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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。

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。

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。

瓯江作为浙江省第二大入海河流,每年约有200亿m³水体输入东海。为探究瓯江高锰酸盐指数(COD_Mn)的入海通量及其长时序变化特征,该文基于实测数据与Landsat-8遥感影像光谱信息之间的相关性,构建了瓯江COD_Mn遥感反演模型(平均相对误差为28%),获得了1986—2020年瓯江中下游河段COD_Mn反演结果。此外,进一步结合降水数据估算了瓯江入海径流量和COD_Mn入海通量,实现了瓯江COD_Mn入海通量长时序变化遥感监测。结果表明,瓯江入海段COD_Mn干、湿季差异并不明显,但总体而言,COD_Mn在湿季略高于干季; 1986—2020年,瓯江COD_Mn入海通量整体波动较大,略呈下降趋势。

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。

潮滩是滨海湿地的重要组成部分,监测其演变对于蓝碳增汇具有重要意义。卫星遥感是目前应用最广泛的潮滩监测手段之一,但受潮位影响,遥感提取的潮滩面积往往被低估。本文利用2016—2021年Sentinel-2卫星影像提取乐清湾潮滩瞬时面积,建立了潮滩面积与潮位的定量关系模型,从而实现潮滩面积的潮位校正。在此基础上,将建立的校正模型应用于Landsat卫星影像,获取了1988—2020年期间7个时期的乐清湾潮滩面积,并分析了乐清湾潮滩面积近30年的变化及主要驱动因素。结果表明,乐清湾潮滩面积在1988—1994年期间显著增加,在1994—2010年期间急剧减少,在2010—2015年期间少量增长,而在2015—2020年期间再次减少。人类活动对潮滩的开发利用是乐清湾潮滩面积变化的主要驱动因素。

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、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。

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。

极地区域大陆边缘广泛发育水下碎屑流沉积,其中很多是冰川成因,是冰盖到达陆架边缘的产物。位于北冰洋楚科奇陆缘的北风海盆,其西侧陆缘已识别出大量碎屑流事件,而对北风海盆内部碎屑流的研究却几乎没有开展。该文利用高分辨率的浅地层剖面数据,勾勒出了北风海盆上部地层的碎屑流平面展布,且进行了期次划分;并结合周边的大型冰川线理(MSGL)的分布及走向,对所有识别出的碎屑流进行了成因推断。结果表明研究区内的碎屑流主要分布在西部次海盆的西南斜坡和中北部斜坡、东部次海盆的东南部以及部分海山/陡崖之下,其来源包括周边陆架、海脊高地和盆内海山。绝大多数碎屑流与MSGL伴生存在,推测为冰川成因,其中以西南斜坡最为发育,发现了超过9期的冰川碎屑流事件,代表了在其西南的冰蚀槽(宽水深槽)内曾发生超过9次的冰流事件,这一数据远大于前人所推测的冰流事件次数(3~5次)。同时也发现部分碎屑流邻近的海山/高地上不发育MSGL等冰川触地地貌,推测其为非冰川成因,邻近区域的冰盖/冰架触地或构造活动所引发的震动可能是这类碎屑流的触发因素。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

放射性同位素氡222 (²²²Rn) 是来源于地层中铀衰变生成的惰性元素。由于其性质稳定,容易测量且在地下水和地表水中活度差异显著,近年来被用作示踪剂广泛应用在海底地下水排泄(submarine groundwater discharge,SGD)的研究中。本文选取北部湾北部海水的²²²Rn活度作为研究对象,通过2021年8月—9月以及12月—次年1月在北部湾北部海域的两个航次采样,分析了北部湾北部海域水体²²²Rn的空间分布和季节性变化特征,并结合²²²Rn的质量平衡模型,估算了北部湾北部海域的SGD通量。结果表明,²²²Rn分布特征受到季节变化和陆源SGD过程的显著影响,冬季²²²Rn活度的平均值与夏季相比减少了约40%。夏季底层水²²²Rn活度较高,断面特征显示SGD过程明显且多集中于研究区北部,而冬季底层水²²²Rn活度较低,断面特征显示SGD过程较弱。通过构建²²²Rn质量平衡模型,估算出北部湾北部海域夏季与冬季SGD速率分别为4.16 cm·d^-1和2.88 cm·d^-1。夏季SGD速率明显高于冬季,且夏季以近岸SGD过程为主,冬季以离岸SGD为主。北部湾北部海域存在着明显的SGD过程,而且由于该区域被陆地和岛屿三面环绕,SGD过程很可能是陆源物质向近岸海域输送的重要自然途径。

