近年来的现场观测和理论研究发现, 次中尺度现象广泛存在于上层海洋, 其产生与锋生作用及混合层斜压不稳定存在密切联系。本文利用高分辨率的数值模拟结果并结合动力学及能量诊断分析, 对黑潮延伸体海域次中尺度过程的季节变化进行了探讨。探讨结果表明, 黑潮延伸体海域次中尺度过程具有冬季最强, 春季和秋季次之, 夏季最弱的显著季节变化特征。基于冬、夏季次中尺度能量源的诊断可以看到, 这些季节变化特征主要与上层海洋的斜压不稳定和锋生作用有关。冬季, 黑潮延伸体海域的中尺度能量较弱, 但次中尺度过程在季节尺度上表现最为活跃, 这主要与混合层斜压不稳定的作用有关; 夏季, 黑潮延伸体海域的混合层较浅, 次中尺度过程较弱, 但中尺度涡旋活跃, 中尺度流场变形引起的锋生作用对夏季次中尺度现象的产生具有重要影响。在次中尺度能量的季节变化方面, 冬季次中尺度过程从中尺度过程汲取能量的速率远高于夏季, 这是冬季次中尺度过程比夏季更为活跃的主要原因。本文研究结果有助于加深对黑潮延伸体海域次中尺度过程季节性变化及其动力机制的理解。

利用台湾海峡中部2号大浮标2017年全年的实测波浪资料, 对海浪的基本波要素及其与风的相关性、波谱特性进行统计分析, 得出了重要特征波参数之间的回归关系和适合台湾海峡中部的海浪谱形式。研究结果显示: 1) 台湾海峡中部的常浪向是NE向, 强浪向是NNE向, 月均有效波高的变化范围为0.87~2.98m, 7月波高最小, 12月波高最大, 波周期与波高有着相似的月际变化趋势; 2) 主要波浪类型是以风浪为主的混合浪, 谱型上以单峰为主, 波高与风速整体上呈正相关关系, 大浪主要由台风和强劲的东北季风引起; 3) 波浪的平均周期与大部分特征波周期之间具有良好的线性相关性, NNE、NE方向的波浪有效波高和有效波周期线性相关性较强; 4) 相比于Jonswap谱, 规范谱一是更符合本区域的海浪谱模式, 给出了基于有效波高和谱峰周期拟合的规范谱一形式。这些研究成果可为海洋工程设计和波浪数值模拟提供参考。

北太平洋副极地海区作为全球海洋三个高营养盐低叶绿素(high nutrient and low chlorophyll, HNLC)海区之一, 其浮游植物生长受到微量元素铁的限制。对于开阔大洋, 大气沉降是海洋表层铁的一个重要来源, 铁元素沉降进入海洋后能够促进浮游植物生长, 进而引起海洋初级生产力和生物泵的响应。本文利用SPRINTARS(Spectral Radiation-Transport Model for Aerosol Species)模式的时长为20a的日均大气沉降数据, 对北太平洋海区大气沉降的时空特征进行了分析。结果表明, 进入北太平洋海区的大气沉降量为26.81Tg·a^-1, 并且存在显著的季节变化: 春季最高, 冬季最低, 5月份进入海洋的沉降量达到峰值。大气沉降主要来源于陆地区域, 在风场的驱动下向海洋传输, 因此大气沉降量的空间分布呈现出西高东低的特征。本文以2010年8月中旬卫星观测到的一次强沙尘(即高大气沉降量)事件为例, 研究了大气沙尘的传播路径。进一步结合2001年4月9—12日及2008年4月20—22日的沙尘事件, 分析了西北太平洋K2站位(47°N, 160°E)附近海域海洋初级生产力对大气沉降——沙尘事件的响应。结果表明, 三次沙尘事件后, K2站位的颗粒有机碳通量、叶绿素浓度均有明显增加, 即沙尘事件对北太平洋副极区海洋初级生产力存在促进作用。

