亲潮及其延伸体海域冬春季节海洋热浪特征及驱动机制统计分析

亲潮及其延伸体区域海温变率高,高强度海洋热浪事件频发,但目前针对该区域的研究主要集中于夏季,对于寒冷季节的研究较少。本文利用卫星观测资料和模式再分析结果,系统分析了亲潮及其延伸体区域冬春季节海洋热浪的分布特征及潜在的影响因素。该区域在1992至2021年期间的平均强度、平均频率、持续时间和累计强度这4个海洋热浪指标表现出明显的上升趋势,增长趋势分别为0.39℃/(10 a)、0.38次/(10 a)、3.05 d/(10 a)和8.09(℃·d)/(10 a),该上升趋势与累积反气旋涡涡动能表现出良好的相关性。2021年春季亲潮及其延伸体区域发生了有记录以来最强的海洋热浪事件,混合层热收支分析结果表明,这一事件主要是由异常涡旋项导致的水平平流异常引起的,从黑潮延伸体脱落的反气旋涡将暖水带向北方或局地反气旋涡增强导致热浪发生。

渤海海区颗粒物的后向散射系数和光束散射系数统计关系研究

作者利用AC9和HS6(442 nm4、88 nm、532 nm、676 nm)在渤海海域的测量数据,通过分析其中3个波段的数据发现:海水所含颗粒的后向散射系数和光束散射系数之间具有很强的相关性。二者的关系可用2种不同的函数模型描述:在黄河口外海断面可用二次多项式模型描述;而在渤海湾、辽东湾和秦皇岛断面可用幂函数模型描述。将HS6在对应波段实际测量的后向散射系数与反演值进行比较可以发现,上述2个函数模型的反演值与实测值都有很好的相关性(分别为85%和96%),平均相对误差较小(分别为24%和18%),均方根误差分别为0.013和0.055。这表明上述函数模型作为反演模式在对应海域可用。因此,通过AC9的测量数据进行计算获得颗粒的后向散射系数,可增加后向散射系数的数据量,这对于推动水色遥感分析模型的发展具有重要意义。后向散射系数和光束散射系数之间函数模型随海域的不同而不同的可能原因是:(1)在无机悬浮物含量比较高的海域,无机悬浮物的颗粒形状确定后向散射系数和光束散射系数之间函数关系;(2)在无机悬浮物含量比较低的海域,优势藻类细胞形状对后向散射系数和光束散射系数之间的函数关系有更重要的影响。

6通道后向散射仪

6通道后向散射仪是用于海洋光学调查的仪器,可用于测量海水的后向散射系数。本文详细介绍了该仪器的配置、技术参数和使用方法。初步分析了利用该仪器于2005-06在渤海海域进行调查获得的数据,结果显示该仪器可适用于我国近海二类水体的测量。这对于我国近岸水体的光学调查及研究具有极其重要的意义。

T/P,Jason-1测量风速及有效波高的验证与比较

选取与T/P(TOPEX/POSEIDON)卫星高度计同步的浮标资料以及月平均浮标资料对T/P卫星高度计测量结果进行验证,结果表明:选取较窄的空间窗口以及较长的资料序列,可以减小浮标测量结果和高度计测量结果之间的误差;在所选浮标海域,浮标测量获得的有效波高与T/P测得有效波高存在0.3m的系统误差。T/P卫星高度计和Jason-1卫星高度计测量结果的比较显示,由于受海浪成长状态和仪器噪声的影响,二者测量获得的标准化雷达后向散射截面在低风速时相差较大,在高风速时符合较好。T/P和Jason-1卫星高度计测量获得的有效波高和海面高度异常的均方根误差分别为0.21m和0.05m。