深海多毛类环节动物的多样性与地理分布格局是深海生物多样性研究关注的焦点问题之一。基于海洋生物地理信息系统(Ocean Biogeographic Information System, OBIS)数据库中的公开数据分析了西太平洋深海底栖多毛类动物的多样性与地理分布格局。多毛类数据多分布于靠近临海国的海沟、海山等显著地貌区,共记录到51个科318个物种,其中,多鳞虫科是物种多样性最高的科,且具有最大的深度分布范围。深海底栖多毛类物种数量随着水深增加而下降,但在2 500~3 000 m水深处以及4 000~4 500 m水深处略增多。分析显示深海底栖多毛类的特有性水平较高,在热液口环境,形成了以热液口特有种为特征的底栖多毛类动物区系。西太平洋深海底栖多毛类动物分布可划分为4类生物地理区:日本海生物地理区域、以相模湾为代表的靠近大陆的生物地理区域、以深海热液口为典型特征的生物地理区域(冲绳海槽、马努斯盆地、斐济海盆区)以及以深海海沟、平原(日本海槽-千岛-堪察加海沟区、澳大利亚东侧区、新西兰区)为特征的生物地理区域。

绿藻微观繁殖体具有快速生长和繁殖的特性,是绿潮暴发重要的种子来源。以浒苔(Ulva prolifera)微观繁殖体发育而来的幼苗为实验材料,研究不同CO₂水平(400 μatm和1 000 μatm)和无机磷酸盐(dissolved inorganic phoshphate, DIP)浓度(0.32 μmol·L^-1、3.62 μmol·L^-1、36.2 μmol·L^-1)下单因子及双因子交互作用对其生长和光合生理指标的影响。相对生长速率(RGR)、净光合速率(P_n)和呼吸速率(R_d)等生长指标显示:CO₂对RGR和P_n有显著影响(p<0.05);DIP对RGR、P_n和R_d均有显著影响(p<0.05),随着DIP增加,RGR和P_n升高,R_d降低;双因子交互作用对3个指标影响均不显著(p>0.05)。最大相对光合电子传递速率(rETR_max)、饱和光强(E_k)、有效光合量子产率[Y(II)]、光能利用效率(α)等荧光参数显示:CO₂对rETR_max、E_k影响显著(p<0.05); DIP浓度升高使Y(II)、rETR_max、α和E_k显著提高(p<0.05);双因子交互作用对rETR_max和Y(II)影响显著(p<0.05),对α和E_k影响不显著(p>0.05)。Chl a、Chl b和类胡萝卜素等色素指标显示:CO₂、DIP以及交互作用对3个指标影响均显著(p<0.05),高CO₂水平明显抑制色素的合成,并且随着DIP浓度升高,抑制程度加剧;3个指标与DIP均呈正相关。研究表明,高CO₂水平和高DIP浓度会明显促进浒苔幼苗的生长,为绿潮的暴发提供了有利条件。

船舶气象仪是海洋水文气象观测技术的重要组成部分,其发展对实现全球海洋同步观测至关重要,而主导制定基于共识的相关国际标准,将有力推动我国船舶气象仪制造业的市场规范化和产品国际化。该文从船舶气象仪的重要性入手,分析了国内外船舶气象仪标准的发展历程,概述了相关标准化组织的工作现状,重点阐述了如何从优化关键技术指标和借助海洋技术国际标准化平台这两个方面,来推进船舶气象仪国际标准化工作。

