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海底天然气水合物藏是天然的巨型碳储藏库,是深部甲烷等烃类气体运移至海底过程中暂时的碳储,是地球碳循环过程的重要一环。冷泉通常与海底天然气水合物藏分解密切相关,是深源或浅层气及水合物分解气在海底发生渗漏的现象。该文根据国内外天然气水合物及冷泉系统勘查的最新动向,综述了与水合物及冷泉流体渗漏相关的羽状流、运移通道、海底微地形地貌等要素的海底原位观测技术,主要包括:走航式及坐底式原位观测、海面及低空渗漏甲烷观测、海底可视化观测、与水合物及冷泉相关的海底观测网络等。综合使用原位观测技术可以更细致、全面地描绘水合物和冷泉系统的时空“景象”,更好地协助厘清海底渗漏甲烷的归趋,拓展人类对深海独特生命绿洲的认知。

海岛森林生态系统受地理位置特殊和数据源较少等因素影响,其碳通量动态监测及碳汇功能评估鲜见报道。该文以南麂岛森林生态系统为研究对象,基于涡度相关技术探讨了2020—2021年净生态系统碳生产力(net ecosystem productivity, NEP)、总初级生产力(gross primary productivity, GPP)和生态系统呼吸(ecosystem respiration, Reco)的变化特征及其影响因素。结果显示,南麂岛森林生态系统表现为碳吸收,2020和2021年CO₂净吸收量分别为516 g C·m^-2·a^-1和598 g C·m^-2·a^-1,Reco分别为1 037 g C·m^-2·a^-1和1 646 g C·m^-2·a^-1,GPP分别为1 552 g C·m^-2·a^-1和2 244 g C·m^-2·a^-1。太阳总辐射(Rg)、光合有效辐射(PAR)、净辐射(Rn)、显热(H)与NEP、GPP显著正相关(p≤0.001);空气温度(Tair)和土壤温度(Tsoil)与Reco显著正相关(p≤0.001)。日尺度上南麂岛森林光合作用时间长于碳吸收时间,当Tair达到10.05~27.76 ℃,PAR达到110.47~429.44 μmol·m^-2·s^-1时,海岛森林光合作用强度高于生态系统呼吸作用强度,表现为CO₂吸收。南麂岛森林生态系统碳通量监测与评估将为建立我国蓝碳动态监测评估管理体系提供重要的理论支持。

红树林、滨海盐沼和海草床是典型的滨海蓝碳生态系统,具有相当可观的固碳能力。植被碳库和沉积物碳库是蓝碳生态系统有机碳的主要载体,其变化过程决定了生态系统的整体固碳能力。本文尝试从碳库相互作用的角度出发,通过文献梳理,总结不同植被碳库之间、不同沉积物碳库之间以及植被碳库和沉积物碳库之间相互作用的研究进展,指出物种竞争、外源碳输入以及生物地貌学过程在碳库相互作用中所起到的重要作用,并提出滨海蓝碳生态系统碳库研究中存在的问题和未来研究的方向。

近海海湾受人类活动及自然变化影响大,海水碳源汇格局变化影响机制极其复杂。由于海湾空间尺度小,需要使用宽波段的高空间分辨率卫星遥感对海-气CO₂通量进行监测评估。相对于传统公里级的水色卫星资料,海-气CO₂通量定量估算的关键参数——海表CO₂分压(sea surface partial pressure of CO₂, pCO₂)遥感反演在小尺度海湾具有极大的挑战性。该文以秋季象山港为例,利用走航观测pCO₂数据及近5年哨兵2号(Sentinel-2)卫星影像,采用支持向量机(support vector machine, SVM)机器学习的方法,基于Sentinel-2遥感反射率及其比值,建立了海表pCO₂的遥感反演算法。算法验证结果显示决定系数为0.92,均方根误差为23.23 μatm,遥感反演结果与实测值具有较高一致性。在此基础上,制作了2017—2021年秋季(9—11月)象山港海表pCO₂遥感产品,结果表明,象山港海表pCO₂整体上呈现从湾顶向湾口递减的趋势,均值为514.56 μatm,其中,湾内pCO₂均值为551.94 μatm,湾外pCO₂均值为477.19 μatm,整体呈现为大气CO₂的源,且5年间秋季pCO₂没有显著趋势性变化。结合多参数走航实测数据分析发现,2021年象山港秋季海表pCO₂受物理混合作用及生物活动的共同调控。海表温度(sea surface temperature, SST)与pCO₂具有良好的正相关关系,且SST对pCO₂的影响主要体现在碳酸盐热力学平衡作用上。此外,平均温度归一化的pCO₂(NpCO₂)与海水盐度和溶解氧饱和度均具有良好的负相关关系,NpCO₂与海水盐度的关系是潮汐作用下湾内和外海水体交换的结果;长时间序列的遥感数据分析也证实湾内、湾外pCO₂与平均潮高具有较为一致的变化趋势,且这种趋势在湾外强于湾内。该研究构建了一套海湾小尺度pCO₂遥感反演方法,为后续海-气CO₂通量大范围、长时序遥感监测奠定了良好基础。

