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海洋叶绿素对热带太平洋SST的影响及其机理分析——基于ROMS的海洋物理-生态模式模拟

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海洋与湖沼 2024年

作者：张雯哲张荣华高川田丰于洋王宏娜中国科学院海洋研究所海洋动力环境观测与预报重点实验室和海洋环流与波动重点实验室中国科学院大学南京信息工程大学海洋科学学院崂山实验室

关于海洋叶绿素对热带太平洋海表面温度（SST）年平均场和年际变率的影响，学术界存在广泛的争议，模拟结果表现出明显的模式依赖性；且对于季节尺度上叶绿素如何影响SST的关注较少。为深入研究热带太平洋叶绿素的效应，本文基于区域海... 详细信息

关于海洋叶绿素对热带太平洋海表面温度（SST）年平均场和年际变率的影响，学术界存在广泛的争议，模拟结果表现出明显的模式依赖性；且对于季节尺度上叶绿素如何影响SST的关注较少。为深入研究热带太平洋叶绿素的效应，本文基于区域海洋模式系统（ROMS）构建了海洋物理-生态耦合模式，通过在敏感性试验中设置不同的叶绿素浓度分布，分析了叶绿素对热带太平洋SST的年平均和季节变化的影响。结果表明，叶绿素会导致热带太平洋大部分区域SST升高、赤道东太平洋区域SST降低。其中，前者由叶绿素的直接加热效应所引起：叶绿素的存在使得海洋表层吸收的短波辐射明显增多，更多的热量被保留在了混合层中，引起SST的升高。后者由动力冷却效应占主导：叶绿素使得混合层中吸收更多的短波辐射，导致穿透到混合层以下的短波辐射明显减少；所引起的热量垂向重新分配使得海水的层结增强、混合层变浅、Ekman辐散增强，进一步在赤道南北两侧产生异常向西的纬向流、赤道东太平洋的上升流增强，使得SST下降。但是这种冷却效应并未贯穿整年，赤道东太平洋SST的变化呈现出明显的季节依赖性：在1-4月期间表现为SST增暖（即直接加热效应占主导作用）；此后加热效应减弱，垂向冷平流的作用愈发强劲，间接动力冷却效应占主导。综合来看，叶绿素会使赤道东太平洋SST降低约0.5 °C，并加强其季节变率。本文基于垂向坐标系灵活的ROMS模式，聚焦于季节尺度；同时得到了叶绿素影响赤道东太平洋SST的两种不同的结果（变冷和变暖）。这一发现为理解不同模式中叶绿素冷却或加热效应主导作用的差异提供了新的视角，为改进模式、合理表征叶绿素的影响提供了重要的科学依据。

关键词：热带太平洋叶绿素效应季节依赖性直接加热间接冷却海洋物理-生态耦合模式区域海洋模式系统

碳含量对CrN:a-C多相复合涂层摩擦学性能的影响

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材料研究学报 2024年第4期38卷 297-307页

作者：马飞王闯郭武明史祥东孙建颖庞刚内燃机与动力系统全国重点实验室潍坊261061 中国科学院宁波材料技术与工程研究所、中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室、浙江省海洋材料与防护技术重点实验室宁波315201 潍柴动力股份有限公司潍坊261061

分别以Cr靶、N_(2)与C_(2)H_(2)作为Cr源、氮源与碳源,采用多弧离子镀技术制备CrN:a-C多相复合涂层,通过调节C_(2)H_(2)的流量改变涂层中碳的含量,使用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、场发射扫描电镜热场(FE-SEM)、多功能摩擦磨损... 详细信息

分别以Cr靶、N_(2)与C_(2)H_(2)作为Cr源、氮源与碳源,采用多弧离子镀技术制备CrN:a-C多相复合涂层,通过调节C_(2)H_(2)的流量改变涂层中碳的含量,使用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、场发射扫描电镜热场(FE-SEM)、多功能摩擦磨损试验机等手段研究了碳含量对其组成结构、机械性能以及摩擦学性能的影响。结果表明:随着涂层内碳含量的提高涂层非晶碳的结构特征逐渐明显和涂层致密性降低,使机械性能降低但是其结合力和硬度仍然比较高。在干摩擦和5W-30润滑油环境中涂层均呈现出较好的低摩擦与低磨损特性。碳含量和摩擦产物的影响,使摩擦系数和磨损率在两种环境中均先提高后降低。在C_(2)H_(2)流量为120 sccm的条件下在干摩擦和润滑油环境中涂层的摩擦系数分别为0.33和0.12,磨损率分别为1.3×10^(-5)mm^(3)/(N·m)和7.4×10^(-6)mm^(3)/(N·m),可为摩擦副部件提供有效的减磨抗磨防护作用。

