当期目录
2025, 47(6): 1-12.
doi: 10.12284/hyxb2025053
摘要:
本文利用热带西太平洋采薇海山底部的锚系观测资料和数值模式，分析海山底部反气旋急流的不对称性特征和机制。底部海流的观测结果显示，在海山底部存在东西方向上显著不对称的反气旋急流现象。双层模式再现了理想海山的底部流场结构及其不对称性特征。进一步分析表明，不对称性的主要来源是背景流的能量输入、β效应引发的涡度变化。文中依次分析了海山各个方位的流场特征，并详细解释了涡度变化如何影响底部急流及其不对称特征。此外，本文还讨论了其他环境参数（如底摩擦系数、约化重力）改变时对底部急流的影响。
本文利用热带西太平洋采薇海山底部的锚系观测资料和数值模式，分析海山底部反气旋急流的不对称性特征和机制。底部海流的观测结果显示，在海山底部存在东西方向上显著不对称的反气旋急流现象。双层模式再现了理想海山的底部流场结构及其不对称性特征。进一步分析表明，不对称性的主要来源是背景流的能量输入、β效应引发的涡度变化。文中依次分析了海山各个方位的流场特征，并详细解释了涡度变化如何影响底部急流及其不对称特征。此外，本文还讨论了其他环境参数（如底摩擦系数、约化重力）改变时对底部急流的影响。
2025, 47(6): 13-21.
doi: 10.12284/hyxb2025051
摘要:
卫星高度计数据提供了大范围、长期稳定的海洋流场信息，但其较低的分辨率可能影响基于该数据计算的拉格朗日流体粒子轨迹的准确性。本文采用浮标轨迹及叶绿素结构演变对比的方法，系统评估了基于高度计数据的拉格朗日流体粒子轨迹的可靠性。结果表明，该方法能较好地刻画中尺度海洋运动特征，流体粒子轨迹在整体趋势上与实际浮标轨迹匹配度较高，尤其在旋转运动模式中具有较好的跟踪能力。然而，该轨迹对中小尺度运动的敏感性较低，运动速度偏慢，难以准确捕捉短周期扰动。进一步分析发现，流体粒子轨迹在30 d内能较稳定地追踪叶绿素结构的演变，表明其适用于中尺度海洋现象研究。该研究为高度计数据在拉格朗日分析中的应用提供了科学依据，并对海洋环流和生态过程的研究具有重要参考价值。
卫星高度计数据提供了大范围、长期稳定的海洋流场信息，但其较低的分辨率可能影响基于该数据计算的拉格朗日流体粒子轨迹的准确性。本文采用浮标轨迹及叶绿素结构演变对比的方法，系统评估了基于高度计数据的拉格朗日流体粒子轨迹的可靠性。结果表明，该方法能较好地刻画中尺度海洋运动特征，流体粒子轨迹在整体趋势上与实际浮标轨迹匹配度较高，尤其在旋转运动模式中具有较好的跟踪能力。然而，该轨迹对中小尺度运动的敏感性较低，运动速度偏慢，难以准确捕捉短周期扰动。进一步分析发现，流体粒子轨迹在30 d内能较稳定地追踪叶绿素结构的演变，表明其适用于中尺度海洋现象研究。该研究为高度计数据在拉格朗日分析中的应用提供了科学依据，并对海洋环流和生态过程的研究具有重要参考价值。
2025, 47(6): 22-32.
