当期目录
2025, 47(8): 1-17.
doi: 10.12284/hyxb2025065
摘要:
观测表明，南海贯穿流（SCSTF）在北半球冬季输送至望加锡海峡南部的巨大淡水输运，能够通过“淡水阻塞”效应影响印尼贯穿流（ITF）。本文开展了一系列数值试验，发现当卡里马塔海峡盐度增大到和望加锡海峡相当之后，通过卡里马塔海峡的体积输运和淡水输运分别为3.52 Sv（1 Sv = 106 m3/s）和184.03 mSv，和控制试验相比分别增加了4.31%和减少了27.27%，而望加锡海峡上50 m的流量为0.11 Sv，和控制试验相比增加了34.69%；当卡里马塔海峡盐度降低0.1～0.6，卡里马塔海峡处的体积输运和淡水输运分别为3.37 Sv和294.44 mSv，和控制试验相比分别减少了1.57%和增加了16.37%，而望加锡海峡上50 m的流量为0.07 Sv，和控制试验相比减少了12.5%，证实了南海贯穿流淡水输运在其中的作用。和地形封闭试验相比，盐度松弛试验可以较大改变通过卡里马塔海峡的淡水通量，而较小改变通过卡里马塔海峡的体积通量，从而分析SCSTF的低盐度表层水对ITF的影响；同时本文还将松弛试验与降水关闭试验进行了对比，进一步验证了南海冬季低盐水通过卡里马塔海峡向爪哇海的输运对印尼贯穿流的重要影响。
观测表明，南海贯穿流（SCSTF）在北半球冬季输送至望加锡海峡南部的巨大淡水输运，能够通过“淡水阻塞”效应影响印尼贯穿流（ITF）。本文开展了一系列数值试验，发现当卡里马塔海峡盐度增大到和望加锡海峡相当之后，通过卡里马塔海峡的体积输运和淡水输运分别为3.52 Sv（1 Sv = 106 m3/s）和184.03 mSv，和控制试验相比分别增加了4.31%和减少了27.27%，而望加锡海峡上50 m的流量为0.11 Sv，和控制试验相比增加了34.69%；当卡里马塔海峡盐度降低0.1～0.6，卡里马塔海峡处的体积输运和淡水输运分别为3.37 Sv和294.44 mSv，和控制试验相比分别减少了1.57%和增加了16.37%，而望加锡海峡上50 m的流量为0.07 Sv，和控制试验相比减少了12.5%，证实了南海贯穿流淡水输运在其中的作用。和地形封闭试验相比，盐度松弛试验可以较大改变通过卡里马塔海峡的淡水通量，而较小改变通过卡里马塔海峡的体积通量，从而分析SCSTF的低盐度表层水对ITF的影响；同时本文还将松弛试验与降水关闭试验进行了对比，进一步验证了南海冬季低盐水通过卡里马塔海峡向爪哇海的输运对印尼贯穿流的重要影响。
2025, 47(8): 18-25.
doi: 10.12284/hyxb2025063
摘要:
本文基于实测波浪资料，结合随机波浪理论和JONSWAP谱，研究了南海西北部海域畸形波的发生概率；并通过浮标观测数据对该海域的畸形波个数和波浪要素进行了特征统计分析，同时探讨了有效波高与周期、风速等主要参数的关联特性。结果表明：南海西北部海域畸形波的发生概率为0.0059 %。分析该海域不同季节中有效波陡\begin{document}$ \delta $\end{document} ![]()
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本文基于实测波浪资料，结合随机波浪理论和JONSWAP谱，研究了南海西北部海域畸形波的发生概率；并通过浮标观测数据对该海域的畸形波个数和波浪要素进行了特征统计分析，同时探讨了有效波高与周期、风速等主要参数的关联特性。结果表明：南海西北部海域畸形波的发生概率为
2025, 47(8): 26-34.