关键词：材料表面与界面 CrN:a-C多相复合涂层氮化铬非晶碳摩擦学性能

在线固相萃取净化-液相色谱-串联质谱法直接测定植物粗提物中的23种全氟化合物

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分析化学 2024年第2期52卷 286-300页

作者：申楠韩同竹盛璨璨何秀平陈军辉刘晨光李先国中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室自然资源部第一海洋研究所自然资源部海洋生态环境科学与技术重点实验室青岛市现代分析与近海生态环境安全保障重点实验室

采用全自动在线固相萃取净化技术去除植物粗提物中的基质干扰组分，建立了一种超高效液相色谱-串联质谱(UHPLC-MS/MS)同步测定植物叶片组织中23种全氟化合物(Per-and polyfluoroalkyl substances,PFASs)(13种全氟羧酸类、4种全氟磺酸类... 详细信息

采用全自动在线固相萃取净化技术去除植物粗提物中的基质干扰组分，建立了一种超高效液相色谱-串联质谱(UHPLC-MS/MS)同步测定植物叶片组织中23种全氟化合物(Per-and polyfluoroalkyl substances,PFASs)(13种全氟羧酸类、4种全氟磺酸类和6种新型替代品)的新方法。植物样品经1%甲酸-甲醇溶液提取两次再旋蒸至干，用70%甲醇溶液复溶后直接进样分析。通过WAX在线固相萃取柱对PFASs进行自动化净化后，切换六通阀，将PFASs冲洗至适用于碱性流动相体系的C18分析柱上，采用含0.4%氨水的甲醇/水二元流动相体系进行梯度洗脱，在16 min内即可实现各目标化合物的色谱分离。采用串联质谱在多重反应监测(MRM)模式下进行PFASs的在线检测，并用内标法进行定量分析。方法学考察结果表明，植物叶片样品中23种目标PFASs的平均加标回收率为64.2%～125.5%，相对标准偏差(RSD)为0.7%～12.8%，各目标PFASs在相应的质量浓度范围内线性关系良好，相关系数(R2)大于0.990，检出限(LOD,S/N=3)在0.02～0.50μg/kg之间。采用本方法对海洋绿潮藻浒苔和4种树叶实际样品中的PFASs进行检测，共检出6种PFASs，其中PFBA为主要污染物。与文献报道的离线固相萃取法相比，本方法简化了样品前处理过程，为植物组织中典型PFASs及其新型替代品的日常监测提供了一种简便、快捷和准确的方法。

关键词：在线固相萃取植物叶片全氟化合物超高效液相色谱-串联质谱

来源：博看期刊

南极典型海域浮游生物生产力/群落结构对BP/MCP储碳影响及其年代际变率

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海洋学报 2024年第5期46卷 37-56页

作者：杨丹付全有韩正兵于培松乐凤凤韩喜彬张海生卢冰武光海自然资源部第二海洋研究所浙江杭州310012 自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室浙江杭州310012 自然资源部海底科学重点实验室浙江杭州310012

利用南极半岛(D1-7)和南奥克尼群岛附近海域(D5-6)海洋沉积物有机质的分子生物标志物中所隐含的生态学关系,将重建的浮游生物生产力和种群结构变化与生物泵(BP)/微型生物碳泵(MCP)以及海洋碳汇和储碳效率联系起来研究。柱样沉积物中的... 详细信息

