基于复contourlet域隐马尔科夫树模型的海面溢油合成孔径雷达图像相干斑抑制

海面溢油SAR图像中的相干斑噪声严重影响了后续的图像分割、特征提取和分类。为了更有效地抑制海面溢油SAR图像相干斑,文中提出了一种基于复contourlet域隐马尔科夫树模型的海面溢油SAR图像相干斑抑制方法。首先对观测图像取对数并进行复contourlet变换;然后在复contour-let域中用隐马尔科夫树模型对相邻尺度间的带通方向子带系数进行建模,并依据贝叶斯最小均方误差准则估计无噪系数;最后进行逆复contourlet变换和指数变换,得到相干斑抑制后的图像。大量实验结果表明,与Lee、Kuan、Frost及Gamma Map等4种经典滤波方法以及小波域和contourlet域隐马尔科夫树模型方法相比,文中方法从主观视觉和客观定量评价两方面来看综合性能更为优越,是一种行之有效的SAR遥感图像海面溢油检测的预处理方法。

渤海沉积物重金属含量时间演化特征及影响因素研究

近海沉积物重金属污染可导致一系列环境灾难,沉积物重金属污染问题也逐步成为海洋环境研究的热点之一。本文利用国家海洋局北海分局1978—2009年渤海污染监测数据,对铅(Pb)、铬(Cr)、铜(Cu)、砷(As)、镉(Cd)、汞(Hg)等重金属的时间演化特征进行了分析。并进一步分析了入海河流重金属排放年均浓度、环渤海经济发展水平对渤海沉积物重金属含量的影响与控制作用。结果表明:渤海沉积物各种重金属含量随时间的变化趋势基本一致,大致分为四个阶段。入海河流的重金属排放量是沉积物中重金属积累的重要来源,并且其在沉积物中的积累有一定的时间迟滞。GDP在经济快速发展初期与特定重金属排放量之间呈现一定的正相关关系。

基于电导率测定海水悬沙含量试验研究

为了寻求一种简单、快速、连续确定悬浮泥沙含量的方法,以高含沙量海区黄河口泥沙为研究对象,利用电导率仪测定了不同悬浮泥沙含量水体的电导率,建立起了悬浮泥沙含量与电导率之间的关系,并对影响上述关系的因素进行了分析,结果表明,悬浮泥沙含量与电导率之间有很好的线性关系;盐度、颗粒粒径对电导率具有一定的影响,其中盐度的影响最大,颗粒粒径的影响较小。在盐度变化范围有限的高悬沙含量海区,用电导率的方法来实现现场监测悬浮泥沙含量是可行的。

悬浮泥沙含量与电导率关系及其影响因素的实验研究

为了寻求一种简单、快速、连续测定悬浮泥沙含量的方法,以高含沙量海区黄河口泥沙为研究对象,利用电导率仪测定了不同悬浮泥沙含量水体的电导率。前期实验结果已经证明悬浮泥沙含量与电导率之间有很好的线性关系。在此基础上扩大研究范围,并对影响悬浮泥沙含量与电导率关系的因素进行定量分析,结果表明,盐度、温度、颗粒粒径对电导率具有一定的影响,其中盐度的影响最大,颗粒粒径的影响最小,几乎可以忽略。在此基础上通过大量的实验数据初步建立起在盐度、温度较大变化范围内电导率与泥沙含量的一般函数关系,为实现海水悬浮泥沙含量的现场电导率原位监测系统提供可靠的数据支持。

黄河入海口壬基酚污染分布特征

黄河口表、底层水体和沉积物中壬基酚的浓度分布特征研究结果表明，表层水体中壬基酚浓度为15．7～148．6ng／L，平均值为47．5ng／L;底层水体中壬基酚浓度为15．8～52．7ng／L，平均值为31．0ng／L;表层沉积物中壬基酚浓度为2．3l～5．47ng／g，平均浓度为3．87ng／g．黄河口水体中壬基酚浓度呈现由河道向出海口外逐渐降低的趋势；河道中表层沉积物壬基酚含量高于出海口外．黄河口水体中壬基酚浓度低于文献中报道的海河口水体中的浓度，表层沉积物中壬基酚含量低于珠江口文献报道值．水体中壬基酚浓度超过押制藤壶附着浓度（10ng／L），河道最上游的站点水体中的浓度超过影响太平洋牡蛎幼苗的发育并增加幼苗死亡率的浓度（100ng／L）．

渤海夏季海水pH值年际时空变化

收集渤海断面1978~2010年历年8月海水pH值、海水温度和大连站8月降水量观测资料,结果表明渤海夏季海水pH值年际变化范围为7.86~8.30,尚在适宜水生物生长的范围.采用EOF和最大熵谱分析,渤海夏季表底层海水pH值年际时空变化主要有两种模态,第一模态空间分量是断面南北海域同位相变化,时间分量周期为5.3a;第二模态空间分量是断面南北海域反位相变化,时间分量周期为3.2~10.7a.渤海夏季水温5a左右年际周期变化是影响夏季海水pH值年际变化的主要因素.历年8月降水量(酸雨)和月均黄河口径流量年际周期变化是影响夏季海水pH值年际变化的次要因素.渤海夏季断面海水pH值年际变化并不是规则的周期变化,其他因素也可以影响夏季海水pH值年际变化.

