热带海洋学报杂志

热带海洋学报杂志2021年第1期

• 黑潮延伸体海域次中尺度过程的季节变化研究

  罗士浩, 经志友, 闫桐, 郑瑞玺, 曹海锦, 齐义泉

  近年来的现场观测和理论研究发现, 次中尺度现象广泛存在于上层海洋, 其产生与锋生作用及混合层斜压不稳定存在密切联系。本文利用高分辨率的数值模拟结果并结合动力学及能量诊断分析, 对黑潮延伸体海域次中尺度过程的季节变化进行了探讨。探讨结果表明, 黑潮延伸体海域次中尺度过程具有冬季最强, 春季和秋季次之, 夏季最弱的显著季节变化特征。基于冬、夏季次中尺度能量源的诊断可以看到, 这些季节变化特征主要与上层海洋的斜压不稳定和锋生作用有关。冬季, 黑潮延伸体海域的中尺度能量较弱, 但次中尺度过程在季节尺度上表现最为活跃, 这主要与混合层斜压不稳定的作用有关; 夏季, 黑潮延伸体海域的混合层较浅, 次中尺度过程较弱, 但中尺度涡旋活跃, 中尺度流场变形引起的锋生作用对夏季次中尺度现象的产生具有重要影响。在次中尺度能量的季节变化方面, 冬季次中尺度过程从中尺度过程汲取能量的速率远高于夏季, 这是冬季次中尺度过程比夏季更为活跃的主要原因。本文研究结果有助于加深对黑潮延伸体海域次中尺度过程季节性变化及其动力机制的理解。

• 基于实测数据的台湾海峡中部波浪特征分析 *

  徐啸, 陶爱峰, 李雪丁, 郑祥靖, 林伊楠

  利用台湾海峡中部2号大浮标2017年全年的实测波浪资料, 对海浪的基本波要素及其与风的相关性、波谱特性进行统计分析, 得出了重要特征波参数之间的回归关系和适合台湾海峡中部的海浪谱形式。研究结果显示: 1) 台湾海峡中部的常浪向是NE向, 强浪向是NNE向, 月均有效波高的变化范围为0.87~2.98m, 7月波高最小, 12月波高最大, 波周期与波高有着相似的月际变化趋势; 2) 主要波浪类型是以风浪为主的混合浪, 谱型上以单峰为主, 波高与风速整体上呈正相关关系, 大浪主要由台风和强劲的东北季风引起; 3) 波浪的平均周期与大部分特征波周期之间具有良好的线性相关性, NNE、NE方向的波浪有效波高和有效波周期线性相关性较强; 4) 相比于Jonswap谱, 规范谱一是更符合本区域的海浪谱模式, 给出了基于有效波高和谱峰周期拟合的规范谱一形式。这些研究成果可为海洋工程设计和波浪数值模拟提供参考。

• 北太平洋大气沉降的时空特征及其对副极区海洋生态系统的影响

  陈焕焕, 王云涛, 齐义泉, 柴扉

  北太平洋副极地海区作为全球海洋三个高营养盐低叶绿素(high nutrient and low chlorophyll, HNLC)海区之一, 其浮游植物生长受到微量元素铁的限制。对于开阔大洋, 大气沉降是海洋表层铁的一个重要来源, 铁元素沉降进入海洋后能够促进浮游植物生长, 进而引起海洋初级生产力和生物泵的响应。本文利用SPRINTARS(Spectral Radiation-Transport Model for Aerosol Species)模式的时长为20a的日均大气沉降数据, 对北太平洋海区大气沉降的时空特征进行了分析。结果表明, 进入北太平洋海区的大气沉降量为26.81Tg·a-1, 并且存在显著的季节变化: 春季最高, 冬季最低, 5月份进入海洋的沉降量达到峰值。大气沉降主要来源于陆地区域, 在风场的驱动下向海洋传输, 因此大气沉降量的空间分布呈现出西高东低的特征。本文以2010年8月中旬卫星观测到的一次强沙尘(即高大气沉降量)事件为例, 研究了大气沙尘的传播路径。进一步结合2001年4月9—12日及2008年4月20—22日的沙尘事件, 分析了西北太平洋K2站位(47°N, 160°E)附近海域海洋初级生产力对大气沉降——沙尘事件的响应。结果表明, 三次沙尘事件后, K2站位的颗粒有机碳通量、叶绿素浓度均有明显增加, 即沙尘事件对北太平洋副极区海洋初级生产力存在促进作用。