全球增暖背景下更加频繁和持续的海洋热浪事件已经对生态和人类社会经济造成了严重影响。但对于海洋热浪的海气相互关系和对区域气候制作用的研究还十分有限。本文基于1982—2017年美国国家海洋和大气管理局逐日最佳插值海表温度和美国国家环境预测中心再分析资料, 采用经验正交函数展开等统计方法, 系统地分析了西北太平洋夏季海洋热浪的时空分布特征及与之相联系的海气关系。结果表明, 西北太平洋夏季海洋热浪日数和次数EOF(Empirical orthogonal function)第一模态在除黑潮和黑潮延伸区外的区域呈线性增加趋势, 第二模态则呈南北反向分布, 并具有明显的年代际变化特征。海洋热浪的最大强度、持续时间、累积强度第一模态也呈线性上升趋势, 最大强度和累积强度在高纬地区上升最多, 持续时间在黑潮和黑潮延伸区变化最明显。从海气关系的角度来看, 中低纬地区出现海洋热浪事件时, 海气之间主要表现为海洋对大气潜热感热通量的增加, 从而对周边区域大气环流产生影响; 而高纬度地区出现海洋热浪事件时, 海气之间则主要表现为大气对海洋的影响, 以长波辐射和感热通量变化为主。

本研究利用第五次国际间耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project phase 5, CMIP5)中的24个模式的工业革命前控制试验(Pre-industrial Control, picontrol)模拟结果, 结合观测资料, 评估了24个CMIP5 模式对东太平洋热带辐合带偶极子(Eastern Pacific ITCZ dipole, EPID)降水模态的模拟能力, 并建立了其与模式对热带太平洋气候态模拟之间的联系。结果表明: 1) 绝大多数模式在北半球春季(2—4月)对EPID模态模拟能力较差, 主要原因在于CMIP5模式对热带辐合带(Intertropical Convergence Zone, ITCZ)的模拟偏差, 其中模拟效果较差的模式在2—4月的气候态降水分布在赤道以南, 且降水普遍偏强; 2) 对各模式的EPID模态选取的季节按照技巧评分最高进行调整后, 大部分模式能较好地模拟出EPID模态的空间分布特点, 技巧评分在0.6以上, 其中模拟效果好的模式(技巧评分大于0.7)中EPID模态出现的月份同时在中东太平洋气候态表现出“双ITCZ”特征, 且多模式集合结果的模拟误差小于绝大多数模式。

以粤港澳大湾区中山市及其邻近水域河网水体为试验区, 同步采集现场光谱及水质数据, 研究受测水体的高光谱反射率特征, 并分析非光学活性参数中化学需氧量(COD_Cr)、总磷(TP)浓度与高光谱反射率的相关性。结果显示, 各河流水体光谱反射率主要受悬浮颗粒物和叶绿素a的影响; 在500~680nm波段范围内, 水体光谱反射率大小与COD_Cr、TP浓度呈负相关关系; 与单波段相比, 特定波段的反射率比值与COD_Cr、TP浓度值的相关性较高, 与COD_Cr、TP浓度值相关性最高的反射率比值波段组合分别为R₆₇₅/R₇₉₄、R₆₉₀/R₈₁₅。选择上述波段组合建立的水质反演模型具有良好的估算精度, 模型估算平均相对误差分别为27.2%、32.1%, 表明高光谱技术在珠江口河网水体非光学活性参数COD_Cr、TP浓度反演上具有较大的应用潜景。

在双壳类软体动物中, 血淋巴细胞介导的吞噬作用是清除入侵微生物的主要方式。本文在长牡蛎中鉴定了一个包含富含亮氨酸重复序列(Leucine-rich repeat, LRR)结构域的新型基因, 命名为CgLRRC69。对该基因的组织分布分析表明, CgLRRC69 mRNA在血淋巴细胞、鳃、肌肉、外套膜、心脏、消化腺和性腺中广泛表达。副溶血弧菌感染可以显著地刺激CgLRRC69在血淋巴细胞中表达, 并且在感染后6h达到峰值。同时, 酶联免疫吸附实验发现CgLRRC69可以特异性结合脂多糖(lipopolysaccharide, LPS), 表明它可能在免疫防御中有功能。吞噬实验结果显示, CgLRRC69重组蛋白可以显著地提高血淋巴细胞的吞噬能力; RNAi干扰CgLRRC69在牡蛎体内的表达, 显著降低了血淋巴细胞对细菌的清除能力。因此, 这些结果揭示了CgLRRC69作为一种新型模式识别受体, 可以特异性识别革兰氏阴性菌的主要成分LPS, 通过调理作用有效地清除细菌。