黄海溶解氧含量场季节循环时空模态与机制

根据黄海1977年5月至1981年11月温度、盐度和溶解氧含量调查资料,采用旋转经验正交函数(REOF)、调和分析和延迟相关分析等方法,分析了黄海溶解氧含量场季节循环时空模态与机制.黄海溶解氧含量场季节循环主要存在两种时空模态:第一模态是对海气氧通量、沿岸流、涡旋涌升流和温度、盐度场模态以及生物活性组分(BAC)氧化与光合作用、沉积物需氧量(SOD)季节变化的响应,空间分量为准三层垂直结构,时间分量季节变化位相垂直传播有两种形式:自表层向深层和由底层向浅层;第二模态是对离岸流、冷水团和温度、盐度模态以及生物活性组分氧化与光合作用、沉积物需氧量季节变化的响应,空间分量为五层垂直结构,时间分量季节变化位相自表层传播至底层约需3个月.黄海温度季节变化对溶解氧含量季节变化影响的敏感程度大于盐度.春夏季生物活性组分强耗氧、饱和溶解氧弱减氧作用的垂直差异以及沉积物需氧量强盛是出现夏季溶解氧含量垂直最大值现象的主要机制.在平均年度中,表层增氧月数多于减氧;10m层增减氧月数相同;20、30 m和底层增氧月数少于减氧.对于平均年度表层海气氧通量,黄海是"源",最大"源"通量出现在春季;渤海是"汇",最大"汇"通量出现在冬季.黄海溶解氧含量季节变化位相多迟于渤海约1个月.

渤海温盐场季节循环时空参数模型

根据1978年1月-1981年11月渤海温盐场逐月调查资料,采用旋转经验正交函数(REOF)、最大熵谱分析、调和分析等方法,构建渤海表底层温盐场季节循环时空参数模型。表底层温度场主要有两种季节循环时空模态,第一模态是对潮流混合局地水体热容量扩散作用和太阳辐射季节变化的响应;第二模态是对东南-西北季风风向转变产生风海流-补偿流形态变化引起水体水平-垂直热量输送差异和东南-西北季风风向转变的响应。表底层盐度场存在3种变化形式:线性趋势、季节循环和年度跃变。黄河口月径流量逐年减少是盐度线性趋势和跃变升高的主要原因。表底层盐度场主要有2种季节循环时空模态,第一模态是对黄河、辽河月径流量季节变化的响应;第二模态是对月降水量和河流月径流量季节变化的响应。

渤海冬季温盐年际变化时空模态与气候响应

根据渤海断面1978-2012历年2月表、底层海水温度、盐度和气候要素观测资料,采用旋转经验正交函数(REOF)、最大熵谱分析和延迟相关分析等方法,研究了渤海冬季表底层温度、盐度年际变化时空模态与气候响应。渤海冬季表底层温度年际变化分为三种时空模态:开阔海型、黄河口型和辽河口型,其中只有开阔海型模态是对冬季气温变暖的响应,时间分量有显著线性升高趋势和跃变升高。黄河口型模态是对冬季西北季风强度逐渐减弱的响应,时间分量有显著线性降低趋势。辽河口型模态是对局地海冰年际变化的响应,时间分量准平衡变化。渤海冬季表底层盐度年际变化分为二种时空模态:辽东湾型和黄河口型,其中黄河口型模态与黄河口年径流量滞后5年显著负线性相关,该模态时间分量有显著线性升高趋势和跃变;辽东湾型模态与黄河年径流量滞后7年显著负线性相关;滞后2年显著非线性相关,该模态时间分量年际变化为准平衡形态。黄河口年径流量是影响渤海冬季盐度年际变化的主要因素。

