新质生产力视域下粤港澳大湾区海洋发展研究

在新一轮科技革命和产业变革的背景下,我国制定了2035年实现高水平科技自立自强,进入创新型国家前列的战略目标。在这关键历史时期,习近平总书记提出“新质生产力”的重要概念,为中国加快建设创新型国家提供了重要指引。本文首先从科技、人才、教育“三位一体”出发,分析了海洋新质生产力的创新内核;其次,简述了我国海洋新质生产力的发展现状与基础;最后,提出了充分发挥深圳先行先试作用,助力大湾区打造海洋新质生产力发展前沿阵地的倡议。

海洋微塑料污染现状及其环境行为效应的研究进展

海洋微塑料污染问题已经在全球范围内引起了普遍关注,位列全球十大新兴环境问题之一。因其本身尺寸微小、数量庞大且来源广泛导致其危害远超普通尺寸的海洋塑料垃圾,加之在海洋水动力作用下的迁移和沉降导致其污染波及区域十分广泛。同时,微塑料自身携带的添加剂在海水中的释放、与金属、有机污染物及微生物等构成的复合污染物均会对海洋动植物的生长、生存和繁殖产生负面效应,还可能通过食物链传递对人类健康构成潜在威胁。通过调研国内外文献,本文在简要介绍海洋微塑料污染问题的兴起及相关概念的基础上,对海洋微塑料的典型来源、分布情况和污染现状进行了阐述,同时还对海洋微塑料与其他类型污染物的相互作用及其对海洋生物的影响等环境行为效应进行了总结和综述。此外,本文对海洋微塑料污染问题的未来研究方向进行了分析和展望,以期为海洋微塑料污染问题的治理提供参考和借鉴。

海洋渔业经济增长战略实证研究--以山东为例

利用山东省20012018年海洋渔业相关数据,结合柯布-道格拉斯生产函数模型,系统分析海洋渔业各生产要素对海洋水产品产量增长的贡献。研究结果表明:海洋水产品产量的主要影响因素为资本投入,而劳动力投入对于海洋水产品产量的影响较弱;海洋水产品产量报酬率呈现出递减态势,表明在现有技术条件下难以通过生产规模的扩大来提高海洋水产品产量,需要通过改变生产模式和提高海洋科技水平来增加产量,从而实现海洋经济效益的增加。因此建议,应着力推进海洋渔业科技创新,大力发展深蓝渔业,加大对新资源、新模式、新技术的探索力度,提高渔业劳动力素质,努力实现劳动力效益最大化,从而推动海洋渔业经济健康发展。

中国海洋环境拐点估算研究

中国环境问题日益严峻的形势引起了公众的强烈关切和国家层面的高度重视,环境领域规制政策也日趋严厉。陆域环境库兹涅茨曲线(EKC)在各个侧面相继得到了证实。海洋环境是否也呈现了类似的形态?利用并整理《中国海洋环境状况公报》发布的数据,形成了11年的时间序列,选取了四个典型海洋环境指标(劣于第四类水质海域面积、亚健康生态系统占比、七条主要入海河流的化学需氧量以及重金属砷的排放量、海洋赤潮灾害次数及其发生面积),以环境库兹涅茨曲线(EKC)理论为基础,运用回归分析发现:(1)从衡量海洋环境质量的个体指标而言,如生态系统亚健康占比、劣于四类水质海域面积与人均GDP之间呈现明显的"倒U"形态,且具有良好的显著性,同时,印证了海洋环境拐点发生的区间为人均GDP 6 000~8 000美元。(2)衡量海洋环境质量的个体指标与海洋经济发展之间亦呈现明显的EKC形态,但其相关性相比海洋环境与经济发展之间的相关性而言,强度上并不具有显著性。一方面说明中国海洋经济发展对海洋环境质量的影响并不显著,海洋经济的份额在整个经济总量中占比较少,中国还不是一个海洋经济大国;从另外一方面也证实海洋环境污染源绝大多数来自陆地。(3)衡量海洋环境质量的其他指标,如年发生的赤潮次数与面积、典型河流入海口化学需氧量、重金属排放量拐点形态不明确,一些指标还呈现"正U型",说明部分海洋环境指标还在恶化之中,海洋环境治理形势依然严峻。

