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中国近海变暖和海洋热浪演变特征及气候成因研究进展

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大气科学 2024年第1期48卷 121-146页

作者：蔡榕硕谭红建自然资源部第三海洋研究所海洋可持续发展研究中心厦门361005

近几十年来,气候变化背景下中国近海海表面温度(SST)显著上升且极端高海温事件(海洋热浪)频发,时常造成海洋生物大规模死亡和赤潮暴发等生态灾害。为此,文章回顾分析了中国近海变暖及海洋热浪的相关研究进展,包括海温变化趋势和变率、... 详细信息

近几十年来,气候变化背景下中国近海海表面温度(SST)显著上升且极端高海温事件(海洋热浪)频发,时常造成海洋生物大规模死亡和赤潮暴发等生态灾害。为此,文章回顾分析了中国近海变暖及海洋热浪的相关研究进展,包括海温变化趋势和变率、海洋热浪演变特征和气候成因,以及相关影响,并探讨了应对策略。研究显示,1960~2022年,中国近海尤其是东中国海(渤海、黄海和东海)变暖趋势显著,SST分别上升了1.02℃±0.19℃、1.45℃±0.32℃,主要受到东亚季风减弱和黑潮入侵增强的影响;而SST年际和年代际变率还与厄尔尼诺与南方涛动(ENSO)和太平洋年代际涛动(PDO)等大尺度气候因子有关。中国近海变暖还引起地理等温线明显向北迁移,造成季节性物候发生变迁(春季提前和秋季滞后),并影响海洋生物生长节律、地理分布、群落结构和生态服务功能。自1982年以来,中国近海海洋热浪增多变强,最近十年(2010~2019年)尤其显著,其中,东中国海和南海(5~9月)海洋热浪平均发生频率分别是1980年代的20倍和4倍,并与热带印度洋偶极子和厄尔尼诺有较高的相关关系。趋频增强的海洋热浪对珊瑚礁等海洋生态系统和海水养殖业造成了灾难性的影响。研究还揭示,未来中国近海较高纬度海区将暴露于更强烈的升温、热浪、酸化、缺氧和生产力降低等综合影响下,海洋生态系统特别是南海珊瑚礁等生态系统面临突破气候临界点的风险。当前除应加强对中国近海变暖和海洋热浪物理过程、可预报性及预测预警等研究外,还亟需采取变革性和前瞻性的海洋气候行动与应对措施,增强海洋生态系统的气候恢复力,应对未来气候变化的影响。

关键词：中国近海海洋变暖海洋热浪物候变迁变革性行动

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壳寡糖与三甲酰氯界面聚合制备纳滤膜及其染料分离性能

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应用海洋学学报 2024年第2期43卷 342-349页

作者：吴鹏黄家琪唐旭自然资源部第三海洋研究所福建厦门361005

界面聚合制备方法通常用于制备纳滤膜或反渗透膜,单体一般为间苯二胺或哌嗪。但是这些水相单体具有较大的毒性、刺激性等不利因素,会对环境及人体造成危害。壳寡糖(chitosan oligosaccharide,COS)是壳聚糖经特殊的生物酶处理得到的较低... 详细信息

界面聚合制备方法通常用于制备纳滤膜或反渗透膜,单体一般为间苯二胺或哌嗪。但是这些水相单体具有较大的毒性、刺激性等不利因素,会对环境及人体造成危害。壳寡糖(chitosan oligosaccharide,COS)是壳聚糖经特殊的生物酶处理得到的较低分子量的海洋多糖类高分子聚合物,绿色无毒,与壳聚糖相比其溶解性大大提高。壳寡糖与壳聚糖的化学性质相似,其分子中含有氨基、羟基,适合作为水相单体通过界面聚合反应制备复合纳滤膜。本研究以壳寡糖为水相单体,均苯三甲酰氯(trimesoyl chloride,TMC)为油相单体,通过界面聚合法在聚醚砜超滤膜(PES)上成功制备COS/PES复合纳滤膜。采用场发射扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对膜表面进行分析表征;通过错流过滤测试膜通量及染料分离性能。实验结果显示,COS/PES-2复合纳滤膜表面出现斑点状结构,具备较高的膜通量;根据Zisman的临界表面张力外推方法将液体的表面张力与cosθ作图,发现COS/PES复合纳滤膜具有较好的防生物黏着的性能;进一步采用牛血清蛋白质模拟生物质膜污染物,开展了比通量(J/J_(w))下降的实验,结果表明COS/PES复合纳滤膜的比通量始终高于商业PES超滤膜,说明交联壳寡糖活性层具有一定的抗生物质膜污染的性能;染料分离实验结果显示,壳寡糖复合纳滤膜对甲基橙的截留率在0.45~0.53之间,樱草灵的截留率在0.66~0.77之间,染料分子量大于600 Da时,不同浓度(1%、2%、3%,wt)制备的壳寡糖复合膜的染料截留率均保持在90%以上,证明所制备的复合膜属于纳滤的范畴。本研究制备的COS/PES复合纳滤膜符合国内外对发展环境友好型海洋新材料的需求,在环保、医药方面极具应用潜力。

