深地震探测、大洋钻探及野外露头观测等技术方法的联合运用, 极大地推动了对大陆边缘地质过程的认识。目前对大陆边缘, 尤其是对被动大陆边缘的结构、演化和发育机制的认识, 正在经历一场前所未有的变革。文章从基本的概念和分类开始, 综述了全球已探测到的几种主要大陆边缘类型的盆地结构、深地壳-岩石圈结构、圈层速度、沉降特点和破裂方式的研究进展, 讨论了被动大陆边缘的发育和演化的机制。综合已有研究进展, 指出富岩浆型和贫岩浆型陆缘在裂前和裂陷期具有相似的岩石组成和裂陷结构特征, 只是在破裂前后由于岩浆量的不同而发生了结构的分异。贫岩浆型陆缘中的全岩石圈断裂型、上地壳过渡型、下地壳剥露型、上地幔剥露型, 甚至下地壳+上地幔剥露的组合类型陆缘, 是被动陆缘在张裂期由于岩石圈各层流变结构等因素的差异发生分异演化的结果。贫岩浆型陆缘下地壳高速体主要来源于地幔蛇纹岩化, 而富岩浆型陆缘则主要来源于高温地幔熔融产生的底侵或侵入, 局部可能继承了前张裂期的高速变质岩体。上述大陆边缘研究成果为研究南海的结构和演化提供了很好的对比和借鉴。

西太平洋聚集了地球上大量的边缘海盆和俯冲带, 在全球地球动力学研究中占有举足轻重的地位, 一直以来都是大洋钻探的重点区域。文章通过归纳过去40年来科学大洋钻探在西太平洋的地球动力学成果, 分析当前大洋钻探的现状, 进而探讨仍然存在的问题及未来钻探的区域。钻探成果揭示了边缘海盆的演化过程, 包括日本海盆的弧后海底扩张成因, 菲律宾海的弧后扩张和残留弧的形成模式及南海构造演化过程。深海沉积物的研究及玄武岩的地球化学分析为海盆的扩张成因提供依据, 同时为了解海盆扩张过程中的地幔演化过程提供重要信息。大洋钻探成果表明, 俯冲倾角大小不仅影响俯冲工厂的动力学机制, 而且对俯冲板块耦合性具有控制作用。目前日本南海海槽发震带钻探项目的最大钻探深度为3056米, 未来几年有望获得发震带的岩石样本。对于西太平洋的两个重要构造单元- Shatsky海隆和翁通—爪哇海台的成因机制问题, 大洋钻探获取的依据仍不能单一地支持某一个假说。在南斐济海盆及赫布里斯海盆发现的大洋红层的形成主要受控于海盆的海底扩张事件。苏拉威西海和南海发现的大洋红层直接发育在大洋玄武岩之上, 可能为海盆的扩张起标定作用。虽然过去进行了大量的钻探工作, 但因西太平洋边缘海盆具有很大的构造多样性和复杂性, 仍然有很多科学问题有待进一步开展研究。

文章通过物理模拟和数值模拟相结合的方法, 探讨了海山在俯冲过程中自身出现的变化特征。结果表明, 海山在增生楔体中俯冲时, 主要变化特征表现为其上覆的大洋沉积物的刮落, 唯有海山尾部的洋壳有小部分大洋沉积物得以保存; 当海山开始进入俯冲通道时, 海山逐渐由向陆壳之下硬挤入变为向地幔挠曲, 而向地幔的挠曲变形为海山进入俯冲提供了充足的空间并使俯冲洋壳的俯冲角度增加。俯冲挠曲过程有效降低了陆壳与海山之间的耦合度, 从而降低大震的发生概率。此外, 文章也对多手段研究俯冲带变形的尝试进行了探讨。

古地磁学在20世纪极大地促进了板块构造理论的诞生和全球大洋钻探计划的发展。对洋壳的磁性研究是这场地学革命的突破点之一。从磁学性质上, 洋壳磁性包括洋壳中所含磁性矿物本身的性质以及这些矿物携带的古地磁信息。从介质性质上, 洋壳包含下部岩石层(包括枕状玄武岩、辉长岩和橄榄岩)和上部沉积物。文章首先总结洋壳的磁性结构, 并对其代表的动力学意义进行深入探讨, 主要包括应用磁异常条带进行年代学、地球深部动力学、大洋洋壳的板块运动学以及热点演化等研究, 详细总结了国内相关研究中南海洋壳的磁性研究进展。最后对研究中遇到的相关难点和关键科学问题进行了回顾与展望。

综述了马里亚纳海沟俯冲带二维(2D)和三维(3D)深地震探测的研究进展, 要点如下: 1)伊豆—小笠原岛弧下方玄武质火山岩的物质成分基本一致, 中地壳的速度特征与陆壳相似, 岛弧底部镁铁质到超镁铁质的壳幔过渡层(crust- mantle transition layer, CMTL)通过拆沉(delamination)等作用返回地幔, 实现由岛弧到陆壳的演化; 2)不同年龄的洋内岛弧具有不同的速度结构特征, 说明它们的地壳密度不同, 可用不同的模型来解释; 3)岛弧体系中速度结构及演化历史在时间和空间上的特征变化, 揭示了俯冲开始时洋壳和地幔的属性以及俯冲开始的原因。马尼拉海沟与马里亚纳海沟相比, 虽然地质背景不同, 但研究方法可以借鉴。今后的马尼拉海沟俯冲带探测的重点包括海底地震仪2D/3D联合探测、海底电磁探测, 以及天然地震的长期观测等。马尼拉海沟项目的实施将加深对俯冲带运行机制的认识。