doi: 10.12284/hyxb2025079
摘要:
珠江口是典型的亚热带大型河口，全日潮与半日潮相互作用显著，在全球气候变化和高强度人类活动叠加影响下，潮汐系统呈现显著变异特征。本研究针对全日潮（K1、O1）和半日潮（M2、S2）的非线性耦合机制，构建融合分潮振幅比、相对相位解析法与偏度理论的综合评估方法，系统揭示珠江河口正压潮变形的时空特征及其驱动机制。结果表明：潮汐不对称呈现湾口（落潮主导）向湾顶（涨潮主导）的转变特征，其主控机制由外海段的天文分潮组合（O1/K1/M2）主导逐步过渡为上游段的半日分潮（S2、M2）和浅水分潮（M4、MS4）共同作用；2010−2020年间上游分潮振幅衰减、相位增大，潮汐不对称由涨潮主导转为落潮主导，天文分潮相互作用的负不对称性增强，高频分潮的贡献减小；外海海域落潮主导的不对称性趋向减弱，天文−浅水分潮的相互作用表现为正不对称性；受大型基础设施建设、水资源配置工程及海平面上升等因素共同影响，岸线和地形特征均发生了显著改变，进而引发了潮汐动力系统的中长期调整。本研究为理解多尺度扰动下潮汐系统演变规律提供了新的分析框架，对河口综合治理具有重要参考价值。
珠江口是典型的亚热带大型河口，全日潮与半日潮相互作用显著，在全球气候变化和高强度人类活动叠加影响下，潮汐系统呈现显著变异特征。本研究针对全日潮（K1、O1）和半日潮（M2、S2）的非线性耦合机制，构建融合分潮振幅比、相对相位解析法与偏度理论的综合评估方法，系统揭示珠江河口正压潮变形的时空特征及其驱动机制。结果表明：潮汐不对称呈现湾口（落潮主导）向湾顶（涨潮主导）的转变特征，其主控机制由外海段的天文分潮组合（O1/K1/M2）主导逐步过渡为上游段的半日分潮（S2、M2）和浅水分潮（M4、MS4）共同作用；2010−2020年间上游分潮振幅衰减、相位增大，潮汐不对称由涨潮主导转为落潮主导，天文分潮相互作用的负不对称性增强，高频分潮的贡献减小；外海海域落潮主导的不对称性趋向减弱，天文−浅水分潮的相互作用表现为正不对称性；受大型基础设施建设、水资源配置工程及海平面上升等因素共同影响，岸线和地形特征均发生了显著改变，进而引发了潮汐动力系统的中长期调整。本研究为理解多尺度扰动下潮汐系统演变规律提供了新的分析框架，对河口综合治理具有重要参考价值。
2025, 47(8): 35-47.
doi: 10.12284/hyxb2025069
摘要:
动量通量的准确参数化是海洋和大气灾害预报、气候变化的核心问题。涌浪诱导的浪致雷诺（Wave Coherent，WC）应力是引起参数化不确定性的主要问题之一。基于2012年春季南海北部博贺海洋气象观测平台的大气湍流及海浪观测数据，本文使用协谱法提取WC应力。观测显示风向和涌浪方向垂直时，WC应力贡献接近0；当风向和浪向相近或者反向时，WC应力贡献可占总动量通量的20%～25%。为刻画WC应力，本文对比了Janssen（1991、J91方案）和Zou等（2024、Z24方案），发现源自剪切不稳定的J91方案给定的WC应力比观测小1～2个量级；而Z24方案与观测吻合较好；对比还显示J91方案给定的WC应力廓线随着高度单调递减，而Z24方案随着高度先增大后减小。两种WC应力参数化对湍流应力的影响反映在风廓线的差异上，J91方案给定的风廓线与基于传统Monin-Obukhov相似理论一致，而Z24方案显示涌浪排放能量时，由于WC应力最大值所在位置高度受大气稳定度影响，导致稳定（不稳定）时靠近（远离）海面的风速比J91方案大。本研究还给定了包含WC应力的参数化方案，并与COARE 3.5进行对比，结果显示本研究的参数化方案在风速区间3～7 m/s的相关系数上高于COARE 3.5，而整体样本偏差比COARE 3.5小。
动量通量的准确参数化是海洋和大气灾害预报、气候变化的核心问题。涌浪诱导的浪致雷诺（Wave Coherent，WC）应力是引起参数化不确定性的主要问题之一。基于2012年春季南海北部博贺海洋气象观测平台的大气湍流及海浪观测数据，本文使用协谱法提取WC应力。观测显示风向和涌浪方向垂直时，WC应力贡献接近0；当风向和浪向相近或者反向时，WC应力贡献可占总动量通量的20%～25%。为刻画WC应力，本文对比了Janssen（1991、J91方案）和Zou等（2024、Z24方案），发现源自剪切不稳定的J91方案给定的WC应力比观测小1～2个量级；而Z24方案与观测吻合较好；对比还显示J91方案给定的WC应力廓线随着高度单调递减，而Z24方案随着高度先增大后减小。两种WC应力参数化对湍流应力的影响反映在风廓线的差异上，J91方案给定的风廓线与基于传统Monin-Obukhov相似理论一致，而Z24方案显示涌浪排放能量时，由于WC应力最大值所在位置高度受大气稳定度影响，导致稳定（不稳定）时靠近（远离）海面的风速比J91方案大。本研究还给定了包含WC应力的参数化方案，并与COARE 3.5进行对比，结果显示本研究的参数化方案在风速区间3～7 m/s的相关系数上高于COARE 3.5，而整体样本偏差比COARE 3.5小。
2025, 47(8): 48-54.