关键词：海洋生物高分子壳寡糖纳滤分离染料

基于蚁群算法优化极限学习机的声学底质分类方法

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海洋通报 2024年

作者：丁德秋马丹陈帆樊妙邢喆唐秋华国家海洋信息中心自然资源部第一海洋研究所自然资源部海洋测绘重点实验室

海洋底质作为深海海底环境的重要组成部分，其类型及分布特征在深海资源开发利用和海洋工程建设中有着巨大的参考价值，是海洋测绘调查的一项重要内容，基于多波束测深系统采集强度数据的监督分类方法逐渐获得广泛应用。随着人工智能的... 详细信息

海洋底质作为深海海底环境的重要组成部分，其类型及分布特征在深海资源开发利用和海洋工程建设中有着巨大的参考价值，是海洋测绘调查的一项重要内容，基于多波束测深系统采集强度数据的监督分类方法逐渐获得广泛应用。随着人工智能的大力发展，神经网络在声学底质分类中得到广泛应用，极限学习机（extreme learning machine，ELM）权值和偏重不再需要迭代优化，是一种学习速度较快的神经网络。针对ELM神经网络中由于初始权值和偏重矩阵随机确定而导致ELM分类器鲁棒性差的问题，本文选取蚁群算法优化ELM神经网络的初始参数，构建了ACO-ELM神经网络分类模型，经多次迭代后，由于信息素的累积，蚂蚁种群不断向最优路径偏移，训练精度逐渐增高，模型逐步达到平稳。通过底质分类实验验证表明，BM3D+ACO-ELM分类器处理的多波束声呐图像斑点噪声得到了有效控制，在西南印度洋脊龙旂热液钙质软泥和硫化物混合区域，BM3D+ACO-ELM分类器相比于其它三种分类器具有明显优势，底质分类精度有了较大提高，其中硫化物分类精度为93.23%，深海钙质软泥分类精度为93.78%。

关键词：极限学习机反向散射强度底质分类蚁群算法图像滤波处理

东马里亚纳海盆表层沉积物元素地球化学特征及其指示意义

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沉积学报 2024年

作者：李国刚王亮李薏新毕崇昊赵晟胡邦琦自然资源部第三海洋研究所中国地质调查局青岛海洋地质研究所自然资源部北海调查中心

【目的】西太平洋东马里亚纳海盆是开展风尘沉积研究的理想区域，但其沉积物研究仍然薄弱。【方法】通过对采集于东马里亚纳海盆的28个表层沉积物开展元素地球化学研究，探讨其影响因素及其指示意义，旨在为该海区沉积物物源、海底矿产... 详细信息

【目的】西太平洋东马里亚纳海盆是开展风尘沉积研究的理想区域，但其沉积物研究仍然薄弱。【方法】通过对采集于东马里亚纳海盆的28个表层沉积物开展元素地球化学研究，探讨其影响因素及其指示意义，旨在为该海区沉积物物源、海底矿产资源评价和气候环境研究等提供背景资料。【结果】与同处西太平洋邻近海区黏土沉积物相比，研究区远洋黏土沉积物主量元素含量水平大致相当，其中主量元素(氧化物)含量最高为SiO2，平均为49.14%，其次为Al2O3，平均为15.85%；微量元素中含量最高是Ba，平均为770×10-6，其次为Cu，平均为289×10-6；总稀土元素含量∑REE平均值为284×10-6，为轻稀土富集型，Ce、Nd和La含量最高。对化学元素开展主成分分析，元素组合可分为4类：第一类与稀土元素关系密切，包括稀土元素、P2O5、TiO2等；第二类与铁锰微结核有关，包括Fe2O3、MnO以及Cr、Co、Ni、Cu、Ba等金属元素；第三类与陆源碎屑有关，包括Al2O3、MgO、SiO2、U、Hf、Th、Ce等；第四类与生物来源有关，包括Cd、CaO、Mo。【结论】元素组合指标进一步揭示了沉积物以陆源物质，尤其以陆地风尘物质为主，同时化学蚀变系数指示沉积物源区母岩处于低—中等化学风化条件，氧化还原敏感元素则揭示研究区底层沉积环境为氧化—弱氧化环境。