基于O2/Ar比值估算海洋混合层群落净生产力的研究进展

群落净生产力(NCP)是海洋混合层中光合作用和群落呼吸作用的差值,代表了从表层海水向深层海洋输送的最大有机质量,是衡量生物活动对上层海洋碳循环影响的有效指标。海洋混合层的溶解氧浓度主要受物理过程和生物过程控制,而惰性气体氩(Ar)的分布主要受物理过程以及温度和盐度对溶解度的影响,由于O2和Ar具有相似的物理特性,因此氧氩比值(O2/Ar)消除了物理过程对海水中溶解氧的影响,其偏离平衡值的量(ΔO 2/Ar)可表征生物过饱和氧,并可据此估算群落净生产力。随着质谱技术的发展,连续走航测定O2/Ar比值技术得到广泛应用并可以获得高时空分辨率NCP分布,因此成为估算海洋混合层NCP的重要方法。本文介绍了基于O2/Ar比值法估算群落净生产力的原理,综述了用O2/Ar比值法估算海洋混合层中群落净生产力的研究进展,探讨了估算模型中存在的不足及解决办法,并对其未来发展方向做了展望。

波浪滑翔器海洋观测数据质量控制研究

观测数据的准确性和可信度是波浪滑翔器数据质量控制的核心,有效的数据质量控制方法是波浪滑翔器观测数据推广应用必不可少的技术手段。为提升波浪滑翔器观测数据质量,文中以气温和气压数据为例,提出一种新型海洋观测数据质量控制方法,该方法包括数据检验和数据修正环节:数据检验通过范围检验和尖峰检验对波浪滑翔器观测数据进行异常值剔除;数据修正采用反向传播(BP)神经网络算法对检验后的观测数据进行数据修正,提升观测数据整体准确性。利用“黑珍珠”波浪滑翔器集成的AIRMAR-BP200和GILL-GMX600气象传感器进行比对试验并获取大量数据样本,将该样本数据用于BP神经网络模型训练。同时,为验证所提出的数据质量控制方法的有效性,对“黑珍珠”波浪滑翔器海上试验获取的观测数据进行数据质量控制和分析,结果表明文中提出的数据质量控制方法可有效提高观测数据的准确性。

海洋亚中尺度非地转运动的季节变化及对地转能量串级的影响研究

本文基于表层漂流浮标、卫星高度计等观测资料对全球亚中尺度非地转运动的季节变化及其影响开展了分析,发现亚中尺度非地转运动多发生在地转运动较活跃的海区,如湾流区、黑潮延伸体区和南极绕极流区等。同时,全球亚中尺度非地转运动普遍具有冬春强、夏秋弱的季节变化特征,但不同区域亚中尺度非地转运动的季节变化具有不同的调控机制,其中,在湾流区和黑潮延伸体区亚中尺度非地转运动的季节变化主要受混合层不稳定的调控,南极绕极流区亚中尺度非地转运动的季节变化受到混合层不稳定和锋生过程的共同调控。而亚中尺度非地转运动的季节变化可能对地转能量串级具有一定影响,在冬春季节,活跃的亚中尺度非地转运动可能会减弱地转能量的逆向串级,使地转运动平均波数增加。

蓝绿光双波长船载海洋激光雷达系统设计与海上测试

海洋水体的光学特性参数是海洋研究关注的重点之一,大部分光学特性具有随深度变化的特征,而海洋激光雷达是有效探测水体剖面信息的技术手段之一。基于水体光学特性参数剖面探测的需求,研制了蓝绿光双波长船载海洋激光雷达系统,光源采用在水体中衰减系数较小的蓝绿波长以获取更大的探测深度。该系统具备双波长和偏振探测通道,用于同步获取水体后向散射回波信号和偏振信号,可实现近岸和大洋水体的连续探测。文中首先介绍了激光雷达系统的设计方案,包括发射、接收、采集及控制子系统以及辅助设施,随后对数据预处理方法进行了阐述,包括质量控制、峰值位置对齐、去除背景噪声及退卷积等。系统于近海进行探测实验,验证了激光雷达系统的可靠性。结果显示:在清洁大洋水域,486 nm的激光雷达衰减系数小于532 nm,意味着在开阔水域486 nm具有更好的探测性能。

