁迫对军曹鱼幼鱼脂代谢相关基因表达的影响
蔡润佳, 张静, 黄建盛, 施钢, 潘传豪, 谢瑞涛, 陈刚, 张健东, 王忠良, 汤保贵
, doi: 10.12284/hyxb2021122
摘要:
将两组军曹鱼(Rachycentron canadum)幼鱼分别在常温(30.5±1.0)℃和低温(20.0±0.5)℃环境下饲养7 d,并于第1天、第4天、第7天3个时间点采集肝脏、肌肉和腹腔脂肪,利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析5个脂代谢相关基因的表达变化情况,以探究低温胁迫对军曹鱼脂质合成与分解代谢的影响。结果显示,低温1 d时肝脏的肉碱脂酰基转移酶-1基因(cpt-1)、脂肪激素敏感脂肪酶基因(hsl)以及肌肉的cpt-1hsl、单酰基甘油酯酶基因(mgl)等显著上调(p<0.05),肝脏、肌肉的乙酰辅酶A羧化酶基因(acc)和脂肪酸合成酶基因(fas)以及腹腔脂肪(IPF)5个脂代谢相关基因均显著下调(p<0.05);第4天时肝脏的cpt-1hslmgl和肌肉的hslmglaccfas以及IPF的cpt-1hslmglacc等表达上调(p<0.05),肝脏的accfas显著下调(p<0.05);第7天时肝脏和IPF的cpt-1hslmglacc和肌肉的hslmglacc等表达上调(p<0.05),肌肉cpt-1和肝脏fas显著下调(p<0.05)。结果表明,军曹鱼在低温胁迫前期通过抑制脂合成代谢,促进肝脏和肌肉中的脂质水解,抑制腹腔脂肪的脂质分解来响应低温胁迫;在低温胁迫后期,军曹鱼脂合成和分解代谢均显著提高,且利用脂肪酸提供能量的主要组织由前期的肝脏和肌肉转变为肝脏和腹腔脂肪。
新一代静止气象卫星葵花8号的晴空红外辐射率资料同化对台风“天鸽”的预报影响研究
许冬梅, 沈菲菲, 李泓, 刘瑞霞, 王易, 束艾青
, doi: 10.12284/hyxb2021091
摘要:
本文以2017年第13号台风“天鸽”(“Hato”)为例,在WRFDA同化系统中结合日本葵花8号(Himawari-8)资料,通过同化Himawari-8晴空红外辐射率资料并进一步考察其对台风“天鸽”的结构、强度、路径分析和预报的影响。研究结果表明:同化Himawari-8晴空红外辐射率资料对台风背景场的水汽相关变量分析有显著改进,对背景场中的台风水汽信息有一定的改进作用。与控制实验,即没有同化Himawari-8晴空红外辐射率资料的实验相比,加入同化实验对台风“天鸽”的风场、500 hPa气压场的分析效果有所提高,台风气旋性环流加强,并进一步改进了对台风“天鸽”的路径、台风中心最低气压和近中心最大风速的预报。平均路径误差、降水预报,相对于常规观测变量的均方根误差均有所改善。
岸外沙洲潮间带地形的增强型遥感构建方法
周永, 张东, 邓慧丽, 徐南, 张慧铭, 郝昕, 沈永明
摘要:
水边线法是潮间带地形遥感反演的重要方法。针对常规水边线方法在应用于地形多变的岸外沙洲潮间带数字高程模型(DEM)构建中出现的水边线交叉和缺乏表现潮沟微地形特征的问题,本文提出了一种增强型地形遥感构建方法:首先通过潮位排序,筛选出具有正确高程变化趋势、空间分离的水边线;然后对筛选过程中水边线位置相近的影像组按像元计算改进的归一化差值水体指数(MNDWI)并进行均值序列合成,提取出合成海陆边界线,二者共同构建出初始的潮间带DEM;进一步利用低潮期的潮沟边界线和中线生成潮沟DEM,通过潮沟镶嵌处理,最终获得可表达滩面微地形起伏的潮滩DEM。该方法在江苏岸外辐射沙洲中部核心区域的模拟应用表明,对比4条验证剖面的平均结果,高程平均绝对误差(MAE)为0.43 m,均方根误差(RMSE)为0.54 m,相关系数(r)为0.75,模拟高程与验证高程在剖面起伏形态变化方面具有良好的一致性,同时模拟DEM的空间破碎度小,能够反映更多的细节地形特征。该方法可为利用多源遥感数据构建考虑微地形变化的高精度潮间带地形DEM提供新的思路。
基于渔获量平均营养级的东印度洋渔业资源可持续利用评价
鲁泉, 苏雪, 方舟, 陈新军
, doi: 10.12284/hyxb2021104
