<正>由国家海洋局第二海洋研究所柴扉研究员和美国缅因大学陈勇教授共同发起的第二届渔业海洋学研讨会,于2017年6月19日至20日在杭州召开,这是继上海海洋大学举办2016年渔业海洋学国际研讨会后的第二次会议。本次研讨会由国家海洋局第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室主

为了理清米氏凯伦藻赤潮形成与环境因素的关系,掌握其发生、发展规律,本文分析了2012年春末夏初三沙湾海域米氏凯伦藻赤潮期间的气象、水文和营养盐情况,并结合室内模拟培养实验,探讨了米氏凯伦藻赤潮形成与各环境因素的相关性。结果显示米氏凯伦藻赤潮通常发生在温度为20.5～25.0℃和盐度为24.3～32.3的海域,其细胞生长的最适温度和最适盐度分别为:22.0～25.0℃和26.0～30.0;Pearson相关性分析显示,米氏凯伦藻细胞密度与叶绿素a、无机磷、化学需氧量呈极显著正相关,与透明度、氨氮呈显著负相关;另外,米氏凯伦藻对磷酸盐的需求较低,其赤潮的形成可能主要受水体中氨氮的影响。基于现场调查和模拟实验结果,综合分析认为稳定的水文和气象条件、发生前期降雨输入的无机氮,以及由于持续阴雨导致的较低光照条件是此次米氏凯伦藻赤潮形成和维持的重要条件。

秋刀鱼(Cololabis saira)资源对海洋环境因素极为敏感,不同气候模态可能对秋刀鱼资源丰度产生不同的影响。根据1990-2014年西北太平洋日本的秋刀鱼渔业中单位捕捞努力量渔获量(CPUE,以此作为资源丰度),以及相应产卵场、索饵场的海表温(SST)遥感数据,探讨太平洋年际震荡(PDO)指数冷、暖年下,秋刀鱼资源丰度CPUE变化与产卵场、索饵场SST的关系,并分别建立资源丰度的预测模型。研究表明,PDO冷年索饵场4月SST与年CPUE显著相关(P<0.05),PDO暖年索饵场11月的SST与年标准化CPUE显著相关(P<0.05)。PDO冷、暖年的秋刀鱼资源丰度的预测模型中,CPUE均与索饵场11月的SST、索饵场4月SST呈现正相关的关系,统计学上为显著相关(P<0.05)。PDO冷年(2012年)和PDO暖年(2014年)的CPUE预测值与实际值相对误差分别为14.03%、-16.26%,具有较好的拟合效果。研究认为,不同气候模态下,可用于秋刀鱼资源丰度预测的环境因子不同,上述建立资源丰度模型可用于业务化运行。

本文研究了辽东湾表层沉积物中重金属的分布及污染特征,评价其生态风险及环境质量。对辽东湾表层沉积物8种重金属(As、Cu、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb、Zn)的空间分布进行了研究,采用Hankanson法和Igeo(地累积指数)分析了该海域重金属潜在生态风险,并评价了该海域的环境质量。在辽东湾葫芦岛附近海域、西南部六股河口东南部海域以及西部近岸海域表层沉积物中As、Cu、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb和Zn含量偏高。地累积指数法及生态风险指数法对重金属污染程度评价结果一致,辽东湾生态环境具有潜在危害的重金属主要是Cd、Hg和As,8种重金属潜在生态风险系数由高到低依次为Cd、Hg、Cu、Pb、As、Zn、Ni和Cr,各站位重金属综合潜在生态风险指数均大于150,生态风险总体上处于中等生态风险等级。Cd和Hg是该海域沉积物重金属中主要污染物,局部区域达到中、中-强污染程度。环境质量评价表明,辽东湾表层沉积物重金属引发有害生物效应的可能性不大,但Cd和Hg显著富集,应予以重视。