鹅颈藤壶多糖提取、理化性质及N-糖链表达谱分析研究

本文以南海海域鹅颈藤壶(Lepas anatifera)为原料,提取鹅颈藤壶背甲与肌肉质柄中的多糖,基于其基本理化性质的分析,比较不同生长时期鹅颈藤壶N-糖链表达谱的差异性。经过脱脂、碱水解/蛋白酶解、乙醇沉淀方法提取得到粗多糖;利用高效液相色谱法、高效凝胶渗透色谱法、苯酚-硫酸法、考马斯亮蓝法对其单糖组成、分子量分布、总糖含量及蛋白质含量进行分析;采用液质分析(PGC-ESI-MS/MS)方法对鹅颈藤壶成体(A-GB)与幼体(L-GB)肌肉质柄中N-糖链进行分析并比较。表明肌肉质柄中多糖分子量为18.40 kDa;总糖含量为11.99%,蛋白质含量60.14%,富含甘露糖、葡萄糖、氨基半乳糖,其中甘露糖的含量高达80%以上。在鹅颈藤壶成体与幼体中均鉴定得到26条N-糖链,成体中高甘露糖型N-糖链占总糖链的20.81%,且相对丰度较高的糖型组成为F_(1)H_(3)N_(2)(39.06%)、F_(1)H_(3)N_(3)(24.44%)、H_(3)N_(3)(9.35%);幼体中高甘露糖型N-糖链占总糖链的52.17%,相对丰度较高的糖型组成为F_(1)H_(3)N_(2)(21.65%)、H_(6)N_(2)(15.93%)、H_(5)N_(2)(14.75%)。鹅颈藤壶多糖是一类N-糖基化的蛋白复合物,推测N-糖链在鹅颈藤壶长发育过程中发挥着至关重要的作用,可能高甘露糖型N-糖链与其附着黏附能力密切相关。

移动射流加固吸力式沉箱基础承载特性试验研究

吸力式沉箱基础基础因其尺寸范围广、极限水深大、经济性好、施工便捷等优势,受到了广大工程师青睐。然而软黏土中吸力式沉箱基础水平与竖向承载力较低,尚未形成一套有效的吸力式沉箱基础承载力提升技术。为了有效提高吸力式沉箱基础承载力,创新性提出了移动射流加固技术及劲性复合吸力式沉箱基础形式。通过吸力式沉箱基础移动射流加固试验以及加固后模型试验,研究加固后吸力式沉箱基础水平与竖向承载特性。试验结果表明:加固后的沉箱模型水平承载力是未加固沉箱模型的2.5~3.5倍,加固后的沉箱模型竖向抗拔承载力是未加固沉箱模型的3.5~5.0倍,可以看出加固后沉箱基础水平与竖向承载提升较为明显。通过后移动射流加固技术,不仅提高桩土接触面积同时提升桩周土体强度,移动射流管道布置越多,浆液包裹越好,包络线面积越大,荷载玫瑰越均匀,承载力差异较小。在移动射流管道布置时需考虑射流参数、土体特性等因素,移动射流管道布置需满足相邻破土半径搭接要求。通过对移动射流加固吸力式沉箱基础承载特性的初步探究,为吸力式沉箱基础移动射流加固技术工程应用以及劲性复合吸力式沉箱基础理论分析提供参考。

波浪滑翔器弹簧水翼机构三维效应的分析与研究

为了评估波浪滑翔器弹簧水翼机构在波浪中三维效应对其动力学性能的影响,本文基于重叠网格技术建立波浪滑翔器弹簧水翼机构的数值计算模型,并利用CFD FLUENT软件对二维和三维水翼之间的动力学性能进行分析与研究。结果表明,由于三维水翼展长有限,在翼端处产生梢涡现象,造成水翼动力性能减小,与二维水翼相比,三维水翼的前向推进效率减少22.3%。接着,利用仿生学原理设计波浪滑翔器仿生水翼,发现仿生水翼降低了梢涡对水翼动力性能的损失,同时对比相同展弦比的三维水翼,仿生水翼的前向推力提高了17.6%,效率提高了10.7%。最后,通过实验对比发现CFD仿真数据与试验数据具有相同的趋势,CFD仿真模型的可靠度得到验证。