关键词：东马里亚纳海盆表层沉积物元素地球化学沉积物源

基于HY-2卫星数据的热带气旋风速和气压反演

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遥感学报 2024年第6期28卷 1588-1601页

作者：张有广贾永君林明森马小峰国家卫星海洋应用中心北京100081 自然资源部空间海洋遥感与应用重点实验室北京100081

基于HY-2卫星数据提出了主被动微波遥感联合观测热带气旋海面高风速和海面气压的方法。在海面风速观测方法中,利用与雷达高度计同步观测的校正辐射计获取的亮度温度信息来修正雷达高度计观测中受到的降雨影响,以此提升高风速观测能力。... 详细信息

基于HY-2卫星数据提出了主被动微波遥感联合观测热带气旋海面高风速和海面气压的方法。在海面风速观测方法中,利用与雷达高度计同步观测的校正辐射计获取的亮度温度信息来修正雷达高度计观测中受到的降雨影响,以此提升高风速观测能力。校正辐射计观测的降雨和海面粗糙度信息能够真实的反映在亮度温度中,结合雷达高度计观测的海面粗糙度信息,把校正辐射计观测亮温中的海面粗糙度信息剥离,将剩余的降雨信息等效为风速补偿到雷达高度计的原有海面风速观测中,进而得到海面高风速。在上述研究基础上,依据热带气旋期间气压差与风速差的比例关系,计算出中心气压。通过与预报和机载观测数据比对的结果表明:该方法能够实现热带气旋期间高风速的观测,HY-2卫星与预报数据和机载观测数据的均方根误差分别为1.3 m/s和1.0 m/s;海面气压均方根误差分别为5.5 hPa和4.6 hPa。同时,文中方法对于中低风速和中低风速条件下的海面气压也具备观测能力。

关键词：遥感 HY-2卫星热带气旋海面风速海面气压反演方法

基于俯冲带动力学参数评估琉球海沟对我国东南沿岸的海啸威胁

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地球科学 2024年第2期49卷 403-413页

作者：李宏伟徐志国史健宇王宗辰杨怀玮国家海洋环境预报中心北京100081 自然资源部海洋灾害预报技术研究重点实验室北京100081

为了提升我国沿海海啸防灾减灾能力,加强民众海啸风险防范意识,系统地分析了琉球海沟俯冲带地震所引发海啸对我国大陆东南沿岸及台湾东部的潜在威胁,基于逻辑树与蒙特卡洛随机模拟的概率性方法对其海啸风险进行定量评估.考虑到琉球海沟... 详细信息

为了提升我国沿海海啸防灾减灾能力,加强民众海啸风险防范意识,系统地分析了琉球海沟俯冲带地震所引发海啸对我国大陆东南沿岸及台湾东部的潜在威胁,基于逻辑树与蒙特卡洛随机模拟的概率性方法对其海啸风险进行定量评估.考虑到琉球海沟历史地震记录稀少,基于俯冲带的动力学参数对该区域潜在地震的最大震级进行了修正.与此同时,结合前人对该区域的古海啸研究成果建立了海啸源参数逻辑树,分析了评估结果的不确定性.研究结果表明,2000年重现期下台湾东部宜兰县和花莲县周边的最大海啸波幅可以达到2~3 m;上海和浙江舟山的最大海啸波幅也能达到0.6 m和0.8 m左右.由于琉球海沟历史上没有灾害性海啸,其对东南沿岸和台湾东部的海啸威胁难以量化评估,模拟结果为今后该地区的海啸防御提供了理论依据.

关键词：琉球海沟地震海啸动力学参数危险性评估

固相微萃取/气相色谱/燃烧-同位素比值质谱技术测定水体中微量苯系物单体碳同位素方法研究

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分析测试学报 2024年第9期43卷 1474-1480页

作者：漆艳尹希杰李玉红林锡煌自然资源部第三海洋研究所分析测试中心福建厦门361005 中国地质调查局舟山海洋地质灾害野外科学观测研究站山东青岛266237

该文建立了固相微萃取/气相色谱/燃烧-同位素比值质谱(SPME/GC/C-IRMS)技术测定水体中7种苯系物碳同位素(δ^(13)C)的方法。实验结果表明,萃取温度30℃,萃取时间60 min条件下萃取效果最佳,萃取温度(30~60℃)和萃取时间(15~60 min)对顶... 详细信息

该文建立了固相微萃取/气相色谱/燃烧-同位素比值质谱(SPME/GC/C-IRMS)技术测定水体中7种苯系物碳同位素(δ^(13)C)的方法。实验结果表明,萃取温度30℃,萃取时间60 min条件下萃取效果最佳,萃取温度(30~60℃)和萃取时间(15~60 min)对顶空萃取(HS-SPME)过程中的碳同位素分馏无影响。最佳萃取条件下,利用HS-SPME和直接萃取(D-SPME)方法分别测试7种苯系物的δ^(13)C值,标准偏差分别为0.08‰~0.45‰和0.05‰~0.39‰,测试误差分别为-0.16‰~0.33‰和-0.41‰~0.46‰,两种SPME方式在萃取过程中均未发生明显碳同位素分馏,HS-SPME的灵敏度比D-SPME方法高1~2个数量级。通过移动平均值算法计算苯、间/对二甲苯、异丙苯的检出限为1μg/L,甲苯、乙苯、邻二甲苯、苯乙烯的检出限为2μg/L。测得江苏某废弃农药场地下水中7种苯系物δ^(13)C值的标准偏差为0.01‰~0.43‰。该方法样品前处理简单、灵敏度高、准确性好,适用于水体中痕量苯系物单体碳同位素的检测。