海岸线是描述海陆分界的重要地理要素之一,其在自然因素及社会经济因素的双重影响下发生着不同强度的动态演变。基于Landsat系列卫星遥感影像,通过RS、GIS技术结合实地勘察,分析了1976—2021年间南澳岛海岸线时空演变,并运用灰色关联分析法进行驱动因素分析。结果表明:1)45年来南澳岛海岸线变迁显著,长度增长了11.06 km,分形维数呈升高趋势;2)研究期内,岸线类型由基岩为主的自然岸线向人工岸线转化,岸线利用程度综合指数呈增长趋势,岸线结构呈单一至多元发展的态势;3)南澳岛海岸线演变有明显的镇区差异,后宅镇受人为因素影响大,其演变较为显著,云澳、深澳两镇主要受到自然因素影响,其演变较为缓慢;4)台风(自然灾害)以及人口数量是南澳岛海岸线演变的主要驱动因素。

海岸海洋接受大量来自陆源的碳物质和营养盐,涉及大量以碳为中心的相互作用,是重要的碳循环海域;同时,该区域也常发育具有良好圈闭条件的储-盖系统,具有明显的CO₂储集潜力。该文以海岸海洋及其下发育的沉积盆地为研究对象,综述了碳物质在海岸海洋中的循环过程、CO₂通量的影响因素和海岸海洋沉积盆地的储碳机理。从“双碳”角度,重点论述了海岸海洋在促进CO₂负排放方面的意义、促进海洋负碳排放的潜在途径和在沉积盆地的储碳潜力及面临的问题。海岸海洋是重要的碳汇区域之一,高效率的微生物碳泵和碳酸盐碳泵是增强海岸海洋CO₂负排放的核心过程;同时,海岸海洋沉积盆地中的储-盖系统,不但提供了额外的CO₂封存空间,也保障了CO₂封存的安全性。未来的研究应以抑制海岸海洋中碳物质向CO₂转化的进程和保障沉积储层中CO₂封存的安全性为主要方向,为CO₂负排放提供理论依据与技术保障。

红树林、盐沼和海草床被称为三大海岸带蓝碳生态系统,在维持海洋生物多样性、净化水质、营养物质循环以及固碳、储碳等方面发挥重要作用。该研究以蓝碳生态系统分布广泛的广东和广西作为研究区,研究海岸带蓝碳生态系统与海洋生态红线的容斥关系,进而进行海岸带蓝碳生态系统的保护空缺分析,在此基础上提出海洋生态红线外的推荐优先保护区域。该文基于2019年卫星遥感影像、2020年和2021年现场调查和无人机遥感数据,获知广东海岸带蓝碳生态系统总面积为14 481.39 hm²(红树林11 928.87 hm²,盐沼1 258.00 hm²,海草床1 294.52 hm²),广西海岸带蓝碳生态系统总面积为11 751.30 hm²(红树林10 171.70 hm²,盐沼1 450.36 hm²,海草床129.24 hm²)。结果显示,广东海岸带蓝碳生态系统面积的62.13%、广西海岸带蓝碳生态系统面积的59.88%分布在海洋生态红线内。广东红树林、海草床的分布面积和受保护比例均大于广西,盐沼的分布面积和受保护比例均小于广西。广东3种海岸带蓝碳生态系统类型中,有38.16%的盐沼受到保护,85.41%的海草床被纳入保护范围,62.13%的红树林被纳入保护范围。广西3种海岸带蓝碳生态系统类型中,有52.99%的海草床受到保护,盐沼和红树林生态系统受保护的面积比例分别为49.58%和61.44%。研究指出榕木江湾到茅尾海沿岸、铁山港、雷州湾、柘林湾等区域可作为海洋生态红线外海岸带蓝碳生态系统的推荐优先保护区域。