通过挖掘海底地震仪记录的转换横波信息, 可以促进对地壳岩性、均质性的认识。以南海南沙地块OBS973-1剖面上18个台站的数据为实例, 阐明了海底地震仪横波震相识别的方法。首先对三分量OBS (Ocean Bottom Seismometer )地震数据进行带通滤波、维纳滤波、极化滤波等去噪处理, 然后利用能量扫描法求得极化角进行水平分量坐标旋转, 求取最佳径向分量。数据处理结果表明, 相对于OBS记录的磁罗盘方位角, 能量扫描法求取的极化角更为准确可靠。最后通过OBS973-1地震剖面垂直分量与径向分量上的纵横波走时对比、质点运动轨迹、速度模型试算等手段, 进一步确定了转换横波震相的类别。在南沙地块OBS探测中成功地在10个台站中识别出了PgSs、PnSc、Pms等震相, 不仅可以为下一步横波速度结构模拟提供坚实的数据基础, 而且可以为今后OBS转换横波在其他地区的有效应用与推广提供借鉴。

采用国际海—气综合数据集(The International Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set, ICOADS)船舶观测资料及简单海洋同化分析数据(Simple Ocean Data Assimilation, SODA), 研究了厄尔尼诺(El Niño-Southern Oscillation, ENSO)和印度洋海盆模态(Indian Ocean Basin, IOB)对南海海表温度(sea surface temperature, SST)影响的年代际变化, 并着重讨论了不同时期海洋平流输送对SST异常的影响。结果表明, ENSO事件对南海SST的影响呈现显著的年代际变化特征; 在1870~2007年期间, 扣除资料较少的时期, 有4个显著不同的时段, 分别是1892~1915年、1930~1940年、1960~1983年、1984~2007年。在1950年之前的两个时段, 南海在ENSO期间出现一次显著的增暖, 而在1950年之后的两个时段中, 南海出现了两次显著的增暖。除第一个时段外, 其余三个时段ENSO发展期冬季大气潜热及短波辐射异常是导致南海增暖的主要原因, 海洋平流作用较弱; 而在最近的两个时段中, 海洋平流对ENSO消亡年夏季南海增暖有重要影响。不同时段海洋平流对南海增暖贡献的差异说明ENSO及IOB对南海区域气候的影响具有明显的年代际变化特征。

本研究基于MASNUM第三代海浪数值模式, 利用2005年太平洋区域17个浮标的有效波高数据做检验, 对海浪模式波向在12、24、36和48四种离散划分进行了数值实验。结果表明, 在太平洋区域中纬度和太平洋东部地区, 36个角度划分是较好的选择, 而在太平洋低纬度, 24个波向划分是较好的选择; 冬、夏季数值模拟与检验对比表明, 较好的角度划分数分别是24和36; 有效波高在2.0~4.0m时, 较好的波向划分数是24; 有效波高小于2.0m时, 24与36个波向划分数值模拟结果非常相近。而在高海况下, 36个角度划分是较好的选择。上述结果均比采取波向离散12的结果有明显改进。文章认为, 应使用高于12的波数离散数划分, 24或36个波数角度离散划分是较好选择。

利用厦门海峡大气探测基地两部大气电场仪的同步观测数据, 对厦门沿海近地层大气电场随高度变化的规律进行了研究, 建立了大气电场强度与高度之间的近似关系, 并对结果进行了检验。结果表明: 1)厦门沿海近地层30m范围内大气电场强度随高度增加而呈指数递增; 2)在相同的观测环境下, 同一时段不同高度的大气电场变化趋势是一致的; 3)任意两个高度大气电场比值与两高度差之间的对应关系能够为不同高度电场仪监测数据的标定提供参考; 4)大气电场变化对雷暴天气有着很好的指示作用。

为了研究固氮作用对黑潮上游区域生态系统的影响, 建立了一个包含固氮生物在内的NPZD(nutrient, phytoplankton, zooplankton, detritus)生物模型, 初步模拟结果与观测结果相吻合。通过比较模型中有固氮生物和无固氮生物两种情况下, 黑潮上游区域生态系统各参量以及各级生产力的差异, 揭示了该区域固氮生物的季节性分布特征, 阐明了固氮作用对海洋生态系统动力过程的重要影响。结果表明, 固氮生物由于水文和化学因素的影响, 主要出现在夏、秋季。固氮产生的新氮源使黑潮上游区域硝酸盐、铵盐、浮游动植物和大小碎屑的量都有明显增加。浮游植物的平均生长速率提高了大约64%, 初级生产力、再生生产力和新生产力分别增加了30%左右。在夏季50m以浅水体, 固氮作用支持了50%~80%的新生产力, 是新生产力的主要贡献者; 而在50~200m水体, 固氮作用支持了10%~50%的新生产力, 深层水的垂直混合带来的氮营养盐成为新生产力的主要贡献者。

