1988年热带太平洋经历了一次强拉尼娜事件,在此期间观测到了显著的赤道太平洋东风爆发事件。基于再分析数据的分析结果表明,1988年东风爆发强度达到了1982—2020年间的最高水平。线性回归结果表明,赤道太平洋海温梯度对1988年东风爆发指数的贡献率达到了70.59%。研究进一步考察了去除赤道太平洋海温梯度影响后的风场特征。结果显示,除2月底东风爆发事件的空间范围有所增强外,自3月中旬起东风爆发的发生频次和规模均显著减弱。为深入揭示东风爆发的具体成因,通过典型个例分析,探讨了一次典型东风爆发事件的触发机制。此外,通过合成分析方法研究证实,1988年3月底的强东风爆发事件与海洋性大陆区域一次Madden-Julian Oscillation(MJO)事件的对流活跃相位密切相关,该因素对此次东风爆发事件的贡献率约为42.96%。

海浪是海洋动力要素的关键组成部分,对海上航行与海上作业具有显著影响。利用海浪谱可以有效表征海浪能量在频率域上的统计分布特性。本文利用70个NDBC浮标站点的数据,分别基于JONSWAP谱与三阶Stokes波的非线性谱进行有效波高反演。结果表明,与JONSWAP谱反演结果相比,非线性谱的绝对误差和相对误差平均提升程度均超过10%,最大提升程度分别达到28.54%和22.29%,具有显著优势。非线性谱相对于JONSWAP谱的提升程度与有效波高、风速、风向与波向的夹角以及站点水深的关系表明:提升程度随有效波高增加而增加;风速越大,提升程度越大;夹角越小,提升程度越大,且风速对于提升程度的影响远大于夹角的影响;在水深500 m以浅,两种海浪谱的反演精度均高于500 m以深,但在500~5 500 m水深区间内,非线性谱的提升程度超过浅水区,存在线性增加趋势。

为评估深海采矿产生的羽流对中层海洋的潜在影响,本研究基于全球Argo浮标轨迹及中层流数据集(1997年8月—2024年10月)和 3 个锚系站位观测数据,系统分析了太平洋深海矿区〔西太平洋的C区、M区、采薇(CW)区和维嘉(WJ)区;东太平洋的A5区、KW区、EK区、A12678区、A3区和A4区〕1 000 m 和2 000 m 流场特征和中层羽流的纬向移动趋势。结果表明:太平洋矿区1 000 m流场主要受纬向流控制,东向射流流速大于西向射流,矿区内纬向流速对纬度变化敏感;影响西太平洋矿区1 000 m流场的东向射流,中心位于14°N(弱)和18°N(强),受东向射流影响,在M区南部,中层羽流向东移动,在其他未受东向射流影响区域,中层羽流缓慢西移;影响东太平洋矿区1 000 m流场的东向射流,中心位于7°N和9°N,夏秋季强,冬春季弱;M区、A5区、KW区和EK区2 000 m流场方向与1 000 m相同,说明射流影响深度可达2 000 m。

在深海多金属结核光学图像分割中,面临着图像对比度低、目标小和边界模糊等问题。本研究构建了一种引入动态稀疏卷积(dynamic sparse convolution,DSConv)和无参数注意力模块(simple parameter-free attention module,SimAM)的改进Mask R-CNN(mask region-based convolutional neural network)模型,对深海图像进行多金属结核目标物识别和分割。引入SimAM有效抑制了沉积物背景对结核识别的干扰;引入DSConv有效缓解了结核边界模糊问题;同时引入两个模块的改进模型,图像分割准确率为91.5%、精确率为78.0%、召回率为75.1%、交并比为69.4%。将改进模型与原始模型应用在实际测线上发现,海底结核覆盖率的识别结果中,误差低于5%的数据占比从原始模型的57%提升至改进模型的77%。本研究可为深海多金属结核覆盖率计算提供可靠的技术方案,其模块化设计也可拓展至其他目标识别、图像分割领域。