doi: 10.12284/hyxb2025071
摘要:
为研究双扩散对流过程中流体黏性对通量的影响，本文设计了梯度浓度的双扩散试验，流体黏度随着浓度的增大而增大。在设计有中间挡板的试验水箱中注入根据糖盐组分质量分数精确配制的溶液，以控制盐指型密度稳定比在1.073，扩散型密度稳定比在0.93。移开挡板后，水箱内会形成静止状态的糖盐双层系统。为了更精确地评估双扩散现象并最小化误差，试验设置了3种时间段的双扩散试验，分别为300 s、600 s和1800 s。试验发现：短时间内通量会受黏度影响而显著减小，但随着时间的增长，这些影响被继发的扩散通量所掩盖。盐指型和扩散型双扩散的糖通量与黏度之间均存在非线性关系，在扩散型双扩散中通量比γ*与黏度比之间拟合得出两者呈幂律关系；而盐指型通量比 γ 与黏度比之间的变化则相对复杂，需要更精细化研究。
为研究双扩散对流过程中流体黏性对通量的影响，本文设计了梯度浓度的双扩散试验，流体黏度随着浓度的增大而增大。在设计有中间挡板的试验水箱中注入根据糖盐组分质量分数精确配制的溶液，以控制盐指型密度稳定比在1.073，扩散型密度稳定比在0.93。移开挡板后，水箱内会形成静止状态的糖盐双层系统。为了更精确地评估双扩散现象并最小化误差，试验设置了3种时间段的双扩散试验，分别为300 s、600 s和
2025, 47(8): 55-68.
doi: 10.12284/hyxb2025090
摘要:
红树林生态系统具有很高的碳埋藏效率，在河口地区由于受到河流输入与潮汐等多重因素影响，使其碳的保存过程更为复杂。本文以钦江入海口茅尾海红树林和光滩柱状沉积物为研究对象，运用薄膜扩散梯度技术（DGT）原位在线获取了孔隙水中Fe（Ⅱ）和S（−Ⅱ）浓度分布，并结合有机碳参数（DOC、TOC和δ13C），探讨沉积物中碳埋藏与铁和硫元素的生物地球化学过程及其相互作用关系。结果表明：从高潮滩到中潮滩，沉积物碳储量增加了63.1%；红树林沉积物中存在明显的氧化还原分层现象，氧化区与还原区的过渡带在约5 cm的深度。TOC与Fe（Ⅱ）和S（−Ⅱ）呈现显著正相关，反映更高的TOC埋藏含量促进了铁异化还原（MIR）和硫酸盐还原（MSR），同时生成的S（−Ⅱ）通过化学还原释放Fe（Ⅱ）。但在高TOC高Fe（Ⅱ）和S（−Ⅱ）浓度的中潮滩，MIR与MSR局部竞争尤为强烈，因此中潮滩是研究红树林生态系统碳埋藏的关键区域，潮汐驱动的氧化还原变化对碳铁硫耦合产生了关键调控作用。本研究揭示的红树林沉积物中碳埋藏及其与铁、硫相互作用机制，可为深入理解红树林湿地的碳汇功能及生源要素循环提供重要依据。