渤黄海海平面的变化及其与ENSO的关系

利用1992年12月至2007年5月的高度计资料,研究了渤黄海海平面的变化特征。统计分析表明,近14a间渤海及北黄海、中央黄海海平面的平均上升高度分别为45.9mm和34.7mm,各海域的海平面上升速度不完全相同。研究发现,南方涛动指数(SOI)、纬向风应力距平都与渤海及北黄海、中央黄海的SLA呈负相关性,渤黄海海平面显著受SOI、纬向风应力调制,并且,SOI与渤黄海海域的风场之间有良好相关。将坐标系进行旋转后,获得与当地海平面异常相关最大的风应力方向。对SLA与新坐标系下风应力距平u的低频分量分析发现,渤海及北黄海海区、中央黄海对海平面影响最大的风应力距平u方向分别为东偏南20°方向、东偏南8°方向,风应力距平u分量与SLA、SOI的低频分量呈现更好的相关性。ENSO通过大气环流过程对渤黄海海域的风场产生影响,当地风场通过纬向风应力对渤黄海海平面的年际变化产生调制作用。因此,ENSO可以通过风应力对渤黄海海平面产生影响。

30°N两侧东海海平面的低频变化及其与ENSO的关系

利用1992年12月—2007年5月的高度计资料,研究东海海平面的变化特征。分析表明,近14年来长江口海域及30°N以南东海海平面的平均上升高度分别为57.7 mm和40.9 mm,各海域的海平面上升速度不完全相同。研究发现,东海海平面与南方涛动指数(SO I)二者的低频分量具有明显的相关关系,东海海平面显著受SO I调制,但30°N两侧海域SLA与SO I的相关性相反。东海纬向风应力与当地SLA、SO I具有很好的相关性;大气环流的辐散带两侧风场的差异,导致两侧海域平均SLA与纬向风应力距平的低频分量之间的相关关系不同(30°N以南的海域二者呈负相关性,长江口海域则呈正相关性)。将坐标系进行旋转后,获得与当地海平面异常相关最大的风应力方向。对SLA与新坐标系下风应力距平u的低频分量分析发现,长江口海域、30°N以南东海对海平面影响最大的风应力距平u方向分别为东偏南70°、东偏南23°。风应力距平u分量与SLA、SO I的低频分量呈现更好的相关性,由于辐散带在大气环流中的调制作用,导致30°N两侧海域海平面和风应力距平u对SO I响应相反。ENSO通过大气环流过程对东海海域的风场产生影响,当地风场通过纬向风应力对东海海平面的年际变化产生调制作用。因此,ENSO可以通过风应力对东海海平面产生影响。

渤海气溶胶时空分布研究

利用2003—2008年在渤海所测的212组气溶胶数据,研究了气溶胶光学厚度(AOT)、浑浊度系数(β)和ngstrm指数α的时空分布规律,并初步探讨了气溶胶特征参数之间的关系。结果表明,在时间分布方面,渤海气溶胶光学厚度、浓度和粒径尺度在一天中的变化比较小,中午AOT较大,10点左右AOT较小。从6月份到9月份,AOT、β和α的范围和均值均呈下降趋势;3月份AOT、β和α均明显小于六、8、9月份的对应值。离岸25km之内的大部分地区,AOT随离岸距离的增大而减小;但25km以外,气溶胶变化没有规律。比较而言,气溶胶AOT和β变化比较一致。浑浊度系数(浓度因子)β比ngstrm指数(尺度因子)α对气溶胶光学厚度AOT的影响更明显,AOT和β的关系可采用一阶线性回归方程表示。

渤海及北黄海气溶胶分布特征和大气校正研究

根据2003—2005年三年夏季渤海及北黄海海上调查资料．使用浑浊度系数α和埃斯特朗指数β描述气溶胶的光学厚度,对该海域上空气溶胶分布特征进行了分析。调查数据显示，浑浊度系数α的范围是0．03～2．76，大部分站点α集中分布在1个比较小的范围内；埃斯特朗指数β的范围是0．12～1．64．其分布较分散。在β=1．3处存在一个β最大值，在8〈0．8的范围分布相对均匀。分析还发现，气溶胶的光学厚度与标准化气压有明显的负相关（相关系数为-0．42），特别是二者对应变化曲线的跨零点基本重合。在数据分析的基础上，作者提出了两尺度气溶胶的光学厚度模型以及对应的两尺度气溶胶散射的反射率模型，这样可将传统气溶胶模型中乘幂形式的两个变量结合改为两个变量线性组合，从而将气溶胶散射的反射率并入整体反演公式，使之有可能被用于水色遥感的线性系统算法，从而避免传统大气校正的过程。这为二类水体水色反演提供了一种新思路。

