热带海洋学报杂志

热带海洋学报杂志2020年第2期

• 太平洋中的主要起伏模态

  彭启华, 黄瑞新, 王卫强, 王东晓

  对海洋中起伏运动(heaving)信号的时空分布研究能够帮助我们更好地了解气候系统中的年际和年代际变率。文章通过再分析资料和模式对太平洋区域的heaving主要模态进行了研究。研究结果表明: 太平洋区域主要存在两种heaving模态: 第一模态主要表现为赤道东西两侧的温跃层异常信号反位相; 第二模态表现为赤道区域和副热带区域的温跃层异常信号呈现反位相变化的规律。本文对这两个主要heaving模态所涉及的物理过程进行详细讨论, 结果表明: 东西反位相模态主要是受赤道波动调节的结果; 而经向结构模态则主要是由赤道地区的波动和副热带区域的风应力旋度异常作用共同导致。此外, 我们还讨论了heaving模态可以通过海洋波动以及Ekman输送等过程对海盆尺度的热输送(振幅约为5×1014W)以及海洋热含量(振幅约为1.5×1020J)的再分配起到了关键的调制作用, 进一步表明heaving模态对全球气候变化有着重要的作用。

• 2000—2015年夏秋季孟加拉湾湾口区涡流相互作用能量学特征

  乐洲, 黄科, Venkata Subrahmanyam Mantravadi

  文章主要使用全球简单海洋资料同化分析系统(Simple Ocean Data Assimilation, SODA)产出的海洋再分析数据产品和美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction, NCEP)发布的风场资料, 通过能量学方法分析了2000—2015年夏季至秋季(6—11月)孟加拉湾涡-流相互作用特征在不同印度洋偶极子(Indian Ocean Dipole, IOD)事件发生年的表现。结果表明, 在IOD负位相年更强的西南季风背景下, 涡动能和涡势能的量值均较大, 海洋不稳定过程更多地将平均流场的能量输向涡旋场, IOD正位相年反之。另外, 研究发现孟加拉湾湾口区的涡动能在个别年份会发展出一种与气候态存在显著异常的空间分布, 即在个别年份湾口中央海域异常出现涡动能极大值。通过对出现该异常现象最显著的2010年进行个例分析, 发现当年的孟加拉湾海表风场发展出一个气旋式环流异常, 显著地改变了海洋上层环流形态, 极大地影响了平均流场与涡旋场之间的相互作用。进一步对维持涡动能平衡的各做功项进行诊断后发现, 湾口异常海域涡动能年际变化的主要影响因素为海洋内部的压强做功, 其次是正压不稳定过程和平流的做功, 海表风应力做功项贡献较小。

• 基于OBS和MCS数据的水合物地层速度特征

  李子正, 丘学林, 邢磊

  天然气水合物是一种新型的清洁能源, 南海北部神狐海域的地质条件有利于水合物的形成和储藏。传统的多道地震(MCS)数据难以得到精确的速度信息, 并且只能从时间域上判断地质体纵向分布。海底地震仪(OBS)是一种常用的主动源地震仪器, 可以接收到更清晰的气枪信号。相比于MCS, OBS剖面上的折射震相可以揭示较深部的地层速度信息。文章结合MCS和OBS的优势, 识别水平叠加剖面上的反射层位, 并得到初始模型; 将OBS剖面和水平叠加剖面拼合, 从而判断OBS剖面上反射震相所对应层位; 拾取OBS台站上的反射和折射震相, 使用RayInvr软件正演模拟得到水合物存在区域的二维速度模型, 解决了MCS中较为困难的时深转换问题。最终模型显示了水合物、游离气区域的埋深、厚度和速度, 以及似海底反射(BSR)下方更深部界面的深度和速度特征。