分析了2014年3月南海中部调查航次的温盐数据, 发现在中沙群岛北部海域存在一显著的低温高盐水团, 在表层(5m)低温水体核心仅25℃, 比周边测站至少低1℃, 高盐核心值达34.11‰, 比周边站位至少高0.74‰。该水体影响范围水平上约1个经度×1.5个纬度, 垂直深度仅在30m以浅, 持续时间约13d。结合地形、卫星高度计和风场数据, 揭示该水团的生消过程及动力机制: 3月初吕宋冷涡系统脱落出一个强的中尺度冷涡往西传播, 遇到陆架区(115°E, 18°N附近)发生停滞和形变, 其南部边缘则在地形和风场的诱导下, 再次脱落出一个小的气旋涡, 即观测到的低温高盐水团, 并沿3000m等深线向南传播至中沙群岛附近海域。该水团的消失是由于3月29日至4月初东北风转为偏南风, 偏南风加速了南部暖水与低温高盐水团的混合变性, 并最终使得该水团消亡。

采用不规则网格有限体积近岸海洋三维模型FVCOM (finite volume coastal ocean model), 对2001年虎门水道至伶仃洋的盐水入侵现象进行数值模拟, 并采用多个站的实测潮位、盐度对模型进行了率定和验证, 然后对其水动力特性、盐度的时空变化规律及其垂向分层现象进行分析。结果表明, 水位的模型预测值与实测值之间的相关系数达到0.93以上, 绝对平均误差小于0.1m; 盐度模拟的相对误差能控制在10%以内; 大虎站表底层的流向较为一致, 盐度表现出明显的分层现象; 而漳澎站多次出现表底层流向相反的情况, 盐度的垂向混合较充分; 文章构建的模型能够较好地模拟盐水入侵的最大距离, 虎门水道大潮时入侵距离和强度均大于小潮时, 盐水楔活动受潮流强弱变化影响显著。

太平洋沃克环流的强度随全球变暖而减弱, 但有研究表明近几十年太平洋沃克环流呈增强趋势, 两者是否矛盾?文章用1979年至2014年的再分析数据资料分析了近几十年来太平洋沃克环流强度的变化特征, 各要素场均表明太平洋沃克环流的强度在过去几十年呈显著的增强趋势, 且太平洋沃克环流的强度在年际变化尺度上与ENSO相关性很强。之前有关太平洋沃克环流的研究多局限于太平洋海盆内部, 文章通过印太三极模态理论对太平洋沃克环流的年代际变化进行解释。研究发现, 印度洋沃克环流与太平洋沃克环流存在同样的增强趋势。印太暖池海温、印度洋-太平洋沃克环流及海洋性大陆区域上升运动组成了一个简单的反馈系统, 暖池海温的升高使海洋性大陆区域大气辐聚上升运动增强, 两沃克环流随之增强; 底层纬向风的增强使暖池区域的暖水堆积增多, 从而使暖池区海温进一步升高, 两沃克环流也进一步增强。同时近几十年太平洋年代际振荡(PDO)由暖位相到冷位相的转换导致中东太平洋海温降低, 暖池增暖及中东太平洋变冷使太平洋海温梯度增加, 最终导致太平洋沃克环流过去几十年的增强。

“选尺度同化”(SSDA)方法是指在资料同化中考虑观测资料和模式变量的多尺度特征, 选择性地对模式变量在某一尺度上进行调整同时保持在其他尺度上不变。为检验该方法在海洋资料同化中的应用效果, 以2010年8月南海西沙群岛海域出现的强暖涡(称为西沙暖涡)为试验对象, 对比了同化卫星高度计海表高度资料及其反演的地转流对暖涡的改善效果, 其中对地转流的同化采用了两种同化方法, 即采用和未采用选尺度同化方法。各个试验结果对比表明, 同化海表高度和利用选尺度同化方法同化地转流均能改善对西沙暖涡的模拟, 两者同时同化对西沙暖涡模拟的改善最显著。其中, 同化海表高度是通过压力场调整速度场, 对西沙暖涡的范围改善更显著; 选尺度同化方法则通过速度场调整压力场, 有利于维持海水向暖涡中心的辐合, 对暖涡强度模拟效果更好。此外, 不采用SSDA方法同化地转流(即不对模式流场进行尺度分离)的试验模拟效果最差, 原因在于通过地转流直接调整整个流场会抑制小尺度流场(非地转流部分)的自由发展。

利用2013年夏季国家自然科学基金委员会南海西部航次获得的观测资料, 并结合卫星遥感海面温度和风场资料, 对琼东海域夏季上升流的空间结构及其演变过程进行了分析。研究结果表明, 在2013年夏季航次观测期间, 琼东海域存在显著的上升流现象, 但表层上升流信号较弱, 强上升流主要发生在30~50m的下层海域, 上升流中心海域与外围海水在下层的温度差超过7℃, 盐度差可达到0.7‰以上。进一步分析航次期间的一次热带气旋过程对琼东上升流的影响, 结果表明热带气旋破坏了上升流的上层结构, 且琼东上升流对风场变异的响应过程存在2~4d的滞后。

为获取连续的高分辨率的海洋降水数据, 通过对8种海洋降水产品的时空覆盖范围和数据精度进行对比分析, 在此基础上提出一套优化权重系数法, 对8种降水资料进行了融合, 并利用中国沿海或海岛气象观测站实测降水数据对融合后的降水结果进行了对比验证。结果表明, 融合后的降水数据整体精度比较好, 数据的空间覆盖范围和时间跨度均得到改善, 优化的权重系数法是解决多源海洋降水数据信息冗余和互补问题的一种合适方案。

