当期目录

为准确模拟台风路径和强度,采用WRF模式比较不同微物理过程和积云对流过程参数化方案对台风路径和强度模拟的影响,并基于集合预报方法考虑对台风预报系统误差进行优化。选用4种微物理过程方案和3种积云对流参数化方案,针对1213号台风“启德”进行模拟,结果表明不同的参数化方案对台风路径和强度的预报结果有明显影响,积云对流过程参数化方案相对于微物理过程参数化方案更加敏感。基于不同参数化方案扰动成员的集合平均预报方法,对于台风路径和强度的模拟误差均有明显改善,台风路径误差随时间增幅较小,其结果优于全部12个单方案试验的模拟结果;从台风强度方面来看,基于集合预报方法模拟得到的台风强度变化趋势与实况结果一致,且误差较小,优于大多数试验方案。结果表明:采用不同微物理过程和积云对流过程参数化方案的组合构建的集合预报模型,对于台风路径和强度的模拟均有一定程度改善,减小了采用不同参数化方案产生的路径不确定性,使其在台风“启德”的路径模拟上与实况更为接近,可为提升台风预报能力提供科学参考。

类型丰富、时空分辨率高的海洋探测数据,为信号分解和机器学习算法的应用提供了可能。本文针对如何建立有效的海温预测模型这一问题,使用高时空分辨率的海表温度(SST)融合产品,引入信号处理领域的集合经验模态分解(EEMD)和机器学习领域的自回归积分滑动平均模型(ARIMA)。首先利用最适于分解自然信号的EEMD方法,将海温数据分解成多个确定频率的序列;再利用ARIMA分别对各个频率的序列进行预测,最后将各个序列的预测结果进行组合。该方法在丰富数据的支撑下,比以往直接使用海温数据所建立的预测模型精度更高,为更好地进行海温预测提供了新方法。

低盐透镜现象是珠江口陆架海域常见的一种中尺度现象,它的出现会影响水下声传播环境。利用南海北部陆架区的CTD资料分析了低盐透镜的结构特征,基于简正波和射线模型,建立二维波导环境,设置不同声源条件,对低盐透镜环境的声传播特性进行了研究。结果表明:低盐透镜会在海水上层形成声道,距离15 km处其传播损失较没有低盐透镜的情况小约15 dB。虽然低盐透镜声道厚度通常较小,但是较大的盐度梯度可以保证声道对声能的有效传播。当频率高于截止频率的声源置于低盐透镜内,声道效应有助于声音的远距离传播。

对大洋27航次在西太平洋马里亚纳海沟挑战者深渊获取的3个多金属氧化物样品进行了X射线矿物衍射分析、穆斯堡尔谱分析及地球化学元素分析,研究其矿物、地球化学特征差异。结果表明,所取样品处于多金属氧化物发育的初始阶段,具有独特的矿物地球化学特征:(1)相较于太平洋CC区及中太平洋海盆获取的多金属结核样品,本研究样品的矿物组成中含有异常高的石英、斜长石以及黏土矿物,而水羟锰矿和钙锰矿含量较低。(2)样品中铁相矿物主要为正方针铁矿(91.6%),另含少量纤铁矿(8.4%),推测是纤铁矿向更加稳定的正方针铁矿衍变的结果。(3)由于样品中深海黏土组分以及氧化物核心物质的混入,加上吸附金属氧化物时间较短,导致SiO₂和Al₂O₃含量均高于正常结核,而Fe、Mn、Cu、Co、Ni等其余金属元素含量较低。(4)由于形成时间较短,样品中稀土元素含量相对较低,ΣREE仅约为0.4×10^-3(一般太平洋CC区及中太平洋结核中稀土含量均大于1.0×10^-3);加之海水氧化还原作用的降低以及研究区海底热液活动的影响,Ce元素未表现出多金属结核中常见的正异常。

通过分析罗斯海15个表层沉积物中甘油双烷基甘油四醚(Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraethers,GDGTs)的含量与分布,探讨了各种GDGTs来源及TEX₈₆指标的环境意义。结果表明:表层沉积物中GDGTs总含量为93.67~2 663.37 ng/g,其中类异戊二烯GDGTs(IsoGDGTs)占90.33%~98.56%,远高于支链GDGTs(BrGDGTs)。类异戊二烯GDGTs与支链GDGTs具有显著的耦合关系(R²=0.88,p<0.01)。沉积物中的IsoGDGTs主要来源于海洋奇古菌,BrGDGTs主要由海洋水体和沉积物中原位细菌所产生。应用TEX^L₈₆公式估算研究区SST,与WOA夏季表层温度呈现较好的线性关系,表明TEX^L₈₆指标在罗斯海具有适用性,可作为重建古海洋温度的替代指标。

