中俄海洋与极地合作结硕果——自然资源部第一海洋研究所对俄合作纪实

今年是中俄科技创新年收官之年,自然资源部第一海洋研究所(下文简称海洋一所)对俄海洋合作历经二十余载,结出了丰硕的成果。特别是自党的十八大提出建设“海洋强国”战略以来,在原国家海洋局、自然资源部、科技部、国家自然科学基金委等部门的支持下,海洋一所与俄罗斯科学院远东分院太平洋海洋研究所(下文简称太平洋海洋研究所,POI)、全俄海洋地质和矿产资源研究所(下文简称全俄海洋地矿所)在海洋与极地领域开展了大量务实合作。

海洋科研仪器设备管理的现状与对策——以国家海洋局第一海洋研究所为例

简要分析总结了近年来海洋科研仪器设备购置及管理的现状和存在的问题 。

岩石磁学方法在海洋样品研究中的多解性讨论

岩石磁学是研究自然以及人工合成磁性矿物性质变化的应用型学科.海底岩石和海洋沉积物等海洋样品中含有不同成因及来源的磁性矿物.这些磁性矿物蕴含了全球气候变化、微生物矿化、地球动力学演化等关键地质信息.岩石磁学可以快速解析这些海洋样品中磁性矿物种类、含量、磁畴等特征的变化,为提取相关地质演化信息提供丰富的指标记录.然而,由于磁性矿物循环和海洋内部过程的固有复杂性,岩石磁学参数解译在海洋样品研究中存在多解性,在一定程度上制约了相关地质信息的深入解读.解决这一问题的关键在于对样品中载磁矿物的准确识别和量化.为此,本文首先简述了海洋样品中主要的磁性矿物类型,随后系统论述了应用岩石磁学方法评估海洋样品磁性矿物种类、含量以及磁畴状态等方面的多解性和注意事项.本文同时对岩石磁学的局限性、新兴技术和未来研究思路进行了展望.

东海区域海洋学调查研究回顾

由于近几十年来日益增强的人类活动影响,近海海洋环境较过去发生了巨大变化;科学认知近海海洋环境特征、变化和控制因素对于应对全球变化具有重要意义,是当前海洋学关注的重要议题。东海作为中国重要的海洋区域之一,存在独特的环流系统,孕育了大河口、上升流和黑潮三个代表性的生态系统,其海洋科学研究对于我国的海洋资源开发、环境保护和国家安全具有重要意义。本文通过对东海区域海洋学研究的现状进行综述,围绕海洋生物地球化学这一主线,重点总结了物理海洋学、海洋化学、海洋地质学和生物海洋学的相关研究进展,分析了目前存在的问题,并展望了未来的发展方向。研究表明,东海区域海洋环境受到人类活动和气候变化的深刻影响,呈现新的变化格局;长江径流输入、黑潮北上及其入侵陆架是东海三大生态系统格局形成的主要驱动力。除主要的环流结构外,穿刺锋面和跨陆架海流是连接东海内陆架和外陆架水体的主要动力过程,并促进了碳等重要生源物质的跨陆架输送。相关研究在海洋生态环境、应对气候变化、海洋灾害等方面取得了一定的成果,但仍面临着数据不足、研究领域不够广泛等挑战。东海海洋环境在时间和空间上变化均较大,且存在近岸富营养化、大河口低氧现象等主要环境问题,因此有必要加强东海区域海洋学的研究。未来,应鼓励自由探索研究,加强国内、国际合作,提高数据共享和技术创新能力,推动东海海洋研究迈向更高水平。

EOD模式在海洋环境综合治理与开发中的应用研究

海洋环境治理与开发是推动海洋生态文明建设,加快绿色低碳转型升级的重要支撑。针对我国海洋生态环境综合治理中的资金来源渠道单一、商业模式创新不足、陆海统筹缺乏系统性等核心问题,提出导入EOD开发模式开展规划策划、生态本底修复,导入绿色低碳产业等实现政企各方合作共赢的实施路径,并总结了典型项目的成功经验,希望为EOD模式在海洋环境综合治理与开发中的应用提供参考。

