热带海洋学报杂志

热带海洋学报杂志2023年第6期

• 不同类型台风气象场对深圳近海海域风暴潮模拟的比较研究—以台风“山竹”为例*

  张哲然, 胡俊洋, 周凯, 张鹏晖, 邢久星, 陈胜利

  台风引起的风暴增水严重影响沿海地区的生产生活, 是造成经济损失最严重的海洋灾害之一。深圳市位于中国南海北部沿岸, 是易受风暴潮灾害影响的区域, 对深圳近海海域风暴潮开展研究不仅能够提升对风暴潮物理机制的认识, 同时对沿海城市有效防灾减灾预警有重要意义。在风暴潮模拟研究过程中, 台风气象场是风暴潮模拟准确与否的关键因素。本文针对深圳近海区域海洋环境, 以海流模型FVCOM (finite volume community ocean model)和海浪模型SWAN (simulation wave nearshore)为基础, 建立了区域风暴潮-波浪耦合模型, 分别用再分析气象数据(European center for medium weather forecasting, ECMWF)、理想台风模型(Holland)及大气模型台风模拟结果(weather research and forecast, WRF)作为驱动场条件, 对台风“山竹”期间的风暴潮过程进行模拟。结果表明: 分辨率较低的ECMWF再分析气象数据难以准确体现台风水平结构, 从而导致模拟误差; Holland气象场在整体上能够对台风“山竹”进行准确模拟, 但无法再现台风在近岸区域的结构形变, 从而导致在蛇口及附近(深圳湾, 珠江口内侧)区域的风暴潮模拟水位偏高; WRF对风速、气压、水位、波浪都有较好的模拟效果, 且WRF很好的改善了Holland在靠近台风登陆点的区域风暴潮水位偏高的问题, 对珠江口、深圳湾区域定量改进约20%~30%。在未来的风暴潮预报中, 如果采用类似于Holland这样的理想台风场, 需注意上述区域的模拟结果。此外, Holland理想台风场和WRF模型结果驱动下的波浪场模拟效果都较好。

• 基于云特性的多源卫星日间海雾探测技术研究*

  王钰, 胡晨悦, 丘仲锋, 赵冬至, 吴到懋, 廖廓

  海雾与低云的分离是当前海雾遥感监测的难点, 为提高日间海雾监测的准确度和实时性, 本文针对2015—2020年在渤海、黄海和东海的11次海雾过程, 在分析海雾与低云在云特性、可见光反射率、亮温和亮温差及纹理特征差异的基础上, 使用Terra/Aqua卫星MODIS(moderate resolution imaging spectroradiometer)传感器及S-NPP/NOAA-20卫星VIIRS(visible infrared imaging radiometer suite)传感器的云和反射率产品, 建立基于云特性的多源卫星日间海雾探测模型, 有效分离了海雾与低云。利用CALIOP(cloud aerosol lidar with orthogonal polarization)后向散射和垂直特征对模型进行精度验证, MODIS(Terra)、MODIS(Aqua)、VIIRS(S-NPP)海雾识别的召回率最高为0.97、0.96、0.89, VIIRS(NOAA-20)与VIIRS(S-NPP)精度相当, 与VIIRS(S-NPP)一致性超过0.8的VIIRS(NOAA-20)海雾监测结果达到93.15%, 表明本文模型能够有效监测日间海雾; 同时, 基于本文模型, 开展了MODIS与VIIRS数据的一致性研究, 结果表明该模型对不同传感器有较强的适用性和稳定性, 能够实现多源卫星对同一次海雾过程的协同观测。

• 南海北部东沙岛以西陆坡区2021年秋季内波特征统计与分析*

  谢波涛, 黄必桂, 杨威, 李锐祥, 张燕, 刘同木, 李向一

  本文利用2021年9—10月布放在南海北部东沙岛以西陆坡区的3套潜标观测数据分析了流花油田区内潮和内孤立波分布特征。调和分析显示, 该海域正压潮流较弱, 明显小于表底层斜压潮流。通过与全球潮汐模型对比发现, TPXO7.2对于半日分潮的模拟结果要明显优于全日分潮, 模型结果低估了O1分潮, 而高估了K1分潮的正压潮流振幅。调查海域斜压潮流表现为表底强化的第一斜压模态, O1分潮的斜压潮流椭圆振幅要大于K1分潮。观测期间, 共有4次内孤立波群集中出现, 且发生时间滞后于吕宋海峡天文大潮期3~4d。LH2站共记录了88个内波过程, 其中内孤立波31个, 内波波列57个, 内波平均振幅31m。该站非线性内波过程集中出现于每日的4—6时、11—13时和18—20时, 同时超过45%的单孤立子内波过程发生在4—6时。通过追踪9月8—12日共计5个内孤立波依次经过LH1、LH2和LH3站的传播过程, 可以计算内波在LH1至LH2站位间的传播速度为1.23m·s-1, 在LH2至LH3站位间的传播速度为1.77m·s-1, 同时根据线性波动方程及Kdv方程计算其理论传播速度为1.55m·s-1。本文的统计分析结果进一步加强了对典型秋季环境下南海北部流花油田区内波特征的理解和认识。