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。

利用海-气界面浮标观测得到的高频数据,分析了春季青岛近岸海域海表二氧化碳分压(pCO₂)的变化规律及驱动因素,并对海-气CO₂通量进行了估算。观测期间该海域由大气的碳汇转变为碳源,主要是由海表pCO₂的不断增长所致。对海表pCO₂控制因素进行分析,发现温度升高是pCO₂增长的主要驱动因素,生物过程起到一定的抑制作用。海表pCO₂呈现出日变化特征,温度和生物因素对海表pCO₂日变化的作用均与太阳辐射相关,但两者的作用相反。此外,分析发现浮标的不同采样频率会对海-气CO₂通量估算产生影响,缩短采样间隔能有效降低海-气CO₂通量估算的偏差,提高估算的准确性。

基于1993—2019年海面高度异常数据分析了南澳大利亚海盆表层涡动能的时空变化特征。结果表明,表层涡动能在空间上存在两个高值区,分别位于海盆的西部和东部;在季节尺度上表现为南半球的冬季强,秋季弱,最大值出现在7月(57±9 cm²/s²),最小值出现在3月(40±5 cm²/s²)。涡动能在年际尺度上与ENSO呈显著负相关关系,即在厄尔尼诺(拉尼娜)衰退年,涡动能显著减弱(增强),滞后Niño3.4指数9个月;与SAM呈显著正相关关系,滞后SAM指数14个月,即在SAM正(负)位相的次年,涡动能显著增强(减弱)。

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。

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。

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。

极值样本的选取和分布模型的确定是设计波高推算中的两个关键环节。使用阈值法选取波高过阈样本作为极值样本时,常用标准风暴长度法对超出量序列进行“去聚类”处理,以使样本符合独立性标准。然而标准风暴长度法中的标准风暴长度需要人为选择,增加了取样结果的不确定性。本文提出了一种自动的标准风暴长度估计方法,并基于该方法选取了粤西海域的波高过阈样本。波高过阈样本具有尖峰、厚尾的统计特征,为了更准确地拟合该样本,本文基于组合模型原理构建了一种新的分布模型——Gumbel-Pareto分布模型,并用该模型进行了粤西海域的设计波高推算,结果表明Gumbel-Pareto分布对波高过阈样本的拟合优度比Gumbel分布和广义Pareto分布更高,可以为大型海洋工程设计波高的确定提供参考。

为评估绿色石化项目运营前后的环境变化,于2018—2021年连续4年对项目所在地鱼山岛邻近海域的表层沉积物多环芳烃(PAHs)进行了调查。结果表明,PAHs含量为16.9~178.0 μg·kg^-1,平均值为75.9±24.0~102.6±41.4 μg·kg^-1,4年来整体呈下降趋势,与国内其他海区相比,总体含量较低;各组分平均值为4环PAHs>5环PAHs>3环PAHs>6环PAHs>2环PAHs。调查海域表层沉积物以粉砂为主,PAHs的空间分布受到多种因素的综合影响。调查海域PAHs来源相对稳定,年际差异较小,主要来源于石油、木柴、煤炭等燃烧产物的远距离迁移。依据沉积物质量基准法评价,调查海域沉积物PAHs生态风险水平较低。绿色石化项目在建设期及投产期未引起邻近海域沉积物PAHs的增加,但随着项目持续运营,其对周边生态环境的影响需持续关注。

本研究以西太平洋表层海水为基质,制备了浓度为0.5~4.0 μmol/L的海水活性磷酸盐系列标准物质。通过对所研制的4批次样品进行均匀性、稳定性评估,确定样品性能良好。对基于磷钼蓝分光光度法的气泡间隔连续流动分析系统的反应和操作条件进行优化,优化后的方法检出限低至0.03 μmol/L。不同浓度样品的相对标准偏差为0.37%~2.45%(n=9);通过与国际已有有证标准物质比对,本研究方法测量误差小于0.05 μmol/L。经6家具有中国计量认证资质且具备海水磷酸盐检测能力的实验室联合定值,确定了该系列标准物质的标准值,并对定值结果的不确定度进行了分析评价,相对扩展不确定度为2%~10%。