海洋温差发电混合工质二次热回收循环系统理论和实验研究

因海洋温差发电系统中可利用的温差较小,发电效率相对较低,寻求海洋温差发电系统高效热力循环方式一直是该领域的重要研究内容。本文构建了非共沸混合工质的海洋温差发电热力循环,增加了稀溶液支路的二次热回收装置,并进行理论分析与数值计算,得到了循环效率与工质浓度、透平进口压力和抽气系数等参数之间的关系。结果表明:通过增加稀溶液支路的二次热回收装置,循环效率最高可达5.25%。研建了10 kW二次热回收海洋温差发电系统,得到了平稳运行工况下的系统性能,发电系统效率最高达3.8%,同时得到了蒸发器和冷凝器在该换热条件下的换热系数,为工程应用提供基础数据和技术支撑。

基于FIO-COM的复杂海洋环境下的声传播效应研究

海洋声学预报系统将海浪-潮流-环流耦合的海洋模型FIO-COM(Coupled Ocean Model)与水下声场传播模型协同连接。在此基础上,本文利用海表面高度异常数据识别和预测海洋中尺度结构的位置和演变,并生成相应的中尺度海洋环境下的声学参数,可用于分析各种包含海洋中尺度结构在内的复杂海洋环境下的声传播效应。利用该系统计算并分析了冲绳海槽、黑潮锋面和北太平洋冷涡等实际海洋环境下的声传播效应,研究结果表明:相对于水体声速场的结构变化,冲绳海槽地形对声传播的影响更为显著,海槽外侧的声源在穿越海槽传播时,大部分声能量陷落在海槽底部,很难到达海槽对面;不考虑地形的影响,黑潮锋表面较高的水温能够导致近海面水域声能量减弱,相对于距离无关水体环境,声传播损失增大约5~10 dB;北太平洋冷涡使得声能量提前汇聚,进而改变汇聚区的宽度、强度和位置。

一种适用于海洋研究所的混合结构MIS系统设计和实践

在根据海洋研究所的科技管理实践,提出一种适应研究所科技管理特点的科技管理信息系统新思路,以加强科研管理工作中的信息交流、资料共享和提高管理工作效率。研究所科技管理不同于大学和科技行政主管部门,具有学科特点明显、机构设置简单、科技管理系统性和弹性的特点。因此,该MIS的建设思路强调系统结构的混合性、信息的共享性、开放性和技术的适用性。对中小型科研院所的科技管理信息系统建设具有一定的参考价值。

中国碳酸盐岩油气勘探与白云岩研究最新成果:第17届全国古地理学及沉积学学术会议成果综述

简述了第17届全国古地理学及沉积学大会碳酸盐岩油气勘探、白云岩、深层碳酸盐岩尤其是白云岩成因理论研究新成果。统计含55个口头报告和15个展板;涉及塔里木、四川、鄂尔多斯、柴达木、吐哈和渤海湾等盆地白云岩成因与成储;深层、万米超深层白云岩规模储集层形成、表征和保存机制;生物岩和碳酸盐岩形成过程的定量评价等。值得推荐10000 m超深层白云岩优质储集层特征和成因机制研究,坚持提出万米超深层白云岩勘探建议,成为白云岩成因理论研究指导生产实践的代表性成果,是2022年国际沉积学大会及近年国际白云岩成因基础研究成果应用薄弱环节补充;有关四川盆地深层白云岩储集层特征和成因机制的研究来自不同院校项目成果的总结。提出了深层白云岩成因成储、万米超深层白云岩优质储集层评价与勘探理论;尤其激光剥蚀等离子体质谱U-Pb定年技术得到普遍应用,实现了地质时期白云化作用特征和成因机制的定性定量分析;生物岩的讨论颇具特色;这些内容分别代表沉积学—岩相古地理学—矿物岩石学—新技术和白云岩成因理论研究与实际应用紧密结合成果,总体创新深度、研究手段、系统理论和在油气勘探部署中的应用特征显著,是本次学术会议亮点。不足之处:仅见1篇海洋岛礁白云岩论文出现在展板中,预期18届克拉玛依会议将进一步深化上述领域的研究,海洋岛屿白云岩研究专题将备受重视。