• 西北太平洋夏季海洋热浪的变化特征及海气关系

  缪予晴, 徐海明, 刘佳伟

  全球增暖背景下更加频繁和持续的海洋热浪事件已经对生态和人类社会经济造成了严重影响。但对于海洋热浪的海气相互关系和对区域气候制作用的研究还十分有限。本文基于1982—2017年美国国家海洋和大气管理局逐日最佳插值海表温度和美国国家环境预测中心再分析资料, 采用经验正交函数展开等统计方法, 系统地分析了西北太平洋夏季海洋热浪的时空分布特征及与之相联系的海气关系。结果表明, 西北太平洋夏季海洋热浪日数和次数EOF(Empirical orthogonal function)第一模态在除黑潮和黑潮延伸区外的区域呈线性增加趋势, 第二模态则呈南北反向分布, 并具有明显的年代际变化特征。海洋热浪的最大强度、持续时间、累积强度第一模态也呈线性上升趋势, 最大强度和累积强度在高纬地区上升最多, 持续时间在黑潮和黑潮延伸区变化最明显。从海气关系的角度来看, 中低纬地区出现海洋热浪事件时, 海气之间主要表现为海洋对大气潜热感热通量的增加, 从而对周边区域大气环流产生影响; 而高纬度地区出现海洋热浪事件时, 海气之间则主要表现为大气对海洋的影响, 以长波辐射和感热通量变化为主。

• CMIP5模式对东太平洋ITCZ偶极子模态模拟能力的评估

  李馥孜, 郑小童

  本研究利用第五次国际间耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project phase 5, CMIP5)中的24个模式的工业革命前控制试验(Pre-industrial Control, picontrol)模拟结果, 结合观测资料, 评估了24个CMIP5 模式对东太平洋热带辐合带偶极子(Eastern Pacific ITCZ dipole, EPID)降水模态的模拟能力, 并建立了其与模式对热带太平洋气候态模拟之间的联系。结果表明: 1) 绝大多数模式在北半球春季(2—4月)对EPID模态模拟能力较差, 主要原因在于CMIP5模式对热带辐合带(Intertropical Convergence Zone, ITCZ)的模拟偏差, 其中模拟效果较差的模式在2—4月的气候态降水分布在赤道以南, 且降水普遍偏强; 2) 对各模式的EPID模态选取的季节按照技巧评分最高进行调整后, 大部分模式能较好地模拟出EPID模态的空间分布特点, 技巧评分在0.6以上, 其中模拟效果好的模式(技巧评分大于0.7)中EPID模态出现的月份同时在中东太平洋气候态表现出“双ITCZ”特征, 且多模式集合结果的模拟误差小于绝大多数模式。

• 珠江口河网水体非光学活性水质参数高光谱反演

  蔡建楠, 刘海龙, 姜波, 陈吟晖, 李杰鸿, 吴思晓, 梁建霞, 黄华, 邢前国

  以粤港澳大湾区中山市及其邻近水域河网水体为试验区, 同步采集现场光谱及水质数据, 研究受测水体的高光谱反射率特征, 并分析非光学活性参数中化学需氧量(CODCr)、总磷(TP)浓度与高光谱反射率的相关性。结果显示, 各河流水体光谱反射率主要受悬浮颗粒物和叶绿素a的影响; 在500~680nm波段范围内, 水体光谱反射率大小与CODCr、TP浓度呈负相关关系; 与单波段相比, 特定波段的反射率比值与CODCr、TP浓度值的相关性较高, 与CODCr、TP浓度值相关性最高的反射率比值波段组合分别为R675/R794、R690/R815。选择上述波段组合建立的水质反演模型具有良好的估算精度, 模型估算平均相对误差分别为27.2%、32.1%, 表明高光谱技术在珠江口河网水体非光学活性参数CODCr、TP浓度反演上具有较大的应用潜景。