随着观测技术的进步和海洋数值模拟能力的提升,已发现在海洋次表层中广泛存在一种远离生成源区、结构紧致且稳定的次表层强化的SCVs,其动力学特征表现为:弱层结,低位涡中心,外围等密度线呈透镜状结构,温度、盐度或其他示踪量的性质与周围水体相比存在明显异常,内部核心流速较强。此类次表层SCVs对于海洋的水体运输、热盐环流和海洋生物生态环境均有重要影响。该文通过综述海洋次表层SCVs的结构及水文特征、识别方法、次表层SCVs在全球的分布、动力学机制及其重要影响等,展现次表层SCVs的研究进展,提出了未来研究的方向,包括研究的难点和全面认识海洋次表层SCVs尚待解决的问题。

深海沉积物中的黏土矿物组合特征能反映物源区古气候与古环境的变化。前人已有较多关于马里亚纳海沟以西太平洋沉积物黏土矿物组合特征方面的研究,但对马里亚纳海沟以东黏土矿物组合特征的研究较少,从而限制了对亚洲大陆风尘输入与太平洋深海沉积环境之间关系的深入认识。本文以2019年大洋54航次在西太平洋马尔库斯-威克海山区采集到的31个表层样和1个柱状样为研究对象,结合收集到的西太平洋海域及附近地区的数据,开展了黏土矿物组成与分布特征、物质来源等研究。结果表明,研究区表层沉积物中的黏土矿物类型以伊利石为主,含量平均值为69%;绿泥石和高岭石次之,含量平均值分别为16%与11%;蒙脱石最少,含量平均值为3%。柱状样黏土矿物组合与表层沉积物基本一致,但在250 cm深度以下,蒙脱石含量明显增高,伊利石含量相对减少。物源分析表明,亚洲风尘是研究区伊利石的主要物源,高岭石和绿泥石的主要物源可能也是亚洲风尘,东亚冬季风是这些风尘物质的主要搬运营力。沉积物中的蒙脱石则主要由海底火山物质风化形成。P04柱上部伊利石含量增加而蒙脱石含量降低的变化响应了中更新世以来亚洲风尘输入量增加的过程。

滨海盐沼的碳库变化可为蓝碳碳汇核算提供依据。为量化短时间尺度(季节到年际尺度)内滨海盐沼碳库的固碳速率,基于高分辨率的地表高程监测系统,于2022年在杭州湾南岸典型滨海盐沼开展了季节性的观测和采样分析。研究结果表明,在观测期间,本地种海三棱藨草和外来种互花米草的生长呈现季节性变化特征,植物生长主要集中在3—9月。就植物碳库的地下部分而言,海三棱藨草固碳量达到11 g C·m^-2,互花米草盐沼则较高,为56 g C·m^-2。地表高程监测数据表明,海三棱藨草盐沼的沉积速率为12.30 cm·a^-1,略低于互花米草盐沼的沉积速率(13.02 cm·a^-1)。结合沉积速率与沉积物容重、有机碳含量等数据,可以算得观测期间,海三棱藨草盐沼沉积物碳埋藏速率为460 g C·m^-2·a^-1,互花米草盐沼沉积物碳埋藏速率为588 g C·m^-2·a^-1,这两种滨海湿地的碳埋藏速率也具有季节性,在夏、秋季达到高值。结合植物碳库和沉积物碳库结果可知,杭州湾南岸滨海盐沼生态系统具有较高的固碳速率,外来种生态系统固碳速率(644 g C·m^-2·a^-1)高于本地种生态系统固碳速率(471 g C·m^-2·a^-1)。在将来的滨海湿地蓝碳管理工作中,需要考虑不同物种之间的差异性。