同轴双浮体波能装置参数研究

该文以同轴双浮体波能装置为研究对象,以山东省波浪场资源为背景进行条件,首先提出Matlab-APDL-AQWA联合仿真系统,实现波能-功率全过程模拟,并将模拟结果与文献中的物理模型试验数据进行对比验证。同时探究随机波浪作用下浮体半径、质量参数及PTO参数对装置获能平均功率的影响。研究表明,双浮体的半径参数和质量参数会显著影响装置的平均功率,装置获能随PTO阻尼系数的增大呈先增后减的趋势,而PTO刚度系数在一定范围内变化对装置获能影响不明显。

脑小血管病认知障碍患者脑电功率谱变化与中性粒细胞/淋巴细胞比值相关性及临床价值研究

目的:探索脑小血管病认知障碍(CSVCI)患者脑电功率谱变化与中性粒细胞/淋巴细胞比值(NLR)的相关性,并分析其临床价值。方法:收集脑小血管病(CSVD)患者61例,依据蒙特利尔认知评估量表(MoCA)评分,将其分为伴有认知障碍组(CSVCI组,29例)及无认知功能障碍组(CSVD组,32例),同期招募体检健康者20例为对照组(HC组)。对三组进行脑电图检查,比较全脑定量脑电图功率谱密度(PSD),并分析其与NLR的相关性。结果:CSVCI组年龄高于HC组,受教育年限低于CSVD组和HC组(均P<0.05)。CSVCI组和CSVD组高血压占比高于HC组(均P<0.05)。CSVCI组脑室旁及总脑白质Fazekas评分高于CSVD组和HC组,且CSVD组高于HC组(均P<0.05)。CSVCI组和CSVD组深部脑白质Fazekas评分高于HC组(均P<0.05)。CSVCI组δ、θ频段PSD值高于CSVD组,α频段PSD值低于CSVD组和HC组,CSVD组δ频段PSD值低于HC组(均P<0.05)。多因素Logistic回归表明α频段全脑PSD减低及受教育年限低为CSVCI发生的独立危险因素(均P<0.05)。CSVD患者α频段PSD值与MoCA评分呈正相关,δ频段PSD值与MoCA评分呈负相关,且脑室旁Fazekas评分、深部脑白质Fazekas评分及总脑白质Fazekas评分与MoCA评分呈负相关(均P<0.05)。NLR与θ频段全脑PSD呈正相关(P<0.05)。结论:CSVCI患者脑电快波活动减低而慢波活动增加。α频段全脑PSD值独立于Fazekas评分外影响CSVD患者认知障碍的发生,可能成为评估认知障碍严重程度、预测认知障碍发生的早期客观指标。NLR可能为导致脑电慢化的机制,有可能成为早期预测脑电慢化、认知障碍的客观指标。

海洋保护地社区多元化生计与生态系统服务的依赖关系

海洋保护地在主要承担典型海洋生态系统、珍稀濒危物种、重要自然资源自然遗迹和人文资源有效保护的同时,兼具生态功能维持、资源可持续利用与社区经济持续发展等多重任务,普遍面临着生态保护与社区生计发展间的依赖⁃冲突关系,探究社区生计与生态系统服务间的依赖关系,对实现海洋保护地与社区协调发展具有重要意义。基于山东长岛海洋保护地的415户社区居民的调研数据,运用可持续生计分析框架和生态系统服务依赖度模型,分析社区居民的生计资本和生态系统服务依赖度(IDES)的特征,进一步结合多元回归模型探究生计资本对IDES的影响。结果表明:(1)社区居民生计资本得分呈现出由渔业主导型向务工主导型、旅游主导型、渔业兼业型递增的总趋势,且不同类型社区居民的生计资本结构具有较大差异;(2)渔业兼业型和旅游主导型社区居民从生态系统获取的收益显著高于其它居民,IDES总指数由大到小排序依次为渔业主导型、旅游主导型、渔业兼业型、务工主导型,且渔业主导型生计的供给服务依赖度显著高于其他类型,文化服务依赖度最低;(3)生计资本对不同类型居民的供给、文化服务依赖度的影响存在差异,海上养殖规模、渔业作业范围、接受政府技能培训次数、生态补偿政策、社会组织参与程度、旅游扶持政策惠及程度等指标是平衡居民生态系统服务依赖结构的关键。基于此,从不同类型居民以及当地政府多个角度提出提高长岛海洋保护地社区居民生计资本水平,优化生态系统服务依赖结构的建议,以期为实现海洋保护地与社区的协调发展提供参考借鉴。

