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基于浅地层剖面数据和改进地声模型的底质反演方法

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海洋地质与第四纪地质 2024年第1期44卷 170-178页

作者：孙振银王虎李冠霖天津大学海洋科学与技术学院天津300072 自然资源部海洋观测技术重点实验室天津300112

浅地层剖面仪发射的声脉冲能够穿透海底面进入沉积层内部,其回波中携带了丰富的底质信息。地声模型是底质声学与物理性质关系的数学描述,广泛用于海底声学与地声反演研究。本文通过对浅地层剖面数据的处理、解译得到海底反射系数,与考... 详细信息

浅地层剖面仪发射的声脉冲能够穿透海底面进入沉积层内部,其回波中携带了丰富的底质信息。地声模型是底质声学与物理性质关系的数学描述,广泛用于海底声学与地声反演研究。本文通过对浅地层剖面数据的处理、解译得到海底反射系数,与考虑底质松密影响的改进Biot-Stoll模型相结合,提出底质反演新方法并开展实例验证。研究结果表明:通过对浅地层剖面原始记录的读取、解译,提取反射波振幅,并结合设备声源级,可有效求取海底反射系数。通过引入相对密度改进孔隙度计算公式,进而在基于Biot-Stoll模型构建海底反射系数和底质平均粒径关系过程中进一步考虑了底质松密的影响。基于山东威海某海域及文献的算例均显示,本文提出的改进地声模型可缩小底质反演与实测结果之间的相对误差、提升基于浅地层剖面数据的海底底质地声反演精度。

关键词：浅地层剖面底质反演 Biot-Stoll模型海底反射系数平均粒径

中肋骨条藻快速可视化现场检测方法的建立与应用

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海洋环境科学 2024年第5期43卷 787-796页

作者：杨超甄毓秦铭俐朱吉炜中国海洋大学环境科学与工程学院海洋环境与生态教育部重点实验室青岛海洋科学技术国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室自然资源部宁波海洋中心

中肋骨条藻（Skeletonema costatum）是一种全球海域广布种与赤潮多发种，对其进行检测与监测对海洋生态环境研究具有重要意义。本研究以核酸快速提取方法及环介导恒温扩增技术为基础，建立了一种针对中肋骨条藻的快速可视化现场检测方... 详细信息

中肋骨条藻（Skeletonema costatum）是一种全球海域广布种与赤潮多发种，对其进行检测与监测对海洋生态环境研究具有重要意义。本研究以核酸快速提取方法及环介导恒温扩增技术为基础，建立了一种针对中肋骨条藻的快速可视化现场检测方法。该方法特异性强、灵敏度高（可达1.2 pg基因组DNA）、检测时间短（100 min以内），可通过反应体系颜色变化对藻细胞有无进行快速判断。该方法经过大量野外样品的验证，具有较高的可行性，可被推广应用于中肋骨条藻的现场监测工作中。

关键词：赤潮中肋骨条藻现场检测环介导恒温扩增

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东西伯利亚陆架炭屑分布特征及其控制因素

极地研究 2024年第2期36卷 113-127页

作者：俞心婷任健边叶萍李中乔林龙金海燕陈建芳上海交通大学海洋学院上海200030 自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室自然资源部第二海洋研究所浙江杭州310012 自然资源部海底科学重点实验室自然资源部第二海洋研究所浙江杭州310012 中国极地研究中心(中国极地研究所) 上海200136

炭屑是指示火灾事件的重要指标。全球变暖背景下,环北极地区野火频发,了解炭屑的产生、迁移和埋藏对理解北极气候变化的环境效应及陆源碳源汇过程具有重要意义,而前人对北极海域的炭屑研究十分匮乏。东西伯利亚陆架是全球最大的陆架区,... 详细信息