doi: 10.12284/hyxb2025047
摘要:
海水中溶存CO2含量在一定程度上影响全球气候的变化，影响海洋生物的生长，控制海底碳酸盐岩的形成，是海洋环境、海底矿产资源以及海洋生物调查与评价的重要指标之一，对于海底矿产的勘探开发、海洋环境监测、海水及海底沉积物碳循环乃至全球碳循环的研究具有重要的学术价值。检测水中游离CO2通常采用滴定法或亨利法，滴定法适用于检测地下水中游离CO2的含量，目标通常为单个样品；亨利法更适用于海水中游离CO2含量的检测，尤其适用船载现场采自同一海域的批量同源海水样品，检测结果主要基于CO2在水中的理论亨利常数，但由于不同海水的温度、盐度、成分不同，其CO2的亨利常数并不相同，需要先行测定海水样品中CO2的亨利常数。本文依据质量守恒定律和CO2在海水中的溶解规律，设计了测定海水中CO2亨利常数的差量平衡法，预先构建多个不同质量、体积的气液平衡体系，再根据平衡体系间CO2物质的量的差值求算CO2亨利常数。应用差量平衡法测定了24个南海神狐海域分层海水样品中CO2的亨利常数值，并通过多体系转换重合实验验证了差量平衡法的科学性与可行性。
海水中溶存CO2含量在一定程度上影响全球气候的变化，影响海洋生物的生长，控制海底碳酸盐岩的形成，是海洋环境、海底矿产资源以及海洋生物调查与评价的重要指标之一，对于海底矿产的勘探开发、海洋环境监测、海水及海底沉积物碳循环乃至全球碳循环的研究具有重要的学术价值。检测水中游离CO2通常采用滴定法或亨利法，滴定法适用于检测地下水中游离CO2的含量，目标通常为单个样品；亨利法更适用于海水中游离CO2含量的检测，尤其适用船载现场采自同一海域的批量同源海水样品，检测结果主要基于CO2在水中的理论亨利常数，但由于不同海水的温度、盐度、成分不同，其CO2的亨利常数并不相同，需要先行测定海水样品中CO2的亨利常数。本文依据质量守恒定律和CO2在海水中的溶解规律，设计了测定海水中CO2亨利常数的差量平衡法，预先构建多个不同质量、体积的气液平衡体系，再根据平衡体系间CO2物质的量的差值求算CO2亨利常数。应用差量平衡法测定了24个南海神狐海域分层海水样品中CO2的亨利常数值，并通过多体系转换重合实验验证了差量平衡法的科学性与可行性。
2025, 47(6): 33-46.
doi: 10.12284/hyxb2025061
摘要:
厄尔尼诺−南方涛动（El Niño-Southern Oscillation，ENSO）作为气候系统中最强的年际变率信号，可对全球的天气和气候产生重要的影响。在全球变暖下，ENSO的演变愈发呈现出复杂、多样的特征，其模拟与预测已成为气候领域极具挑战性的课题。本研究引入基于 Transformer 架构开发的热带海气系统多变量智能预测模型——3D-Geoformer，开展 ENSO 预测的误差分析及订正研究。3D-Geoformer 模型不同于多数智能模型的仅对 ENSO 相关的单变量场或时间序列进行预测，实现了对热带太平洋海气系统多变量三维场的准确表征和预测，保证了 ENSO 预测所需物理过程的完整性。同时，本文针对3D-Geoformer 模型在ENSO中存在的春季预测技巧低、赤道西太平洋海表温度（SST）预测能力较弱和极端 ENSO 事件预测强度偏低等问题，提出了基于经验正交分解（EOF）的季节预测误差订正技术，并应用于对3D-Geoformer预测结果的订正检验。在订正关系构建阶段，通过对 1983−2009 年的多变量预测场和预测误差场进行EOF分析，构建二者主成分序列间的线性关系，并用于后续误差订正。在测试阶段，利用预测场的EOF主成分系数以及与误差场主成分的线性关系，便可算出对应的预测误差场主成分，进而得到预测误差场和校正的预测场。结果显示，使用3D-Geoformer模型对赤道西太平洋海表温度预测时，预测误差在0.15℃ 以下；赤道中东太平洋SST预测误差缩减46.7%。通过比较EOF订正前后的3D-Geoformer模型对赤道太平洋SST预测结果的异常相关系数（ACC）的差值，结果发现，ACC的差值均有正值区，表明经过EOF订正后的模型预测准确度提高，且优化了3D-Geoformer模型在训练过程中使用第6次耦合模式比较计划（CMIP6）的气候模式数据引起的“冷舌偏差”问题。模型对提前12个月对2015−2016年El Niño的预测订正结果显示，赤道西太平洋地区SST误差控制在0.5℃以内，赤道东太平洋SST预测误差减小约75%，误差范围缩至±0.5℃以内。本研究揭示了基于EOF分解的季节预测误差订正方法在改善模式预测中的应用价值，为进一步提高智能模型预测ENSO的精度提供了新方法，也为地球科学领域相关的模拟预测、误差分析研究提供了新思路。
