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为了揭示全球海域内波混合的时空分布规律并探究其影响因素,本文采用内波细尺度参数化方法统计分析了2006—2021年全球250~500 m深度段的Argo温、盐数据,得到内波混合的时空分布特征以及全球海域在不同季节下风生近惯性能通量对内波混合的影响规律。在空间上,北大西洋和南大洋全年都存在较大的风生近惯性能通量,从而产生较强的内波混合;在西太平洋和40°N以北的北太平洋,内波混合与风生近惯性能通量的空间分布不一致,与涡动能的空间分布一致,说明内波混合不仅会受到风生近惯性能通量的影响,可能还会受到涡旋的调控。在时间上,12—2月全球内波混合最强,其次是9—11月和3—5月,6—8月最弱,这与全球风生近惯性能通量的季节变化相一致。在北半球,冬季的风生近惯性能通量和内波混合最大,而夏季风生近惯性能通量和内波混合最小。在南半球,风生近惯性能通量和内波混合四个季节的变化不一致。南、北半球内波混合和风生近惯性能通量的季节循环大致吻合,尤其在北大西洋,风生近惯性能通量和内波混合吻合较好。

2023年12月,崂山实验室“深海Argo区域观测网建设”项目在菲律宾海盆布放了1台国产4 000 m级HM4000型剖面浮标(世界气象组织编号为2902895),该浮标携带了加拿大RBR公司生产的RBRargo³ deep 6k CTD传感器(以下简称RBR CTD)。布放后发现,该浮标返回的盐度观测数据与船载CTD结果以及气候态盐度值相比存在系统性的偏差。为了校正浮标盐度数据,使用现场盐度计分析结果和船载CTD测量的盐度,计算了RBR CTD电导率的偏移率,进而对浮标盐度剖面进行了校正。经检验,校正后的结果与邻近浮标和气候态盐度数据基本一致。随着我国 “深海Argo区域观测网建设”项目的启动实施,越来越多的国产深海Argo浮标将被布放,相比观测水深为0~2 000 m范围内的核心Argo(Core-Argo,仅观测海水温度和盐度),深海Argo(Deep-Argo)需要更高的观测精度才能分辨出深海更小的变化。当前,Deep-Argo使用的CTD传感器仍存在技术问题,一些浮标和传感器在存储、运输和使用过程中难免会存在不当操作,导致观测数据特别是盐度数据存在较大误差。为此,本文提出了一种使用现场比测资料对深海Argo浮标观测资料进行校正的方法,可为我国深海Argo区域观测网资料质量控制提供重要的技术支撑。

甲烷厌氧氧化(anaerobic oxidation of methane,AOM)过程是冷泉沉积物中元素循环过程的重要一环。该反应一般由甲烷厌氧氧化古菌(anaerobic methanotrophic archaea,ANME)和硫酸盐还原细菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)共同完成,两者通常以共生体的方式存在。然而目前尚未获得ANME纯培养菌株,且其缓慢的代谢阻碍了对其代谢特征、协同作用机制的进一步探索和研究。本文通过杂交链反应-荧光原位杂交技术(hybridization chain reaction-fluorescence in situ hybridization,HCR-FISH)并结合16S rRNA基因高通量测序结果,调查了南海Formosa冷泉(简称F冷泉)黑色菌席区域不同深度沉积物中ANME群落组成情况及存在状态。结果显示,ANME-1和ANME-2为F冷泉沉积物中的主要ANME类群,其中,ANME-2和SRB以菌团聚集体的方式存在,而未发现ANME-1类群与细菌成团的情况。这表明ANME-2多与SRB共生进行AOM过程,并且暗示ANME-1与ANME-2存在不同的生理功能和甲烷代谢机制。另外,在所有层位的沉积物样品中,ANME-2/SRB菌团直径主要集中在3~10 μm之间。相关性分析表明,菌团直径分布与沉积物中硫酸盐浓度等环境因子显著相关,指示冷泉环境因子对ANME/SRB菌团生长的影响作用。此外,通过HCR-FISH技术进一步发现,在F冷泉沉积物中存在多个排列整齐、大小均匀的菌团连接形成的菌团簇,这种特殊结构暗示菌团间可能存在着联系或合作关系。本研究揭示了F冷泉不同深度沉积物中ANME类群的存在状态及共生菌团的大小和分布规律,为进一步揭示不同ANME类群在原位冷泉沉积物中的甲烷代谢机制和生态功能提供了基础。