群体感应抑制剂(Quorum Sensing Inhibitors, QSIs)可以通过干扰群体感应(Quorum Sensing, QS)而有效降低病菌的感染性和毒力, 并且不会胁迫致病菌使其产生耐药性, 是具有前景的抗生素替代品。海洋微生物是新型QSIs的潜在来源。本研究利用紫色杆菌(Chromobacterium violaceum 026, CV026)模型评价QS抑制活性, 在来源于南海中西部和印度洋深海沉积物样品的放线菌中筛选QS抑制活性菌株, 并且根据形态学特征和16S rRNA基因序列鉴定活性菌株。通过筛选获得了菌株SCSIO 53717, 其提取物在CV026模型中能够显著降低指示菌株的紫色菌素产量, 并且在0~1000mg·mL^-1的有效浓度范围内不影响紫色杆菌的生长。菌株SCSIO 53717被鉴定为Kocuria属, 是首次报道的具有QS抑制活性的Kocuria属菌株, 因而具有进一步深入研究的价值。

采用筏式吊养的大型经济海藻坛紫菜(Pyropia haitanensis)在栽培生长期间, 常周期性地处于干出状态。本文通过测定不同水膜状态下坛紫菜的叶绿素荧光动力学相关系数, 探讨了干出状态下坛紫菜叶状体表面水膜的理化特性与失水对其光合作用光化学特性的影响。实验数据显示, 干出初始状态下, 叶状体表面水膜pH值的升高对坛紫菜的最大光化学效率Fv/Fm、光化学淬灭系数qP、非光化学淬灭系数NPQ、最大相对电子传递速率ETRm和光能利用效率α均无显著性影响。当坛紫菜叶状体表面水膜盐度为0~75‰时, Fv/Fm、qP、NPQ、ETRm和α均保持稳定; 当叶状体表面水膜盐度增加到75‰~150‰时, Fv/Fm、NPQ、α和ETRm则显著下降, 较盐度为33‰时分别下降了66%、84%、70%和60%, 表明覆盖高盐度水膜的叶状体PSⅡ反应中心活性受到抑制。坛紫菜叶状体在失水初期的光合活性不受影响, 当叶状体表面水膜厚度降到0后, 叶状体细胞内部开始失水, 光合活性也显著下降。严重脱水状态(失水率为75%)下, Fv/Fm、NPQ、α和ETRm较失水初期分别下降了41%、69%、38%和43%。这些研究结果表明, 坛紫菜叶状体在干出失水初期, 水分损失是由于表面水膜损失引起的, 水膜厚度随着失水率的增加呈线性下降, 表面水膜厚度的下降影响了藻体的热耗散能力; 随着失水率进一步增加, 叶状体的光合活性和热耗散能力受到不利影响, 其中热耗散能力对叶状体含水量的变化更为敏感。

大型海藻龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)规模栽培具有重要的经济和环境效益, 但藻体的凋落分解会对栽培区和邻近海域水环境造成一定影响。为探讨龙须菜凋落对水环境的影响, 本文通过45d的室内受控实验, 评估了龙须菜凋落分解过程中水体溶解氧和氮、磷的含量变化。结果发现, 干龙须菜实验组在实验期内水体溶解氧浓度显著降低(较对照组降低了82.81%); 水体氮、磷浓度显著提高, 总氮、总磷浓度较对照组分别上升了161.78%和759.93%。鲜龙须菜+海水+沉积物组在实验前中期(第0~21天)水体溶解氧浓度持续降低(较对照组降低了53.92%), 但在21d后又逐渐恢复至对照组水平; 其水体氮、磷浓度在实验中末期亦显著提高, 分解过程总氮、总磷浓度分别较对照组上升了36.65%和177.80%, 水体氮、磷变化曲线较干龙须菜组平缓且迟滞。鲜龙须菜凋落分解过程中的营养盐释放率低于干龙须菜, 沉积物对鲜龙须菜的分解及氮、磷和碳释放有促进作用, 但对干龙须菜的分解及氮、磷和碳释放有一定程度的减缓作用。龙须菜失重率、分解速率及营养盐释放率均呈现如下规律: 干龙须菜+海水组>干龙须菜+海水+沉积物组>鲜龙须菜+海水+沉积物组>鲜龙须菜+海水组。依据上述结果, 建议在龙须菜规模栽培和收获过程中应及时打捞脱落或衰老藻体, 尤其对已收获的大型海藻应妥善处理, 避免大型海藻腐烂而导致水体污染。