南太平洋岛国大多四面环海且国土面积狭小,多为生态环境脆弱区。基于此,本文利用多源卫星数据,对瑙鲁、帕劳、图瓦卢、马绍尔群岛四国的海洋生态环境进行监测,基于长时间序列遥感结果的回溯,分析了其时空变化,并对比分析了汤加火山爆发前后,各国生态环境是否发生显著变化。结果显示:1)在气候态时空分布上,南太平洋岛屿国家周边海域海表温度和透明度一直维持在较高水平,叶绿素和净初级生产力则随离岸距离增加快速下降;2)升温、酸化和海平面升高是四个岛屿国家周边海域面临的共同问题;3)汤加火山的爆发对于南太平洋四岛国的沿岸悬浮物质量浓度、海表温度等无明显影响;4)火山爆发前半个月海岛地表温度以及周边海域悬浮物质量浓度异常升高的现象对利用遥感手段进行灾害预警预报具有启示作用。

南乔治亚岛海域是南大洋初级生产力最高的区域之一,具有巨大的固碳潜力,但由于缺乏连续的上层海洋观测资料,该海域生物泵效率的强弱仍未有定论。本研究利用2017年至2020年期间位于南乔治亚岛附近海域的生物地球化学浮标(BGC-Argo)所获取的水文和生物化学参数,探讨了物理过程对生物地球化学过程的影响,并估算了该海域的南极夏季碳输出通量。结果显示:南乔治亚岛上游(南极半岛东北部)和下游(乔治亚海盆)海域Chl-a均呈现出很强的季节性特征,尤其是乔治亚海盆区浮游植物维持了4个月的旺发时间,表明该区域具有稳定持续的铁源供给;利用颗粒有机碳(POC)季节性输出量的时间变率,估算了上、下游的夏季POC输出通量分别为7.12±3.90 mmol·m^-2·d^-1和45.29±5.40 mmol·m^-2·d^-1,推测这种差异主要是由于混合层加深后促进了有机碳的向下输出导致的。研究发现该区域维持着较高的生物泵效率,与此前的乔治亚海盆存在“高生产力低输出效率”的结论不同,这可能是由于航次断面调查的即时性无法反映整个季节性特征所造成的。BGC-Argo能提供高时空分辨率的多参数观测数据,本研究结果表明其可以更准确地量化与评估海洋生物地球化学过程和固碳能力。

近惯性波是海洋对台风响应过程中最为重要的能量传递方式之一,其频率随深度的分布会影响近惯性波能量向海洋内部传播的速度。基于台风期间南海西北部的潜标观测资料,对涡度效应和背景流引起的多普勒效应进行分析,发现背景流引起的多普勒效应是近惯性波频率“蓝移”的主要因素,近惯性波频率大于当地惯性频率,并且频率随着深度增加而增加。深度在200 m以浅,背景流多普勒效应为负;深度在200 m左右,多普勒效应趋于0;深度在230~400 m,多普勒效应为正。在230~400 m深度,背景流强度达到最大,其方向与近惯性波传播方向接近,因此由其引起的多普勒正频移也最大,观测结果显示近惯性波频率偏移也最大。该研究对加深海洋对台风响应过程的认识,特别是近惯性波在背景流结构复杂海域(如西边界流区域)的传播具有重要作用。