红树林生态系统具有很高的碳埋藏效率，在河口地区由于受到河流输入与潮汐等多重因素影响，使其碳的保存过程更为复杂。本文以钦江入海口茅尾海红树林和光滩柱状沉积物为研究对象，运用薄膜扩散梯度技术（DGT）原位在线获取了孔隙水中Fe（Ⅱ）和S（−Ⅱ）浓度分布，并结合有机碳参数（DOC、TOC和δ13C），探讨沉积物中碳埋藏与铁和硫元素的生物地球化学过程及其相互作用关系。结果表明：从高潮滩到中潮滩，沉积物碳储量增加了63.1%；红树林沉积物中存在明显的氧化还原分层现象，氧化区与还原区的过渡带在约5 cm的深度。TOC与Fe（Ⅱ）和S（−Ⅱ）呈现显著正相关，反映更高的TOC埋藏含量促进了铁异化还原（MIR）和硫酸盐还原（MSR），同时生成的S（−Ⅱ）通过化学还原释放Fe（Ⅱ）。但在高TOC高Fe（Ⅱ）和S（−Ⅱ）浓度的中潮滩，MIR与MSR局部竞争尤为强烈，因此中潮滩是研究红树林生态系统碳埋藏的关键区域，潮汐驱动的氧化还原变化对碳铁硫耦合产生了关键调控作用。本研究揭示的红树林沉积物中碳埋藏及其与铁、硫相互作用机制，可为深入理解红树林湿地的碳汇功能及生源要素循环提供重要依据。
2025, 47(8): 69-81.
doi: 10.12284/hyxb2025077
摘要:
针对水下图像标注数据稀缺导致增强算法泛化性不足的问题，本文提出一种基于均值教师（Mean-Teacher）模型的半监督水下图像增强框架。设计融合光照和梯度先验的多尺度网络（Illumination and Gradient Prior network, IGP-Net）作为均值教师模型的主干网络。IGP-Net包括以下3个模块：多尺度照明感知模块MSLP，用来提取退化图像的多尺度特征，并融合光照和梯度先验，提升水下图像对比度；多通道细节增强模块MCE，对初步增强图像进行通道维拆分和颜色补偿，改善水下图像颜色失真现象；并行注意力模块PC，利用像素注意力和通道注意力进一步关注照明信息和颜色信息之间的关联性，实现色彩均衡。在公开数据集上的定量比较和定性分析表明，本文所提方法在多个关键指标上优于现有先进算法。此外，在水下目标检测任务中的实验，也表明了经本文算法增强后的图像能够有效提升水下目标检测的性能。
针对水下图像标注数据稀缺导致增强算法泛化性不足的问题，本文提出一种基于均值教师（Mean-Teacher）模型的半监督水下图像增强框架。设计融合光照和梯度先验的多尺度网络（Illumination and Gradient Prior network, IGP-Net）作为均值教师模型的主干网络。IGP-Net包括以下3个模块：多尺度照明感知模块MSLP，用来提取退化图像的多尺度特征，并融合光照和梯度先验，提升水下图像对比度；多通道细节增强模块MCE，对初步增强图像进行通道维拆分和颜色补偿，改善水下图像颜色失真现象；并行注意力模块PC，利用像素注意力和通道注意力进一步关注照明信息和颜色信息之间的关联性，实现色彩均衡。在公开数据集上的定量比较和定性分析表明，本文所提方法在多个关键指标上优于现有先进算法。此外，在水下目标检测任务中的实验，也表明了经本文算法增强后的图像能够有效提升水下目标检测的性能。
2025, 47(8): 82-91.