波浪滑翔器航向控制方法与实验研究

波浪滑翔器是一种典型的非线性、强耦合、欠驱动系统。传统比例-积分-微分(proportion integral derivative, PID)控制器在复杂多变的海洋环境下难以满足高精度的航向控制要求且存在参数整定困难、无法在线调整等缺点。针对此问题提出一种基于改进粒子群优化(improved particle swarm optimization, IPSO)算法的反向传播(back propagation, BP)神经网络PID控制方法,首先建立波浪滑翔器数学模型,其次利用BP神经网络的自学习能力自适应调整PID参数。同时针对BP神经网络存在对初始权值敏感、反向传播易陷入局部极值等缺点,引入IPSO算法对网络初始权值进行优化,确保BP-PID网络能够获取全局最优解。基于仿真进行海试验证,结果表明所提算法能够显著提高航向控制性能,验证了所提算法的有效性和真实性。

中亚造山带东段构造演化研究进展:前言

作为显生宙最大的增生型造山带,中亚造山带夹持在西伯利亚克拉通和中朝克拉通、塔里木古陆之间,其形成与古亚洲洋演化紧密相关。其在漫长的地质演化历史中,经历了小洋盆俯冲作用导致的陆壳增生,多块体拼贴和后续变形作用造成的陆壳改造,以及随之伴生的多期次岩浆-变质作用。中亚造山带具多样的结构构造、物质组成,蕴藏大量的金属与非金属矿产资源,保存了亚洲大陆古生代增生聚合和洋陆格局转变的重要信息,是中外地质学者探讨大陆动力学演化过程的重要研究对象。

柴北缘超高压地体折返过程中地壳深熔的岩石学研究

宏观、微观岩石学、地球化学和年代学研究表明,柴北缘锡铁山和绿梁山单元富含斜长石的浅色体和富含钾长石的浅色体是超高压地体折返过程中榴辉岩和片麻岩部分熔融的产物。阴极发光图像显示富含斜长石的浅色体中锆石具有明显的核-边双层结构,锆石核部无明显分带特征,并呈现出重稀土平坦和无Eu异常的稀土配分模式,~450Ma的年龄结果与区域上榴辉岩峰期变质时代一致;发光较弱的锆石边部具不明显的环带结构和较低的Th/U比值,~426Ma年龄结果代表了熔体的结晶时代。富含钾长石的浅色体中的锆石U-Pb定年结果记录的~910Ma、~450Ma和~426Ma三组年龄分别代表了片麻岩原岩结晶时代、高压-超高压变质作用时代和熔体结晶时代。富含斜长石的浅色体具有高SiO2、Al2O3、CaO、Na2O、Sr和LREE,而低MgO、FeOT、K2O、Y、Yb和HREE的英云闪长岩-奥长花岗岩的地球化学特征;而富含钾长石的浅色体具有高的SiO2、Al2O3和K2O+Na2O,而较低的CaO、MgO、REE的花岗岩地球化学特征。黝帘石和少量的多硅白云母的脱水分解是触发超高压榴辉岩发生部分熔融形成富含斜长石的浅色体的主要机制;而多硅白云母的脱水分解则是触发超高压片麻岩部分熔融形成富含钾长石浅色体的主要机制。这些浅色体显著的促进了柴北缘超高压地体的快速折返,并对大陆俯冲隧道中的元素迁移和壳-幔作用具有重要的影响。

基于6LoWPAN的低功耗长距离海洋环境监测系统

海洋环境监测具有监测节点分散、节点数量多、测量数据种类复杂、信息交换和通信业务多样性的特点。无线传感器网络可以减少线路连接,降低部署和运维成本。6LoWPAN(IPv6 over Low-Power Wireless Personal AreaNetworks)技术基于IEEE802.15.4实现了IPV6数据包在无线传感器网络中的传输,是实现无线传感器网络和因特网互联的理想技术。在研究Contiki 6LoWPAN网络拓扑结构和协议的基础上,文中采用TI CC1310平台搭建了无线传感器节点和边缘路由器,节点数据经过边缘路由器和互联网,最终发送到服务器监控系统,实现海洋数据的动态监测。通过实验证明,该系统具有组网简单、传输距离远、成本和功耗低等优势。

