不同台风风场在浙江海域台风浪模拟中的适用性研究

将Holland风场与ERA5风场相结合,通过引入一个随风速半径变化的权重系数,构建了混合风场,进而利用MIKE21 SW建立了浙江海域台风浪模型。使用Holland风场、ERA5风场、混合风场作为输入风场模拟1918号台风“米娜”期间的风速和有效波高,验证结果说明Holland风场和ERA5风场均无法准确反映真实风场和有效波高,而本文构建的混合风场弥补了两种风场的不足。为验证混合风场在浙江海域是否具有普适性,选取近5年影响浙江海域最为严重的5个典型台风进行台风浪数值模拟实验,并开展误差统计分析。结果表明:Holland风场在台风中心周围的风速模拟表现较好,最大风速的平均相对误差为8.62%~10.19%,但10 m s以下风速的平均相对误差较大,为29.76%~44.29%;ERA5风场在台风中心周围的风速偏小,最大风速的平均相对误差为17.64%~25.77%,但10 m s以下风速的平均相对误差比Holland风场小,为19.64%~32.00%。对5个台风的模拟中,由Holland风场、ERA5风场和混合风场驱动得到的台风浪有效波高平均相对误差的平均值分别为29.92%、25.62%和22.82%,均方根误差的平均值分别为0.46 m、0.42 m和0.39 m,一致性指数分别为0.94、0.95和0.96。上述结果说明本文构建的混合风场在浙江海域具有普适性,能够提高台风浪的模拟准确度。

基于无人机摄影测量的潮间带单波束测深空间插值精度评估

针对单波束测深数据插值模型精度验证困难等问题,利用潮间带潮汐规律,提出了一种基于高精度无人机数据验证插值模型精度的方法。在低潮时利用无人机摄影测量构建高精度潮间带数字表面模型,高潮时获取单波束测深数据并结合全球导航卫星系统技术计算得出潮间带地形点的三维坐标,使用克里金插值法、反距离权重法、规则样条函数法以及自然邻域法分别构建潮间带数字高程模型。以无人机数字表面模型数据为基准,分别对4种插值方法构建的潮间带数字高程模型进行精度分析。结果表明:1)后处理差分技术辅助无人机摄影测量可以构建高精度潮间带数字表面模型。2)在潮间带区域可以使用无人机数据作为单波束测深数据精度的评价标准。3)潮间带地形较为平坦时,规则样条函数法相比于其他3种插值方法精度更高,粗差率为12.5%。

2021—2022年春、秋季嵊泗列岛浮游植物群落状况及长期变化特征

为更好地了解嵊泗列岛海域在人类活动和气候变暖影响下的生态现状以及变化特征,于2020年秋季和2021年春季在该海域进行了浮游植物的拖网与水样采集及环境要素分析。水采样品中共检出浮游植物6门54属105种。其中,硅藻33属68种,甲藻14属30种,蓝藻、金藻和隐藻各2属2种,绿藻1属1种。春、秋季浮游植物主要优势种为骨条藻(Skeletonema spp.),并在秋季占据绝对优势(Y=0.975)。春季平均细胞丰度[(7.17±7.78)个/mL]明显低于秋季[(77.23±73.44)个/mL]。春季Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均高于秋季。Spearman相关分析表明,浮游植物丰度与水温和透明度呈显著正相关,与盐度呈显著负相关。冗余分析显示,浮游植物群落组成与水温、营养盐密切相关。网采样品中共检出浮游植物4门46属94种,硅藻占比最大;春、秋季平均细胞丰度分别为838.17×10^(3)和19406.43×10^(3)个/m^(3)。与水样相比,骨条藻仍为主要优势种,且优势度更高;网采获得的秋季多样性指数和均匀度指数(分别为0.23和0.05)低于水采(分别为0.38和0.10)。将本次网采结果与1990年、2007年调查资料对比发现,嵊泗列岛春、秋季浮游植物群落组成发生了明显改变:丰度明显升高,硅甲藻占比无明显变化,暖水种种类数明显增加,骨条藻优势地位增强,多样性指数和均匀度指数下降。这可能与变暖与富营养化加剧相关。近30年来,溶解无机氮在春季无显著变化,但在秋季显著升高;活性磷酸盐浓度在春、秋季均显著降低;氮磷比在春、秋季均显著升高。浮游植物的变化特征较好地指示了嵊泗列岛海域在富营养化和气候变暖下的生态环境变化。