沙菜属Hypnea海藻作为提取卡拉胶的原料之一, 具有重要的经济价值。但由于该属物种地理分布广泛, 表型可塑性强, 且缺乏详细的解剖学特征, 故有关其物种鉴定也就一直存在争议。本文利用冷冻切片技术, 通过形态学和解剖学方法, 对2013—2014年采自粤东汕头的沙菜属海藻进行了形态特征描述。经鉴定, 该地区沙菜属共有4种, 分别为密毛沙菜Hypnea boergesenii、裸干沙菜H. chordacea、长枝沙菜H. charoides和冻沙菜H. japonica。通过对这几种沙菜进行了较详细的内、外部结构特征分析, 给出了它们在国内外的地理分布及习性等信息, 并对沙菜属的科级分类系统(沙菜科Hypneaceae/赤叶藻科Cystocloniaceae)划分以及密毛沙菜是否为独立物种进行了讨论。

超临界浊流影响下的周期阶坎广泛分布在南海东北部台西南盆地的西澎湖峡谷中。由于频繁的构造活动, 常年的台风影响, 以及来自中国台湾河流的大量沉积物供给, 导致这个区域的浊流活动经常发生。本文利用高分辨率的地貌资料, 对西澎湖峡谷发育的23个净侵蚀周期阶坎和10个净沉积周期阶坎进行了形态的定量分析, 并且统计了流经这些周期阶坎的浊流流速。结果显示, 浊流在流经净侵蚀周期阶坎过程中的速度有明显突变, 而在净侵蚀到净沉积周期阶坎的过程中速度也发生了明显的降低, 前者由峡谷中的坡折带导致, 后者则是由限制性环境到非限制性环境的转变造成的。此外, 净沉积周期阶坎主要分布于靠近峡谷口外的西南侧, 这是由于科氏力对浊流影响的结果。研究此区域周期阶坎的形态特征和形成机制能够帮助我们更好地理解海底地形地貌与浊流的相互关系, 对于理解峡谷中的地貌演化具有重要意义。

日本九州俯冲带是菲律宾海板块与欧亚板块汇聚边界上一个独具特色的区域, 也是研究俯冲带内板块构造作用的理想场所。为了解该俯冲带内的板间应力状态和相互作用, 本研究利用震源深度大于20km的97251个地震事件, 通过b值计算详细刻画了该俯冲板片上表面以及垂直海沟走向的剖面特征。结果发现, b值表现出明显的空间变化, 整体上沿南海海槽和琉球海沟从东北往西南方向逐渐增大, 同时在俯冲的九州-帕劳海脊上存在显著的低值区。从b值与应力的负相关性推断, 进入俯冲带的海脊以及海脊东北侧的四国海盆洋壳与俯冲带上覆板片耦合作用较强; 而在海脊西南侧, 俯冲带内汇聚板片的耦合作用相对较弱。究其原因, 本文认为九州-帕劳海脊两侧俯冲洋壳在形成时代和汇聚速率上的差异起着重要作用。对于九州-帕劳海脊来说, 俯冲带浅部的低b值区主要是由于隆起的海脊增强了与上覆板块的耦合作用。随着俯冲深度的增加和俯冲板片倾角的急剧变陡, 沿海脊可能发生了板片撕裂, 从而释放了海脊与上覆板片间的挤压-剪切应力, 使耦合程度大大减弱。

珊瑚礁灰岩是孔隙结构复杂、密度变化较大的一类岩石, 但过去对珊瑚礁灰岩纵波波速与孔隙结构的关系及其影响因素研究不够深入。本文测定和分析了南沙海区某岛礁钻孔中珊瑚礁灰岩的纵波波速、孔隙度以及密度特征, 结果显示礁灰岩的纵波波速变化范围为5104~5958m·s^-1, 孔隙度变化范围为1.47%~17.7%, 密度变化范围为2.07~ 2.72g·cm^-3。这些特征表明, 埋藏后的压实作用和重结晶作用, 对珊瑚礁灰岩的孔隙度和密度产生影响。珊瑚礁灰岩弹性波速主要受孔隙度和孔隙结构类型的影响, 礁灰岩横、纵波速比值能有效地确定岩体的结构和稳定性, 因此礁灰岩的声学特性研究成果可为珊瑚岛礁工程建设的稳定性评估提供可靠的数据支撑。