• 长牡蛎新型模式识别受体CgLRRC69的克隆和功能鉴定

  张翔宇, 宋菁晨, 刘坤娜, 毛帆, 肖述, 向志明, 张扬, 喻子牛

  在双壳类软体动物中, 血淋巴细胞介导的吞噬作用是清除入侵微生物的主要方式。本文在长牡蛎中鉴定了一个包含富含亮氨酸重复序列(Leucine-rich repeat, LRR)结构域的新型基因, 命名为CgLRRC69。对该基因的组织分布分析表明, CgLRRC69 mRNA在血淋巴细胞、鳃、肌肉、外套膜、心脏、消化腺和性腺中广泛表达。副溶血弧菌感染可以显著地刺激CgLRRC69在血淋巴细胞中表达, 并且在感染后6h达到峰值。同时, 酶联免疫吸附实验发现CgLRRC69可以特异性结合脂多糖(lipopolysaccharide, LPS), 表明它可能在免疫防御中有功能。吞噬实验结果显示, CgLRRC69重组蛋白可以显著地提高血淋巴细胞的吞噬能力; RNAi干扰CgLRRC69在牡蛎体内的表达, 显著降低了血淋巴细胞对细菌的清除能力。因此, 这些结果揭示了CgLRRC69作为一种新型模式识别受体, 可以特异性识别革兰氏阴性菌的主要成分LPS, 通过调理作用有效地清除细菌。

• 一株群体感应抑制活性海洋放线菌的筛选与鉴定 *

  李艳群, 陈柔雯, 林宗豪, 田新朋, 尹浩

  群体感应抑制剂(Quorum Sensing Inhibitors, QSIs)可以通过干扰群体感应(Quorum Sensing, QS)而有效降低病菌的感染性和毒力, 并且不会胁迫致病菌使其产生耐药性, 是具有前景的抗生素替代品。海洋微生物是新型QSIs的潜在来源。本研究利用紫色杆菌(Chromobacterium violaceum 026, CV026)模型评价QS抑制活性, 在来源于南海中西部和印度洋深海沉积物样品的放线菌中筛选QS抑制活性菌株, 并且根据形态学特征和16S rRNA基因序列鉴定活性菌株。通过筛选获得了菌株SCSIO 53717, 其提取物在CV026模型中能够显著降低指示菌株的紫色菌素产量, 并且在0~1000mg·mL-1的有效浓度范围内不影响紫色杆菌的生长。菌株SCSIO 53717被鉴定为Kocuria属, 是首次报道的具有QS抑制活性的Kocuria属菌株, 因而具有进一步深入研究的价值。

• 干出状态下坛紫菜叶状体表面水膜与失水对光合作用光化学特性的影响

  蔡逸洵, 温嘉怡, 邹定辉

  采用筏式吊养的大型经济海藻坛紫菜(Pyropia haitanensis)在栽培生长期间, 常周期性地处于干出状态。本文通过测定不同水膜状态下坛紫菜的叶绿素荧光动力学相关系数, 探讨了干出状态下坛紫菜叶状体表面水膜的理化特性与失水对其光合作用光化学特性的影响。实验数据显示, 干出初始状态下, 叶状体表面水膜pH值的升高对坛紫菜的最大光化学效率Fv/Fm、光化学淬灭系数qP、非光化学淬灭系数NPQ、最大相对电子传递速率ETRm和光能利用效率α均无显著性影响。当坛紫菜叶状体表面水膜盐度为0~75‰时, Fv/Fm、qP、NPQ、ETRm和α均保持稳定; 当叶状体表面水膜盐度增加到75‰~150‰时, Fv/Fm、NPQ、α和ETRm则显著下降, 较盐度为33‰时分别下降了66%、84%、70%和60%, 表明覆盖高盐度水膜的叶状体PSⅡ反应中心活性受到抑制。坛紫菜叶状体在失水初期的光合活性不受影响, 当叶状体表面水膜厚度降到0后, 叶状体细胞内部开始失水, 光合活性也显著下降。严重脱水状态(失水率为75%)下, Fv/Fm、NPQ、α和ETRm较失水初期分别下降了41%、69%、38%和43%。这些研究结果表明, 坛紫菜叶状体在干出失水初期, 水分损失是由于表面水膜损失引起的, 水膜厚度随着失水率的增加呈线性下降, 表面水膜厚度的下降影响了藻体的热耗散能力; 随着失水率进一步增加, 叶状体的光合活性和热耗散能力受到不利影响, 其中热耗散能力对叶状体含水量的变化更为敏感。

