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涡旋对海洋中的能量传递和物质交换有重要作用。黑海西北部陆坡边缘是长生命周期涡旋经常发生的海域,但涡旋引起的陆架和海盆之间水交换通量的季节性特征,以及海盆边缘环流对跨陆架水交换的作用等方面的研究还不是很充分。本文对黑海西北部陆架区与深海盆区间的跨陆架水交换进行了研究,利用高分辨率三维原始方程模式模拟的温、盐、流等资料,结合涡旋自动探测方法,统计了黑海西北部海域的涡旋活动,研究了涡致跨陆架水交换的季节性特征,计算对比了2002年到2010年间海盆边缘环流与涡旋对跨陆架水交换通量的各自贡献。结果表明:黑海西北部地区海盆边缘环流强度与跨陆架进、出通量的相关系数分别为0.57和0.67,海盆边缘环流位置与跨陆架交换量的相关系数为0.52;海盆边缘环流强度与位置的季节性变化导致了黑海西北部跨陆架通量的季节性变化。黑海西北部地区表层3月到8月之间涡旋所引起跨陆架交换量约占了跨陆架交换总量的16%~31%;涡致跨陆架通量也具有季节性特征。文中对单个涡旋进行了详细研究:2005年5月5日到2005年7月20日之间在黑海西北部存在一个直径最大值时达到120 km的反气旋式涡旋,涡旋存在期间完成了从陆架区向深海区的水体传输,相当于黑海西北陆架区水体积的30.9%。

许多研究认为,只有北大西洋涛动(NAO)是一种具有物理意义的模态,而北极涛动(AO)则是EOF分解得到的一种统计假象模态。为了从一个新的角度进一步探讨二者的差别,我们运用附条件的最大协方差分析(CMCA)统计了前期北极边缘海冰密集度(MSCI)与来年冬季NAO之间的跨季节遥相关关系,其中的ENSO信号和线性趋势已经在分析之前被去除。统计显著性结果表明:冬季负位相的NAO信号可以追溯到6个月前自盛夏开始至早冬季节北极MSCI异常的逐步演变。然而根据先前的研究,北极海冰异常仅可以超前冬季AO 大概4个月表现出显著信号。这表明盛夏北极MSCI的持续异常对来年冬季NAO的影响比对AO更强,同时也从另一个角度证实了AO与NAO确实存在差异。进一步分析还表明,前期MSCI异常的逐步演变主要与海表面热通量及气温异常有关。此外,我们还重新审视了负位相的NAO对北半球冬季气候异常的影响以及可能的物理机制。

针对SMOS和Aquarius海表盐度误差分析没有区分不同空间频谱信噪特征的问题,基于6种主要的遥感盐度分析产品,根据定性图像、纬向波数谱、均方根误差等指标,分析产品的有效分辨率并探讨其原因机制。研究表明:CATDS-0.25°分析产品所描述的盐度场中小尺度结构失真,其较高谱能量密度在热带海域以噪音为主,而在西边界流等海域以信号为主;BEC-L3-0.25°有着较小的均方根误差、清晰的盐度图像、显著的中尺度能量,最适于描绘中尺度(25~100 km)盐度特征;BEC-L4-0.25°被奇异谱分析方法过度平滑了盐度场;Aquarius-V2-1.00°通过局部平滑处理,在描述大尺度(＞100 km)盐度现象方面表现较好;Aquarius-CAP-1.00°通过主动-被动联合算法(CAP)减小了均方根误差,但图像中卫星轨道形态明显;CATDS-1.00°的图像形态、能量分布和误差特征与Aquarius-V2-1.00°相当。这些结论可为用户正确使用产品进行地球物理学研究提供参考。

机载激光测深技术因其特有的优势备受关注,但现阶段其探测能力有限,为解决其适用范围问题,本文利用VIIRS(Visible Infrared Imaging Radiometer Suite)数据对南黄海区域的激光测深性能进行评估,首先利用外业实测数据和卫星影像反演南黄海区域的490 nm波段漫衰减系数,其次建立490 nm和532 nm波段漫衰减系数之间的线性关系,最后以CZMIL(Coastal Zone Mapping and Imaging LiDAR)系统为例评估了南黄海区域激光测深能力,并给出了江苏沿岸海域CZMIL系统的适用范围。研究结果表明:CZMIL系统在南黄海区域的最大测深能力范围为0.5~40 m;理论最低潮面时,江苏沿海海域CZMIL系统的适用范围约为4 700 km²。

利用卫星多光谱数据反演浅海水深是水深测量的一种重要手段。已有水深反演方法是在研究区建立统一的数学参数的反演模型,未考虑由于海底底质和水质变化导致的空间非平稳性问题。本文使用地理加权回归模型(Geographically Weighted Regression, GWR)对回归参数在空间上进行估计,针对GWR模型的带宽对反演精度的影响,使用了交叉验证(Cross Validation,CV)的方法来确定最佳带宽,并以南海永兴岛和甘泉岛海域为实验区,基于WordiVew-2多光谱数据对使用GWR模型的可行性和精度进行了验证。实验结果表明:永兴岛研究区GWR模型精度较线性回归模型提高了36.05%,在0~5,5~10,10~15和15~20 m区间,精度分别提高了49.46%,39.97%,12.36%和49.68%;甘泉岛研究区GWR模型精度较线性回归模型提高了8.08%,在0~5,5~10,10~15和15~20 m区间,精度分别提高了12.05%,16.23%,4.49%和12.23%,表明GWR模型具有更好的水深反演效果。