炭屑是指示火灾事件的重要指标。全球变暖背景下,环北极地区野火频发,了解炭屑的产生、迁移和埋藏对理解北极气候变化的环境效应及陆源碳源汇过程具有重要意义,而前人对北极海域的炭屑研究十分匮乏。东西伯利亚陆架是全球最大的陆架区,接收和封存着巨量的陆源碳,也是海冰融化、沿岸侵蚀、周边野火频发最显著的地区,因此成为研究北极炭屑记录的重要区域。本文基于2016年首次中俄北极联合科学考察取得的表层沉积物样品,研究了东西伯利亚陆架区不同粒度炭屑的空间分布特征、输运方式及其控制因素。结果表明,东西伯利亚陆架区表层沉积物中炭屑总浓度为4.4×10^(4)~4.1×10^(6)粒·g^(–1),平均浓度为9.3×10^(5)粒·g^(–1)。沉积物中炭屑呈现近岸粗、远岸细的总体分布特征。由于受到水动力、大气等长距离搬运,研究区炭屑颗粒以超细粒为主(平均占83%)。河口水动力作用、沿岸侵蚀、大气传输、海冰搬运、水平向和垂向上的海流搬运等多重控制因素,可能共同影响炭屑的跨陆架输运过程。

关键词：北极快速变化东西伯利亚陆架炭屑输运过程陆源输入

楚科奇海百年尺度冻土有机碳的埋藏及其对气候变化的响应

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海洋学报 2024年

作者：武倩倩李中乔张松任健白有成季仲强李宏亮金海燕陈建芳自然资源部第二海洋研究所自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室南方海洋科学与工程广东实验室(珠海) 自然资源部二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室

在全球变暖的背景下，北极出现了冻土退化、夏季海冰减少、陆地径流输入增加和沿岸侵蚀加剧等一系列变化。随着全球变暖，封存于冻土中的有机碳（Organic Carbon,OC）正在向海加速迁移和释放，这将影响北冰洋的碳循环的格局，但目前鲜... 详细信息

在全球变暖的背景下，北极出现了冻土退化、夏季海冰减少、陆地径流输入增加和沿岸侵蚀加剧等一系列变化。随着全球变暖，封存于冻土中的有机碳（Organic Carbon,OC）正在向海加速迁移和释放，这将影响北冰洋的碳循环的格局，但目前鲜有证据能直接证实这一推论。本文通过分析楚科奇海两根百年尺度沉积岩芯的木质素和碳同位素，讨论了其所埋藏的有机质的来源和剖面变化情况。结果显示楚科奇海柱状沉积物中的有机碳来源于陆生C3植物的草本组织和海洋源生产的混合贡献；沉积物中木质素的绝对含量Σ8呈现上升趋势，证明随着全球变暖，更多的陆源物质被输运到楚科奇海。本研究表明人类活动引起的全球变暖确实增加了冻土有机碳向海的迁移，陆源输入增强导致的木质素含量增加是百年尺度下全球变暖导致冻土融化增强的直接证据。

关键词：北极全球变暖冻土木质素有机碳楚科奇海

深海多金属结核采矿对底栖生物影响的评价指标体系研究

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应用海洋学学报 2024年第3期43卷 485-494页

作者：吴海燕罗阳傅世锋何雪宝王磊袁征自然资源部第三海洋研究所福建厦门361005 福建省海洋生态保护与修复重点实验室福建厦门361005 自然资源部海洋生态保护与修复重点实验室福建厦门361005

深海矿产是满足全球金属需求的重要潜在来源。然而深海生态系统脆弱,大规模的深海采矿将对底层生态系统施加巨大压力,可能导致整个深海生态系统结构和功能在很长时间内发生重大变化。因此,深海采矿的底栖生物影响评价是开展深海采矿活... 详细信息