• 大型海藻龙须菜凋落物分解对水质的影响

  戴晓娟, 胡韧, 罗洪添, 王庆, 胡晓娟, 白敏冬, 杨宇峰

  大型海藻龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)规模栽培具有重要的经济和环境效益, 但藻体的凋落分解会对栽培区和邻近海域水环境造成一定影响。为探讨龙须菜凋落对水环境的影响, 本文通过45d的室内受控实验, 评估了龙须菜凋落分解过程中水体溶解氧和氮、磷的含量变化。结果发现, 干龙须菜实验组在实验期内水体溶解氧浓度显著降低(较对照组降低了82.81%); 水体氮、磷浓度显著提高, 总氮、总磷浓度较对照组分别上升了161.78%和759.93%。鲜龙须菜+海水+沉积物组在实验前中期(第0~21天)水体溶解氧浓度持续降低(较对照组降低了53.92%), 但在21d后又逐渐恢复至对照组水平; 其水体氮、磷浓度在实验中末期亦显著提高, 分解过程总氮、总磷浓度分别较对照组上升了36.65%和177.80%, 水体氮、磷变化曲线较干龙须菜组平缓且迟滞。鲜龙须菜凋落分解过程中的营养盐释放率低于干龙须菜, 沉积物对鲜龙须菜的分解及氮、磷和碳释放有促进作用, 但对干龙须菜的分解及氮、磷和碳释放有一定程度的减缓作用。龙须菜失重率、分解速率及营养盐释放率均呈现如下规律: 干龙须菜+海水组>干龙须菜+海水+沉积物组>鲜龙须菜+海水+沉积物组>鲜龙须菜+海水组。依据上述结果, 建议在龙须菜规模栽培和收获过程中应及时打捞脱落或衰老藻体, 尤其对已收获的大型海藻应妥善处理, 避免大型海藻腐烂而导致水体污染。

• 我国粤东沙菜属(红藻门 杉藻目)的分类鉴定 *

  刘金梅, 姜晶晶, 马鑫, 黄冰心, 杨楠, 刘美媛, 丁兰平

  沙菜属Hypnea海藻作为提取卡拉胶的原料之一, 具有重要的经济价值。但由于该属物种地理分布广泛, 表型可塑性强, 且缺乏详细的解剖学特征, 故有关其物种鉴定也就一直存在争议。本文利用冷冻切片技术, 通过形态学和解剖学方法, 对2013—2014年采自粤东汕头的沙菜属海藻进行了形态特征描述。经鉴定, 该地区沙菜属共有4种, 分别为密毛沙菜Hypnea boergesenii、裸干沙菜H. chordacea、长枝沙菜H. charoides和冻沙菜H. japonica。通过对这几种沙菜进行了较详细的内、外部结构特征分析, 给出了它们在国内外的地理分布及习性等信息, 并对沙菜属的科级分类系统(沙菜科Hypneaceae/赤叶藻科Cystocloniaceae)划分以及密毛沙菜是否为独立物种进行了讨论。

• 南海东北部陆缘浊流活动的地貌记录及其形成机制分析

  李爽, 李伟, 詹文欢

  超临界浊流影响下的周期阶坎广泛分布在南海东北部台西南盆地的西澎湖峡谷中。由于频繁的构造活动, 常年的台风影响, 以及来自中国台湾河流的大量沉积物供给, 导致这个区域的浊流活动经常发生。本文利用高分辨率的地貌资料, 对西澎湖峡谷发育的23个净侵蚀周期阶坎和10个净沉积周期阶坎进行了形态的定量分析, 并且统计了流经这些周期阶坎的浊流流速。结果显示, 浊流在流经净侵蚀周期阶坎过程中的速度有明显突变, 而在净侵蚀到净沉积周期阶坎的过程中速度也发生了明显的降低, 前者由峡谷中的坡折带导致, 后者则是由限制性环境到非限制性环境的转变造成的。此外, 净沉积周期阶坎主要分布于靠近峡谷口外的西南侧, 这是由于科氏力对浊流影响的结果。研究此区域周期阶坎的形态特征和形成机制能够帮助我们更好地理解海底地形地貌与浊流的相互关系, 对于理解峡谷中的地貌演化具有重要意义。