厄尔尼诺−南方涛动（El Niño-Southern Oscillation，ENSO）作为气候系统中最强的年际变率信号，可对全球的天气和气候产生重要的影响。在全球变暖下，ENSO的演变愈发呈现出复杂、多样的特征，其模拟与预测已成为气候领域极具挑战性的课题。本研究引入基于 Transformer 架构开发的热带海气系统多变量智能预测模型——3D-Geoformer，开展 ENSO 预测的误差分析及订正研究。3D-Geoformer 模型不同于多数智能模型的仅对 ENSO 相关的单变量场或时间序列进行预测，实现了对热带太平洋海气系统多变量三维场的准确表征和预测，保证了 ENSO 预测所需物理过程的完整性。同时，本文针对3D-Geoformer 模型在ENSO中存在的春季预测技巧低、赤道西太平洋海表温度（SST）预测能力较弱和极端 ENSO 事件预测强度偏低等问题，提出了基于经验正交分解（EOF）的季节预测误差订正技术，并应用于对3D-Geoformer预测结果的订正检验。在订正关系构建阶段，通过对 1983−2009 年的多变量预测场和预测误差场进行EOF分析，构建二者主成分序列间的线性关系，并用于后续误差订正。在测试阶段，利用预测场的EOF主成分系数以及与误差场主成分的线性关系，便可算出对应的预测误差场主成分，进而得到预测误差场和校正的预测场。结果显示，使用3D-Geoformer模型对赤道西太平洋海表温度预测时，预测误差在0.15℃ 以下；赤道中东太平洋SST预测误差缩减46.7%。通过比较EOF订正前后的3D-Geoformer模型对赤道太平洋SST预测结果的异常相关系数（ACC）的差值，结果发现，ACC的差值均有正值区，表明经过EOF订正后的模型预测准确度提高，且优化了3D-Geoformer模型在训练过程中使用第6次耦合模式比较计划（CMIP6）的气候模式数据引起的“冷舌偏差”问题。模型对提前12个月对2015−2016年El Niño的预测订正结果显示，赤道西太平洋地区SST误差控制在0.5℃以内，赤道东太平洋SST预测误差减小约75%，误差范围缩至±0.5℃以内。本研究揭示了基于EOF分解的季节预测误差订正方法在改善模式预测中的应用价值，为进一步提高智能模型预测ENSO的精度提供了新方法，也为地球科学领域相关的模拟预测、误差分析研究提供了新思路。
2025, 47(6): 47-60.
doi: 10.12284/hyxb2025055
摘要:
针对中尺度涡内声速剖面结构复杂且重构误差显著偏大的问题，本文采用多源卫星遥感数据和Argo剖面，结合随机森林算法和中尺度涡统一结构模型，提出了PIRF-DEN模型。通过将海表面温度、高度异常、盐度、密度等海表环境参数与Argo密度作为输入，建立了“水面−水下”声速映射关系。同时，基于中尺度涡统一结构模型重构涡旋内密度场，将海表环境参数和涡旋重构密度输入映射关系并重构了涡旋内声速剖面。研究结果表明，PIRF-DEN模型显著提高了声速剖面的重构精度，平均绝对误差和均方根误差分别降至0.8324 m/s和1.3869 m/s，较传统的sEOF-r方法降低了87.3%和83.7%，且声速重构精度和稳定性优于现有模型。
针对中尺度涡内声速剖面结构复杂且重构误差显著偏大的问题，本文采用多源卫星遥感数据和Argo剖面，结合随机森林算法和中尺度涡统一结构模型，提出了PIRF-DEN模型。通过将海表面温度、高度异常、盐度、密度等海表环境参数与Argo密度作为输入，建立了“水面−水下”声速映射关系。同时，基于中尺度涡统一结构模型重构涡旋内密度场，将海表环境参数和涡旋重构密度输入映射关系并重构了涡旋内声速剖面。研究结果表明，PIRF-DEN模型显著提高了声速剖面的重构精度，平均绝对误差和均方根误差分别降至
2025, 47(6): 61-72.