面向滨海湿地修复治理的生态系统服务净价值遥感评估研究——以黄河口湿地为例

文章以黄河口湿地为研究区,在生态系统服务价值概念的基础上,提出了一种考虑成本投入的生态系统服务净价值估算方法,通过时间序列遥感监测,估算并分析了2019—2022年的黄河口湿地生态系统服务净价值。结果表明:(1)在黄河口湿地的11种生态系统服务类型中,生物多样性、固碳、食物供给和消浪护岸是主导生态系统服务,浅海水域、芦苇、盐地碱蓬和潮滩净价值能力较强。2022年生态系统服务净价值比2021年减少了4.08亿元,主要是2022年净价值能力较强的盐地碱蓬大面积消失导致。(2)尽管在2019年和2020年,典型生态修复项目在施工后的第一年净效益呈现负值,但应发挥的生态系统服务净价值已达到预期。(3)通过敏感性分析证明了消浪护岸、食物供给、固碳和生物多样性在众多生态系统服务中具有重要作用。生态系统服务净价值估算可以比较分析不同的湿地类型产生的最大净价值,为合理的规划和管理滨海湿地生态系统提供科学依据。

环境CO_(2)浓度升高对海洋有毒微藻生长及产毒的影响研究进展

近年来,由人类活动引起的近海环境污染不断加剧,这使得有害藻华(harmful algal blooms,HABs)暴发的范围及危害不断扩大,其中有毒微藻藻华也因其毒性效应而逐渐受到关注。18世纪后期以来,全球气候变化加剧了有毒藻华的发生和发展,其中有毒藻华暴发的潜力和危害性也可能增加,环境二氧化碳(CO_(2))就是其中一个影响因素。到2019年为止,环境CO_(2)浓度已达到工业化(1750年)前的148%,对有毒藻华的发生、发展产生了重要影响。CO_(2)浓度的升高能够缓解微藻的碳限制,促进产毒藻类的固碳和生长;同时,CO_(2)溶于海水使得海水pH降低,也有可能对某些有毒藻华微藻的生长产生影响。CO_(2)浓度升高还会影响有毒微藻藻毒素的合成,提高产毒效率或促使毒素由低毒性组分转化为高毒性。本文综述了环境CO_(2)浓度升高对有毒藻华微藻生长和产毒等的研究进展,探讨了CO_(2)升高背景下有毒藻华暴发的潜力及危害性,以期为深入研究全球变化对有毒藻华的影响提供参考,并为有毒藻华监测预警方案的优化提供理论支撑。

海洋铁锰结壳中碲的富集过程研究进展

碲(Te)元素在工业生产中被广泛应用,但在地壳中含量极低,在海洋铁锰结壳中高度富集。评述了海洋铁锰结壳中Te富集过程的相关研究,结果表明:Te在全球海洋中的分布存在空间差异,其中印度洋东经90°海岭铁锰结壳中的Te含量表现出由南向北逐渐升高的特征;铁锰结壳中更古老壳层的Te含量更高,结壳中Te的物质通量会随壳层生长速率的变化而改变;Te以多种形式赋存在铁锰结壳中,且来源具有多源性,主要通过物理过程和化学过程进入结壳。研究有助于促进分散元素海底成矿理论的发展。

台风对淤泥质潮滩冲淤影响研究——基于无人机测量与现场水动力观测

台风等极端天气会使淤泥质潮滩发生数十厘米的冲淤变化.在全球变暖导致台风强度及频率增大的背景下,厘清台风影响下潮滩冲淤变化及其机制,对潮滩保护与生态系统完整性维持具有重要意义.本文借助基于运动恢复结构算法的无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)摄影测量方法,于2021年7月“烟花”台风前后对崇明东滩典型样地进行滩面高程测量,并在盐沼-光滩过渡带现场采集水动力泥沙数据.结果表明:无人机摄影测量精度为4.1 cm;台风影响下光滩区域侵蚀、盐沼区域淤积,变幅达±32 cm.其原因是:台风影响下,光滩区域在天文大潮时波高及水深增大,达到波浪破碎条件后表层沉积物被侵蚀并被强潮流搬运;涨潮流携带悬浮泥沙进入盐沼后,因盐沼缓流消浪作用导致水体挟沙能力下降,泥沙在盐沼区域沉积.因此,盐沼-光滩过渡带呈现光滩区域侵蚀、盐沼区域沉积的冲淤分带性.本文将无人机摄影测量与同步水动力泥沙现场观测结合,为深刻认识台风事件对潮滩冲淤的影响提供了新视角.