摘要:
渔业资源可持续利用是渔业经济可持续发展的基础。本文根据联合国粮农组织提供的1950−2018年东印度洋渔业生产统计数据,结合Fishbase提供的相关鱼种的营养级,探讨了69年间东印度洋渔获量平均营养级(mean trophic level,MTL)以及营养级平衡指数的长期变化趋势,以此来判定其渔业资源可持续利用状况。研究认为,1950−2018年东印度洋渔获量呈现稳步增长趋势,其中云鲥(Tenualosa ilisha)、鲱鱼(Clupea pallasi)、印度鲭(Rastrelliger kanagurta)为重要渔获种类,其累计年产量占总产量的比重均在10%以上。MTL变动大致可分3个阶段:1950−1974年渔获MTL总体处在高位,其值范围为3.39~3.71,平均值为3.60±0.07,期间年渔获量呈现稳定的增长趋势,平均年增长率为6.4%;1975−1999年渔获MTL呈现波动,其值范围为3.21~3.47,平均值为3.35±0.08,期间年渔获量呈现稳定的小幅度增长趋势,平均年增长率为4.8%;2000−2018年渔获MTL年间波动较小,其值为3.31~3.43,平均值为3.38±0.03,期间年渔获量呈现缓慢稳定的增长趋势,平均年增长率为1.6%。3个阶段的平均营养级平衡指数分别为0.59±0.22、0.94±0.14、1.25±0.04,其值呈现稳定的增长趋势且年间变化幅度越来越小,说明其群落结构越来越趋稳定。渔业资源的开发利用程度增加,而MTL下降程度较小,营养级平衡指数呈现上升趋势,说明渔获量的增加能够弥补MTL的下降;且仅统计营养级大于3.25的种类时,1950−1974年、1975−1999年、2000−2018年3个阶段的MTL平均值分别为4.16±0.04、4.18±0.04、4.19±0.03,呈现小幅稳定增长的趋势,表明高营养级种群渔业资源未受到破坏。研究认为,东印度洋海洋生态系统稳定,高营养级种群渔业资源处于未充分开发状态。
南海台西南盆地南部海域19 ka以来沉积物物源与输运机制分析
唐荣, 冯秀丽, 冯利, 肖晓, 刘爽
, doi: 10.12284/hyxb2021090
摘要:
通过对南海台西南盆地南部海域TS6岩芯沉积物样品稀土元素地球化学特征和黏土矿物组合进行分析,探讨了研究区近19 ka (末次冰消期)以来沉积物物质来源、输运机制及物源变化特征。物源综合分析结果显示,台湾河流是研究区沉积物的主要源区,其中台湾西部河流较东部河流贡献更大,珠江也为研究区输送了部分沉积物。由于各源区物质主要黏土矿物种类及含量存在较大差异,研究区沉积物黏土矿物中的伊利石和绿泥石主要由台湾河流提供;高岭石主要由珠江提供,含量较少的蒙脱石由东南部的吕宋岛提供。末次冰消期以来,研究区陆源物质输入量受控于海平面变化而逐渐减少,黏土矿物组合反映的物源变化主要受控于气候和洋流变化,还可能叠加了多种因素的影响。
珠江口盆地开平凹陷断裂构造特征与动力学机制探讨
王嘉, 栾锡武, 何兵寿, 冉伟民, 魏新元, 胡庆, 韦明盟, 龚梁轩
, doi: 10.12284/hyxb2021082
摘要:
珠江口盆地作为南海北部陆缘勘探程度较高的含油气盆地,断裂特征分析对认识盆地演化模式和油气成藏机理至关重要。根据高分辨率地震数据和钻井资料对盆地西南部开平凹陷进行精细地震地质解释,依据断裂级别与规模将该区断裂构造类型划分为一级控盆断裂、二级控凹断裂、三级控带断裂以及四级控圈断裂;在地震剖面上识别出“Y”字型断层、阶梯状断层及卷心型断层等多种剖面组合样式;根据断裂平面分布图识别出平行式、雁列式、斜交式3种平面组合类型;定量统计断裂走向特征可知,在右旋应力场作用下,自始新世到早中新世断裂走向持续发生近NE→EW→近NW向的顺时针旋转,且断裂活动性逐渐减弱。并认为受印度‒欧亚板块碰撞、太平洋板块俯冲后撤和古南海持续南移的影响,盆地形成典型的伸展拉张应力场环境,促成始新世‒渐新世期间近NE向、EW向和中新世期间发育的近NW向3组断裂发育。对开平凹陷的地质构造特征加以解释补充,为南海北缘洋陆过渡带的发育特性和成因机制提供参考。
西沙群岛宣德环礁的精细水下地貌组合特征及其成因机制
