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北极三维云结构的时空变化:季节变化

极地研究 2024年第2期36卷 140-156页

作者：冯时杰黄菲刘一凡张艺凡周腾中国海洋大学海洋与大气学院山东青岛266100 深海多圈层与地球系统前沿科学中心和物理海洋实验室中国海洋大学山东青岛266100 中国海洋大学未来海洋学院山东青岛266100

本文基于2007-2020年多年气候月平均的CALIPSO云量的三维空间数据,研究了北极云量三维结构的气候态及季节变化特征。结果表明,北极的云量主要分布在大气边界层和对流层中,从边界层向上云量递减;水平空间分布主要表现出显著的海陆差异,... 详细信息

本文基于2007-2020年多年气候月平均的CALIPSO云量的三维空间数据,研究了北极云量三维结构的气候态及季节变化特征。结果表明,北极的云量主要分布在大气边界层和对流层中,从边界层向上云量递减;水平空间分布主要表现出显著的海陆差异,云量最大值出现在北极大西洋扇区;垂向结构表现出对流层上下同位相变化的正压结构和低空大气边界层与对流层中上层反位相变化的一阶斜压模结构,在边界层中北冰洋海洋上空的云量大于北极陆地上空的云量,而在对流层中上层则正好相反。北极云量主要呈现出单峰型的季节变化特征, 2-3月云量最少, 9月云量最多。北极云量的季节变化主要体现在低空大气边界层云量的两个时空主模态变化中,第一模态主要反映了北极融冰期(5-10月)和结冰期(11月至次年4月)云量的反位相变化,方差贡献为59.35%;第二模态则主要体现了深秋(10-11月)和初夏(6-7月)北极地区海陆差异的反位相变化特征,方差贡献为19.22%。

关键词：北极云量垂直结构季节变化海陆差异

北黄海西部泥质区全新世以来沉积有机碳埋藏特征

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海洋地质与第四纪地质 2024年第2期44卷 110-119页

作者：王培杰胡利民闫天浩王厚杰毕乃双王楠张洋吴晓中国海洋大学海洋地球科学学院青岛266100 中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室青岛266100 中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心青岛266100

北黄海西部泥质区沉积环境稳定、沉积记录连续,是重建过去周边流域变化与黄海海洋环境信息的良好载体。目前围绕北黄海西部泥质区沉积有机碳的研究工作多局限于通过表层沉积物揭示其现代分布特征,对于该泥质区长时间尺度沉积有机碳埋藏... 详细信息

北黄海西部泥质区沉积环境稳定、沉积记录连续,是重建过去周边流域变化与黄海海洋环境信息的良好载体。目前围绕北黄海西部泥质区沉积有机碳的研究工作多局限于通过表层沉积物揭示其现代分布特征,对于该泥质区长时间尺度沉积有机碳埋藏过程与机制的研究相对薄弱。通过北黄海西部泥质区W03岩芯的总有机碳指标,重建了全新世以来北黄海西部沉积有机碳的埋藏特征,探讨了气候及海洋环境变化对北黄海西部沉积有机碳埋藏的控制机制。研究表明:海平面上升的停滞期(10.3~9.8 ***),发育硬质黏土层,有机碳以陆源输入为主(60.7%),动荡的沉积环境导致总有机碳含量相对较低,平均含量仅为0.22%;海平面上升期(9.8~7.0 ***),海源有机碳的贡献增加(47.7%),相对稳定的沉积环境有利于该时期有机碳的埋藏;高海平面以来(7.0 ***至今),黄海环流体系逐渐形成,陆源有机碳输入随着东亚冬季风驱动的沿岸流强度变化发生相应的改变,海源有机碳的贡献继续增加(50.0%),总有机碳的含量升高至0.58%。北黄海西部泥质区全新世以来沉积有机碳埋藏主要受控于海平面变化和海洋环流体系的运动。

关键词：泥质区全新世沉积有机碳北黄海

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中国近海渔业资源的结构与质量研究

中国人口·资源与环境 2024年第5期34卷 58-68页

作者：张瑛李忠辉张力中国海洋大学管理学院山东青岛266100 中国海洋大学海洋发展研究院山东青岛266100 中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室山东青岛266100 中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心山东青岛266100

海洋渔业资源对于保障食品安全、维护生态系统稳定、促进经济发展等方面起着关键作用,科学管理和可持续利用近海渔业资源,对于推动经济与环境协调发展至关重要。为了探究中国近海渔业资源的结构与质量变化情况,该研究基于1990—2020年... 详细信息