利用南极半岛(D1-7)和南奥克尼群岛附近海域(D5-6)海洋沉积物有机质的分子生物标志物中所隐含的生态学关系,将重建的浮游生物生产力和种群结构变化与生物泵(BP)/微型生物碳泵(MCP)以及海洋碳汇和储碳效率联系起来研究。柱样沉积物中的一系列分子生物标志物在近百年里发生显著变化,上层海洋浮游生物生产力/群落结构与沉积碳库储量存在较大的时空演变,实际上均与全球气候变化相联系。研究结果如下:(1)从生物标志化合物正构烷烃分子组合特征和色谱图峰型、主峰碳(MH)、轻烃/重烃(L/H)、菌藻类-(nC_(15)+nC_(17)+nC_(19))、大型浮游植物-(nC_(21)+nC_(23)+nC_(25))和碳优势指数-(CPI)来看,沉积碳源主要是海源生物碳,海洋生物是固碳与储碳的天然碳汇。(2)D5-6柱样的有机质高富集,主要受海洋上层水体较高初级生产力、高沉积速率(平均为0.19 cm/a)、水深较浅(385 m)和还原性沉积环境(Pr/Ph值平均为0.95)这些均有利于颗粒有机碳(POC)通过BP过程从海洋表面输送到深海,快速埋藏和储存;而D1-7柱样因水深大(1 100 m)和沉积速率低(0.07 cm/a),含碳化合物沉降过程中发生降解,又被环境氧化降解(Pr/Ph值平均为1.22),二者均不利于沉积物储碳,但相比之下控制沉积物碳保存重要的因素可能是沉积速率。(3)近百年来南极半岛附近海域和南奥克尼群岛浮游动物总量、浮游植物初级生产力、硅藻和甲藻生物量趋于上升,而颗石藻生物量和所占比例呈减少趋势(南极半岛附近海域更明显),说明钙质生物泵作用在逐年下降,而硅藻主导的硅质泵作用在不断加强,这两个过程的相对强度在很大程度上决定了由生物泵结构(硅质泵/钙质泵)和效率、及其向海洋沉积物输送有机碳和无机碳的比例大小。(4)2个柱样的分子生物标志物变化趋势在整体上具有一定的可比性,均有明显的阶段性,在年代际突变后(1972年),受到显著影响的是南奥克尼群岛海域浮游动物总量从(5~6 cm)1982年开始发生明显增加,特别在1997年和2012年期间浮游动物总量开始剧增,意味着在全球变暖背景下浮游生物群落结构发生快速变化,浮游植物初级生产的降低和浮游动物总量的剧增,二者变异使得生物泵强度(增强/削弱)变化存在很大的不确定性。(5)相比之下,近百年来南极半岛附近海域浮游植物生产力/硅藻甲藻生物量逐渐提高,而微生物生产力/古菌生物量逐渐降低,意味着微生物固碳强度减弱,即MCP储碳效率在降低,揭示了全球变暖对海域浮游生物生产力/生物量的增减起到关键作用,而浮游生物群落生物量和组成特征直接影响南极海洋BP中上层水体有机碳的流动和MCP水柱固碳效率的强弱,作为全球海洋最大碳汇的南极,其储碳能力可能正在降低。

关键词：南极半岛和南奥克尼群岛浮游生物生产力/群落结构生物泵和微型生物碳泵分子生物标志物微生物细胞膜GDGTs 年代际变率

海水环境中Ti6321焊接接头点蚀萌生与生长模型

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中国有色金属学报 2024年第8期34卷 2661-2672页

作者：王炎培范林邵刚勤白雪寒刘少通张海兵孙明先武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070 中国船舶集团有限公司第七二五研究所海洋腐蚀与防护全国重点实验室青岛266237

针对钛合金焊接接头在海水中长期服役可能面临的点蚀风险,通过电化学测试、预制点蚀凹坑试样的弯曲加载浸泡试验,结合累积概率、分布函数等统计学分析方法研究了Ti6321焊接接头在海水环境中的点蚀萌生和生长行为,利用极值统计法建立了... 详细信息

针对钛合金焊接接头在海水中长期服役可能面临的点蚀风险,通过电化学测试、预制点蚀凹坑试样的弯曲加载浸泡试验,结合累积概率、分布函数等统计学分析方法研究了Ti6321焊接接头在海水环境中的点蚀萌生和生长行为,利用极值统计法建立了点蚀生长动力学模型。结果表明:点蚀萌生时间包括点蚀萌生的驱动电位达到阈值的时间和亚稳态点蚀产生并向稳态点蚀转变的诱导时间,根据点蚀萌生时间的试验和理论推算结果保守估计,在静态海水自然腐蚀条件下,Ti6321焊接接头难以自发产生稳态点蚀;90%R_(e)弯曲加载条件下Ti6321焊接接头在海水中的最大点蚀深度符合Gumbel分布。本研究为钛合金在海水环境中点蚀萌生和生长提供了一种基于电化学、统计分析的快速试验和预测方法。

