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基于射线追踪技术与电磁等效原理的几何光学近似模型的设计与验证

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光学学报 2024年第12期44卷 18-30页

作者：赵嘉琦胡帅党蕊君刘磊刘西川肖瑶国防科技大学气象海洋学院湖南长沙410000

对于大尺度参数粒子的光散射特性,目前国内研究大多采用传统几何光学近似模型(GOM)对其进行计算,但该方法在计算尺度参数小于300的粒子时效果变差。对此,将电磁等效原理与射线追踪技术相结合,并考虑衍射以及粒子吸收的影响,自主开发了一... 详细信息

对于大尺度参数粒子的光散射特性,目前国内研究大多采用传统几何光学近似模型(GOM)对其进行计算,但该方法在计算尺度参数小于300的粒子时效果变差。对此,将电磁等效原理与射线追踪技术相结合,并考虑衍射以及粒子吸收的影响,自主开发了一套GOM,实现了GOM计算范围的拓展。将本文计算结果与不变嵌入T矩阵模型、物理-几何光学近似模型进行对比。结果表明,本文计算结果同其他模型的结果具有较高的一致性,本文模型可为大尺度冰晶粒子光散射计算提供有效手段。

关键词：大气光学非球形粒子几何光学近似光散射

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大气热带波动研究进展

大气科学 2024年第1期48卷 305-320页

作者：武亮冯涛黄荣辉中国科学院大气物理研究所北京100029 中国气象局上海台风研究所上海200030 河海大学海洋学院南京210098

本文简要回顾了热带波动的浅水理论解及对应的波动特征。系统介绍了从观测资料中区分和分离热带波动的信号的方法,指出近年来在热带波动观测和分离研究方面取得了明显进展,许多不同于经典波动理论的新特征被揭示。在此基础上回顾了几种... 详细信息

本文简要回顾了热带波动的浅水理论解及对应的波动特征。系统介绍了从观测资料中区分和分离热带波动的信号的方法,指出近年来在热带波动观测和分离研究方面取得了明显进展,许多不同于经典波动理论的新特征被揭示。在此基础上回顾了几种影响波动演变的机制(如,波流相互作用、波动—积云对流相互作用、水汽作用等)来部分解释观测热带波动与理论的差异的可能原因。这些研究表明局地大尺度环流和湿对流等在热带波动结构演变、强度和位置中有着重要作用。文中还综述了热带波动对热带气旋生成和路径的影响及可能机制,这表明热带波动的变化能够较好解释热带天气(如,热带气旋)的变化特征。最后,大气热带波动研究依然有许多科学问题亟待解决,它对于大气科学发展具有重要科学意义。

关键词：大气热带波动浅水方程解观测特征和机理热带气旋

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基于文献计量分析方法的海气相互作用领域研究态势分析

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海洋科学 2024年第4期48卷 63-82页

作者：高宇郝鹏叶灿成泽毅李爽宋金宝浙江大学海洋学院浙江舟山316021 浙江大学物理海洋与遥感研究所浙江舟山316021

海洋和大气是地球气候系统关键组成部分,其相互作用对全球气候及人类生活产生深远影响。为了分析海气相互作用的研究现状与未来的发展趋势。采用文献计量分析方法,运用VOSviewer和CiteSpace工具,筛选了中国知网(China National Knowledg... 详细信息

海洋和大气是地球气候系统关键组成部分,其相互作用对全球气候及人类生活产生深远影响。为了分析海气相互作用的研究现状与未来的发展趋势。采用文献计量分析方法,运用VOSviewer和CiteSpace工具,筛选了中国知网(China National Knowledge Infrastructure,CNKI)和Web of Science核心合集数据库中关于海气相互作用的文献,通过分析关键词共现网络图谱、时间序列图谱、突现网络图谱以及文献的发文国家和机构分布,对1981-2021年中国在该领域的研究进展和未来发展趋势进行了综合评估。同时,本研究还选取了2001-2021年的国际文献,对全球范围内的研究进展和热点问题进行了分析。研究表明,国内外在海气相互作用领域的研究均从宏观到微观角度深入探讨,着重研究了大气和海洋的基本作用机理,并进一步分析了影响地球气候系统的多种因素,目前研究重点转向了极端天气系统的预测及其运行机制。从研究机构和国家分布来看,高校与政府机构是主要的研究主体,国内研究机构之间的合作联系较为紧密。研究关键方向和方法,从宏观层面的基础研究转向更为深入的海气通量和大尺度过程研究。这一转变反映了国际海洋发展战略的调整,同时为未来的研究方向提供了新的视角和思路。