• 采掘坑对孤立波岸礁水动力特性影响的三维数值模拟研究

  李俊杰, 屈科, 王旭

  基于非静压模型, 通过开展一系列三维高精度数值计算, 综合考虑入射波高、水深、采掘坑宽度及位置等因素的影响, 深入分析了人工采掘坑对孤立波岸礁水动力特性的影响机制。计算结果表明, 人工采掘坑对孤立波在岸礁上的传播具有一定的阻滞作用, 导致采掘坑附近的局部波高显著增加, 同时也引起岸线附近波高降低。局部波高最大增幅的大小易受入射波高、礁坪水深、采掘坑宽度和位置的影响。入射波高越大, 局部波高最大增幅越大, 礁坪水深越大, 局部波高最大增幅越小, 采掘坑宽度越大, 局部波高最大增幅越大。除此之外, 采掘坑的存在会降低波浪的最大爬高, 但是采掘坑宽度和位置的变化对波浪的最大爬高影响有限。

• 平衡剖面模式下海岸线遥感提取中不同潮位校正方法对比研究*

  巫统仁, 刘培, 于吉涛, 文婷婷

  潮位校正是海岸线提取的重要步骤。针对当前基于遥感的海岸线提取多以瞬时水边线为主, 潮位校正方法多样且精度低等问题, 本文在分析平衡剖面模式的基础上, 引入改进的Bodge平衡剖面潮位校正的高分辨率遥感海岸线潮位校正新方法, 并对常见潮位校正方法作对比分析。选取广东省典型砂质岸滩海门湾和平海湾, 协同归一化水体指数、大津算法、数学形态学、边缘检测算子, 实现瞬时水边线的快速、自动化提取, 然后利用不同潮位校正方法获取真实岸线数据, 最后结合RTK(real-time kinematic)实测点位数据对基于平衡剖面模型的潮位校正、拟合线性潮位校正以及传统潮位校正方法提取结果进行对比分析。研究表明: (1)基于平衡剖面模式的潮位校正方法精度优于拟合线性潮位校正方法和传统潮位校正方法。(2)在同属基于平衡剖面模式的潮位校正方法中, 基于改进的Bodge平衡剖面模式的潮位校正方法相比较于Bruun-Dean平衡剖面模式潮位校正方法精度更高; 基于参考岸线数据, 利用断面法验证了所提取的岸线精度达到2m。研究结果可为海岸线精确提取和海岸规划提供参考案例和决策依据。

• 风对聚焦波海堤越浪特性影响的数值模拟研究

  张良斌, 屈科, 黄竞萱, 王旭, 虢磊

  在一些恶劣的海洋环境中, 极端波浪与向岸风之间存在复杂的相互作用, 严重威胁沿海设施的安全。本文基于二维不可压缩两相流数值模型, 系统研究了向岸风对聚焦波海堤越浪特性的影响, 并重点讨论了向岸风风速、有效波高以及堤顶超高等因素对聚焦波海堤越浪水动力过程的影响机制。结果表明, 随着向岸风风速、有效波高的增大以及堤顶超高的减小, 聚焦波在斜坡式海堤上的最大越浪量、最大爬高、海堤的最大荷载以及沿程最大水位逐渐增大。向岸风会影响聚焦波的传播演变, 增大聚焦波的波陡和传播速度, 使波浪的破碎时刻和破碎位置提前, 聚焦波高速流动的水体区域也明显增大, 相比无风情况, 其最大越浪量、最大爬高、最大水动力荷载以及沿程最大水位均有所增大。本文研究结果可为极端波浪的防灾减灾以及海岸防护工程的设计提供一定的参考。