准确评估潮滩冲淤动态对于海岸带资源管理与防灾减灾至关重要。然而,受人工岸线固化和潮滩剖面演变的时滞效应的影响,传统的基于岸线变迁的方法在评估潮滩形态和动力方面往往存在较大不确定性,对其中内在机制的解析也较为不足。本研究于2021年5月在江苏海岸的大丰潮滩的上、中、下潮间带进行了连续19个潮周期的同步水文-沉积-地貌动态测量。通过构建沉积物质量守恒模型,定量分析了观测期内沉积物的输运过程及其与潮滩地貌动态变化的关联。结果表明,基于沉积物收支关系估算的滩面冲淤变化与实测高程变化基本一致,验证了该方法在刻画潮滩地貌动态变化方面的有效性。此外,分析结果还表明高能动力(如大潮、强风浪)是潮滩侵蚀的主要驱动力。本研究可为潮滩地貌过程研究与科学管理提供新的实证依据与方法支持。

新型海堤生态护面块体是一种兼具优良消浪性能与生态功能的护面结构。为系统评估其消浪性能,本研究以舟山周家园山海岛为工程背景,开展了二维波浪水槽物理模型试验,系统探究了在规则波作用下,波浪周期、波高、相对水深、波陡、破波参数、块体几何尺寸(外径与高度)以及材料对反射系数的影响。研究首先通过9个工况的对比试验,验证了在物理模型试验中使用无规共聚聚丙烯(PP-R)替代发泡砼的可行性,二者反射系数的平均差值仅为1.17%。后续对护面块体消浪性能的研究表明,反射系数随波浪周期、相对水深和破波参数的增大而增大,随波高和波陡的增大而减小。在所有测试工况中,外径7.5 cm-高度10 cm和外径10 cm-高度6.5 cm的两种块体消浪性能最优,其平均反射系数分别为0.395和0.382。最后,基于试验数据,拟合得到了适用于本研究中6种护面块体的反射系数计算公式。该公式的均方根误差为0.106 9,精度较高,可为相关工程设计提供一定参考。

针对杭州湾南岸晚更新世古环境与海平面变化研究中元素地球化学应用相对薄弱的问题,本研究基于NZD01孔岩心,综合沉积学、粒度分析及关键元素地球化学指标〔Sr/Cu、CIA、CIW、Sr/Ba、100×(MgO/Al₂O₃)、U/Th、Ni/Co〕,结合AMS¹⁴C测年数据、磁化率与石笋氧同位素δ¹⁸O记录的对比,重建了研究区沉积环境演化序列及其对气候-海平面变化的响应。主要研究结果包括:NZD01孔可识别出河床相、河漫滩相、河口湾相、浅海相和现代河口湾相5种沉积相。粒度特征指示水动力呈现“强—较弱—较强且复杂多变—弱且稳定—中等”的演化过程。地球化学指标Sr/Cu反映古气候自晚更新世以来经历了“干旱—暖湿—准干旱(伴随频繁的干湿波动)”的转变;CIA和CIW指示风化程度呈现“中等风化—中等风化为主(局部强烈风化)—中等风化—总体中等风化(局部初级风化)—中等-初级风化过渡(频繁波动)”的变化;Sr/Ba和100×(MgO/Al₂O₃)显示古盐度逐渐升高,响应末次冰消期海平面上升;U/Th与Ni/Co指示沉积环境总体为氧化环境,Ⅰ段中的Ni/Co峰值可能记录了短期缺氧扰动,推测与台风过境诱发的风暴潮有关。上述研究表明元素地球化学方法有效揭示了研究区从陆相向海陆交互环境的演化过程及其对气候-海平面波动的响应。

牡蛎礁是重要的海岸带栖息地之一,近百年来在全球范围内退化严重。伴随着牡蛎礁生态系统服务功能被逐渐认知,牡蛎礁的保护与修复工作对于全球退化海岸带生态系统的修复与保护的意义开始凸显。本文系统搜集、整理了中国天然牡蛎礁和人工修复牡蛎礁的分布信息,总结了本世纪以来中国在牡蛎礁保护与修复领域开展的主要工作及取得的成果,并结合笔者参与的温州市海岸带保护修复工程(牡蛎礁)的修复实践,详细介绍了修复技术流程,着重介绍了修复工程中采用的斜撑组合式牡蛎礁体的设计构造和礁体人工附苗技术,并提出了相应的建议,可为将来开展牡蛎礁保护与修复工作提供参考。