瓯江为典型的山溪性河流,其水沙通量具有洪枯季差异悬殊的特征。该文基于瓯江干流控制水文站71年(1950—2020年)月均径流量和43年(1956—1998年)月均输沙量观测资料,采用年内分配不均匀系数、Mann-Kendall非参数统计检验、双累积曲线等方法,分析了瓯江汛期(梅汛期4—6月和台汛期7—9月)和非汛期(10月—次年3月)水沙通量的变化规律及其原因。结果表明:1)径流量和输沙量的峰谷期一致,峰值出现在6月,谷值出现在12月,其中,梅汛期是瓯江的主汛期。2)1950—2020年瓯江径流量在梅汛期呈显著减少的趋势,在非汛期呈显著增加的趋势,在台汛期变化趋势不显著,径流量的年际变化主要受降水影响;径流量的年内分配趋于均匀化,受水库调蓄影响较大。3)1956—1998年瓯江输沙量在梅汛期呈显著减少的趋势,在台汛期和非汛期变化趋势不显著,其中梅汛期输沙量的减少与水库拦截有关;输沙量的年内分配不均匀性变化不大,可能与降水量的不均匀性变化有关。4)台汛期、非汛期的输沙量-径流量关系分别在1975年、1959年各发生了一次明显突变,均与流域内的强降水有关。

利用Argo浮标观测数据并结合卫星遥感及锚定浮标观测资料,对2014年超强台风“威马逊”引起的上层海洋温盐响应进行了分析和研究。结果显示,超强台风“威马逊”过境时会造成海表面温度冷却和混合层加深。通过计算混合长度和台风引起的垂向流速变化解释了次表层温度变化的原因:强混合作用和弱上升流作用致使次表层增温,反之次表层冷却。相比于温度的变化,盐度的响应更为复杂,台风引起的降水会先导致表层盐度降低,随后垂向混合引起表层盐度大幅增加,但是降水的作用能够极大地抑制这一过程;台风离境后,垂向混合减弱,强降水引起盐度大幅降低,甚至会使盐度低于台风过境前。

两相淋滤实验能够分离深海铁锰结核的水生矿物相和残留矿物相组分,为研究深海铁锰结核成矿作用以及古海洋环境提供直接信息。为了探讨两相淋滤实验在不同成因类型铁锰结核成矿作用研究中与全岩样品分析结果的差异,本文选取了西太平洋海山区和东太平洋CC区6个站位的铁锰结核样品进行了全岩样品矿物学和元素地球化学分析,利用两相淋滤实验分别提取了铁锰结核样品的水生矿物相和残留矿物相组分,并进行了元素地球化学分析。结果表明,不同类型铁锰结核的两相淋滤实验中残留相质量占比为14.0%~17.6%,变化较小,残留矿物相组分中Nb、Rb、Ta、Ti、Zr等元素含量较高。水生矿物相组分中的Co、Ni、Cu、Zn、Sr、REY元素含量及其比值变化与全岩样品基本一致。水生矿物相与残留矿物相中Ti、Nb、Sr含量的比值与全岩样品的Mn/Fe值呈较好的负相关关系,可作为研究铁锰结核成矿环境的指标参数。

该文分析了珠江口沉积物柱状样HKUV16中正构烷烃的长链奇碳烷烃含量(∑oddC_25~33)、碳优势指数(CPI)、平均链长(ACL)、C₃₁/C₂₇和海洋水生植物比重(P_mar-aq),探讨了中全新世以来正构烷烃来源变化及对珠江流域环境变迁的指示。HKUV16的长链正构烷烃特征指示其主要来自陆源高等植物。在8.0~7.0 ka BP期间,∑oddC_25~33、CPI值和P_mar-aq值增加,ACL和C₃₁/C₂₇为低值,指示该时期陆源有机质输入增加,木本植物占比大,珠江流域气候湿润。在7.0~3.2 ka BP期间,∑oddC_25~33降低,表明陆源有机质输入减少,而ACL和C₃₁/C₂₇呈增—减—增的变化趋势,指示珠江流域可能经历了干旱—湿润—干旱的气候变化。3.2~2.2 ka BP,ACL、C₃₁/C₂₇的高值显示此时草本植物占比明显增大,可能意味着该时期的气候较为干旱。多指标综合显示2.2 ka BP之前珠江口沉积物的正构烷烃变化主要受夏季风的影响,而2.2 ka BP以来不断增强的人类活动可能成为影响珠江流域生态环境的主导因素。