doi: 10.12284/hyxb2025073
摘要:
为使水下机器人（Unmanned Underwater Vehicle, UUV）可以迅速适应不同应用场景，设计了一种模块化可拼搭组合的无人水下航行器。UUV采用长方体模块作为基本组成部件，通过无线电能与数据传输实现了模块间非电气接触式互联，避免了传统水密接插件的使用。模块设计为主控、拓展两种类型，可根据任务需求进行自由组合，并通过特殊的滑块与卡扣结构实现模块间快速装配与稳固连接。通过模块拼搭试验验证了模块间的拼搭拓展能力，通过水下试验验证了模块间通信和无线电能传输的可行性。无线电能传输测试显示，模块在水下环境中可稳定输出电压，满足设备运行需求。原理样机水下运行测试验证了整体方案的可行性。模块化可拼搭设计为UUV在各种应用场景中的灵活部署与功能扩展提供了广泛的可能性。
为使水下机器人（Unmanned Underwater Vehicle, UUV）可以迅速适应不同应用场景，设计了一种模块化可拼搭组合的无人水下航行器。UUV采用长方体模块作为基本组成部件，通过无线电能与数据传输实现了模块间非电气接触式互联，避免了传统水密接插件的使用。模块设计为主控、拓展两种类型，可根据任务需求进行自由组合，并通过特殊的滑块与卡扣结构实现模块间快速装配与稳固连接。通过模块拼搭试验验证了模块间的拼搭拓展能力，通过水下试验验证了模块间通信和无线电能传输的可行性。无线电能传输测试显示，模块在水下环境中可稳定输出电压，满足设备运行需求。原理样机水下运行测试验证了整体方案的可行性。模块化可拼搭设计为UUV在各种应用场景中的灵活部署与功能扩展提供了广泛的可能性。
2025, 47(8): 92-100.
doi: 10.12284/hyxb2025067
摘要:
海面阵风对海洋资源利用、海洋研究以及海上运输与工程安全具有重要意义。但目前观测手段有限，海面阵风数据缺失严重。林静等基于HY-2B雷达高度计C、Ku波段后向散射系数的差值对海面风速进行修正，计算得到星下点的阵风风速，但观测范围较小。本文在此基础上，选用观测原理与雷达高度计相似的全球降雨观测计划（GPM）搭载的双频降雨雷达（DPR），利用其Ku、Ka波段后向散射系数的差值，并以ERA5海面风速作为观测值，对海面风速进行修正计算，得到阵风风速，以扩展观测范围并提高观测效率。结果表明：计算得到的阵风风速与ERA5阵风风速对比，相关系数（R）为0.96，均方根误差（RMSE）为1.79 m/s，平均偏差（Bias）为0.73 m/s，标准差（Std）为1.64 m/s；与同时期的NDBC浮标数据对比，R为0.91，RMSE为1.50 m/s，Bias为−0.15 m/s，Std为1.50 m/s，说明降雨雷达反演的阵风可靠性较好。进一步使用NDBC浮标海面风速代替ERA5海面风速后，R提高至0.95，RMSE降低至1.10 m/s，Bias为−0.07 m/s，Std为1.50 m/s，反演结果得到提高，说明精确的海面风速对阵风计算结果有较好的影响。
海面阵风对海洋资源利用、海洋研究以及海上运输与工程安全具有重要意义。但目前观测手段有限，海面阵风数据缺失严重。林静等基于HY-2B雷达高度计C、Ku波段后向散射系数的差值对海面风速进行修正，计算得到星下点的阵风风速，但观测范围较小。本文在此基础上，选用观测原理与雷达高度计相似的全球降雨观测计划（GPM）搭载的双频降雨雷达（DPR），利用其Ku、Ka波段后向散射系数的差值，并以ERA5海面风速作为观测值，对海面风速进行修正计算，得到阵风风速，以扩展观测范围并提高观测效率。结果表明：计算得到的阵风风速与ERA5阵风风速对比，相关系数（R）为0.96，均方根误差（RMSE）为1.79 m/s，平均偏差（Bias）为0.73 m/s，标准差（Std）为1.64 m/s；与同时期的NDBC浮标数据对比，R为0.91，RMSE为1.50 m/s，Bias为−0.15 m/s，Std为1.50 m/s，说明降雨雷达反演的阵风可靠性较好。进一步使用NDBC浮标海面风速代替ERA5海面风速后，R提高至0.95，RMSE降低至1.10 m/s，Bias为−0.07 m/s，Std为1.50 m/s，反演结果得到提高，说明精确的海面风速对阵风计算结果有较好的影响。
2025, 47(8): 101-115.