doi: 10.12284/hyxb2025057
摘要:
海洋中的混合浪通常由风浪和涌浪以一定比例组成，因研究和应用等需求经常需要分离其中的风浪和涌浪。本文针对现有4种代表性一维谱风涌分离方法（1D法）：PM法(Pierson-Moskowitz)、改进的PM法、JP法(Jesús-Portilla)和频谱积分法，利用中法海洋卫星上搭载的波谱仪提供的二维海浪谱数据，对比分析了纯风浪、风浪为主、涌浪为主和纯涌浪4种海浪主导情况下的分离结果，结果表明：（1）PM法和改进的PM法分别在风浪为主和涌浪为主时各有更好的分离效果；（2）JP法整体表现较差，对不同海浪主导条件的响应不敏感；频谱积分法在风浪占比较大时效果更佳；（3）随着混合浪中涌浪比例的增加，适当增大PM法中分离频率的比例系数可提升分离精度。在此基础上结合波龄提出了一种分段PM法，通过调整分离频率的比例系数，在风浪主导和涌浪主导的条件下分别取1.03和1.1时，得到的分离结果更为精确。
海洋中的混合浪通常由风浪和涌浪以一定比例组成，因研究和应用等需求经常需要分离其中的风浪和涌浪。本文针对现有4种代表性一维谱风涌分离方法（1D法）：PM法(Pierson-Moskowitz)、改进的PM法、JP法(Jesús-Portilla)和频谱积分法，利用中法海洋卫星上搭载的波谱仪提供的二维海浪谱数据，对比分析了纯风浪、风浪为主、涌浪为主和纯涌浪4种海浪主导情况下的分离结果，结果表明：（1）PM法和改进的PM法分别在风浪为主和涌浪为主时各有更好的分离效果；（2）JP法整体表现较差，对不同海浪主导条件的响应不敏感；频谱积分法在风浪占比较大时效果更佳；（3）随着混合浪中涌浪比例的增加，适当增大PM法中分离频率的比例系数可提升分离精度。在此基础上结合波龄提出了一种分段PM法，通过调整分离频率的比例系数，在风浪主导和涌浪主导的条件下分别取1.03和1.1时，得到的分离结果更为精确。
2025, 47(6): 73-90.
doi: 10.12284/hyxb2025059
摘要:
寨英海相碳酸盐型锰矿床是华南地区南华裂谷盆地大塘坡组黑色页岩型海相含锰建造的重要组成部分。与盆地其他矿区大塘坡组锰矿石产状不同，寨英部分块状锰矿石含有独特的气泡构造。为探讨寨英海相含锰建造的成因机制，本文通过对寨英锰矿区野外地质调查取样，利用岩石学和地球化学方法对气泡状锰矿石、块状锰矿石及围岩黑色页岩全岩样品的主量元素含量、微量元素含量、有机碳同位素和碳酸盐稳定碳同位素组成等开展了研究。主要结果如下：（1）寨英锰矿石呈轻微的“帽式”稀土元素PAAS标准化配分模式。锰矿石明显的正Ce异常和氧化还原敏感元素U、V亏损的特征，表明锰矿沉积环境为氧化状态，锰最初以氧化物沉淀，与现代大洋海底水成型锰结核（壳）沉淀机制类似。围岩黑色页岩缺乏明显的正Ce异常并含有较多黄铁矿，指示其沉积环境为缺氧状态。（2）锰矿石富集轻碳同位素δ13Ccarb（−10.60‰～−8.53‰，平均−9.45‰），同地史时期大多数黑色页岩型海相碳酸锰矿床成矿过程类似，即锰氧化物作为电子受体氧化有机质为碳酸锰沉淀提供了主要碳源\begin{document}${\mathrm{HCO}}_{3}^- $\end{document} ![]()
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寨英海相碳酸盐型锰矿床是华南地区南华裂谷盆地大塘坡组黑色页岩型海相含锰建造的重要组成部分。与盆地其他矿区大塘坡组锰矿石产状不同，寨英部分块状锰矿石含有独特的气泡构造。为探讨寨英海相含锰建造的成因机制，本文通过对寨英锰矿区野外地质调查取样，利用岩石学和地球化学方法对气泡状锰矿石、块状锰矿石及围岩黑色页岩全岩样品的主量元素含量、微量元素含量、有机碳同位素和碳酸盐稳定碳同位素组成等开展了研究。主要结果如下：（1）寨英锰矿石呈轻微的“帽式”稀土元素PAAS标准化配分模式。锰矿石明显的正Ce异常和氧化还原敏感元素U、V亏损的特征，表明锰矿沉积环境为氧化状态，锰最初以氧化物沉淀，与现代大洋海底水成型锰结核（壳）沉淀机制类似。围岩黑色页岩缺乏明显的正Ce异常并含有较多黄铁矿，指示其沉积环境为缺氧状态。（2）锰矿石富集轻碳同位素δ13Ccarb（−10.60‰～−8.53‰，平均−9.45‰），同地史时期大多数黑色页岩型海相碳酸锰矿床成矿过程类似，即锰氧化物作为电子受体氧化有机质为碳酸锰沉淀提供了主要碳源
2025, 47(6): 91-101.