海水养殖已成为近海水体环境的重要污染源, 叶绿素a作为水体浮游植物生物量的一个重要参数, 是水质评价的重要指标。本文以广东省柘林湾为研究区域, 采用2018年9月4日的哨兵2号(Sentinel-2)影像与海水养殖区水体中实测的叶绿素a浓度数据构建了叶绿素a浓度的单波段模型、比值模型、三波段模型与归一化叶绿素a指数模型(Normalized Difference Chlorophyll Index, NDCI)等估算模型; 通过对比评价, 以反演精度高的模型估算了2018年多个月份的叶绿素a浓度, 并分析其分布特征。结果显示: 1) NDCI模型的反演精度明显高于其他模型, 其可决系数R²为0.8, 均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)为9.7, 平均绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error, MAPE)为0.99; 利用实测数据对NDCI模型的时间适用性进行检验, 表明NDCI模型能有效地估算出叶绿素a浓度的空间分布特征。2) 叶绿素a浓度呈现出从近岸向湾外逐步降低的趋势, 养殖区中叶绿素a浓度的总体趋势为池塘养殖区>滩涂插养区>网箱养殖区>浮筏养殖区; 受到水体交换、降雨及养殖活动的影响, 池塘养殖区中的叶绿素a浓度在投放幼苗期的2月最低, 其变化趋势为2月<4月<6月<12月。本文的研究结果可为相关部门对柘林湾养殖水体的环境监测提供参考。

海面的曳力系数和空气动力学粗糙度长度是计算海气动量、感热和水汽通量交换必需的参数。基于在“黑格比”和“灿都”台风期间收集的涡动相关系统观测数据, 文章研究了10m风速和摩擦速度之间、10m风速和曳力系数之间、以及10m风速和动力粗糙度长度之间的参数化关系。结果表明: 曳力系数和摩擦速度及10m风速之间存在抛物线关系, 动力粗糙度长度与摩擦速度及10m风速之间存在自然指数关系; 临界摩擦速度为0.83m·s^-1, 临界10m级风速为23.69m·s^-1。

莫桑比克海峡及其邻近海区是全球海洋潮流和潮能耗散最强的海区之一。文章利用高分辨率通用环流模式对该海区的正压潮流进行模拟, 并对该海区潮能通量和潮能耗散特征进行分析。结果表明, 莫桑比克海峡及其邻近海区的潮波主要是半日分潮占主导地位, 全日分潮可忽略不计, M₂分潮形成1个左旋潮波系统和1个右旋潮波系统, S₂分潮形成1个左旋潮波系统。莫桑比克海峡和马达加斯加岛南部等绝大数区域的M₂和S₂半日潮流是逆时针旋转, 在马达加斯加岛顶部等局部区域是顺时针旋转, 而且在海峡通道等复杂地形处潮流流速量级较大。潮能通量矢量主要来自东边界, 大部分潮能通量沿马达加斯岛北部传入莫桑比克海峡区域, 其中经过马达加斯加岛北部和进入莫桑比克海峡的M₂ (S₂)分潮的潮能通量分别为156.86GW (40.53GW)和148.07GW (36.05GW), S₂分潮潮能通量的量级大约为M₂分潮的1/5~1/4。底摩擦耗散主要发生莫桑比克海峡和马达加斯加岛南北部, 其中莫桑比克海峡M₂ (S₂)分潮的底摩擦耗散为1.762GW (0.460GW), 占其底部总耗散的43.74% (39.72%)。

文章比较了卫星专用传感器微波成像仪/探测仪(SSM/I&SSMIS)、遥感系统数据集(RSS V7R01)、欧洲中期天气预报中心第5代再分析数据(ERA5)和现代回顾分析的研究与应用第2版数据(MERRA-2) 4种观测和再分析资料在刻画全球大洋水汽气候态中的异同点, 初步探究了不同尺度的大气柱水汽总量(TCWV)的变化特征和长期趋势。研究结果表明, 4种数据TCWV的空间分布、季节和年际变化较为一致。从1988至2018年, TCWV总体呈增加趋势, 其中热带海洋的年际变化显著, 增加趋势较强, 且和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)高度相关。利用再分析数据做短时间(如1991—1997年)的TCWV趋势分析时要慎重使用ERA5和MERRA-2的数据。在研究热带区域长期水汽变化趋势时, 需谨慎使用MERRA-2的数据。