• 红海与加利福尼亚湾初始扩张系统的热状态差异

  徐柳娜, 李春峰, 黄亮, 朱塽, 尹义红

  红海与加利福尼亚湾同处于由大陆裂谷向初始海底扩张的过渡阶段, 但具有显著不同的构造背景与演化特征。本文基于磁异常数据, 利用基于傅里叶变换和小波变换的质心法, 计算得到了红海和加利福尼亚湾的居里面深度, 对比发现二者热状态存在显著差异, 不同方法的计算结果均显示加利福尼亚湾的居里面明显深于红海的居里面。红海扩张中心相对连续, 岩浆活动较为活跃, 而加利福尼亚湾扩张中心区域广泛发育了错开扩张脊的转换断层, 并且扩张中心处热液活动强烈, 加速了该区域的热对流和热损耗。此外, 扩张速率与热状态和热液活动之间存在着明显的耦合关系。加利福尼亚湾的扩张速率是红海的两倍多, 较快的扩张速率与热液活动正相关, 较强的热液活动加速热损耗而加深居里面, 也是引起加利福尼亚湾居里面比红海居里面深的原因之一。

• 基于比较基因组学分析海洋聚球藻对铁限制的适应机制

  穆蓉, 朱珠, 张瑞峰

  铁在海水中溶解度低, 来源有限, 是全球40%海域中浮游植物的主要生长限制因子。海洋聚球藻是一种全球分布的超微型蓝藻, 也是海洋初级生产力最主要的贡献者之一。受到近岸和大洋环境中铁来源和浓度的影响, 海洋聚球藻应对铁限制的适应机制可能存在差异。本研究基于29株全基因组测序的海洋聚球藻进行了比较基因组学分析。结果表明, 海洋聚球藻具有较高的遗传多样性, 隶属于GTDB(Genome Taxonomy Database)分类法中Cyanobiaceae科的4个属, 并且这4个属与原有NCBI(National Center for Biotechnology Information)分类法中海洋聚球藻的亚群分类具有很好的对应关系。功能注释结果表明, 近岸和大洋聚球藻的特有基因数量与种类差异较大, 近岸株中参与无机离子转运和代谢的特有基因数量大于大洋株。进一步分析海洋聚球藻铁限制相关基因后发现, 近岸株在铁的吸收、稳态调节和储存方面的能力强于大洋株, 对环境变化的感知和响应能力也更强。本研究重新梳理了海洋聚球藻的进化关系和分类地位, 并系统分析了近岸和大洋聚球藻基因组及应对铁限制的适应机制差异, 为深入理解海洋聚球藻的环境适应性提供了依据。

• 南海热带岛礁生物土壤结皮中细菌的分离及其固砂特性初步研究

  黄谕, 王琳, 麦志茂, 李洁, 张偲

  南海热带岛礁生物土壤结皮中有大量可分泌胞外多糖的微生物, 这一特性对固砂具有重要的促进作用。本研究利用TSA、改良TSA、MA三种培养基对采自南海永暑礁及三亚鹿回头海岸带的生物土壤结皮进行可培养细菌的分离纯化。本研究共分离纯化70株细菌, 并进行基于16S rRNA基因序列的鉴定, 发现所分离的菌株属于3门5纲12目19科25属, 厚壁菌门(Firmicutes)为优势门, 芽孢杆菌属(Bacillus)为优势属。此外, 有22株菌与已知物种16S rRNA基因相似性低于98.65%, 为潜在的新物种。纯化菌株的胞外多糖采用乙醇沉淀法提取、苯酚硫酸法检测含量, 发现19株菌胞外多糖含量高于0.013mg·mL-1。选取其中胞外多糖含量最高的9株菌进行土壤团聚能力的测定, 发现将菌株SCSIO 17111(Lysobacter sp.)菌液喷洒于珊瑚砂表面能够使土壤团聚体保持稳定。针对粒径小于0.2mm的细砂, 菌株SCSIO 17111固结的砂土在经过干筛处理后, 保留量可达92.7%。本研究可为岛礁珊瑚砂的固定、减少土壤流失提供高产胞外多糖菌株资源, 还可以为促进岛礁生物土壤结皮的形成提供新的研究思路和方法。