基于改进SiamRPN的高速无人船海上目标视觉跟踪研究

对于海上目标的监视侦察,无人船具备成本低、危险性小和隐蔽性好等优势。针对船只目标的抵近监视与跟踪问题,基于自研发的“久航750”7 m级高速无人船目标监视系统,本文提出了一种基于改进孪生候选区域生成网络(Siamese Region Proposal Network, SiamRPN)的海上目标视觉跟踪方法。该方法以ResNet50网络为主干网络,并在Siamese和RPN子网络之间增加了多层特征融合模块,通过对比原始SiamRPN算法、SiamFC(全卷积孪生网络)算法,显示了算法的鲁棒性和准确性。利用该高速无人船抵近监视“智飞号”无人集装箱船的海上数据,完成了由远及近过程中的无人船低速、加速和高速情况下的视觉跟踪测试,试验结果验证了所提算法的可行性和有效性。

基于准线性近似方法的SAR图像海浪参数反演研究

本文根据相干斑噪声的时间快变特征和非海浪纹理现象的时间缓变特征,基于交叉谱提出了一种对相干斑噪声和大尺度非海浪纹理的抑制的方法,进而结合SAR图像谱和海浪谱之间的准线性映射关系,基于SAR数据对海浪参数进行了反演。在反演过程中,首先仿真分析了不同海况下准线性近似法的海浪反演能力,结果表明:风浪引起的方位向截断效应会显著影响反演精度,因此该方法在低风速时的涌浪反演精度更高。通过将基于Sentinel-1卫星2020年的波模式SAR数据的反演结果与欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)提供的再分析数据进行对比,发现高海况海浪有效波高反演结果明显偏低,而且该反演误差与风速、方位向截断波长之间存在显著相关性。为了提高有效波高的反演精度,本文进一步给出了海浪有效波高反演误差与风速、方位向截断波长之间的经验校正函数模型,结果显示,通过该模型修正后的海浪有效波高反演结果与ECMWF数据和浮标测量数据具有良好一致性。

基于BRDF可见光偏振成像技术的海面溢油油种识别研究

海上溢油事件发生后需要及时判断溢油种类,为溢油事故处置提供及时有效的应对措施。本文利用BRDF多角度测量装置和可见光偏振相机对不同油种和清洁海水进行观测,基于可见光偏振特征筛选出最佳观测Stokes参量和对应观测几何,构建了清洁海水和不同油种数据集,并建立了基于BRDF偏振特征的DBN溢油油种识别模型。研究发现,在实验室可控条件下,相对方位角–60°、0°、–30°组合时油种识别效果较好,光源天顶角和相机观测角二者在接近±50°时识别效果较好;多次重复实验显示,海水、原油、重油、汽油、柴油、棕榈油的最优识别率分别为90%、86.27%、84%、80.44%、82.08%和82%;基于可见光偏振特征所建立的油种识别模型,对于海面溢油种类区分具有较好的效果。

台风“艾克”(2008)的海面风场模型研究

台风风场模拟的准确性对台风风场后报工作具有重要意义,目前通过参数模型构建台风边界层的海面风场是较快速且常用的方法之一。以2008年侵入墨西哥湾的大西洋第8号台风“艾克”为例,选取多种参数模型对比研究台风风场模拟的效果。实验结果表明,台风风场模型的选择对台风风场模拟效果具有显著影响。采用Jelesnianski-1风廓线模型即可较好地再现“艾克”台风风场的时空特征;此外,具有可变系数的Holland等气压模型风场和Miller等风廓线模型风场则具有较好的适用性,通过调整可变系数使得参数风场的风廓线贴合实际台风案例。整体而言,基于理想模型的参数风场能基本反映台风核心区域的海面风场特征,但对外围背景风场模拟效果不甚理想,而分析及再分析风场数据则能较好地反映台风外围的背景风场,因此采用参数风场与分析及再分析风场融合的方式构建台风风场,可显著提高台风“艾克”风场的数值模拟效果。