基于星载波谱仪海浪方向谱探测原理,仿真了不同海况、风速下的海浪波谱仪接收信号,并采用周期图法、Welch法、AR模型法以及最小方差法共4种不同的调制谱估计方法反演出海浪谱,比较各种调制谱估计方法的海浪方向谱反演性能。仿真结果表明:对于一定方位向下的一维海浪谱反演,不同调制谱估计方法反演海浪谱性能优劣没有绝对的顺序。对于二维海浪谱反演,在成长中海浪条件下周期图法反演性能最差,其他3种方法的反演性能没有绝对优劣顺序;对于成熟风浪,最小方差法在积分能量误差、有效波高误差两个指标上的反演性能最好,在主波波向、主波波长误差上,周期图法反演性能最差,其他3种方法没有绝对优劣顺序。在涌浪条件下,AR模型法反演性能优于其他3种方法。在不同海况下,随着波谱仪中心入射角的下降,反演性能会下降。基于这些仿真结果,本文推荐最小方差法作为充分成长海浪的海浪方向谱反演的调制谱估计方法,AR模型法作为涌浪海浪方向谱反演的调制谱估计方法。

全球性海平面的上升可能会对沿海地区的社会活动产生重大的影响,因此,监测和了解海平面变化显得非常重要。本文依据信号的信噪比(SNR)测高原理,通过分析2014年9月5—31日,在中国浙江省舟山市的大洋山岛上所收集的北斗3个频段的卫星信号,成功地实现潮位高度反演。其中,B1频段反演结果的标准差(STD)为33.82cm,相关系数为95.98%;B2频段反演结果的STD为38.48cm,相关系数为94.68%;B3频段的反演结果的STD为34.56cm,相关系数为96.08%。这是首次关于北斗3个频段信号的SNR测高研究。本次实验论证了该方法在北斗系统上的可行性,同时对北斗B1、B2、B3频段的信号在SNR测高中的性能作了对比分析。

通过对北部湾SO-50柱状沉积物进行粒度、Sr-Nd同位素、主微量元素及AMS14 C分析,结果表明该柱状沉积物可以划分为两段,即上段(0～540cm,0～3.0ka BP)和下段(540～571cm,3.0～3.3ka BP),它们反映了不同的物质源区贡献。下段较上段砂含量相对较高,主量元素(除SiO2外)及稀土元素含量相对减少,87Sr/86Sr与εNd除异常点外,总体变化幅度不大。研究结果显示SO-50柱状沉积物的物质来源比较稳定,具有强烈的陆源特征,下段沉积物的源区主要是琼州海峡东侧原有沉积物的再搬运和台湾岛河流携带沉积物的混合,上段沉积物除了琼州海峡东侧和台湾岛的贡献外,周边陆区海岸侵蚀物的贡献相对加强。根据SO-50柱状沉积物的研究结果表明,北部湾东部泥质区的物质来源除了琼州海峡东侧沉积物和沿岸侵蚀物的贡献外,台湾岛河流携带的沉积物对其影响也应引起重视。

本文基于白令海北部陆坡ARC6-B11岩心的沉积物粒度、颜色反射率、有机碳/氮含量和高分辨率化学元素XRF扫描数据,结合底栖和浮游有孔虫AMS14C测年资料,重建了研究区23ka以来至中全新世的沉积记录,重点研究了海冰的扩张变化对生产力和沉积物输入的影响。研究结果显示,末次盛冰期白令海北部陆坡受到海冰南向扩张的影响而生产力较低,沉积物中砂粒级和冰筏碎屑(IRD)含量较高。HS 1时期由于受到常年冰的覆盖,沉积物中砂粒级和IRD含量存在低值,沉积物中较高的总有机碳(TOC)含量受陆源有机质的影响较大,异常的TOC含量峰值主要受到低海平面和海冰形成过程产生的富氧水团控制下的高浓度细粒物质携带的陆源有机质的快速沉积作用的影响,难以作为反映白令海古生产力的替代指标。B/A暖期和全新世生产力较高,在B/A暖期存在Ca/Ti峰值现象,Ca/Ti峰值现象的产生与碳酸盐补偿深度增加有关,水体通风条件的改变可能起到一定的作用,也不能忽视颗石藻对其产生的潜在影响。