深海海山是海洋生物多样性研究的热点区域,其上栖息着丰富多样的生物群落。然而,在营养极度匮乏的深海环境中,这些生物如何有效利用有限的食物资源,是深海生态学关注的重点问题之一。为探究西北太平洋维嘉海山底栖生物群落的食物来源和营养关系,本研究利用稳定同位素技术,测定了维嘉海山8个具代表性的巨型底栖生物类群(海绵、珊瑚、钩虾、海星、海百合、蛇尾、海参和被囊类)以及2种潜在食物来源(浮游动物和表层沉积物)的碳、氮稳定同位素(δ¹³C和δ¹⁵N)。结果显示,浮游动物的δ¹⁵N值随水深增大而升高,表层沉积物的δ¹⁵N值为7.7‰。底栖生物的δ¹³C值和δ¹⁵N 值变化较大(δ¹³C为-22.9‰~-15.1‰,δ¹⁵N为8.3‰~19.2‰)且两者间无显著的相关性。浮游动物和表层沉积物与部分底栖生物的δ¹⁵N值差异在1个营养级左右,表明它们可能是这些底栖生物的直接食物来源。不同底栖生物种类之间较大的δ¹³C值和δ¹⁵N 值差异表明,除了深水浮游动物和沉积物,它们还可能有其他的食物来源。本研究初步分析了深海海山主要底栖生物类群的碳、氮同位素变化,探讨了其可能的食物来源,研究结果对深入理解深海生态系统食物网和营养结构具有重要意义。

西太平洋海域具有高物种多样性的特点。西太平洋海山区具有独特的地理形态,在该区开展浮游动物种类多样性研究重要且必要。本研究利用标准大型浮游生物网采集了西太平洋海山附近8个站位的浮游动物样品,通过镜检鉴定分析出15个浮游动物优势种,包括粗乳点水蚤Pleuromamma robusta、小哲水蚤Nannocalanus minor、长角海羽水蚤Haloptilus longicornis、美丽大眼水蚤Corycaeus speciosus、丹氏厚壳水蚤Scolecithrix danae、窄缝真刺水蚤Euchaeta rimana、爪室水母Chelophyes appendiculata、巴斯水母Bassia bassensis、尖角水母Eudoxoides mitra、小拟多面水母Abylopsis eschscholtzi、方拟多面水母Abylopsis tetragona、肥胖箭虫 Sagitta enflata、太平洋箭虫Sagitta pacifica、长拟浮萤Paraconchoecia oblonga和萨利纽鳃樽Thalia democratica。利用显微拍摄获取了这些优势种的形态特征图,并附以形态特征描述及其地理分布和生态习性,为今后深入研究西太平洋海域浮游动物的种类组成、分布、起源、扩散、区系特征和地理学特点提供了科学依据和参考。

滨海湿地生态系统具有重要的碳汇功能。人类生活和工农业生产会向湿地输入重金属,但其对湿地土壤不同碳组分的影响尚不清楚。本研究通过对比浙南乐清湾不同类型滨海湿地的土壤碳组分含量以及方差分析发现:成林红树林、幼林红树林、互花米草盐沼和光滩的土壤有机碳(soil organic carbon, SOC)、易氧化有机碳(easily oxidized organic carbon, EOC)和可溶性有机碳(dissolved organic carbon, DOC)含量呈显著的区域和生境间差异;土壤总碳(soil total carbon, STC)和微生物生物量碳(microbial biomass carbon, MBC)含量在不同区域间具有显著差异。通过湿地土壤重金属的空间分布可知,临近企业和居民区(高干扰区)的湿地土壤Cd、Pb和Hg含量显著高于低干扰区域,高干扰区的湿地STC、SOC和EOC含量低于低干扰区。通过冗余分析发现:互花米草盐沼STC、SOC和EOC含量与Hg、Cd含量呈显著负相关,成林红树林SOC和EOC含量与Pb、Zn含量呈显著负相关,幼林红树林STC、SOC和EOC含量与Pb、Cr含量呈显著负相关,光滩STC、SOC和EOC含量与Cd、Cr含量呈显著负相关,这反映了重金属含量升高会对土壤碳库产生负面影响;土壤MBC含量与部分重金属含量呈显著正相关关系,这表明滨海湿地土壤微生物群落对于部分低含量重金属有一定的适应性。本研究结果可为浙江省滨海湿地环境质量评估与自然碳汇管理提供科学依据。