海洋渔业资源对于保障食品安全、维护生态系统稳定、促进经济发展等方面起着关键作用,科学管理和可持续利用近海渔业资源,对于推动经济与环境协调发展至关重要。为了探究中国近海渔业资源的结构与质量变化情况,该研究基于1990—2020年中国近海捕捞统计数据和海表温度(sea surface temperature,SST)变化数据,通过计算分析中国近海各渔区(渤黄海渔区、东海渔区和南海渔区)渔获物的平均营养级(mean trophic level,MTL)、各渔区渔业均衡指数(fishing-in-balance index,FIB指数)与人为捕捞活动、SST变化之间的关联性,探究人为捕捞活动、SST变化对中国近海渔业资源结构与质量变化、渔业生态系统健康的影响。结果表明:过去30年间,中国近海各渔区的渔获量和FIB指数均呈现先上升后下降的趋势,渤黄海和东海渔区的MTL呈现显著下降趋势,南海渔区的MTL呈现微弱增长趋势。人为过度捕捞已影响到渤黄海和东海渔区的渔业资源结构与质量,导致低营养级鱼类占比逐渐升高,渔业资源质量显著降低,但对南海渔区影响不大。受到气候变化影响,在渤黄海渔区5—6月和东海渔区9—11月,海温增暖抑制高营养级鱼类生长,导致渔业资源出现结构向低营养级鱼类变化、质量大幅下降的趋势,但在南海渔区,海温变化对MTL没有影响。人为捕捞对中国近海渔业生态系统健康影响不大,主要是由于渔获量的增加起到了一定的平衡作用。海温变化对渤黄海、东海渔区的渔业生态系统健康影响也较小,南海秋季海温增暖则有利于其渔业生态系统健康发展。基于研究结果,作者提出了改善中国近海各渔区渔业资源结构,提高渔业资源质量,提升渔业生态系统健康的相关建议,为中国近海渔业资源的可持续利用提供了管理借鉴。

关键词：近海渔业资源人为捕捞气候变化

基于集合卡尔曼滤波的渤海水位低频波动数值模拟

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海洋与湖沼 2024年第05期 1070-1081页

作者：李相豪夏颖颖宋德海中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室中国海洋大学海洋与大气学院国家海洋信息中心

风松弛导致亚潮尺度的水位低频波动是渤黄海秋冬季常见的海洋动力过程，这一过程的数值模拟要求模型空间范围要覆盖整个渤黄海区域甚至是整个东部陆架海区域。对于以渤海海峡为开边界的渤海模型，则由于风区过小无法再现这一过程。针对... 详细信息

风松弛导致亚潮尺度的水位低频波动是渤黄海秋冬季常见的海洋动力过程，这一过程的数值模拟要求模型空间范围要覆盖整个渤黄海区域甚至是整个东部陆架海区域。对于以渤海海峡为开边界的渤海模型，则由于风区过小无法再现这一过程。针对这一问题，本文在渤海模型上使用集合卡尔曼滤波(ensemble Kalman filter,ENKF)进行同化，成功再现了这一现象，并进一步分析了ENKF同化的作用及其影响因素。主要结论如下：渤海的水位低频波动与输入渤海的开边界水位有关，仅使用潮汐数据和风场数据无法准确地模拟出渤海水位的变化，然而通过ENKF同化则可以再现渤海内的水位低频波动，且同化效果优于两类不同开边界输入的结果。ENKF同化的准确性与集合数目以及观测数据采样位置有关。集合数目越多同化效果越强，但超过40个集合后，同化效果改善不明显。使用的观测数据应尽量均匀分布且要远离开边界。

关键词：低频波动数据同化集合卡尔曼滤波渤海开边界

基于集合卡尔曼滤波的渤海水位低频波动数值模拟

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海洋与湖沼 2024年

作者：李相豪夏颖颖宋德海中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室中国海洋大学海洋与大气学院国家海洋信息中心

风松弛导致亚潮尺度的水位低频波动是渤黄海秋冬季常见的海洋动力过程，这一过程的数值模拟要求模型空间范围要覆盖整个渤黄海区域甚至是整个东部陆架海区域。对于以渤海海峡为开边界的渤海模型，则由于风区过小无法再现这一过程。针对这一问题，本文在渤海模型上使用集合卡尔曼滤波（Ensemble Kalman Filter，ENKF）进行同化，成功再现了这一现象，并进一步分析了ENKF同化的作用及其影响因素。主要结论如下：渤海的水位低频波动与输入渤海的开边界水位有关，仅使用潮汐数据和风场数据无法准确地模拟出渤海水位的变化，然而通过ENKF同化则可以再现渤海内的水位低频波动，且同化效果优于两类不同开边界输入的结果。ENKF同化的准确性与集合数目以及观测数据采样位置有关。集合数目越多同化效果越强，但超过40个集合后，同化效果改善不明显。使用的观测数据应尽量均匀分布且要远离开边界。