关键词：海气相互作用 VOSviewer CiteSpace 知识图谱研究进展

副炭疽芽孢杆菌的胞内外代谢物差异及关键代谢物分析

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热带海洋学报 2024年

作者：刘帅刘雪睿张睿郭祥瑞于蓁孙浩张燕英烟台大学海洋学院

受气候变化及人类活动的影响,海洋水母暴发已经成为近岸海域严重的生态灾害,威胁海洋生态系统及沿海经济的发展。灾害水母防治成为全球范围内的亟待解决的问题。微生物在海洋无脊椎动物的生长发育过程中发挥着重要作用,调节着水母等海... 详细信息

受气候变化及人类活动的影响,海洋水母暴发已经成为近岸海域严重的生态灾害,威胁海洋生态系统及沿海经济的发展。灾害水母防治成为全球范围内的亟待解决的问题。微生物在海洋无脊椎动物的生长发育过程中发挥着重要作用,调节着水母等海洋无脊椎动物生活史的进程。我们利用菌株与海月水母浮浪幼虫共培养实验,筛选获得一株能够抑制海月水母浮浪幼虫附着变态的副炭疽芽孢杆菌(Bacillus paranthracis) SG49,但其关键的代谢物尚不清楚,抑制机制有待进一步解析。本研究利用非靶向代谢组学技术对菌株SG49的胞内和胞外代谢产物进行检测,分析二者的差异,筛选抑制浮浪幼虫附着变态的潜在关键代谢产物。研究结果表明菌株SG49胞内外代谢产物有较大差异,筛选出了7个具有潜在抑制活性的物质,分别为3-羟基-2-氧吲哚、卡那霉素、安普霉素、链霉素、硫酸链霉素、没食子酸和松柏醇,这些代谢产物能够抑制细菌生物被膜的形成,并能抑制微生物的生长。研究结果为利用微生物资源进行灾害水母防治提供理论依据及菌株资源。

关键词：微生物海月水母浮浪幼虫附着变态代谢组学

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高抗噪光纤光栅波峰计数式位移传感器

光子学报 2024年第6期53卷 173-182页

作者：范好好赵强杜大伟孙鹏刘文锋李彦龙陈明涛齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所青岛266061 崂山实验室青岛266237 青岛海洋地质研究所自然资源部天然气水合物重点实验室青岛266237 河海大学海洋学院南京210098

针对三轴剪切仪中天然水合物地质储层侧向蠕变的位移监测需求,提出了一种高抗噪光纤光栅波峰计数式位移传感方案。具体方法是将光纤光栅一端与悬臂压片的自由端垂直固定,另一端施加预拉力后固定在外壳上。利用齿条和传动系统将地质储层... 详细信息

针对三轴剪切仪中天然水合物地质储层侧向蠕变的位移监测需求,提出了一种高抗噪光纤光栅波峰计数式位移传感方案。具体方法是将光纤光栅一端与悬臂压片的自由端垂直固定,另一端施加预拉力后固定在外壳上。利用齿条和传动系统将地质储层侧向位移转变为齿轮的圆周旋转,在齿轮旋转过程中轮齿拨动悬臂压片自由端使光纤光栅产生周期性拉伸和复位,通过计算光纤光栅反射中心波长波峰跃变次数与标准步长的乘积,获得侧向位移。实验结果表明,位移传感器的量程为40 mm,分辨力达0.1 mm,误差仅为16μm,最小反射中心波长漂移量为1263 pm,考虑光纤抖动和解调仪误差后最小光信噪比达43.966 dB。在温度变化缓慢的条件下传感器不受温度影响,具有良好的重复性抗噪能力,能够满足天然气水合物地质储层侧向蠕变的监测需求。

关键词：光纤光栅位移传感器波峰计数法海洋地质蠕变

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芽孢杆菌属解磷菌对天鹅湖瀉湖不同类型沉积物的解磷能力

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海洋环境科学 2024年第3期43卷 348-358,367页