希尔伯特—黄变换在遥感图像中的实例研究与应用展望

希尔伯特-黄变换是一种处理非线性、非平稳数据的方法,目前该方法已在遥感图像处理中得到高度重视。文中在介绍希尔伯特-黄变换的基础上,首先通过对时间序列数据的不同频率信息进行分离,揭示了希尔伯特-黄变换方法对局部时间尺度的物理含义。通过希尔伯特-黄变换方法对不同空间尺度信息的分离,对SAR遥感图像滤波和SAR遥感图像信息提取开展了实例应用研究,展示了希尔伯特-黄变换方法可以通过遥感图像提供各种尺度信息现象的有效数据。最后讨论与分析了希尔伯特-黄变换方法的局限性与优势,并对其在遥感图像处理中的应用进行了总结和展望。

手持式五波段臭氧监测仪

详细介绍了臭氧浓度和水汽含量的测量原理。臭氧监测仪MICROTOPS Ⅱ是测量臭氧浓度、水汽含量和气溶胶光学厚度的便携式仪器,适用于野外和海上调查。臭氧监测仪为5个波段,其中3个紫外波段监测臭氧浓度,2个红外波段测量大气中的水汽含量。还可监测在1020nm红外波段的气溶胶散射光学厚度。

一种改进的高度计风速反演模式函数研究

本文利用角动量模式计算获得高风速资料,并通过气象观测站实测资料验证了风速资料的准确性,并将所得风速应用于Jason-1高度计风速反演模式函数研究,得到了一个新的风速反演模式函数.研究结果表明,本文提出的模式函数能更好地反映台风经过时海表面风速情况,实现了高度计对高风速（10～40 m/s）的反演,可作为Jason-1高度计风速反演业务化算法在高风速情况下的补充,以提高高度计风速反演精度.

不同磷源在黄颡鱼饲料中的应用效果比较研究

文章旨在比较不同磷源对黄颡鱼生长、体组成和营养物质表观消化率影响。在基础饲料中(设计添加磷4g)分别添加16.7g磷酸一钠(MSP;NaH2PO4)、17.6g磷酸一钙(MCP;Ca(H2PO4)2)和15.4g磷酸一铵(MAP;NH4H2PO4),配制4种等氮(粗蛋白质43.4%)等能(粗脂肪21.2%)的试验饲料,饲喂初始均重为(29.40±0.15)g的黄颡鱼幼鱼56d。每种饲料设置3个重复,每个重复放鱼30尾。结果表明,试验对黄颡鱼成活率未产生影响。MSP组和MCP组的增重率、特定生长率和饲料效率均显著高于对照组(P<0.05)。MSP组和MCP组的粗灰分和总磷表观消化率显著高于对照和MAP组(P<0.05),对照组和MAP组之间差异不显著(P>0.05)。黄颡鱼对MSP、MCP、MAP的利用率依次为30.97%、27.54%和17.40%。因此,MSP和MCP可作为黄颡鱼(8~22g)饲料的无机磷源,而MAP不适宜。

海洋牧场生态环境在线观测平台的研发与应用

针对海洋牧场水质生态环境在线监测状况,特别是对水下人工渔礁周围环境视频监控的需求,文章提出了一套完整的海洋牧场岸基有缆在线监测系统。同时还设计了一套终端监控软件安装在监测控制中心,实现远程控制指令依次下达至岸基系统与海底观测系统。方便用户查看当前水质状况、海底生物实况视频以及查询历史数据。该系统在威海西霞口海洋牧场进行的实验结果表明,系统能够按照设定程序上传水质数据和海底生物实况视频,实现了海洋牧场生态环境的在线监控。

