热带海洋学报杂志

热带海洋学报杂志2020年第1期

• 潮优型河口动力对水深变化的响应机制研究——以葡萄牙Guadiana河口为例*

  张萍, 谢梅芳, 杨昊, 蔡华阳, 欧素英, 杨清书

  强人类活动(如航道疏浚)和自然气候变化(如海平面上升)对近岸河口环境不同影响的辨识是目前河口海岸学研究的热点和难点问题。在地形概化和动力简化条件下, 解析模型能够快速辨识强人类活动和自然气候变化对河口环境的影响, 它是探讨河口动力过程对外界干扰的响应机制的重要工具。本文基于前人对葡萄牙Guadiana河口不同分潮之间非线性相互作用的研究, 采用一维水动力解析模型探讨河口不同分潮潮波传播过程对水深变化(模拟航道疏浚和河道淤积过程)的响应机制。研究结果表明: 平均水深$\overline{h}$的变化影响无量纲河口地形参数γ和摩擦参数χ, 进一步影响河口动力参数包括潮波振幅参数ζ、流速振幅参数μ、波速参数λ、潮波振幅增大/衰减率参数δ以及流速与水位之间的相位差?等; 平均水深变化对河口中下游段(x=0~60km)的潮汐动力影响较大, 而对河口上游段(x=60~78km)影响较弱; 主要半日分潮(M2、S2、N2)对水深变化的响应略大于全日分潮(K1、O1); 航道疏浚幅度小于2m时, 对河口潮汐动力格局影响不大, 而当疏浚幅度大于2m时, 将对河口潮汐动力格局及水环境(如盐水入侵等)产生较大影响; 河道淤积将导致潮汐动力减弱, 流速振幅、潮波振幅及传播速度减小, 流速和水位之间的相位差也减小。

• 一种基于表面状态参数的三维海洋动力学模型数值求解方法*

  李自立, 刘奥琦, 莫旭涛

  大面积的海洋表面实时运动状态可以通过遥感技术获取, 而海洋内部的运动状态只能进行定点观测, 无法达到大面积的实时监测。基于海洋动力学基本原理, 在正压浅海大陆架模式下, 在三维空间构建海洋表面与内部运动状态的关系模型; 利用遥感探测的海洋表面流速与流向数据, 结合海域的浪高、风速状态参数, 运用有限差分法反演出深层海流的流速与流向信息。反演结果符合海洋动力学规律, 反映出了深层流整体分布状态, 扩展了雷达遥感应用范围。

• 珠江口洪季最大浑浊带的大小潮变化与机制分析*

  严冬, 宋德海, 鲍献文

  基于ROMS三维模型, 模拟了珠江口洪季最大浑浊带的轴、侧向分布和大、小潮变化。模拟结果表明, 珠江口伶仃洋最大浑浊带的轴向位置在22.3°—22.45°N之间, 并随着潮流变化而周期性上下游迁移。控制最大浑浊带形成的主要因素是余流作用下的底层泥沙辐聚, 决定最大浑浊带位置的主要因素是水平对流输沙, 泥沙来源主要是上游浅滩沉积物的再悬浮。小潮期间堆积在浅滩的细颗粒沉积物在大潮期间被悬浮, 搬运到下游的滞流点位置, 在中滩南部和西滩外缘落淤。“潮泵”作用在大潮期间将泥沙向下游输运, 在小潮期间向上游输运; 垂向剪切作用则有利于悬浮泥沙的陆向输运; 二者共同作用产生泥沙辐聚, 形成最大浑浊带。大、小潮期间余流结构差异不大, 主要由密度差和潮汐混合不对称共同导致, 其中前者贡献更大。