• 海水酸化对海月水母螅状体共附生微生物的影响

  孙婷婷, 郝雯瑾, 徐鹏臻, 叶丽靖, 董志军

  海洋酸化是海洋生物面临的重要威胁, 研究海洋酸化对其共附生微生物群落的影响对于理解宿主和微生物应对环境压力的适应机制具有重要意义。海月水母(Aurelia coerulea)是我国灾害水母优势种, 在海洋生态系统中占有重要地位。本研究以海月水母螅状体为研究对象, 利用Biolog-ECO和宏基因组的方法, 探讨了未来海洋酸化环境(pH 7.8和7.6)对其共附生微生物群落结构和功能的影响。研究结果表明, 在不同程度海水酸化环境中, 海月水母螅状体的共附生微生物群落结构和功能具有保守性。Biolog-ECO研究结果发现, 海水酸化对海月水母螅状体共附生微生物群落的微生物代谢活性、多样性指数和碳源利用影响较小。宏基因组研究结果显示, 海水酸化未影响海月水母螅状体共附生微生物的优势种和群落结构; 柔膜菌门(Tenericute)、变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是海月水母螅状体共附生微生物群落的优势类群。此外, 暴露于不同酸化条件下海月水母螅状体共附生微生物的功能无显著差异。因此, 我们推测未来海洋酸化不会通过改变共附生微生物的群落结构影响海月水母螅状体。

• 中华管海葵生殖腺的年周期发育

  李云朋, 王志成, 张龙, 张威, 杜梦达, 孙仪, 张志峰

  研究动物的生殖腺发育, 可以揭示配子发生过程并为评估其繁殖能力和资源利用提供科学依据。中华管海葵(Aulactinia sinensis)是我国黄海潮间带的优势物种。本文报道了青岛汇泉湾海域生活的中华管海葵生殖腺年周期发育特点, 结果显示: 中华管海葵外观呈圆柱状, 口盘触手排布为6+6+12+24+48型, 柱体内隔膜48对; 中华管海葵为雌雄异体, 雌雄比约为1.25: 1; 生殖季节所有隔膜均可发育为生殖隔膜并构成生殖腺; 根据生殖隔膜中精小囊结构、生殖细胞种类和组成, 将其年周期发育过程分为4个时相; 确定其成熟排放时期为5—9月, 口盘直径为3cm的雌性个体平均怀卵量为188277.91±28861.91。本研究结果为中华管海葵的海域资源循环规律研究提供了基础数据。

• 应用高通量测序技术研究永乐环礁和东岛鱼卵种类组成和分布

  赵金发, 刘永, 李纯厚, 王腾, 石娟, 肖雅元, 吴鹏, 宋晓宇

  珊瑚礁被誉为海洋中的热带雨林, 是海洋鱼类重要的产卵场、育幼场和摄食场。永乐环礁和东岛是西沙群岛典型的珊瑚礁生态系统。为更好地管理和保护西沙群岛的渔业及种质资源, 本研究于2021年4月采集了西沙群岛永乐环礁和东岛的鱼卵, 通过高通量测序技术对其进行分类鉴定, 并分析了两区域的鱼卵种类组成和群落结构差异。结果显示, 两区域均只采集到鱼卵, 共鉴定出27种, 隶属于4目16科25属, 并均以鲈形目占优势, 永乐环礁中占比为95.45%, 东岛中占比为85.71%。永乐环礁和东岛的鱼卵种类组成相似性指数差异较大, 目、科、属、种的相似性分别是25.00%、37.50%、32.00%、33.33%。鱼卵的出现频率均为100%, 永乐环礁鱼卵平均密度为0.984ind.·m-3, 东岛鱼卵平均密度为0.453ind.·m-3。永乐环礁优势种(Y≥0.02)为圆鲹属未定种(Decapterus sp.)、鲣(Katsuwonus pelamis)和三斑海猪鱼(Halichoeres trimaculatus)3种; 东岛为绿唇鹦嘴鱼(Scarus forsteni)、灰鹦嘴鱼(Chlorurus sordidus)和多带副绯鲤(Parupeneus multifasciatus)3种, 优势种差异明显。并且, 本次调查发现了未记录种双边鱼(Ambassis sp.)。物种丰富度指数(D)呈现永乐环礁(2.46)高于东岛(1.87), 而香农-威纳多样性指数(H′)和均匀度指数(J′)则表现为永乐环礁(1.08和0.35)低于东岛(1.32和0.50)。两区域的鱼卵种类组成均以礁栖鱼类占优势, 而大洋性中上层鱼类相对丰度则呈现永乐环礁(88.02%)明显高于东岛(0.44%)。研究结果表明, 永乐环礁和东岛可能均为海洋鱼类的产卵场, 而永乐环礁拥有开放性的潟湖, 相比东岛更适宜作为大洋性鱼类(尤其是金枪鱼类)的产卵场, 并且高通量测序技术可以弥补传统形态学方法在鱼卵鉴定方面的不足, 可以作为渔业资源调查的补充手段, 本研究为永乐环礁和东岛渔业和种质资源的保护和管理提供了科学依据。