关键词：钛合金焊接接头点蚀电化学统计分析

台风期间东海内陆架跨陆架沉积物输运及其调控机制

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海洋地质与第四纪地质 2024年第5期44卷 38-49页

作者：丛帅吴晓齐富康毕乃双李云海李东义王厚杰自然资源部第三海洋研究所福建省海洋物理与地质过程重点实验室厦门361005 中国海洋大学海洋地球科学学院海底科学与探测技术教育部重点实验室青岛266100 崂山实验室青岛266237

跨陆架沉积物输运不仅是陆海相互作用的重要组成,而且是陆源沉积物“源-汇”过程的关键环节。作为一种天气尺度事件性过程,台风能够对陆架海洋沉积动力过程以及跨陆架沉积物输运格局产生不可忽视的影响。然而,受限于台风期间现场观测数... 详细信息

跨陆架沉积物输运不仅是陆海相互作用的重要组成,而且是陆源沉积物“源-汇”过程的关键环节。作为一种天气尺度事件性过程,台风能够对陆架海洋沉积动力过程以及跨陆架沉积物输运格局产生不可忽视的影响。然而,受限于台风期间现场观测数据的稀缺性以及卫星资料的有效性,有关台风期间跨陆架沉积物输运仍然缺乏系统的研究。本文基于高分辨率FVCOM数值模型,对2015年超强台风“灿鸿”过境期间东海内陆架的跨陆架沉积物输运过程及其调控机制进行了研究。结果显示,台风能够引起东海内陆架海洋沉积动力过程的强烈响应,并产生显著的跨陆架离岸输运现象,悬沙通量较正常天气增加了2~3个数量级。该过程主要受控于两种因素:首先,台风期间持续性的水位堆积在近岸引起正压效应,产生经向上均一的跨陆架离岸输运,这是台风对沉积物跨陆架输运的间接影响;其次,旋转风场所激发的“齿轮效应”在台风路径两侧产生顺风向沉积物输运模式,左侧表现为离岸方向,右侧为向岸方向,此为台风对沉积物跨陆架输运的直接影响。两种机制叠加后共同控制着台风期间东海内陆架沉积物的跨陆架输运过程。

关键词：台风沉积动力过程跨陆架输运数值模拟东海内陆架

末次冰消期以来东海内陆架沉积物活性铁命运及其环境响应

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古地理学报 2024年

作者：孔凡兴张哲远徐方建董江李安春谷玉胡利民陈天宇刘喜停中国海洋大学海洋地球科学学院海底科学与探测技术教育部重点实验室南京大学地球科学与工程学院内生金属矿床成因机制国家重点实验室海洋地球化学研究中心海南大学海洋科学与工程学院自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验室中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室

陆架沉积物活性铁在海洋铁生物地球化学循环中扮演着重要角色,但是其对陆架沉积环境演化的响应机制还不明确。本研究以东海内陆架EC2005岩心沉积物为例,探讨末次冰消期以来沉积环境演化对东海内陆架活性铁命运的影响。EC2005岩心沉积物... 详细信息

陆架沉积物活性铁在海洋铁生物地球化学循环中扮演着重要角色,但是其对陆架沉积环境演化的响应机制还不明确。本研究以东海内陆架EC2005岩心沉积物为例,探讨末次冰消期以来沉积环境演化对东海内陆架活性铁命运的影响。EC2005岩心沉积物总铁/铝（FeT/Al）比值平均为0.54,活性铁/总铁(FeHR/FeT)比值平均为0.29,表明长江输入的陆源细粒沉积物是研究区主要的颗粒铁来源。活性铁组分的平均含量由高到低依次为易还原的（氢）氧化物铁(Feox1,0.64%)、黄铁矿铁(Fepy,0.32%)、可还原的（氢）氧化物铁(Feox2,0.23%)、碳酸盐铁(Fecarb,0.09%)。其中,Fepy和Fecarb含量随深度变化呈现出此消彼长的趋势,这是碳酸（氢）根离子和硫化物竞争亚铁离子的结果,受末次冰消期以来沉积环境和氧化还原状态的控制。Feox1与有机碳含量的变化密切相关,并对Fepy和Fecarb含量的变化起着重要的控制作用。在陆相沉积环境中（17.3～13.1 ka）,Feox1主要转化为Fecarb,Fepy含量几乎为0;在海陆过渡环境中（13.1～7.3 ka）,Fecarb含量减少,Fepy含量增加;在海相沉积环境中（7.3 ka至今）,Fepy含量达到最大值,Fecarb含量在表层显著增加。我们的研究强调了沉积环境演化对陆架活性铁命运的控制,为研究现代和深时海洋的C-S-Fe生物地球化学循环提供了新的视角。