研究海岛区域景观格局变化对生态系统服务价值的影响,对于认识陆地和海岛景观差异,促进海岛区域土地资源有序利用,保持区域生态系统健康发展有着积极的作用。基于1995、2005、2015年3期土地利用数据,定量分析了舟山群岛20 a间的景观格局和生态系统服务价值变化特征,并对景观格局指数与生态系统服务价值的相关性进行分析。结果表明:(1)舟山群岛水域、城市、农村景观面积不断增加,其余景观类型面积不断减少,景观格局破碎化、复杂化和多样化程度不断加深。(2)生态系统服务价值先下降后上升,净增加37.66×10⁷元,除水资源供给、净化环境和水文调节价值总体趋势为增加外,其余服务功能价值均呈减少趋势;较高生态系统服务价值区和低值区不断增加而0.5×10⁷~1.5×10⁷元区域小幅减少。(3)生态系统服务总价值与景观类型斑块复杂程度和多样性呈显著正相关,而与景观的聚合度和蔓延度呈显著负相关。

通过溶胶-凝胶法,以CNTS-TiO₂为前驱物制备了Li⁺掺杂CNTS-TiO₂的纳米复合光催化剂(以下均称为Li⁺/CNTS-TiO₂),采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试手段对光催化剂进行表征,结果表明制得的催化剂为纳米材料且在TiO₂的基础上增大了比表面积。利用掺杂量为3%的Li⁺掺杂CNTS-TiO₂复合光催化剂(以下均称为3%Li⁺/CNTS-TiO₂)光催化降解海洋柴油污染,在可见光条件下考察了Li⁺掺杂量、煅烧温度、光催化剂投加量、柴油初始质量浓度、光催化反应时间、H₂O₂质量浓度等条件对光催化实验的影响。进行正交实验,确定最优化工艺条件为:Li⁺掺杂量为3%,光催化剂的煅烧温度为600 ℃,3%Li⁺/CNTS-TiO₂的投加量为0.1 g/L,降解柴油初始质量浓度为0.4 g/L,光催化反应时间为3 h,H₂O₂质量浓度为0.6 g/L,降解率可以达到95%以上。同时对此光催化剂进行应用试验,试验结果表明光催化剂去除效果优异,去除率可达91.87%。

舟山群岛海域峡道密布,峡道边坡失稳现象普遍发育,规模不一。多发的水下滑坡对海底光缆、港口码头等海岸工程设施都有较大威胁。2012年12月,使用浅地层剖面仪对六横岛周边峡道区进行探测,划分出3个主要声学反射界面以及4个地层单元,上部3个地层为全新世沉积层。发现6处水下滑坡,分布于六横岛沿岸边坡及毗邻的潮流深槽边坡。滑坡结构均为整体性滑坡,部分具多级性。从滑坡体规模看,滑坡体体积介于1.6×10⁵~2.7×10⁷ m³之间,其中超大型滑坡2处、大型滑坡3处、中型滑坡1处。根据界面与滑坡体的相关性,推测水下滑坡均发生在距今2.5 ka以来的全新世晚期。

海底水力喷射开沟技术在海底管道、光缆埋设等工程中得到广泛应用,然而黏土尤其是硬质黏性土中的水力开沟施工较为困难,为阐明其中的破土机制,开展了二维垂向淹没射流开沟物理模拟实验。通过观察射流破土的过程,发现:软黏土与硬质黏性土中冲坑发展的特点有所不同,破土机制也存在差异。射流对硬质黏性土的破坏中,压力导致的剪切破坏起到很大作用,在土力学原理上近似于地基土整体剪切破坏,据此建立了硬质黏性土射流破土模型,同时提出冲坑颈口直径在硬质黏性土冲坑形态中的重要性,并以此取代原有的冲坑直径作为一个预测指标。

基于天津港主航道连续观测点31 d的实测海流资料,利用调和分析对主航道潮流和余流特征进行研究,同时结合同步风速资料研究风对表层余流的影响。结果表明:(1)航道附近属于弱流海区,表层平均流速为31.4 cm/s,流速总体上由表至底逐渐减小,流速方向大致集中在NW—SE向。(2)观测海域潮流以正规半日往复潮占主导,优势分潮为M₂,浅水分潮较为显著,涨潮流流速大于落潮流流速。(3)观测期间表层平均余流流速为2.8~13.8 cm/s,随着深度增加余流流速逐渐减小,方向大多为NW向。该站表层余流受风的影响显著,东南风将使余流方向偏向西北。

近岸海域水体和沉积物是营养盐迁移转化的重要场所。2016年8月对渤海湾水体和沉积物进行采样监测,分析了渤海湾水体和沉积物中不同形态氮、磷的含量,并研究了营养盐在水体和沉积物中的分布特征及其相互关系。结果表明:渤海湾水体中的营养盐在西部近岸地区含量较高,而在离海岸线较远的开阔海域含量较低,表现出一个明显的质量浓度梯度。说明人类活动对近岸海域水体中营养盐含量的贡献较为明显。水体中营养盐主要是以无机态为主,无机氮和无机磷分别占到总氮和总磷的76.65%和76.46%。沉积物中氮、磷营养盐表现出和水体中营养盐含量类似的空间分布特征,但形态主要以有机氮为主,无机磷的含量也仅占到30.42%。这说明夏季渤海湾水体中氮、磷营养盐主要由水中有机体通过同化作用将无机态营养盐合成为有机态营养盐进入沉积物,渤海湾西北海域的富营养化过程是水体中营养盐向沉积物迁移的一个主要驱动力。