北黄海冬季温盐年际变化时空模态与气候响应

根据1977-2012年历年2月份北黄海断面表底层温度、盐度观测资料,采用旋转经验正交函数(REOF)、跃变分析、最大熵谱分析和延迟相关分析等方法,分析了断面温度、盐度年际变化时空模态和机制。断面表底层温度、盐度时空模态主要有两种:开阔海型和近岸(近海)型。温度、盐度模态的时间分量变化主要有准周期变化和线性趋势变化,温度模态时间分量存在显著线性升高趋势。历年2月平均气温年际变化主要影响开阔海型温度模态,历年1月经向伪风应力和年际变化主要影响近岸型温度模态。盐度模态主要受渤南(鲁北)水和辽南水盐度年际变化影响,受渤南(鲁北)水影响的盐度模态,模态时间分量存在显著线性升高趋势;受辽南水影响的盐度模态,模态时间分量存在显著线性降低趋势,其中模态线性升高的斜率大于模态线性降低的斜率。

渤、黄海冬、夏季节风生流场年际变化时空模态与环流变异

根据1975—2017年冬、夏季节渤、黄海沿岸25个气象站风观测资料,采用二维非线性垂直平均风生流模式、旋转经验正交函数(REOF)等方法,研究了渤、黄海冬、夏季节平均风生流速度势与流函数场年际变化时空模态与环流变异.由于冬、夏季节渤、黄海风应力场强度年际变化显著线性减弱趋势,冬季渤、黄海平均速度势与流函数强度年际变化线性减弱速率大于夏季,黄海冬、夏季平均速度势与流函数强度年际变化线性减弱速率大于渤海.渤、黄海冬、夏季节平均风生流速度势与流函数场年际变化主要有两种时空模态,冬季渤海垂直环流显著线性减弱以及水平环流准平衡态年际变化是主要分量,冬季黄海垂直与水平环流准平衡态年际变化是主要分量.夏季渤海垂直环流显著线性减弱以及水平环流准平衡态年际变化是主要分量,夏季黄海大部分海域垂直环流显著线性减弱与局部垂直环流显著线性增强年际变化是主要分量,夏季黄海水平环流形态此消彼长显著线性增强及减弱年际变化是主要分量.冬季黄海暖流暖水向南黄海西侧以及向渤海中部输送过程是在3～4个环流之间传递形成,并非由单一环流输送形成.冬季渤海中部辐散下沉反气旋环流与黄海中部至渤海海峡的气旋环流、黄海东部辐散下沉反气旋环流是冬季黄海暖流强度与范围的控制环流,夏季渤海中部辐散下沉反气旋环流与黄海中部辐合上升气旋型环流是夏季渤、黄海冷水团强度与范围的控制环流,冬、夏季节渤、黄海控制环流年际变化形态的变换形成冬季黄海暖流与夏季渤、黄海冷水团暖年或冷年的年际变化.

南黄海冬季温盐年际变化时空模态与气候响应

根据南黄海36°N断面1977-2013年历年2月表底层温度、盐度观测资料,采用旋转经验正交函数(REOF)、最大熵谱分析和延迟相关分析等方法分析了断面温盐年际变化时空模态和机制。断面表底层温度时空模态有二种:鲁南近海型和南黄海槽型,模态时间分量主要有准周期变化和线性趋势变化,表底层温度鲁南近岸型模态有显著线性升高趋势,表底层温度南黄海槽型模态准平衡变化。温度模态年际变化是对局地气温、风应力、黄海暖流、太平洋年代际振荡指数位相和ENSO事件的响应。断面表底层盐度时空模态有二种:鲁南近海型和南黄海槽型,模态时间分量主要有准周期变化和线性趋势变化,表层盐度南黄海槽型模态有显著线性降低趋势,表底层盐度鲁南近海型模态准平衡变化。表底层盐度模态是对辽南水、渤南沿岸水和黄海暖流水盐度年际变化的响应。

渤海夏季温盐年际变化时空模态与气候响应

根据渤海夏季断面1978~2014年历年8月温度、盐度与气候要素、黄河年径流量等观测数据,采用旋转经验正交函数（REOF）、风驱海流模式诊断、最大熵谱分析和延迟相关分析等方法,研究了渤海夏季断面温度、盐度年际变化时空模态与气候响应.温度主要有4种时空模态,其中第一模态为准平衡态年际变化和10a尺度跃变,第二至四模态为显著线性降温趋势年际变化和10a尺度跃变.渤海夏季径向风应力强度是夏季温度年际变化的主要影响因素,夏季风应力强度逐年减弱使得夏季水温的季节增温减弱,并且抵消了夏季气温逐年升高对水温的增温影响,温度模态大部分分量出现显著线性降温趋势.夏季大尺度海洋温度、气温年际变化是夏季温度年际变化的次要影响因素.盐度主要有2种时空模态,其中第一模态是对辽河口入海径流量、夏季降水量和夏季风应力强度的响应;第二模态是对黄河口入海年径流量和夏季风应力强度的响应.黄河口、辽河口入海年径流量与夏季降水量是盐度年际变化的主要影响因素,夏季风应力强度是次要因素.盐度模态年际变化呈现准平衡态周期变化和10a尺度跃变.