于2014年分4个季度对大亚湾4个典型功能区(人工鱼礁区、水产养殖区、核电站温排区和石化排污区)以及湾口区表层海水的温度、盐度、pH、总碱度(TA)等进行了调查, 比较分析了不同区域表层水体溶解无机碳(DIC)体系的组成和分布特征, 估算了海-气界面CO₂的交换通量(F_CO2), 并对F_CO2的主要影响因素进行了分析。结果显示, 调查海域表层水体的DIC、HCO₃^-、CO₃^2-浓度和CO₂分压p_CO2年变化范围分别为1248.8~1841.9μmol·kg^-1(1624.8±143.1μmol·kg^-1)、1069.2~1615.7μmol·kg^-1 (1382.5±126.1μmol·kg^-1)、152.7~283.5μmol·kg^-1(236.2±35.4μmol·kg^-1)、11.4~44.9Pa (21.2±7.4Pa); 各区域间的DIC、HCO₃^-、CO₃^2-和p_CO2无显著差异(P>0.05)。表层海水F_CO2的年变化范围为-37.3~4.5mmol·(m²·d)^-1 [-22.4±9.8mmol·(m²·d)^-1], 各区域F_CO2(按正负数值大小)的季节变化呈现夏季>秋季>春季>冬季的特征, 且夏季显著高于其他季节(P<0.05); 在全年尺度上, 各区域的F_CO2均为负值, 表现为大气CO₂的汇, 碳汇强度呈现湾口区>鱼礁区>排污区>温排区>养殖区的特征, 而各区域间无显著差异(P>0.05)。偏回归分析显示, 大亚湾湾口区和养殖区的F_CO2时空分布主要受盐度影响, 在鱼礁区和温排区主要受温度的影响, 而在排污区则主要受海水pH的影响。

应用Shannon-Wiener指数、Levins指数和均匀度指数, 分析了北部湾2012年7月9种个体数量占优势的经济鱼类的食物组成和食性类型, 并对其营养生态位进行了初步研究。研究表明, 这9种经济鱼类可划分为3种食性类型: 日本发光鲷Acropoma japonicum、日本竹筴鱼Trachurus japonicus、蓝圆鲹Decapterus maruadsi和六指多指马鲅Polydactylus sextarius为浮游生物食性, 主要以桡足类为食; 二长棘犁齿鲷Evynnis cardinalis、日本鲱鲤Upeneus japonicus和刺鲳Psenopsis anomala为底栖生物食性, 主要以长尾类为食; 多齿蛇鲻Saurida tumbil和白姑鱼Pennahia argentata为游泳动物食性, 以鱼类饵料占较大优势。9种鱼中, 白姑鱼的营养生态位宽度值最高, 多齿蛇鲻的营养生态位宽度值最低。夏季北部湾这9种经济鱼类的营养生态位宽度与其摄食习性和饵料基础密切相关。

2014 年3—4月间, 在西沙群岛鸭公岛海藻资源调查中采集到一种石花菜类海藻, 经鉴定为匍匐石花菜扁平变种Gelidium pusillum var. pacificum Taylor。其主要特征为: 1. 藻体紫红色, 丛生; 2. 藻体高约1~2cm, 由匍匐茎和直立枝构成, 直立枝基部圆柱形或扁压, 上部扁平, 具有不规则或羽状分枝, 匍匐茎近圆柱形, 其下生有不规则或尖锥状固着器; 3. 皮层细胞2~3层, 根丝细胞数量较多, 集中分布在髓层; 4. 四分孢子囊生于小枝顶端, 形成囊群, 四分孢子囊横切面观长卵圆形, 埋于皮层细胞中, 十字形分裂; 5. 枝顶端轴细胞形态为穹形, 突出于皮层外。上述特征1~3可将匍匐石花菜扁平变种区别于我国产的匍匐石花菜其他变种, 特征5可将该变种区别于个体较小的蓝色拟鸡毛菜, 特征4不能有效地区分近缘种。综合如上特征, 利用营养生长特征鉴定我国分布的个体较小的石花菜和拟鸡毛菜类群是一种可行的方法。该变种为我国三沙市西沙群岛首次记录, 丰富了南海诸岛海藻区系的植物地理成分, 也为进一步分析该区系的植物地理全貌提供了技术资料。

潮汐汊道是连接内湾和外海、维持港口通航和水体交换的枢纽, 其演变特征是整个澙湖、海湾地貌体系研究的基础。选取典型多汊型潮汐汊道系统——柘林湾为研究对象, 以实测资料和历年海图、地形图为基础, 结合SELFE (semi-implicit Eulerian-Lagrangian finite-element)模型, 研究多汊型潮汐汊道水动力结构、泥沙运动及自然和人类活动影响下的演变特征。结果显示, 20世纪70年代澄饶大联围之前, 共享柘林湾125km²纳潮水域的5个汊道同时维持稳定; 围垦工程后, 西侧2个汇潮口门封闭, 纳潮面积减少50%, 导致湾内动力减弱, 韩江来沙中断, 湾外浅滩冲刷, 泥沙向湾内输送, 30多年来三百门水道显著淤积, 小金门稳定, 大金门冲淤调整, 小门水道淤积不稳。围垦工程后小金门水道的纳潮面积变化甚少, 水动力及输沙仍为落潮占优, 汊道环流发育, 汊道断面冲淤微调, 维持稳定; 大金门汊道所控制的纳潮面积减小1/3, 口门涨、落潮流速不对称性减弱, 汊道冲淤调整; 小门水道纳潮面积剧减一半以上, 汊道延长弯曲, 大金门与小门水道的环流结构加剧了该汊道的淤积和不稳定。