• 广西北部湾施氏獭蛤卵巢发育、卵子和卵黄发生的研究

  吴韬, 潘英, 连昌朋, 刘一鸣, 徐炳杰, 王超奇, 杨凌

  为探究广西北部湾海域施氏獭蛤卵巢发育、卵子和卵黄发生, 采用组织切片分析卵巢周年变化, 并利用光学和电子显微镜观察雌性生殖细胞的变化过程。结果表明, 广西北部湾海域施氏獭蛤卵巢发育周期为一年, 每年12月至翌年4月性腺饱满, 为繁殖盛期, 产卵高峰期略滞后于性腺成熟期, 每期5%~15%个体发育滞后于群体。卵子发生过程中, 雌性生殖细胞逐渐脱离滤泡壁, 进入滤泡腔。卵子发育过程中, 卵径由6.9~8.3μm变大至70.0~74.9μm, 细胞质内细胞器数量增加, 出现卵黄粒, 自噬泡吞噬脂滴和线粒体。卵黄发生期间, 核仁经染色后分为两部分, 颜色深浅不一, 核质间出现物质交换, 卵母细胞质膜内出现多泡小体, 在靠近卵周隙处形成微吞饮泡, 分别从卵周隙和滤泡吸收外源性卵黄物质。此外, 本实验还观察到施氏獭蛤存在滤泡混合型和滤泡共存型雌雄同体, 性转换方向表现为雌性向雄性转换。本研究结果为施氏獭蛤的人工繁育提供基础资料。

• 真菌Talaromyces stipitatus 中具有抗炎活性oligophenalenone二聚体

  朱玲, 潘超, 花思露, 姜薇

  真菌Talaromyces stipitatus 的发酵产物对脂多糖诱导的RAW264.7巨噬细胞系一氧化氮 (NO)生成具有抑制作用。本实验以生物活性分析为导向, 从真菌T. stipitatus 发酵产物中分离得到6个具有抗炎活性的次生代谢产物, 通过与文献比对核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)和高分辨电喷雾电离质谱(high resolution electrospray ionization mass spectroscopy, HRESIMS)数据, 鉴定为oligophenalenone二聚体, 分别是bacillisporin A (1)、9a-epi-bacillisporin E (2)、bacillisporin F (3)、duclauxin (4)、bacillisporin B (5)和bacillisporin C (6)。化合物2—5在浓度30µmol·L-1时, 显示出不同程度的NO生成抑制作用, 且对巨噬细胞无细胞毒活性, 抑制率均高于阳性对照药吲哚美辛 (indomethacin, AG); 2—4的半抑制浓度 (IC50)分别为11.82±1.25、11.44±1.58和23.92±2.86µmol·L-1。首次从该种中分离得到5和6, 并首次发现duclauxin及其同系物具有显著的体外抗炎活性, 为抗炎活性研究提供了一类新的模式结构。

• 海南岛北部海湾表层海水重金属分布特征、主控因素及污染评价

  曾维特, 张东强, 刘兵, 杨永鹏, 张航飞, 吴多誉, 王晓林

  对海南岛北部海湾研究区表层海水进行调查取样及地球化学分析测试, 查明表层海水中重金属(溶解态)As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb和Zn含量及其空间分布。基于相关性分析和因子分析明确海水中溶解态重金属来源并研究控制其分布的主要因子, 基于单因子污染指数和权重修正内梅罗污染指数评价研究区海域海水重金属污染情况。结果表明, 表层海水中As、Cd、Cu、Hg、Pb和Zn平均含量分别为0.58、0.14、8.68、0.057、2.07和26.24μg·L-1, Cr含量低于检测限。重金属含量高值区主要分布于东寨港、铺前湾湾顶及东侧沿岸、迈雅河与道孟河河口处。南渡江入海口、如意岛周边海域和海口湾近岸海域, 表层海水清洁度高, 评价为无污染。海口港外围、迈雅河与道孟河入海口、铺前湾湾顶及东侧沿岸、木兰湾西侧, 污染程度低—中等。东寨港内部污染程度中等—严重, 其中演丰河入海口污染程度最为严重。重金属污染严重程度从大到小为Pb、Cu、Zn、Hg、Cd、As, 应将Pb、Cu和Zn同时作为今后该海域环境重点监测对象。近岸海水中重金属主要来自陆源输入, 其次为船舶污染, 同时还包括大气输入、农业和水产养殖业等污染源。高盐度低pH可促使重金属从水体悬浮颗粒中解吸释放, 此外水动力条件也是重金属分布差异性主控因素之一。