基于海洋石油平台的生态环境监测系统研究

本文研究基于海洋石油平台的在线生态环境监测技术,采用有缆在线监测系统架构,设计多功能可扩展的监测系统主体结构,搭载多种环境在线监测通用传感器,监测电导率、叶绿素a、溶解氧、pH、VOC、浊度6种海洋生态环境参数和流速、流向、水温、盐度4种海洋自然环境参数,数据由数据采集器经水下信号电缆实时传输至平台终端,对监测数据进行分类统计和时序图展示。通过在平台海域的现场试验,该系统下水后运行正常,精确采集10种环境参数,采集期内数据完整度超过95%,实现了对平台海域的生态环境变化实时监测。

山东省海洋牧场观测网的建设与发展

在全球气候变化的背景下,现代化海洋牧场是我国应对近海生态环境恶化和渔业资源衰退、实现海洋生态文明和海洋强国战略的重要手段。而海洋牧场观测网是科学指导现代化海洋牧场建设,并进行科学管理的重要基础。为了保障现代化海洋牧场的可持续健康发展,山东省于2015年底开始在各海洋牧场建设生态环境海底观测站,并组网建成世界先进的海洋牧场观测网,目前已覆盖23处海洋牧场。设立观测网预警中心,负责海洋牧场观测网的日常运行和维护,同时开展水域多学科耦合过程的基础研究和业务化辅助决策的应用服务。海洋牧场观测网的建立和业务化运行初步实现了海洋牧场生态环境和渔业资源的“可测”、“可视”、“可控”和“可预警”。目前,我国现代化海洋牧场观测网的科学发展仍面临诸多挑战,建议进一步增强观测设备的自主研发能力和长期在线监测的稳定性,跨介质立体组网、实现海洋牧场的全方位立体监测,深化多学科耦合过程的基础研究并提供多元业务化辅助决策应用服务,为现代化海洋牧场的高质量发展保驾护航。

海底有缆在线观测系统研究与应用综述

获取高质量海洋观测数据是维护国家安全和权益、保障人类生存与可持续发展、应对全球气候变化、开发利用海洋资源、防灾减灾等的重要基础。随着海底观测技术的发展,海底有缆观测已成为地球观测的第三个平台。通过借鉴国内外海底观测网的成熟技术,设计研发单节点海底有缆在线观测系统,主要包含海底观测、电力信息传输和陆上人机交互信息管理等三个子系统,具有高度可扩展性,可根据监测需求集成安装常用的各类海洋观测仪器和水下高清摄像头,从而实现海洋环境和水下生物资源的原位、长期、连续、稳定的在线观测。研发的海底有缆在线观测系统构造简单、扩展性强、经济成本低,已广泛应用于山东省海洋牧场观测网的海洋生态环境和渔业资源、辽东湾的冬季海冰、海洋牧场与海上风电的融合效应、河流入海口水质、海上溢油等不同领域的业务化监测中,为我国海洋生态环境保护与修复、海洋资源开发利用、海洋防灾减灾等提供了高质量的科学数据支撑。海底有缆在线观测系统是业务化海洋在线观测技术领域里的创新研究,具有重要科学意义和广泛应用前景。

北太平洋副热带模态水盐度的年代际变化

副热带模态水(Subtropical Mode Water;STMW)在气候变化中起着重要作用。本文利用全球高分辨率数值模拟结果,研究了北太平洋STMW核心层盐度(Core Layer Salinity;CLS)的年代际变化及其物理机制。结果表明,CLS存在显著的年代际变化,其空间分布则与背景流场分布特征有关。侵蚀区CLS滞后生成区CLS约1~2年,这主要是海流平流输运引起的。生成区内,STMW的季节循环一般可分为生成期(12-4月)、隔离期(5-6月)和侵蚀期(7-11月),生成期混合层盐度(Mixed Layer Salinity;MLS)决定着隔离期和侵蚀期的CLS,而MLS年代际变化则主要由同太平洋年代际涛动存在负相关性的海表面淡水通量的变化引起。