海岛礁地表覆盖演变分析对海岛礁开发利用、海洋资源保护、海洋经济开发等具有重要作用。基于高分辨率遥感影像, 利用遥感与地理信息系统(geographic information system, GIS)技术, 对西沙宣德群岛之赵述岛2008—2014年间的地表覆盖情况进行分类提取并变化检测, 形成赵述岛多期地表覆盖现状图。构建了海岛礁地表覆盖分类体系, 在此分类基础上采用地表覆盖转移矩阵, 结合净变化量、交换变化量、总变化量等变化参数对研究期内赵述岛地表覆盖变化进行了分析。

研究中尺度涡对海洋上层生物地球化学过程的影响已经得到越来越多的关注, 水色遥感作为一个重要的工具可以为此提供大时空尺度的数据来源。基于南海区域性生物光学反演算法, 对2007年1月底发源于吕宋海峡西南侧的一个冷涡进行跟踪监测。在冷涡生成初期, 涡旋携带吕宋海峡高营养高生物量海水向西北方向移动, 内部叶绿素a (Chl a)保持高浓度。冷涡停留期间(长达一个月), 在涡致抽吸的持续作用下, 冷涡内Chl a浓度由0.26mg•m^-3增长到0.33mg•m^-3; 而进入春季, 涡旋外的Chl a浓度则由0.24mg•m^-3减小到0.15mg•m^-3; 颗粒有机碳(POC)浓度、浮游植物吸收系数(a_ph(443))、漫射衰减系数(K_d(490))与Chl a浓度的变化一致, 而POC∶Chl a和微微型浮游植物所占的比例(F_p)则表现出与Chl a浓度相反的趋势。冷涡西移期间, 随着涡致抽吸强度的降低及所携带的营养物质被不断消耗, 涡内部Chl a浓度、POC浓度、a_ph(443)、K_d(490)逐渐降低, POC∶Chl a和F_p逐渐升高。结果表明, 在平流作用和涡致抽吸共同作用下, 冷涡所引起的光学响应可以用来帮助识别和跟踪涡旋。

文章采用国内外普遍适用于船载声学多普勒流速剖面仪(shipboard acoustic doppler current profilers, SADCP)数据滤潮处理的时空拟合最小二乘法(简称最小二乘法), 对台湾海峡南部浅滩2004—2013年夏季(6—9月)所获取的SADCP数据进行正压潮、流分离。结果表明: 最小二乘法获得的平均流和基于原始数据格点化后矢量平均取得的平均流流向均趋于东北向, 并且具有大致相同的强、弱流区空间分布形态, 但最大流速稍有差异, 分别为0.48m•s^-1和0.36m•s^-1; 此外, 强流区(流速~0.3m•s^-1)流幅狭窄, 流轴分别约束在东山至龙海外海30m等深线附近和台湾浅滩南部地形骤变区域; 而弱流区(流速<0.1cm•s^-1)集中分布于台湾浅滩中部。进一步研究表明, 2种平均流所估算的海流通量的计算结果比较接近, 可达到(0.74±0.25)×10⁶m³·s^-1。SADCP数据分离所得M₂分潮流显示: 台湾浅滩至东山一线为强潮区, 最大可能流速出现在台湾浅滩(约0.67m•s^-1); 等潮时线分布符合前进波特征, 在潮波传导方向上由西南向东北依次推迟(约2h); 东山近海存在一条呈NW—SE走向的椭圆率正负分界线, 分界线以南潮流椭圆顺时针旋转, 以北则逆时针旋转。

利用三维海洋环流模式(parallel ocean program, POP), 探讨典型浓度路径(representative concentration pathway, RCP)情景下21世纪格陵兰冰川不同的融化季节对海平面变化的影响。结果表明: 在RCP4.5情景下, 当格陵兰冰川以7%•a^-1的加速度快速融化时, 相比于只在夏半年融化, 全年融化会导致动力海平面在北冰洋、北大西洋副极地海域加速上升, 而在欧洲西北部和北大西洋副热带海域加速下降; 比容海平面在北美沿岸加速上升, 热带大西洋和南大西洋副热带海域也有所上升, 北冰洋、欧洲西北部和北大西洋副热带则显著下降。格陵兰冰川不同的融化季节对海平面变化影响的不同, 主要是由于相比于只在夏半年融化, 格陵兰冰川全年融化会造成大量较冷较淡的融冰水被滞留在格陵兰岛南部海域, 在冬半年, 会导致上层海洋层化加强和大西洋经向翻转流进一步减弱, 一方面造成大量海水在北大西洋副极地海域堆积; 另一方面导致向北的热盐输运减弱, 从而造成了北冰洋、北大西洋副极地和副热带海域东部的热比容海平面显著下降和盐比容海平面加速上升。

利用2006年8月3日—11日CloudSat卫星的云反演资料, 探讨了热带气旋“桑美(2006)”在形成期、发展成熟期和减弱期不同部位云中冰粒子的垂直分布规律。结果表明: 星载雷达扫过热带气旋“桑美(2006)”不同部位时, 云中冰粒子主要分布在5~16.5km高度; 冰粒子等效半径随高度递增而递减, 大值区主要分布在冰云下部; 冰粒子数浓度随高度递增而递增, 大值区主要分布在冰云上部; 冰水含量的垂直分布呈单峰或双峰特征; 星载雷达监测到的该热带气旋不同部位的冰粒子等效半径、冰粒子数浓度、冰水含量的最大值分布范围分别为107.9~177.7μm、123.8~827.9粒•L^-1、211~2858mg·m^-3, 最大值出现高度存在差异。