深海矿产是满足全球金属需求的重要潜在来源。然而深海生态系统脆弱,大规模的深海采矿将对底层生态系统施加巨大压力,可能导致整个深海生态系统结构和功能在很长时间内发生重大变化。因此,深海采矿的底栖生物影响评价是开展深海采矿活动环境影响评价的主要内容,如何有效识别受扰动影响显著的底栖生物类群及其表征指标,是提升深海采矿环境影响评价结果科学性的关键。本研究基于国内外多金属结核矿区底栖生物调查和评价的125个指标,采用文献计量学方法和专家评判法,构建了包含36个指标的深海采矿对底栖生物影响的评价指标体系。指标体系包含了深海底栖生物的7个物种类别(其中巨型底栖动物、大型底栖动物和小型底栖动物的指标数量占所有指标数量的66.7%),体现了生态系统的“群落-种群-多样性-连通性”4个层面,选取了传统的物种分类学方法指标和分子生物学方法指标,突出了国内外研究的热点词汇“多样性”“生物多样性”“群落”“丰度”和“底栖有孔虫”,也强调了指示生物对评价的意义,具有较强的科学性、可行性和生态系统完整性,可以为深海采矿的环境影响评价提供兼顾科学性和可操作性的指标。

关键词：深海采矿影响评价指标体系深海底栖生物类群生物多样性生态系统

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海南岛三亚红塘湾海域波浪特征

广东海洋大学学报 2024年

作者：陈宜展曹永港刘长建曾灿升廖世智自然资源部海洋环境探测技术与应用重点实验室/自然资源部南海调查中心

【目的】了解海南岛三亚市红塘湾海域波浪基本特征，揭示海南南部海域不同季节波浪变化规律。【方法】利用2021年5月1日至2022年4月30日的波浪资料进行相关分析和波谱分析，得到红塘湾海域季风影响和台风期间的波浪要素分布特征。【结... 详细信息

【目的】了解海南岛三亚市红塘湾海域波浪基本特征，揭示海南南部海域不同季节波浪变化规律。【方法】利用2021年5月1日至2022年4月30日的波浪资料进行相关分析和波谱分析，得到红塘湾海域季风影响和台风期间的波浪要素分布特征。【结果与结论】该海域浪向主要受到风浪影响，各月份常浪向为SE或SSE，年最大波高427 cm，年平均有效波高65 cm，波周期主要集中在3.0～6.0 s区间，观测海区出现长周期波和较大波高的波浪；春季观测海域波浪易受偏南风影响，夏季观测海域受西南季风作用明显，易形成南向大浪，秋冬季波高逐渐变小；台风期间观测海域的波向为S—W，台风“雷伊”影响期间的波浪谱能量最大，达到19.753 0 m2/Hz。海南岛南部红塘湾海域夏季平均波高大于冬季，冬季波浪谱主要是多峰谱，夏季则主要是单峰谱。可见，海南岛南部红塘湾海波浪特征具有典型局地性特征。

关键词：波浪波高分布波浪周期波谱海南岛红塘湾

基于优化的同位素示踪法量化寡营养盐海域痕量氨氧化速率

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环境化学 2024年

作者：张伟杰万显会徐敏马玉刘丽祝依凡高树基自然资源部南海调查中心自然资源部海洋环境探测技术与应用重点实验室厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室厦门大学海洋与地球学院

氨氧化过程决定海洋氮素形态，产生并释放温室气体氧化亚氮，是海洋氮循环的核心路径之一.准确测量海洋氨氧化速率，是深入理解海洋氮循环动力过程的关键环节.然而，受限于海洋中总体低氨氮、低速率的特点，极大限制海洋尤其是寡营养盐... 详细信息

氨氧化过程决定海洋氮素形态，产生并释放温室气体氧化亚氮，是海洋氮循环的核心路径之一.准确测量海洋氨氧化速率，是深入理解海洋氮循环动力过程的关键环节.然而，受限于海洋中总体低氨氮、低速率的特点，极大限制海洋尤其是寡营养盐海域氨氧化速率的量化，亟需采用高灵敏度和高精度的方法提高对于痕量氨氧化速率的探测能力.本研究利用海水中低亚硝酸盐浓度的特点，通过适量添加亚硝酸盐，结合15N-NH4+标记培养，采用叠氮还原法测定培养前后NO2-的同位素比值(δ15N-NO2-)增量来计算氨氧化速率，大幅降低了氨氧化速率的检出限，获得了夏季南海北部海水氨氧化速率垂直分布剖面.水柱氨氧化速率为低于检出限至133.524 nmol·L-1·d-1.通过反硝化细菌法测定NO2-+NO3-（NOx-）的δ15N-NOx-值来计算氨氧化速率对比实验发现两方法结果一致，证实了本方法的可靠性.相较于反硝化细菌法，叠氮还原法测试氨氧化速率平均检出限0.002 nmol·L-1·d-1显著低于反硝化细菌法平均检出限0.018 nmol·L-1·d-1，从而大幅提升了对于寡营养盐海域氨氧化速率的探测能力.利用该方法更低检测限、且相较于细菌还原法更易于操作的特点，有望提升对于寡营养盐海域氨氧化和氮循环的探测和认知.