• 台风“康森”产生的海洋近惯性能量的数值模拟研究

  李娟, 刘军亮, 蔡树群

  文章利用经验台风风场模型(TCWPM)和美国环境预测中心的气候预测系统再分析风场资料(NCEP/CFSR)对台风“康森(Conson)”进行数值模拟, 并将模拟的台风带入平板模式(slab model)模拟台风产生的海洋近惯性流。对比实测数据表明, 模拟结果与真实风场、近惯性流场均比较一致, 台风“康森”在近海面的风场不对称结构非常明显, 台风中心两侧的速度大小相差可达10m·s-1。台风“康森”在台风中心后方产生强烈的海洋近惯性振荡, 且持续时间超过4d。海洋近惯性动能沿着台风路径呈显著的不对称分布, 表明台风“康森”在共振作用下主要在路径右侧激发强烈的近惯性振荡。研究不同强度的热带气旋产生的海洋近惯性能量, 发现热带风暴产生的海洋近惯性能量较小, 平均近惯性动能不超过35J·m-3。随着气旋强度的增大, 热带气旋激发的近惯性能量呈指数增长, 而台风的影响面积与最大风速半径的变化相对比较一致, 当最大风速半径(R0)增大一半(1.5R0)时, 其产生的最大平均近惯性动能从81J·m-3增大到631J·m-3, 影响面积从大约600km2增加到大于900km2。

• 南海九章环礁中牛轭礁和西门礁新生沙洲沉积特征与动态

  许眸莹, 高抒, 葛晨东, 黄梅

  南沙群岛的珊瑚礁以环礁形式存在, 拥有各具特色的地貌形态。九章环礁中的牛轭礁和西门礁是两座发育有新生沙洲的环礁, 代表灰沙岛形成前一个重要的过渡性地貌演化阶段。这两处新生沙洲表层沉积物样品的粒度分析表明: 沉积物主要组分为珊瑚碎屑, 长轴中值粒径在14~45mm之间, 属于砾石级别; 样品分选系数在4.5~31之间, 分选性很差; 球度值为0.52~0.68, 球度差。粒度特征值中, 中值粒径具有随着到水边线距离的增大而升高的趋势, 而分选性和球度与距水边线距离关系不大。整体上中值粒径与分选系数呈正相关关系, 而与球度呈负相关关系。历史文献记载和卫星图像表明, 牛轭礁和西门礁上的新生沙洲都是近年来才形成的, 与风暴过程及冬季风有关。牛轭礁上沙洲向北迁移, 同时其长轴向东南方向延伸; 西门礁上沙洲整体向东南方向迁移, 并形成回弯形沙嘴形态。新生沙洲的出现与珊瑚碎屑物质供给变化或风暴浪作用变化的关系还需进一步探讨。

• 养殖密度对银鲳幼鱼生长、代谢酶活力及其相关基因表达的影响

  倪嘉豪, 朱晓静, 季益平, 周彬, 王亚军, 徐善良, 王丹丽

  采用为期40d的饲养试验, 探讨养殖密度(30尾·m-3、60尾·m-3和90尾·m-3)对初始平均体质量为(3.88±0.72)g的银鲳幼鱼生长、肝脏和肾脏中谷草转氨酶(AST)、谷丙转氨酶(ALT)、乳酸脱氢酶(LDH)的酶活力以及相应基因mRNA表达的影响。结果显示: 1) 60尾·m-3组银鲳幼鱼的增重率和特定生长率分别为(235.19±10.23)%和(4.03±0.10)%, 显著高于30尾·m-3组(p0.05); 2) 90尾·m-3组银鲳幼鱼的酶活力变化最显著, 30尾·m-3组的变化幅度最小, 60尾·m-3组介于两者之间; 3) 肝脏和肾脏中LDH、ALT、AST酶活力均呈先升高后降低的趋势, 其中肝脏中LDH、ALT、AST酶活力高峰分别出现在6h、10d和10d, 是初始值的2倍、4.3倍和2倍, 肾脏中3种酶活力峰值则分别出现在1d、3d和5d, 是初始值的2.1倍、2.2倍和3.1倍; 4) AST、ALT、LDH等3种酶基因mRNA表达量变化规律与各自酶活力变化规律一致。综上所述, 养殖密度60尾·m-3时可促进银鲳幼鱼生长, 90尾·m-3高密度养殖会导致银鲳幼鱼额外能量的需求增加, 糖异生相关基因mRNA表达量上调使肝脏、肾脏中AST、ALT、LDH酶活力显著升高, 最终出现生长变慢的情况。