文章利用1991—2015年卫星海表温度(sea surface temperature, SST)研究了太平洋赤道不稳定波(tropical instability waves, TIWs)强度变化特征及其与厄尔尼诺-南方涛动现象(El Niño-Southern Oscillation, ENSO)的关系。首先采用带通滤波法将TIWs强度量化为赤道东太平洋SST的季节内(20~50d)波动振幅, 发现强TIWs分布于尼诺3 (Niño3)区域(150°W—90°W, 5°S—5°N), 平均强度达到0.2℃, 赤道至3°N之间甚至超过0.35℃, 在赤道南侧TIWS相对较弱, 只在1998、2007、2010年3个拉尼娜(La Niña)年冬季达到0.2℃。文章不但证实La Niña年TIWs较强、厄尔尼诺(El Niño)年TIWs较弱的规律, 而且发现TIWs强度与ENSO并非同相变化, TIWs强度变化超前ENSO 2~3个月, 这是TIWs与Niño3区SST对ENSO相关赤道动力、热力过程反应时间差异所致, TIWs强度与赤道表层纬向流剪切强度以及冷舌锋面强度呈同期正相关, 而Niño3指数滞后这2项指标2~3个月变化, 三者都是ENSO循环的一部分。这意味着能够用卫星观测的TIWs活动(如SST)提前表征ENSO的位相和强度。

海底沉积物粒度组分影响和控制着沉积物的声学特性和物理性质, 具有明显的区域性特点。文章测定了琼东南外海海底沉积物的声速、孔隙度以及沉积物粒度组成,讨论了他们的相互关系。琼东南外海海底沉积物纵波波速变化范围为1455~1773m•s^-1, 由琼东南外海的东北至南部海域, 可分别划分为低声速沉积物区、高声速沉积物区、低声速沉积物区和高声速沉积物区。沉积物孔隙度回归方程和声波回归方程表明,沉积物类型从砂、粉砂质砂、黏土质粉砂、砂-粉砂-黏土到粉砂质黏土变化, 声速总体呈减小的趋势, 孔隙度呈明显的增大趋势。

文章综合分析了南海西部2012年秋季海表二氧化碳分压(p_CO2)分布及控制因素, 估算并讨论了海-气CO₂通量及其区域性差异。结果表明, 秋季南海西部海表p_CO2变化范围为37.8~57.1Pa, 均高于大气p_CO2, 表现为大气CO₂的源。研究海域海表p_CO2分布主要受海水碳酸盐热力学的影响, 海表温度(SST)是影响海表p_CO2分布的主要因素。但在局部海域, 海表p_CO2分布还受到其他因素的控制。其中, 越南东部局部海域表层海水受湄公河冲淡水的影响呈低盐特征, 高p_CO2的冲淡水团和离岸水团的混合作用直接影响该海域海表p_CO2分布。此外, 珊瑚礁的钙化活动造成南沙群岛弹丸礁西部海域出现表层p_CO2极高值。秋季南海西部表层海水CO₂释放速率的分布格局主要受风速的控制。北部海域海-气CO₂分压差(Δp_CO2)低于中南部海盆, 但其海表风速远高于中南部海盆, 造成北部海域表层海水CO₂释放速率(2.9mmolC·m^-2·d^-1)明显高于中南部海盆(0.9mmolC·m^-2·d^-1)。海-气CO₂通量估算中不能忽视局部海域珊瑚礁代谢作用的影响。

依据2009年冬季、2010年春季和夏季在南日列岛西南部海区3个航次的渔业资源综合调查资料, 通过对南日列岛西南部海区鱼类资源密度及分布特征、体长、体重、幼体比、优势种、相对重要性指数以及优势种对鱼类总数量的贡献, 讨论了南日列岛西南部海区鱼类数量变化及其与水团变化之间的关系。结果表明: 春、夏、冬3季鱼类重量密度分别为601.26kg·km^-2、2599.60kg·km^-2和730.36kg·km^-2; 尾数密度分别为17.3×10³尾·km^-2、255.00×10³尾·km^-2和22.6×10³尾·km^-2; 平均体长、体重和幼体比分别在春季、冬季和夏季为最高, 分别为14.95cm、49.76g和81.72%。春季主要由产卵群体组成, 多为规格较大的成鱼; 夏季由索饵群体组成, 多为规格较小的幼鱼。鱼类数量的平面分布与福建近海不同季节水团的变化有关, 春季鱼类聚集在闽浙沿岸水和海峡暖水交汇的外侧海域, 夏季鱼类多聚集在营养盐丰富, 沿岸流控制的近海海域。各季节鱼类数量分布特征与优势种分布基本一致。