doi: 10.12284/hyxb2025081
摘要:
融合卫星重力反演、船载声呐测深等多源数据是构建大范围深海高精度地形模型的核心技术途径。然而，当前方法通常难以兼顾局部地形细节和全局整体趋势，为此本文提出了一种基于多源数据频率域加权融合的深海高精度海底地形模型构建方法。首先，对多源数据进行数据格式转换、数据清洗与基准统一等预处理；然后，分别对测区对应的6个全球地形模型进行分频处理与加权融合，以局部船测地形与融合后模型的水深偏差为约束条件，迭代优化融合权重并得到初始融合结果；最后，联合局部船测地形与初始融合结果进行局部地形细节构建，从而实现大范围测区高精度地形模型重构。以格陵兰岛南部局部区域深海地形重构为例，结果表明：相比最邻近插值、反距离加权、自然邻近插值、克里金插值以及移去−恢复法等经典方法，本文方法构建的海底地形模型的均方根误差分别降低了17.15%、16.50%、16.63%、16.67%、9.99%，与IBCAO5.0模型之间的决定系数R2分别提高了约8.82%、8.27%、8.27%、8.41%、16.09%，地形整体趋势与局部细节信息均得到有效保证。
融合卫星重力反演、船载声呐测深等多源数据是构建大范围深海高精度地形模型的核心技术途径。然而，当前方法通常难以兼顾局部地形细节和全局整体趋势，为此本文提出了一种基于多源数据频率域加权融合的深海高精度海底地形模型构建方法。首先，对多源数据进行数据格式转换、数据清洗与基准统一等预处理；然后，分别对测区对应的6个全球地形模型进行分频处理与加权融合，以局部船测地形与融合后模型的水深偏差为约束条件，迭代优化融合权重并得到初始融合结果；最后，联合局部船测地形与初始融合结果进行局部地形细节构建，从而实现大范围测区高精度地形模型重构。以格陵兰岛南部局部区域深海地形重构为例，结果表明：相比最邻近插值、反距离加权、自然邻近插值、克里金插值以及移去−恢复法等经典方法，本文方法构建的海底地形模型的均方根误差分别降低了17.15%、16.50%、16.63%、16.67%、9.99%，与IBCAO5.0模型之间的决定系数R2分别提高了约8.82%、8.27%、8.27%、8.41%、16.09%，地形整体趋势与局部细节信息均得到有效保证。
2025, 47(8): 116-128.
doi: 10.12284/hyxb2025075
摘要:
深海表层海底底质探测与分类作为底栖生境制图的核心内容，为深海资源探测、生态保护提供了基础要素信息。然而受深海声学观测的分辨率限制，传统基于多波束测深和反向散射强度信息的底质分类方法存在海底混合底质所导致的解译困难、置信度低的问题。为此，本文创新性地将多波束水体数据应用于深海底质分类，提出了基于底回波序列多维波形特征的混合底质分类方法。首先，借助水体与海底交互的序列回波信息，提取多维度底回波波形特征；其次，考虑到固有观测分辨率内的底质混合情况，构建了水体底回波丰度解译约束下的决策融合分类模型；最后，实验利用北极船载多波束数据对席状玄武岩、玄武岩角砾和火山玻璃3种底质进行分类与丰度估计，总体精度和Kappa系数达到了92.46%和0.89，相较于传统声呐图像分类方法分别提升了11.05%和0.21，为深海海底底栖环境空间预测制图提供了新策略。
深海表层海底底质探测与分类作为底栖生境制图的核心内容，为深海资源探测、生态保护提供了基础要素信息。然而受深海声学观测的分辨率限制，传统基于多波束测深和反向散射强度信息的底质分类方法存在海底混合底质所导致的解译困难、置信度低的问题。为此，本文创新性地将多波束水体数据应用于深海底质分类，提出了基于底回波序列多维波形特征的混合底质分类方法。首先，借助水体与海底交互的序列回波信息，提取多维度底回波波形特征；其次，考虑到固有观测分辨率内的底质混合情况，构建了水体底回波丰度解译约束下的决策融合分类模型；最后，实验利用北极船载多波束数据对席状玄武岩、玄武岩角砾和火山玻璃3种底质进行分类与丰度估计，总体精度和Kappa系数达到了92.46%和0.89，相较于传统声呐图像分类方法分别提升了11.05%和0.21，为深海海底底栖环境空间预测制图提供了新策略。
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