关键词：南海氨氧化速率叠氮还原法反硝化细菌法

北太平洋深海温盐流场数值模拟及其季节变化特征分析

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海洋科学进展 2024年

作者：庄展鹏王刚自然资源部第一海洋研究所自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室崂山实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室

深海环流研究有助于提高对全球气候变化、海洋生态系统等的深入认知。由于实测资料的缺乏，目前数值模拟仍是主要研究手段。基于自主研发的σ-Z-σ混合坐标MASNUM海洋环流模式，开展了关于深海环流特征分析的北太平洋气候态数值模拟研... 详细信息

深海环流研究有助于提高对全球气候变化、海洋生态系统等的深入认知。由于实测资料的缺乏，目前数值模拟仍是主要研究手段。基于自主研发的σ-Z-σ混合坐标MASNUM海洋环流模式，开展了关于深海环流特征分析的北太平洋气候态数值模拟研究。σ-Z-σ混合坐标系发挥Z坐标和σ坐标的优势，实现对局部网格的灵活加密，是提高深海环流模拟精度的有效方法之一。采用WOA18、MIMOC和BOAArgo三套网格化实测资料对模拟结果进行评估，对比结果表明深海温盐场模拟结果整体上与实测资料非常接近；流场模拟结果虽然与实测资料计算得到的地转流相比存在一定偏差，但其中的深层西边界流、反气旋环流结构等分布特征较实测月平均资料更加明显，更接近于以往研究中的流场实测结果。基于数值模拟的深海环流特征分析结果显示，深层温度和盐度均值不存在明显的季节性变化，而温度和盐度均值异常的季节性变化显著，特别是温度均值异常在春夏季存在明显升高；水平和经向流函数在不同月份相差不大，表明其季节性变化不明显。

关键词：气候态数值模拟北太平洋深海环流季节性变化 σ-Z-σ混合坐标

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海底未爆弹下沉机理与评估方法研究进展

海洋工程 2024年

作者：王虎张婧怡雷玥玥自然资源部海洋观测技术重点实验室天津大学海洋科学与技术学院

海底未爆弹形状和性质特殊、探测难度大，严重影响海洋工程活动。海底未爆弹在复杂多变的海洋环境中发生不同程度的下沉，进一步增大了对其进行探测、打捞和处置的难度。首先归纳了影响海底未爆弹下沉的典型海洋水动力与海底底质环境组... 详细信息

海底未爆弹形状和性质特殊、探测难度大，严重影响海洋工程活动。海底未爆弹在复杂多变的海洋环境中发生不同程度的下沉，进一步增大了对其进行探测、打捞和处置的难度。首先归纳了影响海底未爆弹下沉的典型海洋水动力与海底底质环境组合，分析了自重下沉、冲刷掩埋、液化下沉等三种未爆弹下沉机理。然后，总结了海底未爆弹及其他与未爆弹性质相近的海底目标物的下沉计算方法，初步搭建起未爆弹下沉评估方法体系。最后，评述了当前海底未爆弹下沉研究存在的专门性、系统性、实证性、实用性不足的问题，指出开展更多海底未爆弹下沉试验、构建面向应用的海底未爆弹下沉评价系统是未来的研究发展方向。

关键词：海底未爆弹海洋水动力海底底质自重下沉冲刷掩埋液化下沉