• 广东省南澳岛东部海域浮游动物群落结构及其影响因素

  任玉正, 柯志新, 谭烨辉, 李开枝

  广东省南澳海域是粤东重要的海产养殖基地, 分析该海域浮游动物群落结构特征对评估其生态环境质量具有重要意义。文章根据2014年9月(秋季)、12月(冬季)、2015年4月(春季)和2016年7月(夏季)在南澳岛东部海域的浮游动物调查, 分析该海域浮游动物的群落结构特征, 探讨环境因素对其时空分布的影响。共鉴定浮游动物206种(包括浮游幼虫), 桡足类种数最多, 达94种; 远岸海域浮游动物的种数高于近岸海域。浮游动物丰度和生物量的季节变化明显, 夏、秋季高于冬、春季; 浮游动物丰度和生物量的分布趋势较一致, 夏季高值区主要出现在近岸, 秋季由近岸向远岸海域递增。浮游动物不同类群和优势种的丰度也存在季节变化, 桡足类是调查期间丰度较高的类群, 秋季水母类和海樽类丰度明显增加; 优势种后圆真浮萤(Euconchoecia maimai)和针刺真浮萤(Euconchoecia aculeata)在夏季丰度高, 小齿海樽(Doliolum denticulatum)在秋季占绝对优势。温度、盐度和浮游植物生物量是影响南澳岛东部海域浮游动物时空变化的主要环境因子, 说明该海域浮游动物群落特征受海流、水团和养殖活动的综合影响。

• 南海西北部夏冬季浮游介形类的分布及其影响因素

  廖彤晨, 尹健强, 李开枝, 谭烨辉

  海洋浮游介形类(Ostracods)是一类分布较广的小型甲壳动物, 在海洋碳循环中起重要作用。目前国内海洋浮游动物采样常使用505μm网目孔径的浮游生物网, 从而导致个体较小的介形类被忽略。文章根据2006年7—8月(夏季)和2006年12月—2007年1月(冬季)在南海西北部海域分别使用网目孔径为505μm和160μm浮游生物网采集的样品, 比较不同网目所获浮游介形类种类和丰度的差异, 分析介形类种类和丰度的分布特征, 探讨环境因素对其时空分布的影响。160μm网目采集的浮游介形类种类和丰度均高于505μm。基于160μm网目数据分析浮游介形类群落结构: 1) 鉴定浮游介形类32种, 其种数由近岸向外海递增, 等深线100m以浅海域的种数显著高于100m以深海域(p<0.01); 2) 夏季浮游介形类的丰度高于冬季, 夏季丰度高值区主要出现在雷州半岛东部和琼东近岸, 显著高于外海(p<0.05), 冬季介形类丰度分布较为均匀; 3) 优势种针刺真浮萤(Euconchoecia aculeata)是近岸高丰度的主要贡献种; 4) 介形类种数与温度和水深呈显著正相关, 丰度与叶绿素a浓度呈正相关, 而与温度和盐度呈负相关。夏季琼东沿岸上升流和粤西沿岸流有助于浮游介形类在雷州半岛和海南岛东部近岸海域形成较高的丰度, 最高达1252个·m-3。同时, 建议今后研究浮游介形类采用网目孔径小的浮游生物网进行采集以便全面评估其群落结构特征。

• 基于水质浮标在线监测的米氏凯伦藻赤潮过程及环境因子变化特征分析

  赵聪蛟, 刘希真, 付声景, 姚炜民, 周燕, 马骏

  相较于船舶走航监测, 海洋水质浮标在线监测的优势在于能够获取目标海域长期、连续监测数据, 能更好地反映环境状况的动态变化。为了厘清米氏凯伦藻赤潮的发生、发展动态, 本文以2017年6月南麂附近海域米氏凯伦藻赤潮为例, 分析海洋水质浮标获取的连续监测数据, 探讨米氏凯伦藻赤潮过程叶绿素a和水环境因子动态变化特征及其与气象要素的关系。赤潮期间, 水温为22.8~26.0℃、盐度为28.8‰~31.8‰、气温为20.4~27.3℃, 该温盐范围均适宜米氏凯伦藻的细胞生长; 较高的光照强度能够支持较高的藻类细胞密度。Pearson相关性分析显示, 米氏凯伦藻细胞密度与叶绿素a浓度呈显著正相关; 溶解氧(DO)及其饱和度(DO%)、pH、水温、气温等环境因子与叶绿素a浓度呈极显著正相关, 盐度与叶绿素a浓度呈极显著负相关。向岸风生海流有利于藻种向近岸较高营养区域汇集, 为赤潮的爆发创造有利条件。赤潮过程中, 叶绿素a浓度、溶解氧饱和度、pH发生了协同变化, 据此特征可以开展赤潮短期预警。