关键词：苯系物固相微萃取气相色谱/燃烧-同位素质谱单体碳稳定同位素分析水体

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冀北花岗岩地区坡积冲洪积型污染耕地土壤治理比较研究

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地学前缘 2024年第2期31卷 196-203页

作者：刘永兵宿俊杰郭威王英男殷亚秋自然资源部国土整治中心北京100035 国家地质实验测试中心北京100037 中国地质大学(北京)水资源与环境学院北京100083

土壤是农业生态系统重要的组成部分,耕地土壤重金属污染会影响农产品质量安全。本研究选取冀北花岗岩地区坡积物母质区和冲洪积物母质区的弱酸性农田土壤为研究对象,依托钝化修复和植物提取(玉米和龙葵为植物修复材料)两种修复技术,探... 详细信息

土壤是农业生态系统重要的组成部分,耕地土壤重金属污染会影响农产品质量安全。本研究选取冀北花岗岩地区坡积物母质区和冲洪积物母质区的弱酸性农田土壤为研究对象,依托钝化修复和植物提取(玉米和龙葵为植物修复材料)两种修复技术,探究了不同成土母质类型和修复技术对耕地土壤重金属的修复效果影响。研究结果表明:(1)坡积物和冲洪积物母质区土壤的有机质、速效钾、有效磷和pH值存在显著差异,坡积物母质区土壤pH显著低于冲洪积物母质区土壤,两区成土母质均具有较高的Pb背景值;(2)钝化修复后,冲洪积物母质区玉米籽粒Cd和Pb含量显著降低,玉米籽粒增产19.10%~33.00%,较坡积物母质区显示出更好的修复效果;(3)坡积物母质区采用龙葵和玉米间作模式,植物修复每年每公顷中提取Cd、Pb和Cu分别为167.25、208.35和555.05 g,Cd、Pb和Cu的去除率分别为2.727%、0.043%和0.234%,较冲洪积物母质区显示出更好的修复效果;(4)龙葵和玉米的间作模式优于单一种植模式,间作可以提高土壤中重金属的生物可利用性和植物吸收效率;(5)制定土壤污染修复策略时,需考虑土壤特性、成土母质及不同农作物的影响,选用合适的修复技术和种植模式。本研究可为地质异常区域农田土壤安全利用与修复提供参考依据。

关键词：坡积冲洪积重金属土壤污染钝化修复植物修复

洋中脊弯折带的构造-岩浆耦合作用:西北印度洋中脊火山锥及断层分布的约束

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岩石学报 2024年第7期40卷 2215-2224页

作者：党牛余星韩喜球吴招才邱中炎王叶剑李洪林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杭州310012 福建师范大学地理科学学院福州350007 浙江大学海洋学院舟山316021

洋中脊作为全球火山活动最活跃的区域之一,岩浆以裂隙式喷发为主,同时也存在中心式喷发火山锥。本文基于西北印度洋中脊大洋24航次的船载多波束地形数据,选择具有特殊空间位置和构造属性的北部弯折带作为研究靶区,应用定量地貌学方法分... 详细信息

洋中脊作为全球火山活动最活跃的区域之一,岩浆以裂隙式喷发为主,同时也存在中心式喷发火山锥。本文基于西北印度洋中脊大洋24航次的船载多波束地形数据,选择具有特殊空间位置和构造属性的北部弯折带作为研究靶区,应用定量地貌学方法分析火山锥形态特征与空间分布,探索区域火山作用与构造活动的耦合关系。结果表明,火山锥沿洋脊纵向上的分布主要受控于岩浆供应量,但段内其横向上的分布不仅与岩浆供应量有关,还决定于火山锥岩浆通道的形成。火山锥的分布与断层分布密切相关,断层分布密集,易于火山锥通道的形成。弯折带的洋脊段除了受扩张力外,还受到北东方向的应力作用,使弯折带南翼发育有更密集的断层,更高的火山锥密度。该应力效应的产生与非洲板块的北东向推移、印度板块的逆时针旋转以及弯折带效应本身有关。火山锥形态特征与空间分布,对于理解洋中脊区域构造演化以及火山活动过程具有重要价值。

关键词：火山锥分布特征构造-岩浆背景定量地貌学西北印度洋中脊