关键词：活性铁东海内陆架沉积环境海平面变化有机碳矿化

改性粘土对对虾养殖池塘主要生源要素的调控作用

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海洋与湖沼 2024年

作者：陈静池连宝姜凯钦姜文彬曹西华俞志明宋秀贤中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室青岛海洋科技中心海洋生态与环境科学功能实验室中国科学院大学

高强度养殖活动显著改变了主要生源要素的分布特征与循环过程，导致养殖水体呈现严重富营养化状态、有害藻华频发，既限制了养殖业的健康发展，又对周围海洋生态环境造成了负面影响。近年来，养殖水体水质调控成为研究热点，基于2023年5... 详细信息

高强度养殖活动显著改变了主要生源要素的分布特征与循环过程，导致养殖水体呈现严重富营养化状态、有害藻华频发，既限制了养殖业的健康发展，又对周围海洋生态环境造成了负面影响。近年来，养殖水体水质调控成为研究热点，基于2023年5～9月份对莱州湾凡纳滨对虾精养池塘水体主要生源要素的现场观测与对比体系研究，揭示了改性粘土对主要生源要素分布特征的影响，结合培养实验，探究了改性粘土对主要生源要素循环的调控作用。结果表明，对虾养殖池塘水体中主要生源要素（碳、氮和磷）含量整体呈现波动上升的变化趋势。喷洒改性粘土24 h后可以迅速降低水体溶解无机氮(dissolved inorganic nitrogen， DIN)和溶解无机磷(dissolved inorganic phosphorus， DIP)含量，去除率都达90%以上，且在养殖过程中实验池水体总有机碳(total organic carbon， TOC)、总氮(total nitrogen， TN)和总磷(total phosphorus， TP)含量均值都低于对照池。培养实验结果发现，改性粘土能够显著降低TOC矿化速率与DIN、DIP再生速率，有效促进了有机碳的埋藏，延缓了营养盐的再生与释放。综上，改性粘土可以降低水体中有机碳和营养盐含量，起到有效调控养殖水体水质的作用，并可促进有机碳的埋藏封存，在海洋碳埋藏增汇方面展现出良好的应用前景。

关键词：养殖水体改性粘土主要生源要素有机碳营养盐调控作用

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基于水文气象参数的南海西部叶绿素a估算

热带海洋学报 2024年

作者：郑媛宁李彩周雯许占堂施震张现清刘聪赵金成热带海洋国家重点实验室中国科学院南海海洋研究所中国科学院大学

本文以叶绿素a(Chlorophyll-a, Chl-a)的低成本、高精度估算为目标，利用近十年南海西部调查航次数据，基于随机森林（random forest, RF）算法，以水文气象条件的变化对海洋生化过程的影响及贡献为基础，以水文气象参数（hydro-meteoro... 详细信息

本文以叶绿素a(Chlorophyll-a, Chl-a)的低成本、高精度估算为目标，利用近十年南海西部调查航次数据，基于随机森林（random forest, RF）算法，以水文气象条件的变化对海洋生化过程的影响及贡献为基础，以水文气象参数（hydro-meteorological parameters,HMPs）作为输入数据，构建Chl-a的低成本估算模型对南海西部表层Chl-a进行了估算。为验证基于水文气象参数估算Chl-a的可靠性，利用QAA算法以实测固有光学特性参数为基础，推导得到原位遥感反射率（remote sensing reflectance, Rrs）。在此基础上，结合OC4、Aiken和Tassan等经典水色产品经验算法对Chl-a进行了估算及评价，评价结果表明OC4算法的估算精度最高，R2可达0.438。与RF模型0.568的R2比较不难看出，得益于HMPs的大数据量，基于HMPs的RF模型其Chl-a估算结果表现出较为优秀的稳定性和泛化性，与实测结果的空间分布一致性更好。通过对特征参数重要性进行研究发现，盐度是基于HMPs估算Chl-a的机器学习模型中最重要的特征变量，其次依次是温度、风与气压，贡献率最低的是相对湿度。

关键词：叶绿素a 水文气象机器学习南海