细菌通过趋化系统感知和响应外界环境变化并进行趋利避害, 因此很多细菌进化出了非常复杂多样的趋化系统以适应不同的生态位。Epsilon-变形菌广泛存在于自然界中, 能适应不同的生态环境, 特别是深海Epsilon-变形菌能适应深海热液口和冷泉等极端环境, 其趋化系统可能有其独特之处。通过BlastP和MIST数据库分析, 我们发现大部分深海Epsilon-变形菌拥有F3类型趋化系统且具有单拷贝的双功能域融合蛋白CheV。此外, 一种特殊结构域CZB (C-terminal Zinc-Binding) 存在于深海Epsilon-变形菌的趋化受体蛋白中, 而且在部分深海Epsilon-变形菌的趋化受体中还发现并鉴定了一种新的结构域CZB-like结构域。文章以Epsilon-变形菌的模式菌株空肠弯曲杆菌(Campylobacter jejuni 81-176)为研究对象, 用细菌双杂交试验证实了CheV能与所有含MA结构域的趋化受体相互作用。用电感耦合等离子体质谱(ICP-Mass)技术证实了CZB-like结构域不能结合Zn离子, 但细菌双杂交试验证实它能介导趋化受体Tlp9与CheV的互作。

(R)-1-苯乙醇是手性药物合成的关键手性砌块, 在多种手性化合物的合成及医药、香料的工业生产中具有重要的作用。对筛选自西太平洋深海沉积物的Bacillus sp. DL-2进行破碎, 获取的胞内蛋白酶能有效拆分(±)-乙酸苏合香酯, 制备高光学纯的(R)-1-苯乙醇。为使拆分效果最优化, 本试验对比了表面活性剂、溶菌酶和超声法3种不同的破碎细胞方式, 并对表面活性剂和溶菌酶破碎法进行了单因素条件优化。最优方法及优化的反应条件为: 使用体积分数0.5%的表面活性剂曲拉通X-100在35℃和pH7.0条件下破碎细胞2h。经过优化后, (R)-1-苯乙醇的对映体过量值为96%, 转化率为23%, 为利用胞内蛋白酶生产手性化学品提供了参考。

人类活动引起的营养物质输入导致大亚湾出现海水富营养化、赤潮频发和生物多样性下降等生态问题。为探究陆源输入影响下大亚湾湾顶淡澳河输入对湾内浮游植物粒级结构和种类组成的影响, 2016年10月在大亚湾进行了原位观测和培养试验。原位观测结果显示, 淡澳河口的总溶解态氮、磷浓度分别达到85.3μmol·L^-1和1.5μmol·L^-1。加富培养试验结果表明, 淡澳河河口水加富对总叶绿素a (Chl a)和总浮游植物丰度有显著促进作用, 并导致浮游植物粒级结构由小粒级Chl a (0.7~20μm)占主导; 浮游植物丰度中甲藻比例升高, 主要种类为锥状斯氏藻(Scrippsiella trochoidea)和原甲藻(Prorocentrum spp.)。同样, 尿素加富也促进了浮游植物群落中小粒级Chl a和甲藻的比例增加, 且主要甲藻种类与河口水加富结果一致。无机氮、磷同时加富促进了总Chl a和浮游植物总丰度增加, 而对浮游植物粒级结构和甲藻丰度则没有明显影响。对照河口水和氮、磷营养盐加富试验结果, 说明河口水携带的溶解性有机氮源可能是导致大亚湾浮游植物群落小型化, 促进甲藻生长的关键营养盐形态, 其携带的无机氮、磷同时促进总浮游植物丰度增加。本研究结果表明有机形态营养组分对大亚湾富营养化和有害藻华可能产生重要影响。

根据2016年3月和9月南海东北部陆坡区浮游动物垂直分层采样, 比较浮游动物种类组成、丰度和生物量的垂直分布和季节变化, 探讨影响其差异的原因。文中共鉴定浮游动物225种, 其中3月和9月分别出现150种和169种; 桡足类种数达132种, 其次是毛颚类和管水母类, 各18种; 浮游动物种数在50~100m水层最高, 一般随水深增加而减少。浮游动物丰度和生物量主要集中在0~100m, 二者在100m以深水层随深度增加而降低, 而水柱生物量在100~1000m占总水柱生物量的60%以上。浮游动物优势种季节和垂直变化明显, 3月近海种如普通波水蚤(Undinula vulgaris)和微刺哲水蚤(Canthocalanus pauper)等在100m以上水层丰度较高; 9月外海种如达氏筛哲水蚤(Cosmocalanus darwinii)和黄角光水蚤(Lucicutia flavicornis)等在100m以浅水层相对于3月丰度增加; 隆线似哲水蚤(Calanoides carinatus)在3月丰度和平均体长高于9月, 并且体长较大者主要分布在深层。浮游动物可分0~100m、100~400m和400~1000m三个群落, 因不同水层种类组成和丰度差异引起。浮游动物丰度和生物量的垂直变化与温度、叶绿素a质量浓度等因子呈显著正相关。南海东北部陆坡浮游动物季节和垂直变化受季风、沿岸流和中尺度涡的影响。