doi: 10.12284/hyxb2025049
摘要:
两千年来长江口南岸基本呈“边滩推展”的演变趋势，基本以每40 a约1 km的速度向海淤涨发育，是上海最重要的土地增长区和潮滩湿地资源，研究意义重大。本文基于1958−2019年南汇边滩冲淤特征、等深线变化及滩涂迁移速率等指标研究了南汇边滩近60 a来的演变特征，通过时空对比探讨了其增长方式、驱动因素和发展趋势。结果表明：(1) 1958−2019年间南汇边滩呈“缓慢淤积−快速淤积−近淤远冲−全面侵蚀”4个阶段性变化，此阶段−5 m等深线最快淤进和蚀退速率分别为460 m/a和270 m/a。(2) 人类活动已经成为了影响长江口南汇边滩演变的主要控制因素，其中流域拦河筑坝、长江口分汊口控制工程、边滩围垦造陆、航道疏浚采砂等变化性因素极大的影响了南汇边滩的演变，其中边滩围垦造陆与地形演化的相关性较强，相关系数达0.73。(3) 随着国家和上海对围填海的严格管控，未来南汇边滩将逐步达到新的冲淤平衡。建议尽早研究河口潮滩湿地的保护和治理措施，以应对未来可能出现的岸带灾害。
两千年来长江口南岸基本呈“边滩推展”的演变趋势，基本以每40 a约1 km的速度向海淤涨发育，是上海最重要的土地增长区和潮滩湿地资源，研究意义重大。本文基于1958−2019年南汇边滩冲淤特征、等深线变化及滩涂迁移速率等指标研究了南汇边滩近60 a来的演变特征，通过时空对比探讨了其增长方式、驱动因素和发展趋势。结果表明：(1) 1958−2019年间南汇边滩呈“缓慢淤积−快速淤积−近淤远冲−全面侵蚀”4个阶段性变化，此阶段−5 m等深线最快淤进和蚀退速率分别为460 m/a和270 m/a。(2) 人类活动已经成为了影响长江口南汇边滩演变的主要控制因素，其中流域拦河筑坝、长江口分汊口控制工程、边滩围垦造陆、航道疏浚采砂等变化性因素极大的影响了南汇边滩的演变，其中边滩围垦造陆与地形演化的相关性较强，相关系数达0.73。(3) 随着国家和上海对围填海的严格管控，未来南汇边滩将逐步达到新的冲淤平衡。建议尽早研究河口潮滩湿地的保护和治理措施，以应对未来可能出现的岸带灾害。
2025, 47(6): 102-118.