利用浙江苍南近岸海域一年实测波浪资料,统计分析了波参数特征,采用最小二乘法拟合分析了波参数之间的相关关系,研究波浪平均持续时间和波高的关系,对波浪能进行估算,并分析了台风“利奇马”期间典型台风浪特征。结果表明:研究海域以谱峰周期5~9 s的轻浪为主,年平均有效波高为1.25 m,年最大波高为10.80 m,常浪向为E,强浪向为ENE。特征波高之间具有显著的线性关系,符合典型的瑞利分布。有效波高2.7 m以下的非台风、非寒潮期和4.1 m以上的台风期,波浪平均持续时间随波高的增大呈指数衰减,且有效波高在4.1 m以上的台风期的波浪衰减速率高于有效波高在2.7 m以下的非台风、非寒潮期。台风“利奇马”影响期间,最大波高、谱峰周期、谱峰密度呈现基本同步的先增大后减小的过程,最大谱峰密度为55.10 m²/Hz;台风影响前、后的波浪谱型均呈双峰谱,台风影响最显著期间的波浪谱型呈单峰谱。

波浪是塑造开敞型潮滩动力地貌的重要因素,但目前对潮滩波浪特征研究仍较少。该文以长江口南汇潮滩为例,通过对固定平台声学多普勒流速仪(Acoustic Doppler Velocimeter,ADV)获得的流速和水压等高频数据进行反演,获得了波浪特征参数和波浪谱参数,进而分析了它们在潮周期内的变化规律和影响机制。研究表明,观测期间南汇潮滩3个站位波浪的常浪向和强浪向以SE向为主,由长周期涌浪占主导。3个站位的有效波高与水深均成正相关关系,但各站位在涨、落潮期间的拟合系数不同。波浪轨道流速受浅水效应和潮流流向的影响明显,如在涨潮初期达到最大,在转流时期出现谷值。落潮期间波浪频谱以双峰谱为主,明显受到潮汐水位和地形的综合影响,期间峰值能量不断衰减且逐渐分散,并伴随出现了峰频转移现象。

潮间带是连接陆地生态系统与海洋生态系统的关键带状区域,其中,淤泥质潮滩是重要而容易被忽视的CO₂自然汇集生境,该生境中不同门类的大型底栖动物在促进碳的输入、传递和存储过程中发挥核心作用。本文以夏季浙江东部沿海隘顽湾淤泥质潮滩断面作为切入点,研究大型底栖动物群落结构及生物碳库。结果显示,隘顽湾淤泥质潮滩大型底栖动物平均丰度为105.2±37.2 ind/m²,平均生物量为46.9±6.4 g/m²,其生境内主要类群组成为甲壳类动物和软体动物,生态系统健康程度整体表现为优秀。隘顽湾潮滩中大型底栖动物有机碳含量由高到低分别为其他类(包括鱼类、纽虫)动物(40.95%)、多毛类动物(22.98%)、甲壳类动物(17.24%)、棘皮动物(15.90%)和软体动物(10.76%)。估算研究区域大型底栖动物碳库约为163.90 Mg,其中甲壳类动物为最大贡献者,占比59.80%。淤泥质潮滩大型底栖动物群落结构与生物碳库大小的探究,可作为我国蓝碳调查体系构建的重要科学依据,也可为进一步量化沿海生境整体碳库大小提供基础数据。