北黄海夏季温盐年际变化时空模态与气候响应

根据北黄海断面1976-2015年历年8月温度、盐度与长岛气候要素资料,采用旋转经验正交函数（REOF）、最大熵谱分析和延迟相关分析等方法,研究了北黄海断面夏季温度、盐度年际变化时空模态与气候响应.断面温度主要有4种时空模态：第一、二模态为海洋因素影响的年际变化分量,渤海断面夏季温度分量和7月太平洋年代际振荡（PDO）指数的线性与非线性作用是主要影响因素.第三、四模态为海洋与大气因素影响的年际变化分量,渤海断面夏季温度分量、断面冬季表层平均温度、7月风驱环流强度和5月PDO指数的线性和非线性作用是主要影响因素.断面盐度主要有4种时空模态：第一模态为海洋与大气因素影响的年际变化分量,渤海夏季盐度、夏季降水量及断面冬季表层盐度是主要影响因素;8月纬向风驱环流是次要影响因素.第二至四模态为大气因素影响的年际变化分量,7、8月风驱环流强度和夏季降水量是主要影响因素.北黄海夏季风驱环流分布是北黄海断面夏季温盐年际平均分布的主要影响因素.断面温盐垂直层结年际变化为准平衡态周期年际变化.北黄海断面冷水团月平均温度和面积为准平衡态周期年际变化,断面温度第三模态、断面冬季表层平均温度是断面冷水团月强度年际变化的主要影响因素,7月PDO指数是非线性影响因素.北黄海断面冷水团月平均盐度为显著线性低盐趋势周期年际变化,断面盐度的第一至三模态以及渤海断面夏季盐度分量的线性和非线性作用是冷水团月平均盐度年际变化的主要影响因素.北黄海断面夏季冷水团中平均温度、盐度的长期变化趋势是不同的,不存在长期稳定的比例关系.

渤海夏季海水磷酸盐年际时空演变

根据1978-2011年渤海断面历年8月海水表底层活性磷酸盐监测资料,采用REOF、最大熵谱和延迟相关分析等方法,分析渤海夏季表底层活性磷酸盐年际时空变化有3种模态:河口型、辽东湾型和开阔海型。其中河口型和开阔海型模态年际变化为显著周期和线性减小趋势。辽东湾型模态年际变化为显著周期的准平衡变化。磷酸盐3种时空模态之间存在延迟相关关系,夏季海流、水温、浮游植物生消以及磷酸盐再生、排放、海水-沉积物交换、磷酸盐沉积等过程年际变化与3种形态的磷酸盐年际变化位相延迟相关分布有关。渤海夏季断面海水磷酸盐浓度年际变化呈现波动形减小,2004年后,渤海中部磷酸盐浓度显著减小。

渤海夏季溶解氧与表观耗氧量年际变化时空模态

根据渤海断面1978-2014年历年8月温度、盐度和溶解氧观测资料,采用旋转经验正交函数（REOF）、最大熵谱和延迟相关等方法,研究了渤海夏季断面溶解氧含量和表观耗氧量年际变化时空模态.溶解氧含量主要存在4种时空模态：第一模态空间分量主权重在10 m以深水体;时间分量均为显著线性低氧趋势周期年际变化和10a尺度跃变.第二、四模态空间分量主权重在5 m以浅水体及断面南端底层;时间分量均为显著线性高氧趋势周期年际变化和10a尺度跃变.第三模态空间分量主权重在10 m附近;时间分量为准平衡态周期变化和10a尺度跃变.表观耗氧量主要有4种时空模态：第一、二模态空间分量主权重在中层及底层;时间分量均为显著线性贫氧趋势周期变化和10a尺度跃变.第三、四模态空间分量主权重在5 m以浅水体及断面南端底层;时间分量均为显著线性富氧趋势周期变化和10a尺度跃变.生物活性组分耗氧与海流输送减氧过程是夏季溶解氧、表观耗氧量模态显著线性低氧、贫氧趋势年际变化主要影响因素,饱和溶解氧强增氧、生物活性组分光合作用生氧和海流输送增氧过程是夏季溶解氧、表观耗氧量模态显著线性高氧、富氧趋势年际变化主要影响因素.渤海夏季深层水体中生物耗氧作用大于浅层水体中生物生氧作用,20 m以深水体中显著线性低氧、贫氧趋势快于20 m以浅水体的显著高氧、富氧趋势.生物活性组分氧化与光合作用是渤海夏季年际平均溶解氧含量、表观耗氧量分布以及溶解氧含量、表观耗氧量年际时空变化的主要影响因素,温度、盐度不是主要影响因素.