• 伶仃洋洪季潮波传播变形及不对称性规律分析

  童朝锋, 司家林, 张蔚, 高祥宇

  珠江河口伶仃洋水域潮波传播变形及其不对称性关系对河口动力环境和物质输运产生影响。研究根据珠江口伶仃洋及东四口门19个潮位站2011年6月实测逐时潮位, 利用收缩河型沿程潮幅解析理论, 阐释伶仃洋从桂山岛上行沿程潮汐传播规律特征; 在调和分析基础上, 应用偏度理论和分潮组合分析方法, 阐明了伶仃洋东西岸及洪奇门、蕉门内潮汐不对称性分布特征, 对照数值研究结果, 指出伶仃洋至虎门之间水域导致潮汐不对称性的主控因素及响应规律。研究表明, 河口平面形态呈近似指数收缩特征的伶仃洋, 沿程潮幅的变化符合指数收缩型河口波幅解析变化规律, 东岸潮幅高于西岸的主要原因是东岸水深大于西岸, 其次是科氏力影响; 行进潮波虽受地形摩擦耗能及非线性作用下不同频率分潮间能量迁移的影响, 但收缩河口能量汇聚效应可以保证收缩段天文分潮潮幅减缓衰减甚至增加, 半日分潮能量汇聚效果强于全日分潮, 各非线性项作用促使浅水分潮产生并持续增能, 保证一定距离内沿程潮幅的增大; 潮汐不对称性的偏度由湾口落潮占优向湾顶涨潮占优发展, 在伶仃洋中部赤湾至金星港一线转为涨潮占优, 产生该现象的原因是自湾口向湾顶不同频率间天文分潮K1-O1-M2的相互作用, 导致表现为落潮优势潮的不对称性减弱, 而天文分潮M2和其对应的浅水分潮倍潮M4组合作用使涨潮优势偏度值的不对称性增强; 收缩河口形态属性要素中, 水深是影响潮不对称性的最主要因素。

• 异常北折台风“洛坦”与异常西折台风“奥玛”路径的对比及预报

  王敏, 尹义星, 陈晓旸, 赵阳

  选取在台湾岛附近发生异常北折的台风“洛坦”和异常西折的台风“奥玛”, 对其环流形势进行对比分析, 之后将全风场分解为气候场和瞬时扰动风场, 应用扩展的β-平流模型对“洛坦”和“奥玛”的异常偏折路径进行预报尝试。结果表明: 1)两个台风的500hPa全风场分析表明, 副高及槽前西南气流为“奥玛”异常北折的主要影响系统; 而“洛坦”北侧的大陆高压与副高合并加强有利于其西折。2)扰动风场的分布表明, 北折“洛坦”南侧的西南风逐渐增大, 东侧的东南风逐渐转变为南风, 在异常偏折时刻形成一条向北的“输送带”利于其北折; 西折“奥玛”在其异常偏折过程中其北侧一直维持着一个反气旋性环流, 向西输送分量逐渐增加, 利于其西折。3)利用扩展的β-平流模型对两个台风路径进行预报, 发现在综合考虑气候态和扰动场时, “洛坦”的路径预报效果最好, 而考虑瞬时扰动场时“奥玛”的西折预报效果最好。

• 石斑鱼虹彩病毒SGIV在宿主细胞内依赖微管运动的行为特征

  王立群, 王劭雯, 王宏达, 秦启伟

  病毒是非常微小的简单生物, 不能独立生存, 必须借助宿主细胞完成自身的繁衍。病毒侵染进入细胞后, 通常借助于微管通过黏稠的细胞质运动到特定的复制位点。然而, 有关病毒依赖微管运动行为的精细动态研究还比较少。石斑鱼虹彩病毒(Singapore grouper iridovirus, SGIV)为虹彩病毒科蛙病毒属的一个新种, 是海水养殖鱼类的重要病毒性病原, 对海水养殖业造成重大经济损失。利用单粒子示踪技术实时追踪了SGIV病毒粒子沿微管运动的行为, 观察到SGIV在细胞边缘至微管中心之间的双向运动, 最高瞬时速度约0.2μm·s-1, 均表现为主动运输。病毒粒子运动至微管交叉位置会减速迂回, 而后或受限于此, 平均运动速率约0.008μm·s-1, 或通过交叉处继续快速运动, 最高瞬时速度为0.2μm·s-1。同时, SGIV感染会影响微管的形态结构, 随着SGIV感染, 微管逐渐围绕细胞核和病毒加工厂形成环状结构。研究结果初步揭示了SGIV病毒和细胞微管之间相互作用的复杂过程, 丰富了我们对虹彩病毒胞内生命活动的认识, 有助于深入地理解海水鱼类虹彩病毒感染致病机理。