• 南海北部海洋生态模型的参数分析及遗传算法优化

  舒婵, 耿兵绪, 房巍巍, 修鹏

  海洋生态系统动力学模型是研究海洋生态环境的重要手段。随着模型的发展, 生态参数取值不确定性增加, 对模型结果的影响逐渐增大, 因此模型参数优化显得尤为重要。本研究在南海北部应用一维物理-生态耦合模型, 通过对模型生态参数进行敏感性分析, 获取关键生态参数, 利用遗传算法对参数进行优化。结果表明, 模型中的敏感参数主要集中于浮游植物生长和浮游动物生长、摄食和死亡以及碎屑沉降等过程。针对以上参数利用遗传算法优化, 发现仅加入表层卫星数据, 模型表层和垂向模拟误差分别降低27.80%和21.40%; 加入垂向观测数据, 表层和垂向模拟误差分别降低14.90%和32.70%。遗传算法应用于海洋生态模型的关键参数优化研究, 所获取的参数对模型有明显的改善效果, 提高了耦合模型对生态系统的模拟精度, 为参数优化在三维模型中的应用提供了依据。

• 联合星载光学和SAR影像的漳江口红树林与互花米草遥感监测

  董迪, 曾纪胜, 魏征, 严金辉

  文章以福建省漳江口国家级红树林自然保护区为研究区, 提出了一种联合星载光学和合成孔径雷达(SAR)影像的红树林与互花米草分布的自动提取算法, 提取研究区内红树林和互花米草的空间分布。本研究选择2016年、2017年和2018年各一景低潮时的Sentinel-2 A光学影像数据, 获取植被和其他地物的光谱和纹理信息。算法首先基于归一化植被指数、增强型植被指数、地表水分指数以及数字高程模型的相关规则计算红树林和互花米草的潜在分布区; 通过随机森林分类算法区分红树林和互花米草, 2016年、2017年和2018年影像的分类总体精度和Kappa系数分别为98.53%和0.980、96.52%和0.952、98.71%和0.978, 分类效果良好; 使用当年所有Sentinel-1 A/B的SAR影像获得研究区的常年海水分布范围, 使用与海水交界的判据, 实现红树林、互花米草提取范围的优化。研究表明, 研究区2016年、2017年和2018年红树林总面积分别为56.85hm2、59.88hm2和58.61hm2, 互花米草总面积分别为109.23hm2、124.00hm2和142.39hm2, 与前人的研究成果在红树林和互花米草的空间分布和面积量级上有较好的一致性。

• 基于LSH方法的珊瑚礁鱼类竞争压力查询和资源分配方法

  赵丹枫, 黄洲, 许强, 黄冬梅

  基于海洋大数据查询技术的珊瑚礁鱼类保护策略是海洋科学研究的重要课题, 其中鱼群竞争状况对鱼类保护具有重要意义。研究鱼群竞争状况就必须模型化鱼群与珊瑚礁的依赖关系。作为一个简单有效的大数据模型, 图模型是表达这个关系的实用模型。文章提出表达珊瑚礁鱼类种群和珊瑚礁资源依赖关系的竞争图建模方法, 并提出基于局部敏感哈希(Local Sensitive Hashing, LSH)的鱼类种群竞争压力竞争图查询方法, 得到鱼类种群的实时竞争压力状况; 然后根据LSH查询结果, 分析出需要优先保护的鱼类种群; 最后对这些需要优先保护的鱼类种群设计了基于构建人工礁的资源分配方法, 使得区域内珊瑚礁鱼类总体竞争状况改善。