doi: 10.12284/hyxb2025043
摘要:
通过一系列海水培养实验，模拟外源微生物影响下浒苔在近海海域的降解情况。通过追踪培养体系中浒苔脂类生物标志物随培养时间的变化，探究外源微生物影响下浒苔在海水中的降解机制。结果表明，浒苔中不同存在形态的脂肪酸与中性脂在添加外源降解微生物与未添加外源微生物的培养体系中，其含量均呈现为先快速下降后缓慢下降或保持稳定的趋势。在外源微生物的影响下，浒苔脂肪酸与中性脂的降解率均有不同程度的提升。应用多元G（multi-G）模型对几种典型浒苔脂肪酸和中性脂的降解过程进行拟合，结果显示，这些脂类化合物在培养体系中都可以分为降解较快和较慢的部分，在添加外源微生物菌群的情况下，其降解速率均有不同程度的提升，幅度在20%～30%。在外源环境微生物的影响下，不同种类浒苔脂肪酸的降解率与降解速率没有显著差别。在海水中，结合态脂类化合物的降解速率与降解率均显著高于其游离态，显示浒苔脂类化合物的存在形态对其降解过程有显著影响。外源微生物的加入提高了浒苔脂类化合物降解较慢的部分的降解速率，从而在整体上促进了浒苔的降解。
通过一系列海水培养实验，模拟外源微生物影响下浒苔在近海海域的降解情况。通过追踪培养体系中浒苔脂类生物标志物随培养时间的变化，探究外源微生物影响下浒苔在海水中的降解机制。结果表明，浒苔中不同存在形态的脂肪酸与中性脂在添加外源降解微生物与未添加外源微生物的培养体系中，其含量均呈现为先快速下降后缓慢下降或保持稳定的趋势。在外源微生物的影响下，浒苔脂肪酸与中性脂的降解率均有不同程度的提升。应用多元G（multi-G）模型对几种典型浒苔脂肪酸和中性脂的降解过程进行拟合，结果显示，这些脂类化合物在培养体系中都可以分为降解较快和较慢的部分，在添加外源微生物菌群的情况下，其降解速率均有不同程度的提升，幅度在20%～30%。在外源环境微生物的影响下，不同种类浒苔脂肪酸的降解率与降解速率没有显著差别。在海水中，结合态脂类化合物的降解速率与降解率均显著高于其游离态，显示浒苔脂类化合物的存在形态对其降解过程有显著影响。外源微生物的加入提高了浒苔脂类化合物降解较慢的部分的降解速率，从而在整体上促进了浒苔的降解。
2025, 47(6): 119-128.
doi: 10.12284/hyxb2025037
摘要:
海上综合工程物探调查过程中，当缺少声学同步器时，多波束等其他声学设备发出的声脉冲对于浅地层剖面测量来说是一种噪声，作为一种干扰波会严重影响浅地层剖面资料的信噪比与分辨率。此类噪声在频率上与有效信号相近，振幅强且可能出现于地震记录的任何位置。尽管现有的中值滤波可以对此类干扰波进行压制，但也在一定程度上损害了有效信号。本文提出了一种改进的开关中值滤波方法，该方法首先基于MAD准则来判断浅地层剖面中的干扰波的位置，然后又使用中值滤波方法对干扰波附近的信号进行去噪处理，不含噪声的信号则不进行处理。利用该方法对南黄海陆架获得浅地层剖面进行处理，结果显示，与以往的方法相比，本文提出的改进的开关中值滤波法不但可以有效地衰减与多波束声脉冲类似的声学干扰波，而且尽可能地避免了有效信号的损失。
海上综合工程物探调查过程中，当缺少声学同步器时，多波束等其他声学设备发出的声脉冲对于浅地层剖面测量来说是一种噪声，作为一种干扰波会严重影响浅地层剖面资料的信噪比与分辨率。此类噪声在频率上与有效信号相近，振幅强且可能出现于地震记录的任何位置。尽管现有的中值滤波可以对此类干扰波进行压制，但也在一定程度上损害了有效信号。本文提出了一种改进的开关中值滤波方法，该方法首先基于MAD准则来判断浅地层剖面中的干扰波的位置，然后又使用中值滤波方法对干扰波附近的信号进行去噪处理，不含噪声的信号则不进行处理。利用该方法对南黄海陆架获得浅地层剖面进行处理，结果显示，与以往的方法相比，本文提出的改进的开关中值滤波法不但可以有效地衰减与多波束声脉冲类似的声学干扰波，而且尽可能地避免了有效信号的损失。
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