本文基于地震、钻井和区域地质资料,运用回剥法和平衡剖面技术定量研究了万安盆地的构造沉降和伸展程度,重建盆地的构造演化史并探讨其成因机制。模拟结果表明,万安盆地构造沉降曲线为多段式,其南北部构造沉降差异明显,且沉降中心逐渐向南发展的趋势。晚始新世-渐新世(37.8～23.03Ma BP)盆地中、北部快速沉降,存在两个沉降中心;早中新世(23.03～16.0Ma BP)盆地南部也发生快速沉降,整个盆地存在3个沉降中心;中中新世(约16.0～11.63Ma BP)沉降作用减弱,盆地进入裂后热沉降期。万安盆地的伸展和形成演化呈现北早南晚的特征,与南海海底扩张密切相关,同时受控于万安断裂带交替地右旋-左旋走滑作用,是伸展和走滑双重作用的结果。盆地的构造演化过程可细分为4个阶段:初始裂谷期、主要裂谷期、走滑改造期和裂后加速沉降期。

赤潮是严重的海洋灾害,有效监测赤潮对于保护海洋生态环境具有重要意义。高光谱遥感具有光谱分辨率高、图谱合一等优势,适合于海洋赤潮监测。深度学习是机器学习领域的前沿,为高光谱遥感分类提供了新的思路。深度置信网络(Deep Belief Network,DBN)兼具监督分类与非监督分类的特点,通过构建DBN模型,将DBN应用于赤潮灾害遥感监测中,应用渤海机载高光谱遥感数据开展赤潮分类,以达到提取高光谱图像中赤潮水体范围的目的。通过设置对照实验,对比经典的SVM监督分类方法与ISODATA非监督分类方法,发现DBN模型在相同实验条件下具有更高的分类精度,赤潮遥感提取精度提高了3%～11%。

内孤立波的发生常伴随着大振幅波动和突发性强流,对桩柱等海中结构物产生强烈破坏作用.基于KdV方程和Morison公式,在忽略高阶模态的情况下,探讨内孤立波对桩柱的单位作用力、总作用力、剪力和弯矩的极值问题,并利用2016-07南海北部陆坡的实测资料对理论结果进行检验.结果表明:1)在内孤立波最大振幅所在的垂向剖面上,上层与下层各存在一个单位作用力极值,且二者方向相反,上层总作用力强于下层,最大剪力和弯矩分别发生于水平流速的转向层和海底;2)各水层中,沿着内孤立波的传播方向,所有作用力的数值均随时间的推移先递增后递减,存在正向或负向的最大值;3)全水层总作用力极值发生在半周期,其值与波动振幅和水平波速有关,其他作用力极值发生于最大振幅时刻之前,作用力极值与振幅和非线性波速正相关,与水平特征宽度负相关;4)单位作用力极值的时间提前量与振幅和水平特征宽度强相关,与非线性波速弱相关.

沿岸陆地垂向运动是沿海相对海平面变化的重要组成部分,可以通过GPS直接观测或者联合验潮站和高度计资料进行推算,前者较为精确但目前欠发达国家和地区沿岸数据缺乏,后者资料相对丰富但准确性有待验证.本研究利用全球191个验潮站数据及同步的高度计资料和GPS监测数据,对两种方法得到的陆地垂向运动速率进行了比较,发现对于陆地垂向运动明显的站位,两种方法计算的趋势相同比例为74％;陆地垂向运动速率的空间分布表现为高纬度沿岸陆地抬升和中低纬度不同程度的陆地沉降,这与冰川均衡调整(GIA)模型结果和近期GRACE重力卫星观测较为符合,说明了基于验潮站和高度计联合推算沿岸陆地垂向运动的方法具有较高可行性.将此方法应用于中国沿岸,基于29个长期验潮站数据计算了中国沿海1993—2016年陆地垂向运动速率,发现存在以长江口为分界北升南降的空间特征;南部沿岸陆地沉降会加剧沿海相对海平面上升,给区域经济发展和人民生活带来风险.