深海多金属结核和沉积物中赋存丰富的微生物,研究其群落结构特征和功能对认识深海微生物基因资源和微生物成矿作用具有重要的科学意义。目前,对于深海多金属结核分布区的结核内部及结核周围沉积物的细菌群落多样性和结构特征的研究较少,特别是对微生物参与多金属结核成矿的认识十分有限。本研究利用16S rRNA全长测序技术获得了太平洋区域不同类型多金属结核与周围沉积物中的细菌群落组成,通过扫描电镜和能谱分析观察到类细菌微球结构以及结构表面的金属元素分布。研究结果表明:细菌群落组成在不同结核和沉积物中存在差异,变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为优势门类。有些功能类群可能因具备金属氧化还原或生物膜生成能力而参与了多金属结核成矿过程,如能够驱动结核锰元素循环和锰矿物形成的希瓦氏菌属(Shewanella)和科尔韦尔氏菌属(Colwellia)。类细菌微球结构能够促进金属元素在其表面聚集,可能为矿物沉淀提供了位点。研究进一步深化了关于微生物功能及其与矿物相互作用的认识,对于认识深部生命圈的生物地球化学循环和微生物成矿过程具有积极意义。

位于南海南部的曾母-北康盆地,形成于复杂的地质构造背景下,发育了大量的油气藏和多类型的流体运移构造。地震资料表明南海南部由气烟囱、断层、管状通道、泥火山和泥底辟构成的流体运移系统,可能与水合物成藏相关,海底渗漏与似海底反射(bottom simulating reflector,简称BSR)指示了水合物存在的可能性。气烟囱形成自深部流体积聚导致的水力压裂,该水力压裂将流体运移至浅部,并且气烟囱与BSR相关,指示了水合物的富集。断层发育于深部,因与潜在烃源岩或储层相连,周围积聚了大量浅层气和水合物。麻坑是海底渗漏的指示性构造,也是冷泉水合物通常富集的区域。泥火山以及泥底辟的形成既导致了流体垂向运移,也引发了浅部地层变形和断层发育,因此其也是水合物的潜在富集区。另外,本文利用体积法对曾母-北康盆地天然气水合物的资源量进行了估算,结果表明资源量约为1.62×10¹³ m³。曾母-北康盆地具有很大的水合物资源潜力,是未来水合物勘探活动值得关注的区域。

人工岛建设在满足土地需求的同时会不可避免地对海洋生态环境造成损害,开展人工岛海洋生态修复及效果评价是海岛海岸带生态修复工作的热点和难点。该文基于压力-状态-响应(pressure-state-response,PSR)模型构建人工岛周边海域生态修复效果评价指标体系,利用最佳-最差方法(best-worst method,BWM)进行评价指标权重赋值,并结合贝叶斯网络(Bayesian network,BN)对海南日月岛附近海域生态恢复效果进行评价。结果表明,2016年至2019年,在“自然恢复为主,人工修复为辅”的修复策略下,日月岛附近海域生态环境取得了一定的修复效果,旅游休闲娱乐区、农渔业区和保留区生态环境质量的期望值分别提升了32.6%、31.7%和22.7%,其中水环境压力和沉积物环境压力明显下降,但生物状况未见改善。敏感性分析的结果表明,三个海洋功能区的生态环境质量对沉积物指标的敏感性较低,对底栖生物栖息密度的敏感性最高。未来修复措施的重点应聚焦于生物生态指标的改善。本研究可为海洋生态修复效果评价提供有益参考。