分别在27℃和32℃高温条件下培养羊栖菜(Sargassum fusiforme), 以在22℃培养条件下生长的羊栖菜作为对照, 在培养的第0、1、3、5和7天分别取气囊样品, 采用植物生理学试验方法探讨高温胁迫对羊栖菜细胞膜损伤、渗透调节和抗氧化保护的影响。结果表明: 1) 高温胁迫导致羊栖菜细胞的相对电导率提高和丙二醛(MDA)质量摩尔浓度增加, 膜系统受到了损伤, 造成体内离子外渗、细胞膜脂发生过氧化; 2) 细胞内积累了可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸等渗透调节物质并且胁迫组始终高于对照组, 其中可溶性蛋白在胁迫第7天时达到最大值(11.4μg·mg^-1), 而可溶性糖和脯氨酸均呈现先升高后降低的趋势, 分别在高温培养的第3天和第5天时达到最大值; 3) 受到高温胁迫后, 羊栖菜超氧化物歧化酶(SOD)比活性增强, 而过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)比活性在高温胁迫过程中呈现下降的趋势, 说明羊栖菜主要通过抗氧化酶SOD比活性增强来降低胁迫对藻体带来的伤害。总之, 羊栖菜对高温胁迫比较敏感, 温度越高, 培养时间越长, 羊栖菜受到的伤害越大。

文章对马氏珠母贝水通道蛋白基因PfAQP4进行免疫功能分析。利用实时荧光定量分析免疫刺激和RNA干扰后PfAQP4及免疫相关基因的表达模式, 旨在为马氏珠母贝自然免疫研究提供新的资料。结果表明, 注射脂多糖LPS后, 在外套膜组织中PfAQP4 mRNA表达量在24h时显著上调(p<0.05), 在消化腺中PfAQP4 mRNA表达量先在12h时显著下调(p<0.05), 后在24h、36h和48h时显著上调(p<0.05)。注射聚肌胞poly(I:C)后, 在外套膜组织中PfAQP4 mRNA表达量在36h时和48h时显著上调(p<0.05), 在消化腺中PfAQP4 mRNA表达量在48h时显著上调(p<0.05)。RNA干扰PfAQP4表达后, 免疫相关基因CuZn-SOD在外套膜中的表达量显著下降(p<0.05), Pearson相关性分析显示PfAQP4与CuZn-SOD的表达存在显著正相关(r=0.818, p<0.001)。综上所述, PfAQP4参与马氏珠母贝的免疫应答。

对琼东南盆地陆架区晚中新世以来的断层活动性进行研究, 有助于理解南海西北部晚中新世以来的构造演化, 也对该区钻井平台的安全性评估、海洋工程勘查以及区域稳定性评价等有重要意义。研究区断层走向主要为NWW向, 多数断层在晚中新世时期停止活动。通过对断层几何形态的统计分析以及使用高分辨率断层落差图法(T-Z图示法)对断层活动性进行量化分析, 结果显示: 断层活动性在晚中新世末期(5.5Ma)发生转变; 研究区南部的断层落差值大于北部; 南部断层停止活动的时间较北部断层稍晚。这些研究成果表明, 晚中新世末期研究区断层受构造应力变化的影响, 在生长发育过程中断层活动性质发生了改变, 由逆断层转为正断层。红河断裂带对琼东南盆地的构造演化起着重要的控制作用, 文章推测研究区断层活动性变化是由红河断裂带的构造反转所导致, 因为红河断裂带在5.5Ma时发生了走滑运动的反转, 与研究区的断层活动性变化在时间和性质上相耦合。

利用海南中东部近海海域高频地波雷达观测得到的2019年4月—2020年3月表层海流资料进行潮流调和分析和余流分析。结果表明: 海南中东部近海海域以不规则半日潮流为主, 半日分潮M₂和S₂以往复流为主, 全日分潮O₁、K₁以顺时针旋转流为主, M₂、S₂、O₁、K₁分潮最大潮流流速的比为1 : 0.51 : 0.60 : 0.65, M₂为最主要分潮。最大可能潮流流速分布从西南方向向东北方向逐步增大, 最大值为35cm·s^-1。余流受东亚季风影响较大, 季节变化特征显著, 呈夏季形态(6月—8月)、冬季形态(9月—次年2月)和过渡形态(3月—5月)。夏季形态流向东北, 平均流速29cm·s^-1; 冬季形态持续时间最长, 流向西南, 平均流速36cm·s^-1, 大于夏季形态; 过渡形态为冬季形态向夏季形态的转变期, 流向分布较复杂, 平均流速13cm·s^-1, 明显小于夏季和冬季形态。从全年来看, 西南向流动的时间最长、流速最大, 海南中东部表层海水物质输运自东北向西南。