采用支持向量机对海浪要素中的有效波高进行预测,采用风场和波浪场作为学习要素,对比不同特征向量对有效波高预测结果的准确度.取台湾岛东部海区作为实验区域,使用NCEP再分析的数值模式数据作为学习样本.选用支持向量分类机,建立了4组不同特征向量的模型进行海浪有效波高的预测,并对4种模型的结果进行比较和分析.实验表明,当输入的特征向量过多或过少时,会对模型的预测结果和计算效率产生不同的影响.当使用风场和波浪场共同作为特征向量进行学习时,在该区域预测结果与模式预报结果相比更接近,相关系数将近99％,均方根误差约0.2 m.

泰国晚新生代玄武质岩石主要为碱玄岩、玄武岩、粗玄岩和玄武粗安岩,属于碱性系列,呈现似洋岛玄武岩的地球化学特征,与南海地区其他位置的同时代玄武岩特征一致.本研究玄武岩的斑晶矿物主要为橄榄石、斜长石及少量的单斜辉石.利用全岩组分推算,泰国玄武岩源区岩性为石榴石辉石岩,与越南、北部湾等地同期玄武岩的岩性类似.本研究利用PRIMELT软件模拟计算了泰国晚新生代玄武岩的原始岩浆组分.利用反演的原始岩浆组分计算出本区域的玄武岩熔融温度范围为1425～1442℃,熔融压力范围为22.3～27.4 kbar,类似于海南岛(1420～1530℃,18～32 kbar)和越南南部地区(1470～1480℃,29.7～32.8 kbar).本区域的地幔潜在温度为1448～1467℃,与越南南部(1468～1490℃)类似,稍低于海南岛北部(1420～1530℃).总体上,泰国晚新生代玄武岩与南海地区其他区域同时代玄武岩的岩石地球化学特征和岩浆过程类似,它们的深部地球动力学背景均与海南地幔柱有关.

次生组分沉淀是海底岩石中普遍存在的现象,次生组分去除是减少次生组分干扰、获取海底岩石高质量数据的关键.选择西太平洋麦哲伦海山区MK海山相对新鲜的玄武岩作为研究对象,经研磨、均一化后将粉末样品分为49份,其中48份分别以0.25,0.50,1.00,1.50,2.00,2.50 mol/L六种浓度的足量HCl溶解0.5,1,2,4,8,16,32和64 h后,选取溶解残渣测定主要氧化物和特征微量元素质量分数,确定HCl溶解法在去除次生组分的同时不会对海底新鲜玄武岩中原生组分造成影响的HCl浓度-时间组合.结果表明,在HCl浓度为1.00～2.50 mol/L,溶解时间为0.5～2 h的12种HCl浓度-时间组合均可保证海底玄武岩中原生组分的安全,并可有效去除次生组分.综合海底蚀变玄武岩次生组分去除实验研究,推荐使用1.00～2.00 mol/L HCl,溶解时间在0.5～1 h的实验方案.

海洋数值模式是定量描述海洋物理现象及其变化的数值模型,也是海洋与气候研究、预测的核心工具.随着海洋观测的不断投入与积累、对海洋认识的不断深入,特别是在高性能计算技术的支撑下,海洋数值模式已有了长足进步,正朝着高分辨率和多物理过程的方向发展.随着分辨率的提高、物理过程的细化,海洋数值模式的发展面临着多个方面的挑战.当前,海洋数据数量和种类不断增多,同时超级计算机、高性能计算和深度学习等技术的快速发展,为海洋数值模式的突破提供了机遇与挑战.本研究回顾了海洋数值模式的发展现状,梳理和分析了其发展中遇到的大规模高效并行计算和参数优化这两个关键问题,探讨和展望了当前海量数据驱动下海洋数值模式的发展趋势.提出计算负载均衡、计算与I/O重叠的并行流水线设计以及降低全局交换的算法改进是当前突破高分辨率海洋模式大规模高效并行效率的关键.从海洋科学、高性能计算以及深度学习深度交叉融合的角度,提出了实现海洋科学与深度学习相结合的6个途径,在此基础上,探讨了基于深度学习的参数化优化可能实现的途径.