基于中尺度大气模式WRF和区域海洋模式ROMS,构建WRF-ROMS海气双向耦合模式,针对2018年超强台风“山竹”进行模拟。利用观测数据对台风路径和强度进行验证,结果表明海气耦合模式对台风“山竹”的模拟相对单一模式有更高的精度,耦合模式得到的台风路径与最佳路径吻合良好,误差控制在60 km以内;获取的风速和海平面气压结果也较单一模式更为准确。基于海气耦合模拟结果,进一步分析台风作用下风场、气压场、海表流场和风暴增水的时空分布特征,结果表明:1)空间分布方面,台风进入南海后,七级风圈半径在台风沿路径右后方较大;气旋式流场与台风风场呈现出显著的埃克曼效应,流向与风向呈45°;风场、气压场、风生流场和增水分布均存在明显的不对称性,台风路径右侧的台风强度、流速和增水均大于左侧。2)时间分布方面,风场与气压场分布特征相似且与台风中心保持同步,流场和近岸风暴增水相对台风路径存在3 h左右的滞后。

海堤在保护沿海城镇免受极端波浪破坏方面具有重要作用。该文基于二维不可压缩两相流数值模型,系统研究了向岸风对孤立波海堤越浪特性的影响。通过数值计算结果与实验数据的对比,验证了该数值模型的可靠性,并重点讨论了向岸风风速、入射波高、堤顶超高、岸滩坡度和海堤坡度等因素对孤立波海堤越浪水动力过程的影响。研究表明:随着向岸风风速、入射波高的增大以及堤顶超高的减小,孤立波的最大越浪量、最大爬高以及沿程最大水位高程逐渐增大;随着岸滩坡度和海堤坡度的增大,孤立波的最大越浪量分别增大和减小,最大爬高逐渐增大。向岸风会影响孤立波海堤越浪的水动力特性,增大孤立波的波陡以及波峰传播速度,使波浪提前破碎;相比无风情况,最大越浪量、最大爬高、最大水动力荷载以及沿程最大水位高程均有所增大。研究结果可为海岸工程的设计提供参考。

深海沉积物蕴藏着丰富的稀土资源,富稀土沉积物的空间分布特征、稀土赋存形态与富集机制是近年来研究的热点。东太平洋克拉里昂—克里帕顿断裂带(简称CC区)是全球海底最重要的多金属结核成矿带,但对该区域沉积物中伴生富集的稀土资源分布特征和资源潜力认识尚不清楚。该文对CC区西部125个站位沉积物全岩地球化学成分(728组主量元素和625组微量元素)进行了分析,结果表明研究区沉积物中显著富集MnO和P₂O₅,总稀土含量(∑REY)与P₂O₅、CaO含量和Ce负异常存在较好的空间正相关性,生物成因钙磷灰石是稀土元素的主要赋存矿物。研究区沉积物∑REY平均值为470±202 μg/g,部分区域∑REY含量高于富稀土沉积物标准(∑REY>700 μg/g),表明研究区具有一定的稀土资源潜力。研究区富稀土沉积物主要分布在以丘陵地形为主的北部,南部海盆区的沉积物稀土含量相对较低。研究区地貌特征差异影响了区域沉积速率和钙磷灰石水动力分选,导致研究区稀土资源分布的南北分带性。

海底沉积层的声学特性是开展海洋声场计算与工程地质评价的基础要素,原位测量是精确获取声学特性参数的有效手段。海底沉积层的结构分层特征以及孤石等地质异常体的存在导致其垂向、横向呈现不均匀性特征,现有的声学原位测量系统难以对不均匀性特征进行探测识别,对地层不均匀性上的识别尚且缺少判别参考。对此,该文提出了一种针对海底沉积层不均匀性的斜向声学原位纵波测量方法,利用有限元法进行了百米尺度内的沉积层斜向声学原位测量仿真研究,根据东海区域工程地质勘探资料,构建了均匀型沉积层、分层型沉积层及含孤石型沉积层三种模型,基于斜向原位测量方法开展了沉积层声速测量仿真。结果表明,斜向原位测量方法对大深度沉积层中的不均匀性具有较好的识别效果,通过引入等效偏移距概念,对原有声速计算公式进行了改进,有效提高了异常识别的准确性。斜向声学原位测量方法是对现有沉积层原位测量方式的有效拓展,将有助于推动原位测量在海洋工程勘察中的进一步应用。

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。