本文基于1993年1月至2021年12月的卫星高度计数据,利用最小二乘法和集合经验模态分解对舟山及邻近东海海平面的长期变化及其影响因子进行分析。研究发现,研究区海平面整体以上升趋势为主,在舟山群岛东侧海域,上升趋势更为明显;平均线性速率为0.36±0.10 cm/a,2018年起上升趋势有所减缓。研究区海平面变化具有明显的季节差异,其线性速率为秋季最大(0.37±0.12 cm/a),冬季次之,春、夏两季略小(约为0.34±0.10 cm/a)。近30年来的非线性变化趋势显示,夏、秋季的上升速率几乎不变,冬季的上升速率呈减缓态势,春季呈加速上升态势。研究区海平面变化存在年振幅增大的趋势,长期变化与温度引起的海水热膨胀效应以及风应力引起的增-减水效应密切相关。

近岸河口受到陆源输入的影响,通常表现为大气二氧化碳(CO₂)的源,而红树林生态系统一般是大气CO₂的汇。因此,准确衡量红树林河口的CO₂排放量对构建区域和全球碳收支具有重要的现实意义。东寨港位于海南岛东北部,向外连通琼州海峡,有5条主要河流汇入,西部和南部分布着成片红树林。本研究分别于2022年12月(干季)、2023年12月(干季)、2022年5月(湿季)、2023年8月(湿季)对东寨港、周边的主要河流以及邻近海域开展了4次野外调查。结果显示,表层水体CO₂分压(pCO₂)呈现从河流向港内、港外递减的趋势;温度、物理混合与生物活动都会影响干湿季pCO₂空间分布;湿季CO₂通量(8.8±8.2 mmol·m^-2·d^-1)大于干季(3.4±3.6 mmol·m^-2·d^-1),全年平均值为6.1±6.3 mmol·m^-2·d^-1,在全球红树林河口中处于较低水平;东寨港水体的年CO₂排放量将抵消红树林植物固碳量的10.4%~21.9%。

由于存在极高的初级生产和高效的碳代谢速率, 珊瑚礁海域二氧化碳(CO₂)的汇/源属性仍存有争议。为了明晰我国亚热带珊瑚礁海域CO₂的源、汇特征及驱动因素,基于2023年5月的海上调查结果并结合室内培养实验数据,本文探究了春季大澳湾(珊瑚礁海域)海水CO₂分压(pCO₂)的分布特征及主要控制机制。结果表明:春季大澳湾海水pCO₂的范围为412.9~555.7 μatm,主要表现为大气CO₂的源,平均释放通量为0.53±0.90 mmol·m^-2·d^-1。调查期间,pCO₂整体呈现近岸高于远岸的分布特征,这主要受到生物活动(净呼吸)和陆源淡水输入的共同控制。此外,海水pCO₂的日周期变化显著,其差值最高可达168 μatm。生物活动(光合和呼吸作用)的昼夜差异是导致pCO₂日变化的主要因素,在礁区和非礁区对pCO₂日变化的贡献分别为89.4%和66.4%。物理过程(温度和潮汐作用)对pCO₂昼夜变化的影响较小,其中温度变化在礁区和非礁区的贡献分别为12.7%和21.5%,其作用远低于生物过程。此外,近岸珊瑚的代谢过程可能会显著提升大澳湾局部(礁区)的pCO₂,增强海域的CO₂源属性。

全球变暖导致海平面上升,珊瑚礁等自然屏障抵御飓风和海啸等极端灾害的能力减弱,因此需在海岸附近布置海堤或淹没式人工结构物等人工屏障,以有效保护海岸。本文旨在通过数值模拟,探究淹没式人工结构物对孤立波在岸礁上的传播、变形等水动力特性的影响。采用非静压模型NHWAVE建立高精度波浪数值水槽,并通过实验数据验证模型,重点分析了入射波高、礁坪水深、人工结构物坡度、人工结构物峰宽及礁前斜坡坡度等因素对孤立波水动力特性的影响。研究表明,淹没式人工结构物会增大波浪反射系数,波浪与水体之间会形成漩涡结构,复杂的流场能有效耗散部分入射波能,从而减缓孤立波的波高和爬高。本文研究结果可为淹没式人工结构物的设计提供参考。