• 硇洲岛大型海藻群落的季节演替*

  张才学, 周伟男, 孙省利, 宋之光

  2011年4月至2012年1月对硇洲岛潮间带大型海藻进行了周年的季节调查, 结果表明, 调查海域大型海藻共有64种。其中褐藻门15种, 占总种类数的23.44%; 红藻门28种, 占总种类数的43.75%; 绿藻门20种, 占总种类数的31.25%; 蓝藻门1种, 占总种类数的1.56%。其种类数春季最多, 共43种; 夏季24种; 秋季29种; 冬季31种。有9个物种为4个季节共有种, 有14个物种为3个季节共有种。各季节间共有种类数为12~26种, 季节间种类更替率为0.42~0.78, 春夏季种类更替率最高, 秋冬季种类更替率最低。优势种共有13种, 仅拟鸡毛菜Pterocladiella capillacea为全年优势种, 而半叶马尾藻Sargassum hemiphyllum和小珊瑚藻Corallina pilulifera为3个季节共有优势种。调查海域大型海藻生物量季节变化明显, 平均生物量春季最高, 冬季次之, 夏季最低。不同物种其垂直分带明显, 从高潮区往低潮区种类数不断增多; 生物量也是从高潮区往低潮区逐渐增大。物种多样性指数变化范围为0.03~2.33, 年均值为1.10; 均匀度变化范围为0.01~0.70, 年均值为0.36; 种类丰富度指数变化范围为0.15~1.65, 年均值为0.72; 辛普森优势度指数变化范围为0.01~0.78, 年均值为0.39。各大型海藻含水率变化范围在51.92%~97.52%, 平均值为85.21%; 总有机碳含量变化范围在4.34%~42.06%, 平均为27.99%。相关性分析发现, 调查海域大型海藻生物量与无机氮(DIN)呈显著负相关, 相关系数为0.49(P＜0.05), 与其他环境因子的相关性不明显。在大型海藻生长旺盛的冬春季, 海水中的无机氮(DIN)含量最低, 与其他自然海域冬季营养盐积累规律显著不同。

• 3种传统方法对不同珊瑚表面积测量的适用性及其校准方法——以3D扫描技术为基准*

  梁宇娴, 俞晓磊, 郭亚娟, 黄晖, 周伟华, 袁翔城

  造礁石珊瑚的表面积是珊瑚生物学和珊瑚礁生态学研究中重要的参数, 因其形态结构复杂, 准确测量十分困难。由于测量方法的不同, 导致不同珊瑚之间的重要指标无法被直接比较, 因此系统比较不同的表面积测量方法十分必要。以块状的普哥滨珊瑚Porites pukoensis和分枝状的鹿角杯形珊瑚Pocillopora damicornis为研究对象, 以3D扫描技术测量的珊瑚表面积作为标准值, 对比石蜡包埋法、锡箔纸包裹法以及简单几何近似法3种传统方法测量珊瑚表面积的准确度; 讨论了不同的表面积测量方法对于不同形态结构珊瑚的适用性; 并通过简单回归分析, 校准传统测量方法的测量准确度。研究结果表明, 无论在普哥滨珊瑚还是鹿角杯形珊瑚中, 简单几何近似法的测量准确度最高(72.71%和94.52%), 石蜡包埋法其次(68.86%和83.08%), 锡箔纸包裹法最低(65.27%和58.07%)。简单回归分析结果表明, 除了锡箔纸包裹法测量普哥滨珊瑚表面积与3D扫描测量结果的相关性较低(r2=0.76)外, 其他传统测量方法与3D扫描测量结果均具有较强相关性(r2>0.95)。因此, 研究认为可通过简单回归分析构建回归方程对传统测量方法进行校准, 以提高传统方法的测量准确度。