利用2006—2017年我国南海部分区域(112°～114°E,10°～12°N)的Argo观测数据,对该海区声速剖面进行了仿真分析和研究.在此基础上,利用遗传算法(GA)优化的径向基函数(RBF)神经网络建立反演预测模型(GA-RBF),结合海区表面实测温度和历史数据,研究了该区域2016—2017年的声速剖面实时预测情况,并获得该海区6月和12月的声速剖面平均均方根误差值为0.845 m/s和0.815 m/s;而采用平均声速剖面方法获得该海区6月和12月的声速均方根误差分别是2.393 m/s和2.176 m/s.仿真结果表明:基于GA-RBF网络模型并利用海区表面实测温度的反演预测结果更趋近实测声速剖面,该模型可用于海区垂直声速剖面的实时预测.

根据2017年中国第33次南极科考期间获取的普里兹湾虎鲸声信号观测资料,采用Teager能量算子法对虎鲸回声定位信号进行了检测,并分析了其脉冲间隔的统计特征.对115段回声定位信号的参数分析结果显示:脉冲间隔的范围为10.5～183.5 ms,均值与标准差分别为67.5和27.6 ms.进一步分析,发现脉冲间隔数值的变化具有显著的规律性,根据拟合表达式可以将信号分成5种类型:加速型、减速型、匀速型、先减速后加速型、先加速后减速型.其中减速型的总体占比最高,为58.3％;其次为匀速型与加速型,分别为20.0％,14.8％;其余2类占比最低,均仅为3.5％.普里兹湾虎鲸回声定位信号脉冲间隔规律性变化可能是虎鲸调节其信号以适应活动海域多海冰环境的结果.此外,加速型、减速型、匀速型与先减速后加速型、先加速后减速型的脉冲间隔参数存在较大差异,且后2种类型的-3 dB带宽以及峰值频率与脉冲间隔存在显著的负相关关系,这表明虎鲸在发出后两种类型的回声定位信号时处理的情况与前3种类型相比可能更为复杂与特殊.

采用Jason-2校正辐射计的亮温数据与GPM Ku波段测雨雷达的降雨率数据,开展基于Jason-2校正辐射计的降雨率估计算法研究.为避免波束填充效应,对Ku波段测雨雷达降雨率数据进行网格化处理,分别构建3×3,5×5及7×7网格的建模数据集和验证数据集,通过建模数据集建立了3种基于校正辐射计的降雨率估计算法研究,并通过验证数据集进行检验.结果表明:对GPM Ku波段测雨雷达的降雨数据进行3×3,5×5及7×7的网格化处理,可以在降雨率估计算法研究时有效避免波束填充效应,7×7网格化处理方法效果最优.对3种不同的算法比对,发现利用校正辐射计3个通道亮温信息的线性组合形式估计降雨率效果最优,相对偏差可达42.33％.

为研究中小尺度的海流,以美国西海岸附近海域为研究区域,采用欧空局ENVISAT ASAR IMS数据,首先利用频谱拟合法计算得到影像的多普勒质心;再通过影像的多普勒系数和斜距时间去除卫星与地球之间相对运动产生的多普勒频移,最终得到海表面多普勒质心异常.同时利用布拉格散射模型去除了布拉格波的影响,利用CMOD5模型计算海表面风场,根据风场与雷达视向速度的经验关系去除海面风场的影响,经空间投影,最终得到雷达径向的海表面流速,反演的流速主要分布于-0.3～0.6 m/s.利用研究区域附近的岸基高频地波雷达(HF-ra-dar)数据验证反演结果精度,结果表明,在HF-radar流速与ASAR反演流速-0.2～0.2 m/s差异范围内的标准误差和相关系数分别为0.1 m/s和0.81,反演结果与真实流速较为接近.ASAR反演流速和HF-radar流速结果均表明,在研究区域存在自西向东的沿岸流,最大径向流速达到0.6 m/s.因此,本文所使用的海表面流速反演方法准确有效,适合于中小尺度海流流速的反演.