海岸线是海岛海岸带研究的基础要素,对于海岸带资源开发利用具有重要意义。遥感技术凭借其宏观、多光谱且周期短等特点成为快速提取海岸线的重要技术手段。本文采用高分辨率遥感数据WorldView-2对海岸线两侧地物的表观反射率进行分析,并开展特征分析,构建了海岸线提取指数。在此基础上,进一步结合纹理特征提取方法,成功提取了马来西亚棉花岛的海岸线。基于线目标匹配法对提取结果进行精度评价,其中长度误差为-1.38%,在缓冲半径为6个像素单位时,完整度为96.96%,正确度为95.37%。结果表明,用该方法提取的海岸线精度较高,可满足遥感调查的需要。

本文对在舟山群岛附近海域钻取的第四纪钻孔进行了粒度测试和分析。结果显示,沉积物平均粒径介于2.18~7.76 Φ,分选较差—差,偏度介于-1.75~2.76之间,表现为平坦、正态分布。这些粒径变化特征揭示了沉积动力环境的变化,粗粒沉积物对应了高水动能环境,细粒沉积物对应了低水动能环境。用粒度参数散点图对沉积环境判别表明粗粒沉积物与现代东海陆架沙脊、扬子浅滩、潮流沙脊间洼地和河道沉积等类型相近,可能指示快速海进过程中的高能沉积环境,如河道等,亦或是陆相侵蚀环境;细粒沉积物与现代泥质区沉积类似。沉积物粒度在垂向上的准旋回性变化可能指示了气候冷暖交替背景下沉积动力发生了显著变化。

鲣Katsuwonus pelamis广泛分布于各大洋热带和亚热带海域,其中以中西太平洋资源量最为丰富。综合评价环境因子对鲣鱼资源量的影响,构建科学的资源预报模型可为我国可持续合理开发该鱼种提供参考。本研究利用1998—2013年中西太平洋渔获量数据,以单位捕捞努力量渔获量(CPUE)为资源相对丰度指标,利用灰色关联方法分析鲣鱼资源相对丰度与环境因子之间的关联度,选取合适的环境因子,并基于不同环境因子构建不同的灰色预测模型对鲣鱼资源相对丰度进行预测,比较选择最优模型。结果表明, 中西太平洋鲣鱼的产量逐年递增,而CPUE在年间有着较大的波动。灰色关联分析认为,海表面温度与CPUE的平均关联度最大,其次为Nino3.4区海表温度距平值,其他的环境因子与CPUE的关联度较小。基于多环境因子的预测模型中,包含所有因子(海表面温度、海表面高度、叶绿素质量浓度a和Nino3.4区海表温度距平值)的模型M1有着最佳的拟合效果,实际值与预测值的相对误差为6.475 2,相关系数为0.687 4;而基于单一环境因子的预测模型中,去除11月SST数据的模型S2有着最佳的拟合效果,实际值与预测值的相对误差为7.419 2,相关系数为0.791 0。相比多环境因子的预测模型,单一环境因子预测模型有着较高的稳定性,实际值与预测值直接相关性也较高,可以作为中西太平洋鲣鱼资源相对丰度预报的最优模型。

滨海电厂温排水停止排放以及季节更替、寒潮来袭等现象会引起海水温度降低,从而对鱼类等变温生物产生冷冲击效应。本研究通过模拟水温骤降情形,以孵化率、死亡率、畸形率等为指标,探讨了温度骤降对大黄鱼早期发育阶段(鱼卵和仔鱼)的冷冲击作用。研究发现,大黄鱼仔鱼(3日龄)对温度骤降的敏感性略高于鱼卵。在大黄鱼鱼卵和仔鱼的适温范围内,当水温由22 ℃骤降至19 ℃或16 ℃时,鱼卵的孵化率和死亡率无明显变化,而胚胎发育和仔鱼的生长发育均减缓,仔鱼的死亡率提高;水温超出适温范围,由22 ℃骤降至13 ℃或10 ℃时,对鱼卵和仔鱼造成致命的冷冲击伤害,48 h累积死亡率分别为84.6%~100%和72.1%~98.2%。由此推测:当水温骤降超出适温范围后,大黄鱼的早期发育阶段遭受致命的冷冲击伤害,从而影响种群补充和年龄结构。

建立三门湾附近海域的水动力和水质模型,研究核电站取排水工程对海湾水交换的影响。计算得到取排水工程建立后三门湾海域40 d的海水交换率由51.60%变为51.06%,降低了0.54%。将三门湾海域分区分析,结果发现靠近排水工程的汊道水交换率降低最多,降低了5.36%,其余区域水交换率也都有所降低,但是降低幅度不大。结果表明:取排水工程的建立使得湾内水流状况发生变化,不同区域的水交换率变化相差较大;排水工程切断了附近汊道水流与外海的交换,导致排水口附近海域水交换率降低最多。