海岸线的溢油环境敏感性评价研究进展

海域溢油环境敏感性评价工作是溢油应急规划的基础,有利于溢油事故的应急处理。本文对海岸线的溢油环境敏感型的主要评价方法和选取的评价指标进行了总结;在溢油环境敏感性评价中采用的方法主要包含指数法、层次分析法、德尔菲法、模糊综合评价法等;在研究中,各类方法具有不同特点,多为各种方法同时使用。目前,国内外研究中选取的各类指标可总结归为物理指标、生物指标、社会-经济指标三大类,并且针对部分指标选取的理论依据进行了论述。探讨了较为系统化的评价指标体系的构建。综述了海岸线溢油环境敏感性评价的国内外的主要研究进展。最后指出当前溢油环境敏感性评价中存在的不足,如评价体系系统性差、评价指标科学性低及评价过程主观性强等,而加强学科交叉的同时对目前研究中不足深入研究将是后续的研究重点。

模型补偿的水下桥墩检测机器人抗扰控制研究

水下桥墩检测机器人定点悬停检测作业时,姿态受外界强流扰动作用明显,对控制器的控制性能提出挑战。为增强机器人检测作业的稳定性和抗流性能,提出水动力模型补偿的自抗扰控制方法。首先,采用水动力仿真技术获取机器人迎流阻力与迎流角之间的机理关系;然后将其作为已知扰动补偿至自抗扰控制器中,利用观测器对内外扰动估计和补偿;最终实现了对强流作业环境中机器人的稳定控制功能。Matlab的Simulink仿真环境中的仿真结果表明:水动力模型补偿的自抗扰控制器相比传统PID和常规自抗扰控制器,由于利用已知信息对观测器补偿使状态观测器的估计负担变小,控制器的控制精度更高、响应速度更快、超调量更小且抗扰动性能更强,更适合应用在外部扰动较强但扰动可观测的复杂环境中。

无人船实时路径规划与编队控制仿真研究

安全和无碰撞导航是无人船正常航行的基础。通过Unity3D构建高保真的虚拟海洋环境,在无人船建模基础上,提出一种面向未知复杂环境的实时路径规划及编队控制方法。利用激光雷达获取的局部环境信息,在重规划的策略下,结合A-star以及航路抽稀方法完成实时局部路径规划。基于领航-跟随者策略与一致性方法进行编队控制,结合人工势场法完成多无人船的避障航行任务。在多种复杂地图上的仿真实验表明,该仿真系统具有较好的真实性和视觉效果,为无人船模拟试航提供了有效手段。同时,无人船群利用所提算法可以依次抵达预设航路点,自主变换队形实时避障,在工程应用中具有一定理论意义和实用性。

基于改进YOLOv3-Tiny的端到端海参自吸捕方法研究

针对海参智能化采捕中目标检测任务和吸捕任务难以结合的问题,本文提出了一种基于数据驱动和以目标为中心的端到端海参机器人自主吸捕方法,该方法在YOLOv3-tiny的框架基础上将特征提取网络增强以进行目标检测,使用K-means方法对海参数据集边界框尺寸进行重新聚类,在保证实时检测的基础上提高了吸捕视角下海参的检测精度。该方法将摄像机采集到的图像输入至海参采捕机器人,并输出机器人的吸捕控制指令,实现了海参的自主吸捕。

基于分段模型预测控制的亚中尺度观测器垂向控制研究

为获取海洋亚中尺度过程在水平固定位置垂直剖面的连续时间序列数据,本文采用分段模型预测控制的方法,对亚中尺度观测器的垂向运动进行精确的控制。在建立亚中尺度观测器精确模型的基础上,对模型预测控制(MPC)算法的预测步长、控制步长、约束和成本函数开展设计。针对海流不确定性所导致的模型变化问题,对系统模型、控制算法进行了分段处理。通过对比分析剖面运动的仿真结果和试验数据,验证了模型和算法的有效性。仿真结果表明对于垂向运动的控制,分段式模型预测控制相对于传统的MPC具有调节误差小和稳定时间短的优点,能够减少亚中尺度观测器水平漂移量约7.9%,对亚中尺度过程的数据获取和认知具有现实意义。