以SAM (S-腺苷酰-L-甲硫氨酸)基因作为内参基因, 利用实时荧光定量PCR技术对稀杯盔形珊瑚(Galaxea astreata)共生虫黄藻(Symbiodinium spp.) Hsp70、Hsp90、psaA和psbA基因在升温至32℃持续胁迫及恢复至28℃后的表达情况进行了研究。结果表明, 升温至32℃时, Hsp70、Hsp90表达量无显著变化(p>0.05), 随着高温胁迫的持续, Hsp70与Hsp90的表达量显著增高(p<0.01), 到32℃ 7d时2个基因表达量达到最大值(分别为胁迫前的10.3倍和28.2倍); 在随后的降温过程中, Hsp70和Hsp90的表达量显著下降(p<0.05), 当温度恢复至28℃ 5d时2个基因的表达量均下降至较低水平(分别为胁迫前的0.6倍和2.0倍, p<0.01), 且趋于稳定。随着温度的升高, psaA的表达量略有升高(p>0.05), 在31℃ 24h时表达量达到最高(为胁迫前的1.2倍), 随后显著下降(p<0.01); 而psbA的表达量随着温度的升高显著增加(p<0.05); 在31℃ 24h时表达量达到最高(为胁迫前的1.9倍), 继续升温至32℃持续胁迫24h后才开始显著下降(p<0.01)。当温度降至28℃时, 2个基因的表达量有一定程度的增加, 但是仍显著低于胁迫前的表达水平(p<0.01), 28℃ 9d时分别为胁迫前的0.27倍和0.15倍, 表明热应激可能使虫黄藻的光合功能受到损伤。

根据2014年春季(4月)白沙湾海域3个功能区域(鱼类网箱养殖区、贝藻混养区、非养殖区) 13个站位生物和环境的调查资料, 对浮游纤毛虫的群落特征进行分析, 并且探讨了影响浮游纤毛虫群落变动的主要环境因素。结果表明: 共检出19种纤毛虫, 隶属于6目11属; 纤毛虫丰度范围为80~3740个•L^-1, 平均丰度为995.4±123.1个•L^-1, 以环毛目(Cyclotrichida)、急游目(Stombidiida)和砂壳目(Tintinnida)为主; 优势种包括红色中缢虫(Mesodinium rubrum)、锥形急游虫(Strombidium conicum)、百乐拟铃虫(Tintinnopsis beroidea)、球形急游虫(Strombidium globosaneum)、小拟铃虫(Tintinnopsis minuta)和锥形旋曳尾虫(Spirotontonia turbinata)。纤毛虫群落结构存在显著的空间差异, 种类数及丰度呈现鱼类网箱养殖区偏低, 而贝类混养区和对照区较高的特征。通过冗余分析(redundancy analysis, RDA)多元分析发现, 白沙湾浮游纤毛虫群落结构差异主要与水体营养盐水平和叶绿素a浓度有关。

从福建云霄红树林区分离筛选出一株对赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo)具有较强抑藻作用的细菌, 命名为HSY-03。结合16S rDNA序列分析, 该菌与芽孢杆菌属(Bacillus sp.)同源性高达99.0%。通过抑藻方式研究发现菌株是通过分泌胞外活性物质抑藻, 属于间接杀藻; 胞外活性物质为非多糖、非脂肪、非蛋白类化合物, 具有较好的光、热和酸碱稳定性; 对供试13株赤潮藻未表现出溶藻效果, 表明该菌株抑藻具有一定的种属特异性。菌株HSY-03抑藻效果具有浓度效应, 初始终浓度高于5.0%抑藻效果较好。不同生长时期菌株HSY-03对赤潮异弯藻均表现出较好的抑藻效果, 但菌株处于稳定期和衰亡期时抑藻效果最好。

选取10对高多态性、非遗传连锁的微卫星引物对分布于广东和福建南部海区若干葡萄牙牡蛎(Crassostrea angulata)养殖群体和野生群体种群进行遗传变异分析。3个养殖群体分别采样于福建漳浦(zp1)、广东饶平(zp2)和广东惠州大亚湾(zp4), 一个野生群体采样于福建漳浦(zp3)。结果表明无论养殖群体还是野生群体, 其种群遗传多样性均较高: 3个葡萄牙牡蛎养殖群体期望杂合度为0.769~0.857, 野生群体期望杂合度为0.878; 3个养殖群体的观测杂合度为0.410~0.518, 野生群体为0.641; 3个养殖群体基因多样性为 0.769~0.820, 野生群体为0.878, 表明尚未存在种质衰退问题。4个群体间出现显著分化, 表明这几个群体间基因交流有限。养殖群体的遗传多样性低于野生群体, 提醒要提防葡萄牙牡蛎资源的种质衰退。

在整理分类中国科学院南海海洋生物标本馆馆藏的芋螺科标本时, 鉴定出隶属于芋螺属的1个中国海新记录种: 塔伽芋螺Conus tagaroae (Limpalaër & Monnier, 2013)。文章对其贝壳形态特征进行了详细描述, 并与近似种进行了比较讨论。

一般认为, 吕宋海峡北南两端压力梯度或深度积分的动力高度差是太平洋水通过吕宋海峡西侵南海最直接的动力学。这一动力高度差与吕宋岛西部外海气旋式中尺度涡(即吕宋冷涡, Luzon cold eddy, LCE)的季节性出现有关, 而LCE活跃区上空正的风应力旋度(wind stress curl, WSC)在LCE的产生中起主要作用。基于上述思路, 利用涡分辨力海洋环流模式OFES[oceanic general circulation model (OGCM) for the Earth Simulator]的62年(1950—2011)后报结果首先得出吕宋海峡水体输运量(Luzon Strait transport, LST)不仅有约3年和7年显著的年际振荡, 而且有约14年显著的年代际变化。然后分析LCE活跃区上空WSC异常场主要模态低频振荡特征以寻找影响LST年际和年代际变化的局地因子。结果表明, 对LCE活跃区上空WSC去除季节性信号的异常场做经验正交函数(empirical orthogonal function, EOF)分析取得了典型的年际以上尺度的主要模态特征, 其第一模态时空变化表现为约14年显著的年代际振荡和WSC异常场正位相区年代际尺度上的南移, 而第二模态表现为约3年显著的年际振荡和WSC异常场正位相区年际尺度上的北移。另一方面, LST约7年的变化特征可视为源区黑潮水体输运量低频变化在该尺度上的印记。