黄海表观耗氧量场季节循环时空模态与机制

根据黄海1977年5月至1981年11月逐月大面温度、盐度和溶解氧调查资料,采用旋转经验正交函数(REOF)、调和分析和延迟相关分析等方法,分析了黄海表观耗氧量(AOU)场季节循环时空模态与机制.黄海年平均表观耗氧量场表层至30 m层为富氧状态;底层为贫氧状态,涌升流、涡旋流对浅层年平均表观耗氧量场水平分布有显著影响,生物活性组分(BAC)耗-生氧作用是影响年平均表观耗氧量场水平与垂直差异的主要因素.黄海表观耗氧量场季节循环主要有两种时空模态:第一模态中涌升流、涡旋流、径向风应力、黄海暖流、沉积物需氧(SOD)以及营养盐调控的生物活性组分耗-生氧作用季节变化是主要影响因素,模态空间分量为三层垂直结构分布,模态时间分量季节变化位相为自表层向深层与自底层向上层传播两种形态;第二模态中涡旋流、涌升流、纬向风应力以及营养盐调控的生物活性组分耗-生氧作用季节变化是主要影响因素,模态空间分量为准四层垂直结构分布,模态时间分量季节变化位相为自表层至30 m层同步季节变化与自30 m层向底层传播两种形态.两种模态时间分量中周期分量是主要分量,贫、富氧期准对称季节分布.增氧过程多数出现在贫氧期,使得贫氧期向富氧期转变,耗氧过程多数出现在富氧期,使得富氧期向贫氧期转变,由此形成表观耗氧量模态季节周期循环过程.黄海春夏季溶解氧垂直最大值现象并不是物理-生物过程同步季节作用的结果,而是显著垂直差异的物理-生物-化学分量连续季节演变的综合作用结果.

渤、黄海风生流场季节循环时空模态与变异

根据1978—2015年渤、黄海沿岸观测风应力场与二维非线性垂直平均风生流模式,以及旋转经验正交函数(REOF)、调和分析等方法,研究了渤、黄海月平均风生流速度势、流函数场季节循环时空模态与年际变异.渤、黄海月平均风生流速度势、流函数场主要有两种时空模态,季节周期分量是时空模态的主要分量.由于风应力场季节循环变异,渤海流函数场季节时空循环变异程度大于速度势场,速度势、流函数场第二模态是季节变异的主要分量,黄海速度势场季节时空循环变异程度大于流函数场,速度势场第二模态是季节变异的主要分量.由于月平均风应力场强度年际变化显著线性减弱,渤、黄海季节平均风生流场强度年际变化也显著减弱.渤、黄海暖流与冷水团季节生消是风生流水平环流与垂直对流对冷-暖水体输送与汇集共同作用的结果,渤、黄海春、夏季辐合上升环流延缓及减弱了浅层暖水向深层传播,是春、夏季冷水团与温跃层形成的重要动力因素,因此,速度势是研究渤、黄海风生流场十分重要的因素.冬季渤海中部、黄海东部反气旋型及辐散下沉环流与黄海中部气旋型环流、辐合上升环流是黄海暖流季节转换与强度的主要动力控制因素,夏季黄海东部气旋型环流、辐合上升环流与黄海中部反气旋型环流、辐散下沉环流是黄海冷水团季节转换与强度的主要动力控制因素.

黄海月平均风、气压、气温场季节与年际变化时空模态

根据1973年至2016年黄海沿岸风、平均海平面气压与气温观测资料,采用旋转经验正交函数(REOF)、调和分析和延迟相关分析等方法,研究了黄海月平均风应力、风速、平均海平面气压、气温场季节与年际变化时空模态.月平均风应力、风速场主要有4种时空模态,风应力模态空间分量分布与风速模态不完全相同,风应力、风速模态季节周期分量多数为不稳定,风应力、风速场强度年际变化显著线性减弱,对黄海环流以及物理、化学要素场季节与年际变化有显著影响.月平均气压、气温场季节循环与年际变化主要有2种时空模态,气压、气温模态季节周期分量的位相均为准稳定季节变化;振幅为不稳定季节变化.气压模态为准平衡态年际变化,大尺度气压系统季节与年际变化是黄海气压场模态的主要影响因素.气温模态为显著线性升温趋势年际变化,海气、陆气热交换作用对黄海气温场模态季节与年际变化有显著影响.