• 天然气水合物稳定带内流体压裂计算的程序耦合方法

  刘金龙, 王淑红, AsiriObeysekara, XIANGJiansheng, PabloSalinas, ChristopherPain, JonnyRutqvist, 颜文

  海洋天然气水合物稳定带气烟囱结构中存在被水合物充填的裂隙, 表明在自然条件下沉积物中曾发生过流体压裂以及相关的流体流动和水合物形成。在水合物稳定带内实施人为的流体压裂工程, 并联合其他方法(如降压或注热)进行水合物开采, 有望提高开采效率。水合物稳定带内, 无论是自然条件下发生的流体压裂过程, 还是人为实施的流体压裂工程, 都存在水合物反应和沉积物裂隙变形之间的耦合响应。当前, 已有不少数值程序对水合物反应与沉积物弹塑性变形的耦合过程进行了定量研究, 但尚没有数值程序能够计算水合物反应和离散裂隙变形之间的耦合过程。文章将TOUGH+Hydrate程序、IC-FERST和Solidity两者的耦合程序进行了进一步耦合, 为水合物稳定带内的流体压裂计算提供了一种耦合计算方法, 同时通过一个算例初步验证了该耦合计算方法的可行性。验证结果表明, 该耦合计算方法经进一步改进后有望应用于定量研究水合物稳定带内的裂隙变形和水合物反应过程。

• 滑行波震相对珠江口地区壳内低速层的约束作用

  杨碧峰, 熊成, 曹敬贺, 孙金龙, 万奎元, 夏少红

  深入研究珠江口地区海陆过渡带壳内低速层的结构和构造特征对于理解板内地震的发震机理、孕震构造及该区域的地壳结构具有重要的地质地球物理意义。利用2015年珠江口区域海陆地震联测L2-ME测线上的19个地震台站(包括陆上台站14台, 海底地震仪5台)记录到的地震数据来探明该区域低速层的结构和构造特征。在常规震相的基础上, 加入了大量的滑行波震相(Ph)进行结构模型计算, Ph震相的增加使得地壳内部10~20km范围内的射线覆盖密度有了显著提高, 从而获得了L2-ME测线下方更为精确的地壳纵波速度结构模型。结果发现, 模型中测线下方13~18km深度范围内稳定连续展布的壳内低速层被清晰成像, 其内部速度稳定在5.7~6.0 km·s-1之间, 与上下层界面速度差分别为0.5km·s-1、0.4km·s-1, 低速特征明显。该低速层厚度由陆侧的3.5km左右降至海侧的1km, 呈现出向海侧逐渐减薄的趋势, 低速层底界面起伏变化较大且具有与莫霍面相似的起伏特征。

• 裂隙识别技术及其在油气和水合物勘探中的应用

  宋瑞有, 于俊峰, 晁彩霞, 宋鹏, 潘光超

  裂隙是油气藏和天然气水合物成藏成矿的有利疏导体系, 但是受地震分辨率的影响, 微裂隙不易用常规手段识别。为研发一套实用的裂隙识别技术, 文章分析了裂隙的地震波运动学和动力学特征, 结合相关技术功能原理, 融合三维可视化技术、相干技术等方法, 在莺歌海盆地的底辟构造中成功刻画出裂隙通道, 并据此技术发现大气田。经实践及分析, 该技术亦可应用于琼东南盆地天然气水合物的疏导体系研究, 是一套行之有效的裂隙识别技术。