基于六套模式产品, 研究了时间平均状态下印度洋深层经向翻转环流的动力特征。时间平均状态下, 印度洋深层经向翻转环流(meridional overturning circulation, MOC)在各套数据中呈现一致的结构, 即底层和深层水体向北进入印度洋, 中上层往南流出印度洋的逆时针翻转结构。通过对经向翻转环流的动力分解, 文章分析了其各动力部分在各套数据中的异同。在各套数据中, 在南印度洋Ekman部分呈现一致的逆时针翻转结构, 在10°S强度最大; 地转和外模部分在10°S以南分别呈现相似的顺时针和逆时针的翻转结构, 在27°S强度最大且符号相反; 相对而言, Ekman部分在20°S及赤道之间, 对MOC的影响更明显, 而地转及外模部分则在25°S以南的区域更明显。基于不同的动力热力强迫, 各套数据中各动力部分流函数的空间范围及强度存在显著差异: 由于各套数据的风场相差不大, 因此Ekman部分的整体结构相似, 强度差异较小; 对于地转部分, 各数据表现出的顺时针翻转结构强度的差异主要受内区斜压流场强弱和西边界流结构的影响, 内区斜压流场越强, 翻转结构越强; 西边界流流幅越宽, 对内区斜压流场影响越大, 对翻转结构强度的削弱越大; 外模部分翻转结构的强度受西边界流强度的影响: 西边界流强度越大, 外模部分翻转结构强度越大。

利用美国的全球海洋同化资料SODA(simple ocean data assimilation)2.2.4(1871—2008)中的风应力数据, 估算了风输入给南海波浪的能量。结果表明, 风向南海波浪输入能量的年均值约为0.2TW, 其空间分布冬季以南海北部为主, 夏季以南部为主且强度比冬季要弱得多; 风对南海波浪能量的输入一直呈减少趋势, 用欧洲中期天气预报中心的再分析资料ERA-40(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts re-analysis-40)(1957—2002)和ERA-20C(1900—2010)中的风场和海浪资料得到的趋势也是如此, 1950年以来每年减少0.43%。用ERA-interim(1979—2014)中的有效波高数据可以把风给风浪和涌浪的能量输入区分开, 两者的空间分布皆以南海北部为主, 而给风浪的能量输入在南海南部还有一个高值区。尽管风输入给涌浪的能量略有增加, 但给风浪的能量输入在不断减少, 两者之和仍是减少。究其原因, 控制南海的东亚季风最近几十年一直在减弱。这些结果对认识南海波浪未来的变化及其预报具有意义。

为研究“天兔”台风对北部湾海洋环境造成的实时影响, 在台风经过期间运用岸基高频海态雷达对北部湾海洋进行遥感探测。根据海洋回波多普勒频谱的形成机理, 以及回波频谱特性随风信息变化而发生改变的原理, 从台风环境下的雷达回波信息中提取风信息参数, 并把它应用于“天兔”台风影响下的北部湾海域, 进而形成实时的海域风场信息, 为研究台风海况下的北部湾海洋环境提供风场信息支持。

海洋冷泉区常含有巨大资源前景和引发环境灾害的天然气水合物, 并发育有依赖于流体化学自养能和养分的特异生物群, 研究其泄漏气体的流量和流速, 具有重要的资源和环境意义。冷泉区存在大量气泡幕, 首先根据声波穿过气泡幕时会产生强烈衰减的特征, 对穿过不同气泡流量的声波进行探测, 得到气泡流量和声波衰减呈线性比例关系; 其次, 利用相关流量法对放置于不同深度的两路接收信号进行互相关分析, 计算出气泡流的上升速度。在此基础上通过声学探测所得声波幅值, 反演出气泡流量; 并由气泡的上升速度和流量得出气泡的分布范围, 为海洋冷泉区气泡流速流量探测提供了新的方法。

调查了珠江口不同季节颗粒有机碳(particulate organic carbon, POC)和溶解有机碳(dissolved organic carbon, DOC)含量的分布特征, 结合碳氮比值(C/N)、叶绿素a(Chl a)含量、溶解氧(dissolved oxygen, DO)含量等水化学参数, 探讨了珠江口POC、DOC来源、输送方式及混合行为的季节变化。结果表明, 珠江口水体POC可能主要受到水体自生浮游植物有机碳输入的影响, DOC可能主要来自于河流输送的陆源有机碳。在降雨量较大的5月份, POC来自自生浮游植物有机碳的贡献相对减小。降雨量同样较大的8月份DOC来自河流输送的陆源有机碳的贡献增加。不同季节珠江口水体总有机碳中的DOC一直高于POC。珠江口POC、DOC含量受到淡水与海水混合进程的影响, 淡水与海水的混合效应可能是从出虎门进入伶仃洋的低盐度区(盐度1‰~5‰的水体)开始延伸至外海。微生物的降解作用可能对POC和DOC在出虎门之前的下降趋势产生了重要影响, 而微生物对新鲜的浮游植物有机碳的利用、以及浮游植物生产量的降低和颗粒物絮凝沉降作用则可能是POC在出虎门后下降幅度大于DOC的重要原因。