作者：谢嘉慧姜晓静马凯高丽烟台大学海洋学院山东烟台264005

磷是海洋浮游植物生长所必需的营养元素,而过量的磷负荷会导致水体富营养化。解磷菌是影响磷再生的一个重要因素,在水体磷的生物地球化学循环中发挥着关键作用。为了研究无机解磷菌(IPB)对天鹅湖瀉湖不同湖区沉积物的解磷能力,本研究以... 详细信息

磷是海洋浮游植物生长所必需的营养元素,而过量的磷负荷会导致水体富营养化。解磷菌是影响磷再生的一个重要因素,在水体磷的生物地球化学循环中发挥着关键作用。为了研究无机解磷菌(IPB)对天鹅湖瀉湖不同湖区沉积物的解磷能力,本研究以前期从湖中心沉积物中筛选的两株芽孢杆菌属(Bacillus sp.)解磷菌及4个湖区的表层沉积物为试验材料,通过室内模拟试验分析了不同解磷菌接种条件下水体pH、DO、总磷(TP)、可溶性磷(SRP)等参数的动态变化,探究了解磷菌对沉积物各形态无机磷转化的影响。结果表明,试验期间,上覆水体DO浓度及pH均呈不同程度的下降趋势,沉积物-水界面很快达到厌氧状态。解磷菌接种促进了天鹅湖沉积物中磷的释放,菌株及湖区的不同均对上覆水体TP浓度有显著影响。试验期间,接种处理的上覆水体SRP浓度变幅为0.009~0.666 mg/L;两种菌株对不同湖区沉积物的解磷能力存在明显差异,其中弯曲芽孢杆菌(Bacillus flexus)对西北部湖区沉积物的解磷能力最强,水体中SRP浓度增幅为0.510mg/L;而巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)对南部湖区砂质沉积物的解磷能力最强,增幅为0.583 mg/L。试验结束时,弯曲芽孢杆菌接种组沉积物中NaOH-P含量均有所下降,降幅为2.49~30.36 mg/kg,其中西北部湖区降幅最大;南部湖区的BD-P含量在不同接种条件下均有所下降,且巨大芽孢杆菌组降幅大于弯曲芽孢杆菌组;其余磷形态的含量变化不明显。研究表明,天鹅湖不同湖区沉积物中无机磷含量差异较大,颗粒较细的湖中心和西北部含量较高。在IPB接种条件下,瀉湖不同湖区沉积物磷的释放能力存在差异,其中西北部湖区沉积物受微生物活性影响最大,解磷菌对该湖区沉积物内源磷释放的贡献不容忽视。

关键词：无机解磷菌磷释放磷形态瀉湖沉积物荣成天鹅湖

天鹅湖沉积物中解磷菌的解磷能力及其对硬毛藻生长的影响

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生态环境学报 2024年第4期33卷 633-644页

作者：姜晓静谢嘉慧马凯高丽烟台大学海洋学院山东烟台264005

沉积物是维持有害藻华的重要营养来源,其中解磷菌对水体磷的循环起着关键的驱动作用,研究藻华暴发过程中解磷菌与沉积物磷释放的关系具有重要意义。为探讨解磷菌对瀉湖沉积物磷释放以及绿潮硬毛藻(Chaetomorpha sp.)生长的影响,以前期... 详细信息

沉积物是维持有害藻华的重要营养来源,其中解磷菌对水体磷的循环起着关键的驱动作用,研究藻华暴发过程中解磷菌与沉积物磷释放的关系具有重要意义。为探讨解磷菌对瀉湖沉积物磷释放以及绿潮硬毛藻(Chaetomorpha sp.)生长的影响,以前期从天鹅湖分离的2株解有机磷细菌(OPB)(Geobacillus stearothermophilus,Bacillus pumilus)和藻华区沉积物为试材进行室内模拟试验,分析了不同OPB接种条件下上覆水总磷(TP)、可溶性磷(SRP)、硬毛藻生物量以及藻体磷含量等参数的差异,比较了试验前后沉积物碱性磷酸酶活性(APA)及磷赋存形态的变化。结果表明:试验期间不同处理水体TP和SRP含量的变幅分别为0.018-0.621 mg·L^(−1)和0.004-0.376 mg·L^(−1),解磷菌接种明显促进了沉积物磷的释放。无藻条件下,菌液量对水体TP和SRP含量具有极显著影响;各接种组TP含量均表现为高菌量大于低菌量处理,SRP含量在***接种处理的高低菌量间差异较大。试验结束时,接种组沉积物中APA均高于未接种组(差值为0.01-0.81μmol·g^(−1)·h^(−1)),表明OPB可通过分泌碱性磷酸酶等来促进沉积物磷的释放。在大多数处理中,沉积物NH4Cl-P和NaOH-P含量均较初始值有所降低。在***低菌量接种处理中,硬毛藻生长较好,藻体磷含量和磷富集量显著高于其余处理。研究表明,OPB接种能明显促进天鹅湖沉积物磷的释放以及硬毛藻生长,其中***具有较强的碱性磷酸酶分泌能力,且对藻华区沉积物具有较强的解磷能力。从沉积物、解磷菌和大型藻华之间的相互作用关系来看,解磷菌对于近海水体绿潮硬毛藻暴发的影响不容忽视。