关键词：低频波动数据同化集合卡尔曼滤波渤海开边界

构筑非晶/晶体NiFe-MOF@NiS异质结构催化剂增强大电流密度下水/海水氧化

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第6期61卷 192-204页

作者：侯现飚于辰倪腾嘉张树聪周健代水星初蕾黄明华中国海洋大学材料科学与工程学院山东青岛266100

电化学水分解作为一种生产高纯度氢气的绿色技术,虽然前景广阔,但阳极析氧反应(OER)动力学缓慢,严重制约了其能量转换效率.目前,电化学水分解系统主要以淡水作为原料.然而,大规模使用淡水进行分解无疑会给淡水资源带来沉重负担.相比之下... 详细信息

电化学水分解作为一种生产高纯度氢气的绿色技术,虽然前景广阔,但阳极析氧反应(OER)动力学缓慢,严重制约了其能量转换效率.目前,电化学水分解系统主要以淡水作为原料.然而,大规模使用淡水进行分解无疑会给淡水资源带来沉重负担.相比之下,占水资源总量96%以上的海水,因其丰富的储量,成为替代淡水的理想选择.然而,由于海水中含有大量的氯离子,会引发与OER的竞争性氯析出反应(ClER)形成次氯酸盐(ClO^(–)),导致活性位点失活,严重降低催化剂的活性和稳定性.因此,如何在利用海水进行电化学水分解的同时,有效抑制ClER的发生,是当前亟待解决的科学问题.在最新催化剂研究中,金属有机框架(MOF)凭借其高孔隙率、大比表面积和分散的活性位点,在电化学水分解中展现出良好的性能.然而,MOF的电子导电性和OER反应能垒受限于氧原子p轨道与金属原子d轨道间的电子云重叠.因此,设计MOF活性位点的电子结构,促进自发电子转移,对于提升导电性和OER效率至关重要.界面工程能优化MOF活性位点的电子结构,增强局部电荷再分配,从而提高OER活性.为满足工业高电流密度需求,构建富含缺陷的异质结构是关键,其能暴露更多OER活性位点,优化质量传递,缩短电子迁移路径.结合高导电、可调电子结构的NiS晶体相,构建MOF非晶/NiS晶体异质界面,可调控电子结构并加速电荷转移.目前,关于MOF基非晶/晶异质界面催化剂用于海水氧化的报道尚少,这一方向具有巨大潜力.本文通过两步法耦合策略,成功在泡沫镍基底上制备了NiFe-MOF@NiS异质结构催化剂.首先,利用硫温和改性腐蚀方法在泡沫镍基体生长晶相NiS纳米片;随后,通过电沉积处理在NiS表面生长非晶相NiFe-MOF纳米颗粒.理论计算结果表明,NiFe-MOF和NiS之间的电子相互作用可以加速电荷转移,有效调节金属位点的d带中心,从而优化含氧中间体的吸附能力.与NiFe-MOF和NiS相比,NiFe-MOF@NiS/NF催化剂对OOH*中间体的吸附能力更为突出,这大大降低了速率决定步骤(O*→OOH*)的反应能垒,为高效催化OER提供了理论支撑.实验结果表明,在1 mol L^(‒1)KOH和碱性海水电解液中,NiFe-MOF@NiS/NF催化剂仅需要346和355 mV的低过电位,即可驱动500 mA cm^(–2)的大电流密度.Tafel斜率和电化学阻抗谱的结果表明,该催化剂具有较好的OER动力学特征.此外,质量活性和转换频率结果表明,NiFe-MOF@NiS/NF催化剂展现出良好的本征催化活性.多步恒电流阶梯曲线以及在100和500 mA cm‒2电流密度下的计时电位曲线结果表明,NiFe-MOF@NiS/NF催化剂具有出色的长期稳定性.通过对在碱性海水电解液OER反应后的NiFe-MOF@NiS/NF催化剂进行表征发现,在OER过程中,NiS物种会在阳极电压下自重构形成硫酸盐膜,可以显著抑制Cl–离子在催化剂表面的吸附,使NiFe-MOF@NiS/NF催化剂在海水电解质中具有强大的耐腐蚀性.这一特性使得NiFe-MOF@NiS/NF催化剂在碱性KOH和碱性海水中均能保持较好的OER活性和稳定性,性能超过了商业RuO_(2)以及大多数报道的其他MOF基的催化剂.综上所述,本文通过简便易行的合成策略,制备了高性能的NiFe-MOF@NiS异质结催化剂,其表现出高效电解海水性能和稳定性.本工作为合理设计高活性、稳定性、选择性的MOF基抗氯腐蚀催化剂以提高碱性海水的OER性能提供了新视角.