潮流能是指潮水水平运动中携带的动能,开发前景巨大。对区域潮流的精准模拟及特征分析有助于准确评估潮流能的时空分布状况,是潮流能资源开发利用的关键。本文选取潮流能蕴藏丰富的舟山海域,应用FVCOM海洋模式构建了高分辨率的潮汐潮流数值模型,经潮位、潮流验证,该模型可靠。根据模拟结果中流速的大小确定了潮流能资源密集的6处水道进行评估,其中西堠门水道、册子水道、桃花港水道平均能流密度超过2.0 kW/m²,最大能流密度超过20 kW/m²,流速大于1.0 m/s时长超过80%,潮流涨落期间以往复流为主,潮流不对称性及旋转性低,潮流稳定系数大于0.98,较其他3处水道更适合潮流能的开发利用。通过有效发电小时数及可利用小时数确定了这3处水道内潮流能开发的最佳位置,并应用Farm法计算了相应的潮流能资源可开发量,分别为27.53、39.96和130.26 MW。

硝酸盐是海洋中浮游植物生命活动可利用的主要氮形态,其跃层深度(Z_N)会直接影响硝酸盐垂向输送、海洋初级生产力以及海洋碳循环。随着海洋观测技术的不断发展,硝酸盐剖面数据的采集呈现多样化,包括船基CTD观测和生物地球化学浮标BGC-Argo自动观测等,且垂向采样分辨率差异较大(CTD较低,BGC-Argo较高)。针对不同采样数据,亟需对硝酸盐跃层深度计算方法进行系统且定量化的对比分析研究。本文利用西北太平洋历史船测CTD数据和BGC-Argo浮标数据,采用差值法、梯度法和阈值法分别计算对应硝酸盐跃层深度。研究结果表明:就单一硝酸盐剖面,基于BGC-Argo数据,差值法计算的Z_N与目视解译的Z_N相差仅为0.2 m,阈值法次之为20.0 m,梯度法相差最大为202.8 m;基于CTD数据,差值法计算的Z_N与目视解译的Z_N相差2.0 m,阈值法相差49.0 m,梯度法相差155.0 m。相较于梯度法和阈值法,差值法计算的Z_N与目视解译的Z_N相差最小。根据误差统计分析结果发现,基于BGC-Argo数据,三种方法计算得到的Z_N与目视解译的Z_N均呈现良好相关性,其中差值法计算结果误差最小(R²为0.77,RMSE为28.48 m),阈值法的R²为0.64,RMSE为34.85 m,梯度法的R²为0.52,RMSE为53.80 m;对于CTD数据,由于其垂向采样分辨率较低,三种方法计算得到的Z_N与目视解译的Z_N相差较大,但相比于梯度法和阈值法,差值法的误差仍最小(R²为0.81,RMSE为16.13 m),阈值法的R²为0.47,RMSE为27.65 m,梯度法的R²为0.42,RMSE为36.41 m。通过对比分析各方法的特点和差异性,初步探究了各方法的适用性,可为深入研究硝酸盐垂向分布特征和向上输运过程提供科学参考。

海岸侵蚀导致土地流失,严重威胁人民生命财产安全,识别海岸侵蚀脆弱性对于防灾减灾意义重大。从海岸动力、海岸形态和社会经济三个方面构建评价指标体系,利用数字化海岸线分析系统(digital shoreline analysis system,DSAS)和遥感数据,采用断面法将海岸离散为等间距的评价单元,基于熵权法确定评价指标权重、等级并计算海岸侵蚀脆弱性,利用地理探测器识别海岸侵蚀脆弱性的空间分异和影响因素。结果表明:江苏中部海岸侵蚀脆弱性为极高脆弱、高脆弱、中脆弱、低脆弱和极低脆弱的比例分别为5.60%、15.80%、30.93%、24.21%和23.46%,海岸侵蚀脆弱性总体呈现北高南低的分布趋势,其中为极脆弱的区域主要位于中山河口—射阳河口之间的海岸区域。江苏中部海岸侵蚀脆弱性的空间分异是海岸动力、海岸形态、社会经济多重因素协同作用的结果,其中潮滩坡度、地表覆盖类型、平均潮差、海岸线变化速率是海岸侵蚀脆弱性空间分异的主导因子。