关键词：有机解磷菌沉积物磷释放碱性磷酸酶硬毛藻天鹅湖

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膨腹海马养殖群体遗传多样性

中国水产科学 2024年第5期31卷 537-545页

作者：郑乐云韦丽云闫旭卢柯宇张敏琳梁建韬梁凯珊何丽斌甘松永吴锦辉王庆厦门海洋职业技术学院华南农业大学海洋学院福建省水产研究所广东省海洋渔业实验中心

为了解我国主要养殖的4个膨腹海马(Hippocampus abdominalis)群体[山东第三代群体(SD)、福建第一代群体(FJ1)、福建第六代群体(FJ6)、台湾第十二代群体(TW)]和1个澳大利亚野生种繁育子代(AS)的遗传结构,开发了6个具有多态性的膨腹海马... 详细信息

为了解我国主要养殖的4个膨腹海马(Hippocampus abdominalis)群体[山东第三代群体(SD)、福建第一代群体(FJ1)、福建第六代群体(FJ6)、台湾第十二代群体(TW)]和1个澳大利亚野生种繁育子代(AS)的遗传结构,开发了6个具有多态性的膨腹海马微卫星标记,并利用这6个微卫星标记对5个群体的膨腹海马群体进行了遗传分析,结果发现6对引物在144个样本个体中共检测出63个等位基因位点,等位基因数目在8～14之间,平均为10.5,且PIC>0.25,表明6个微卫星位点都具有较高的多态性。此外,探索发现5个群体的观测杂合度和期望杂合度均值分别为0.6603和0.8104,表明5个群体遗传多样性较丰富。进一步,通过分子方差分析和遗传分析可知5个群体的遗传变异主要来自种群内,各个群体间保持着较高水平的遗传距离,其中台湾(TW)和福建(FJ1)群体之间的遗传距离最大,为0.4529。综上结果表明,5个膨腹海马养殖群体之间存在遗传差异且群体的遗传多样性较丰富,没有出现遗传多样性降低情况,这些膨腹海马群体可继续用作后续的繁育工作。

关键词：膨腹海马微卫星标记遗传分析期望杂合度遗传结构

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基于深度学习的活塞式造波机传递函数获取

海洋工程 2024年

作者：魏唯嘉赵西增谢玉林邓龙赐许诺浙江大学舟山海洋研究中心浙江大学海洋学院

活塞式造波机广泛应用于波浪水槽中，但由于造波边界的复杂性，其造波传递函数的推导较为困难。基于深度学习技术，提出一种可适用于任意形状活塞式造波机的传递函数获取方法，具体通过收集造波过程中的流场数据训练神经网络，建立造波... 详细信息

活塞式造波机广泛应用于波浪水槽中，但由于造波边界的复杂性，其造波传递函数的推导较为困难。基于深度学习技术，提出一种可适用于任意形状活塞式造波机的传递函数获取方法，具体通过收集造波过程中的流场数据训练神经网络，建立造波机运动速度与造波过程流场变量之间的映射关系，从而拟合出该造波机的传递函数，通过引入流体质量守恒约束项，提高神经网络的物理可解释性；并通过基于OpenFOAM的数值波浪水槽与自主搭建的物理波浪水槽，开展规则波、孤立波与畸形波的造波模拟，验证该传递函数的有效性。结果表明，深度学习能够降低活塞式造波机的传递函数推导难度，并实现不同类型波浪的水槽造波。

关键词：造波机活塞式深度学习传递函数物理约束