• 日本九州俯冲带b值成像及其构造意义 *

  李云杰, 周鹏翔, 夏少红, 万奎元, 孙金龙

  日本九州俯冲带是菲律宾海板块与欧亚板块汇聚边界上一个独具特色的区域, 也是研究俯冲带内板块构造作用的理想场所。为了解该俯冲带内的板间应力状态和相互作用, 本研究利用震源深度大于20km的97251个地震事件, 通过b值计算详细刻画了该俯冲板片上表面以及垂直海沟走向的剖面特征。结果发现, b值表现出明显的空间变化, 整体上沿南海海槽和琉球海沟从东北往西南方向逐渐增大, 同时在俯冲的九州-帕劳海脊上存在显著的低值区。从b值与应力的负相关性推断, 进入俯冲带的海脊以及海脊东北侧的四国海盆洋壳与俯冲带上覆板片耦合作用较强; 而在海脊西南侧, 俯冲带内汇聚板片的耦合作用相对较弱。究其原因, 本文认为九州-帕劳海脊两侧俯冲洋壳在形成时代和汇聚速率上的差异起着重要作用。对于九州-帕劳海脊来说, 俯冲带浅部的低b值区主要是由于隆起的海脊增强了与上覆板块的耦合作用。随着俯冲深度的增加和俯冲板片倾角的急剧变陡, 沿海脊可能发生了板片撕裂, 从而释放了海脊与上覆板片间的挤压-剪切应力, 使耦合程度大大减弱。

• 南沙海区珊瑚礁灰岩纵波波速特征及其影响因素 *

  田雨杭, 陈忠, 黄蔚霞, 侯正瑜, 颜文, 王雪松

  珊瑚礁灰岩是孔隙结构复杂、密度变化较大的一类岩石, 但过去对珊瑚礁灰岩纵波波速与孔隙结构的关系及其影响因素研究不够深入。本文测定和分析了南沙海区某岛礁钻孔中珊瑚礁灰岩的纵波波速、孔隙度以及密度特征, 结果显示礁灰岩的纵波波速变化范围为5104~5958m·s-1, 孔隙度变化范围为1.47%~17.7%, 密度变化范围为2.07~ 2.72g·cm-3。这些特征表明, 埋藏后的压实作用和重结晶作用, 对珊瑚礁灰岩的孔隙度和密度产生影响。珊瑚礁灰岩弹性波速主要受孔隙度和孔隙结构类型的影响, 礁灰岩横、纵波速比值能有效地确定岩体的结构和稳定性, 因此礁灰岩的声学特性研究成果可为珊瑚岛礁工程建设的稳定性评估提供可靠的数据支撑。

• 柘林湾近岸水产养殖区水域叶绿素a浓度反演

  潘翠红, 夏丽华, 吴志峰, 王猛, 解学通, 王芳

  海水养殖已成为近海水体环境的重要污染源, 叶绿素a作为水体浮游植物生物量的一个重要参数, 是水质评价的重要指标。本文以广东省柘林湾为研究区域, 采用2018年9月4日的哨兵2号(Sentinel-2)影像与海水养殖区水体中实测的叶绿素a浓度数据构建了叶绿素a浓度的单波段模型、比值模型、三波段模型与归一化叶绿素a指数模型(Normalized Difference Chlorophyll Index, NDCI)等估算模型; 通过对比评价, 以反演精度高的模型估算了2018年多个月份的叶绿素a浓度, 并分析其分布特征。结果显示: 1) NDCI模型的反演精度明显高于其他模型, 其可决系数R2为0.8, 均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)为9.7, 平均绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error, MAPE)为0.99; 利用实测数据对NDCI模型的时间适用性进行检验, 表明NDCI模型能有效地估算出叶绿素a浓度的空间分布特征。2) 叶绿素a浓度呈现出从近岸向湾外逐步降低的趋势, 养殖区中叶绿素a浓度的总体趋势为池塘养殖区>滩涂插养区>网箱养殖区>浮筏养殖区; 受到水体交换、降雨及养殖活动的影响, 池塘养殖区中的叶绿素a浓度在投放幼苗期的2月最低, 其变化趋势为2月<4月<6月<12月。本文的研究结果可为相关部门对柘林湾养殖水体的环境监测提供参考。