基于红(R)绿(G)蓝(B)三波段的典型港湾透明度反演研究

基于卫星遥感的透明度(Secchi depth,SD)反演方法已经在大洋、近海、湖泊等不同水体开展了广泛应用。富营养化河口港湾等水体具有水域面积小且受陆地影响大等特点,并且在此类水体开展环境监测具有时效性要求。受时间空间分辨率以及云层覆盖、大气校正等影响,基于卫星遥感方法在河口港湾等小水域进行透明度反演会受到一定的应用限制,因此在此类特征水体建立一种高效便捷的透明度反演方法作为卫星遥感方法的有益补充就十分迫切。本研究尝试通过无人机和智能手机应用程序HydroColor APP搭载的普通光学相机构建基于红(red,R)绿(green,G)蓝(blue,B)三波段的象山港透明度反演方法。结果表明,无人机和HydroColor的红蓝波段比值(R/B)和红绿波段比值(R/G)与透明度具有显著负相关,相关系数R为–0.88~–0.93(n=16,P<0.001)。根据相关性分析结果构建透明度反演模型并基于独立数据库对模型进行精度评估。结果显示,(1)指数反演模型要优于线性经验模型,(2)基于R/G反演模型要优于R/B模型,(3)HydroColor反演模型要优于无人机反演模型。通过以上结果分别构建基于无人机DJI-R/G和HydroColor-R/G最优透明度指数反演模型。DJI-R/G模型平均相对误差和均方根误差为29%和0.3 m,HydroColor-R/G模型为21.9%和0.27 m。以上结果表明,通过无人机和手机获取RGB信息均可用于对象山港透明度进行反演。该方法的建立为快速便捷开展河流港湾等水体的水质监测和赤潮防控提供了新的技术支持。

舟山海域重要水道潮流能资源评估

潮流能是指潮水水平运动中携带的动能,开发前景巨大。对区域潮流的精准模拟及特征分析有助于准确评估潮流能的时空分布状况,是潮流能资源开发利用的关键。本文选取潮流能蕴藏丰富的舟山海域,应用FVCOM海洋模式构建了高分辨率的潮汐潮流数值模型,经潮位、潮流验证,该模型可靠。根据模拟结果中流速的大小确定了潮流能资源密集的6处水道进行评估,其中西堠门水道、册子水道、桃花港水道平均能流密度超过2.0 kW m^(2),最大能流密度超过20 kW m^(2),流速大于1.0 m s时长超过80%,潮流涨落期间以往复流为主,潮流不对称性及旋转性低,潮流稳定系数大于0.98,较其他3处水道更适合潮流能的开发利用。通过有效发电小时数及可利用小时数确定了这3处水道内潮流能开发的最佳位置,并应用Farm法计算了相应的潮流能资源可开发量,分别为27.53、39.96和130.26 MW。

黑潮对东海网采浮游植物群落组成与分布的影响

黑潮入侵深刻影响东海生态环境,但对其如何影响浮游植物群落组成与分布仍知之甚少。为此,于2011年四季对东海(26°~33°N,121°~128°E)共164个站位进行浮游植物拖网采集和环境因子测定,分析了浮游植物丰度和优势种组成及其对黑潮入侵的响应。调查共检出浮游植物9门509种(含变种、变型和未定种),其中硅藻305种、甲藻154种,蓝藻、定鞭藻、金藻、裸藻、绿藻、隐藻和黄藻种类数较少。秋季浮游植物细胞丰度最高(30496.91×10^(3)cells/m^(3)),高值区位于黑潮与长江冲淡水交汇形成的锋面处;夏季次之(28911.28×10^(3)cells/m^(3)),高值区分布与秋季相似;春季较少(19180.76×10^(3)cells/m^(3)),高值区位于舟山群岛东南部;冬季最低(472.36×10^(3)cells/m^(3)),高值区位于东海南部。冬季受黑潮表层水入侵影响,主要优势种为铁氏束毛藻(Trichodesmium thiebautii);春、夏季主要优势种为骨条藻(Skeletonema spp.),由于黑潮次表层水势力增强,入侵东海并携带丰富的磷酸盐,加之长江冲淡水输入大量无机氮,夏季浮游植物总丰度高于春季;秋季主要优势种为柔弱伪菱形藻(Pseudo-nitzschia delicatissima),受黑潮表层水势力增强和次表层水影响,磷酸盐浓度最高,浮游植物总丰度在四季中最高。种类数表现为秋季>冬季>夏季>春季,水平分布为由近岸向外海递增,种类数高值位于黑潮影响区域。相似性分析和多维尺度分析显示,浮游植物群落组成时空差异明显。由此可见,黑潮输送的磷酸盐促进了浮游植物的生长,且其携带的暖水种增加了浮游植物的种类多样性,使东海浮游植物群落组成表现出明显的季节、空间变化。

甬江口浮游植物时空分布特征及驱动因子

为探究小型河口浮游植物群落的时空变化特点,于丰水期、平水期及枯水期采集甬江口表层水样,分析浮游植物的主要驱动因子。结果表明:共检出浮游植物9门123属358种,丰水期、平水期和枯水期物种数分别为276、154和151种,丰度分别为(170.45±225.43)×10~3、(51.92±30.28)×10~3和(31.65±12.79)×10^(3)cells·L^(-1)。浮游植物群落以硅藻为主,优势种有梅尼小环藻、中肋骨条藻、具槽帕拉藻等。Shannon多样性指数与Pielou均匀度指数在丰水期由口门内向口门外呈下降趋势,在平水期和枯水期空间差异较小。多维尺度分析和相似性分析表明,不同区域(口门内、口门和口门外)与不同水文期的浮游植物群落组成均差异显著。相关性分析表明,在丰水期,浮游植物丰度与温度、溶解无机氮、活性磷酸盐呈显著正相关,与盐度呈显著负相关;在平水期,丰度与温度呈显著负相关;在枯水期,丰度与环境因子无明显相关性。冗余分析表明,温度、盐度、铵氮和活性磷酸盐分别解释了浮游植物群落变化的19.5%、11.9%、9.4%和8.2%。甬江口浮游植物群落以硅藻主导,温度、盐度和营养盐是其主要驱动因子。