何其江, 刘刚, 王雪木, 郑志锋, 段轲, 韩孝辉, 沈爱斯
, doi: 10.12284/hyxb2021078
摘要:
海底地形地貌及类型分布特征对指示区域地质构造影响、海平面升降、海洋水动力等有重要意义。本文通过侧扫声呐、单波束测深、表层沉积物取样等方法,分析了西沙群岛宣德环礁精细水下地貌组合特征,并探讨了其成因机制。结果表明:(1)宣德环礁为残缺型环礁类型,中部为潟湖沉积,礁盘之间形成西沙洲口门、“红草门”、环礁西缺口和环礁南缺口等4处水深超过60 m的深水口门,并首次识别了西沙洲口门;(2)宣德环礁水下地貌类型可划分为3级11类地貌类型。研究区的沙波及槽沟等动力地貌单元显示,宣德环礁浅水区海底特征地貌由盛行季风和波浪场所控制,深水口门形成的潮汐通道水体为塑造宣德环礁潟湖区动力地貌的主要因素。研究区东南部向海坡存在6级水下阶地,通过对比南海珊瑚礁阶地特征,宣德环礁向海坡阶地成因很可能是全球海平面变化和地壳沉降共同作用。
苏北辐射沙洲岸滩沉积物元素地球化学记录的百年尺度环境变化
赵一飞, 徐敏, 刘晴, 舒强, 王平
, doi: 10.12284/hyxb2021098
摘要:
苏北辐射沙洲是分布于江苏岸外的典型沉积堆积体,受长江、黄河泥沙供给和近岸潮流动力的共同影响,发育了典型的粉砂淤泥质潮滩,沉积物元素可以记录潮滩环境变化的重要信息。在辐射沙洲岸滩采集了3个短柱沉积物岩芯,建立可靠的年代框架,采用高分辨率XRF元素扫描仪进行地球化学元素测试,选用XRF信号强度高的14种元素进行聚类和相关性方法提取环境信息,研究过去百年尺度人类活动和海岸环境变化下的苏北辐射沙洲岸滩沉积环境变化。结果表明,该区典型潮滩剖面岩芯沉积物中Si、Ca和Fe元素相对含量较高,且自北向南其含量不断增加,Mn、Ba、Cu和Zn元素含量较低,在所有剖面含量变化不大。在垂向上,Si、Ca和Fe元素变化趋势一致,而Ni、Zn和S元素在不同柱状岩芯中呈现与Si、Ca和Fe相反的变化趋势。相关关系和聚类分析显示,Si、Ca和Fe元素之间具有较高的相关性,即具有近似的地球化学行为和一致的物质来源;与元素Ni、Cu和Zn呈负相关,暗示了这几种元素与前者具有不同的地球化学行为。苏北辐射沙洲潮滩沉积物沉积环境发生了明显变化且在不同区域呈现不同的变化规律,物质来源、水动力环境、人类活动等因素是导致沉积环境变化的主要原因。
基于个体的西北太平洋柔鱼冬春生群早期生活史阶段生态模型构建
李曰嵩, 白松麟, 余为, 张瑜, 陈新军
, doi: 10.12284/hyxb2021070
摘要:
为了对西北太平洋柔鱼冬春生群早期生活史阶段的生长、死亡、输运和分布等进行研究,将其生长、死亡等早期生物过程进行参数化,利用物理模型(FVCOM-Global)模拟生成北太平洋(10°~60°N,120°E~110°W)三维物理场,采用拉格朗日质点追踪的方法将物理模型和生物模型(基于个体模型)耦合,构建了基于个体的西北太平洋柔鱼冬春生群早期生活史阶段生态模型,并用此模型对1997–2010年冬春生群的输运分布进行数值模拟。模拟结果表明:在一定温度范围内,越靠近最适水温,冬春生群的生长速度越快,当日龄为38天时,胴长可达到11.76 mm,之后由指数生长逐渐变为线性生长;1997–2010年模拟补充量有年际的波动,在考虑冬春生群亲体数量不同的前提下得到的实际补充量最多和最少的年份分别是1999年和2009年;冬春生群在模拟阶段主要位于产卵场内,在25°N以南主要向西部输运,25°N以北逐渐呈向北和东北方向输运的趋势,尤其在输运后期受强流的影响较大;在垂直方向上,100 m水深以内的仔鱼占比将近一半。本研究能为西北太平洋柔鱼冬春生群的生态动力学深入研究奠定基础。
冬季大连砂质潮间带自由生活海洋线虫群落结构及多样性的比较
宋慧丽, 慕芳红, 孙燕, 华尔
摘要:
本研究于2015年12月在濒临渤海的大连夏家河子沙滩和濒临黄海的大连金沙滩采集海洋线虫样品,对两处砂质潮间带海洋线虫群落结构及多样性特征进行了研究。研究结果表明,两处砂质潮间带海洋线虫丰度、优势种、摄食结构及多样性差异显著。夏家河子海洋线虫平均丰度为(592.0±318.9) ind./10 cm2, 金沙滩海洋线虫平均丰度为(54.6±53.8) ind./10 cm2,显著低于夏家河子。共鉴定海洋线虫43种,共有种12个。夏家河子沙滩海洋线虫优势种为Daptonema sp.1、Daptonema sp.2、Theristus sp.1、Setosabatieria sp.1、Prochromadorella sp.1、Daptonema sp.3、Paracyatholaimus sp.1、Sabatieria breviseta,以非选择型沉积食性线虫为主;金沙滩海洋线虫优势种为Oncholaimus sp.1、Chromadorita sp.1、Theristus sp.2, Neochromadora sp.1、Enoplus sp.1、Prochromadorella sp.1,以杂食性或捕食性线虫为主。两处砂质潮间带海洋线虫种数S、丰富度指数d和香农威纳指数H'存在极显著的差异,其值均表现为夏家河子显著高于金沙滩。相似性分析结果显示,两处沙滩的海洋线虫群落结构存在显著差异。间隙水pH、沉积物有机质含量及中值粒径是引起海洋线虫群落结构及多样性差异的主要因子,其中,沉积物中值粒径对线虫群落特征的影响最为突出。就两处沙滩潮区差异而言,受沉积物粒径特征及pH的影响,夏家河子海洋线虫群落特征在不同潮区之间也存在差异,其低潮带海洋线虫多样性高于高、中潮带,杂食者和捕食者丰度高,反映其海洋线虫群落结构较复杂。金沙滩不同潮区的环境因子无显著差异,线虫群落结构及多样性潮区差异不显著,较为均一。此外,水动力对海洋线虫群落结构沙滩差异和潮区差异也产生重要影响。一方面,水动力通过影响不同粒径沉积物的沉积影响海洋线虫群落特征;另一方面,水动力可影响线虫的分散性,进而对其潮区分布产生影响。
林丽娜, 陈红霞, 刘娜
摘要:
东海南部海洋初级生产力与鲐鱼资源量变动关系的研究
官文江, 陈新军, 高峰, 李纲
摘要:
海洋初级生产力决定海洋渔业资源的潜在产量,我国应用海洋初级生产力方法估算渔业资源量亦已取得不少研究成果,但海洋生态系统中的营养控制机制复杂多样,将影响海洋初级生产力与鱼类资源量的关系。本文利用中国大型灯光围网渔业在东海南部渔场的鲐鱼(Scomber japonicus)捕捞数据与海洋净初级生产力的遥感资料分析了鲐鱼资源量变化与净初级生产力的关系,探讨了其生态系统营养控制机制。研究结果表明,净初级生产力与标准化CPUE(Catch Per Unit Effort)不存在显著的线性关系(P>0.05),但呈显著非线性关系(P<0.05),且这种非线性关系表现为倒抛物线,即鲐鱼资源量随净初级生产力的增加而提高,但当净初级生产力进一步增加,鲐鱼资源量则呈下降趋势。净初级生产力与标准化CPUE呈显著的倒抛物线关系表明生态系统存在上行控制机制,但并非受该机制完全控制。种间竞争或浮游动物资源量的变动均可能引起鲐鱼资源的相对丰度与净初级生产力呈倒抛物线关系。
新闻与观点
HY-1C/D卫星南极布伦特冰架冰裂缝变化与断裂过程监测
刘建强, 曾韬, 叶小敏, 刘金普, 马小峰
, doi: 10.12284/hyxb2021xxx
摘要:
海洋地质
南极Dome A至普里兹湾沿岸下降风特征
孙启振, 张占海, 付敏, 李春花, 秦听, 丁卓铭, 赵杰臣
, doi: 10.12284/hyxb2021079
摘要:
本文利用我国极地数值天气预报系统和美国南极中尺度预报系统的存档数据,分析了Dome A至普里兹湾沿岸地区下降风风场的时空分布和大气质量输送,给出了该地区下降风的基本特点。该地区下降风受南极冰盖地形影响强烈,艾默里冰架西侧等陡峭地区风速总体较大;下降风随季节变化较大,冬季的下降风较强。强下降风在前进过程中有绝热增温现象,并给艾默里冰架西部带来近表层升温。下降风风速最大处位于地面以上约100~200 m高度,风速较大地区的下降风较为深厚。下降风在普里兹湾沿岸的表层大气质量通量输送在时空分布上极不均匀,艾默里冰架西侧的下降风气流较强时,普里兹湾海域有较多的中尺度气旋活动。下降风引发普里兹湾中尺度气旋旋生的过程值得关注,需进一步研究下降风引发中尺度气旋的机理。