山东半岛海洋牧场潮汐特征分析

利用山东半岛15个海洋牧场的水深观测数据,比较了不同资料长度下调和分析结果的差异,并分析了包括调和常数、潮汐类型、潮差和潮汐日不等现象在内的潮汐特征的空间变化。结果显示,主要分潮调和常数估计误差随资料长度的增加逐渐减小,调和常数估计的准确性不断提高。潮汐特征的分析表明:(1)各海洋牧场中M2分潮的振幅最为显著,平均振幅为0.87m。(2)各海洋牧场潮汐类型均为以M2分潮为主导的半日潮潮型,山东半岛东部沿海海洋牧场的潮汐类型为不规则半日潮,东南沿海海洋牧场的潮汐类型则为规则半日潮。(3)各海洋牧场平均潮差与最大可能潮差空间变化趋势相同。平均潮差和最大可能潮差的最大值均出现在日照国美投礁型海洋牧场,分别为3.48m和5.70m;平均潮差和最大可能潮差的最小值出现在荣成烟墩角游钓型海洋牧场,分别为0.82m和2.27m。(4)各海洋牧场潮高不等现象均不显著,威海瑜泰游钓型海洋牧场、威海西港游钓型海洋牧场、威海刘公岛游钓型海洋牧场、荣成成山鸿源投礁型海洋牧场、荣成东楮岛游钓型海洋牧场和荣成鸿泰游钓型海洋牧场的潮时不等现象不显著,其他海洋牧场落潮历时均大于涨潮历时,表现为涨潮主导的特征。

海洋牧场溶解氧生态模型初探

文中利用黄海沿岸威海小石岛海洋牧场2016年6-11月份和荣成西霞口海洋牧场2016年6-10月份海洋牧场海底观测网实时高频温、盐、深、溶解氧、叶绿素浓度等水环境数据对牧场的海底环境进行季节变化分析和日变化分析,并利用自由水域假设建立溶解氧生态模型,对两个牧场的生态系统新陈代谢参数进行计算并分析,得到其GPP,R和NEP的月变化趋势,并结合实测溶解氧数据和海底视频,对生态系统稳定性较差的西霞口海洋牧场进行合理建议。研究还发现对于这两个浅水动物养殖型海洋牧场,物理过程对溶解氧变化的贡献和生物过程相当。

2015/2016年超强厄尔尼诺期间热带西太平洋海洋环流变化特征

本文利用HYCOM(Hybrid Coordinate Ocean Model)再分析数据对北赤道流(NEC)、棉兰老流(MC)以及黑潮(KC)所构成的NMK环流系统在2015/2016年超强厄尔尼诺事件期间的变化特征及其影响机制进行了研究,并与其他厄尔尼诺期间的变化特征进行了对比。结果表明,在2015/2016年超强厄尔尼诺事件期间,NEC和MC输运均显著增强,最大值分别达到66 Sv(1 Sv=106 m^3/s)和49.4 Sv,北赤道流分叉纬度最北可达16°N,KC输运没有明显增强。NMK环流系统的年际变化主要与此次厄尔尼诺事件期间热带西北太平洋15°N以南、160°E以西海域出现的气旋式环流异常有关。该环流异常出现自厄尔尼诺事件的前期阶段,并于爆发阶段达到顶峰,主要是由15°N以南区域出现的强西风异常所引起的。进一步分析表明,此次厄尔尼诺事件期间NEC、MC输运和NBL的平均值均大于1992—2014年间所有厄尔尼诺事件的平均状况,但与1997/1998年超强厄尔尼诺事件期间的平均值相近。