关键词：金属有机框架非晶/晶异质界面电催化海水氧化大电流密度

基于TLP浮式风机的分块垂荡点吸式波浪能装置的实验研究

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船舶力学 2024年第8期28卷 1175-1186页

作者：张茴栋许聪史宏达中国海洋大学山东青岛266100

面对海洋中庞大的波浪能资源,如何对其高效利用是目前仍需解决的一大难题。针对中国南海海域周期短、波高小的海况特点,本文提出一种与张力腿式平台(TLP)相结合的分块垂荡点吸收式波浪能装置模型。通过物理水池试验,测量分析分块浮子的... 详细信息

面对海洋中庞大的波浪能资源,如何对其高效利用是目前仍需解决的一大难题。针对中国南海海域周期短、波高小的海况特点,本文提出一种与张力腿式平台(TLP)相结合的分块垂荡点吸收式波浪能装置模型。通过物理水池试验,测量分析分块浮子的水动力特性和波能捕获效率,同时与传统浮子的性能进行对比,探讨浮子分块后波浪能装置获能的优化效果。结果表明,分块浮子呈现出新的水动力特性,在低海况下装置对短周期波的能量捕获效率得到大幅提升,但在特定浪向角下会显著增大依附平台的纵摇运动,需要进一步优化张紧式系泊系统。

关键词：分块点吸收式波浪能装置浮式风机平台物理模型试验获能效率

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一次北极地区低云转化为海雾的观测研究

中国海洋大学学报（自然科学版） 2024年第7期54卷 12-21页

作者：焦瀚沈辉衣立张苏平王晓宇刘一林中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿中心山东青岛266100 中国海洋大学海洋与大气学院山东青岛266100 国家海洋环境预报中心北京100081 中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室山东青岛266100

2016年8月11日,中国第七次北极科学考察在82.75°N,163.25°W附近观测到一次海雾过程。本文利用船载观测数据和浮冰站通量系统观测数据,结合再分析资料,对海雾的形成机理进行研究。结果表明,冷高压系统在冰面的加强,增强了下沉运动,使... 详细信息

2016年8月11日,中国第七次北极科学考察在82.75°N,163.25°W附近观测到一次海雾过程。本文利用船载观测数据和浮冰站通量系统观测数据,结合再分析资料,对海雾的形成机理进行研究。结果表明,冷高压系统在冰面的加强,增强了下沉运动,使逆温层高度明显降低。伴随低云云底高度下降,冰面能见度下降至不足1 km。在低云下降过程中,冰面气象要素表现为增湿和降温的特征。冷平流和冰面的冷却作用导致气温下降,高低压之间的偏南气流将楚科奇海的水汽输送到密集浮冰区,为海雾提供了充足的水汽。冰面的升华和蒸发作用一方面对底层大气水汽增加有贡献,另一方面使冰面失去潜热导致冰面温度下降。

关键词：北极海雾低云观测机理平流高压下沉

南海岛礁区主被动融合浅海水深反演和动态监测

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海洋湖沼通报(中英文) 2024年

作者：李雪银胡连波陈树果段志刚中国海洋大学海洋技术学院中国海洋大学三亚海洋研究院三亚海洋实验室国家卫星海洋应用中心北京卫星导航中心

南海岛礁区浅海水深分布对于保障海上运输和航运安全，实施沿海和海洋建设以及维护和保障南海权益都具有重要意义。但受技术与现实因素限制，该区域浅海水深数据目前存在很大空白。本文基于多层感知机神经网络（MLP），利用Landsat-8光... 详细信息

南海岛礁区浅海水深分布对于保障海上运输和航运安全，实施沿海和海洋建设以及维护和保障南海权益都具有重要意义。但受技术与现实因素限制，该区域浅海水深数据目前存在很大空白。本文基于多层感知机神经网络（MLP），利用Landsat-8光学卫星和ICESat-2激光雷达卫星数据，建立南海岛礁区水深反演模型（MLP-SWDIM），实现南海岛礁区浅海水深高精度反演。以ICESat-2测深数据验证，MLP-SWDIM模型应用于测试集，反演结果均方根误差约1.5 m，相对误差约8.2%；应用于训练区域其他成像日期的Landsat-8光学图像，0～40 m水深范围内，相对误差5.3%～13.7%，均方根误差为0.8～1.4 m；应用训练区域外多处岛礁区，在0～35 m水深范围内，相对误差5.3%～11.6%，均方根误差在1.0～1.4 m之间，展现出较高的反演精度和鲁棒性。在此基础上，利用MLP-SWDIM模型和长时序Landsat-8数据对南海部分岛礁区浅海水深进行动态监测。

关键词：浅海水深多层感知机 ICESat-2 Landsat-8