针对南海不同波浪要素条件下波浪滑翔机翼板参数设计的问题进行研究。基于欧洲中尺度天气预报中心大气和海洋全球再分析数据集(ERA5), 对南海不同季节以及台风经过时的波高波周期进行统计。并利用FLUENT软件研究南海不同波浪要素条件下翼板最大偏转角度、转轴位置以及翼板间距对波浪滑翔机水下翼板平均推力的影响。仿真结果表明, 波高越大, 翼板最大偏转角度也应相应增大, 才能保证翼板获得更大的推力; 在南海波浪要素条件下, 翼板转轴位置选取在翼板前端1/5处较佳; 适当增加翼板间距能够提高翼板获得的推力。通过对翼板被动摆动进行仿真, 得到了翼板在不同参数设置下产生的推力, 为波浪滑翔机翼板设计提供参考。

海岛生态物联网是海岛生态环境监测与物联网相结合的新技术, 对生态环境监测信息的集成共享、灾害预警、资源合理开发利用具有积极推动作用。文章结合庙湾岛珊瑚生态修复应用需求, 基于海岛生态人文环境特点, 对海岛生态环境物联网技术展开研究, 重点研究了珊瑚修复区海底生境参数感知技术、岸基供电控制及信息中继技术、物联网数据传输技术及远程服务器终端遥控及信息接收和管理技术等生态物联网关键技术, 可望为海岛生态物联网建设提供参考, 为海岛生态修复及健康评估提供技术支撑。

针对海上目标探测问题, 将矢量水听器和Argo浮标相结合, 可构建一种具有水中目标探测能力的新型水下声学浮标平台。该浮标平台可多次上浮和下潜, 具有在位时间长、隐蔽性能高、成本低等特点, 单台水下声学浮标即可实现海上目标探测, 利用多台水下声学浮标可快速形成大面积区域覆盖能力。为进一步验证水下声学浮标对海上目标探测性能, 2019年8月在南海海区开展了多台水下声学浮标海上试验, 数据处理结果表明: 南海夏季典型声速剖面下, 水下声学浮标对船长42m航速8.4kn的水面航船目标最远探测距离可达13.8km, 目标估计方位均方根误差最优可达5°, 在水面航船距离最近的1.9km处, 目标估计方位标准差可达2°。

微生物介导的硝化过程是全球氮循环的一个重要环节, 其中催化亚硝酸盐氧化过程的功能菌亚硝酸盐氧化菌(NOB)受到越来越广泛的关注。目前已鉴定的NOB涵盖4个菌门, 分属7个菌属。其中, 亚硝化螺旋菌属(Nitrospira)由于多样性高、分布广泛成为近年来的研究热点。文章综述了NOB多样性组成、系统进化关系、生态分布特征以及亚硝酸盐氧化和自养固碳的过程机制, 阐述了其在海洋碳氮生物地球化学循环中的功能, 并展望了本领域的研究热点。

红树林是以红树植物为主体的常绿灌木或乔木组成的潮滩湿地木本植物群落, 具有“四高”特性(高生产力、高归还率、高分解率和高抗逆性)的典型海洋生态系统; 目前, 全球约有红树林1700万公顷, 主要分布在南北半球25℃等温线内。红树林生态系统的净初级生产力高达2000gC·m^-2·a^-1, 具有高强度的物质循环、能量流动以及丰富的生物多样性, 对热带、亚热带海洋生态系统的维持与发展起到关键作用, 并在全球变化过程中扮演着十分重要的角色。近30年来, 全球气候变化已引起了国内外学者的极大关注。红树林生态系统位于热带、亚热带海岸潮间带, 是一个脆弱的、敏感的生态系统, 也是首先受全球气候变化影响的典型海洋生态系统之一。作为全球海岸带地区应对全球气候变化最为重要的生态屏障之一, 气候变化将严重影响着全球红树林的生存和分布方式。本文将从全球变暖、海平面上升、大气中CO₂浓度的增加和极端天气4个主要方面, 揭示全球气候变化对红树林生态系统的影响与变化特征, 阐述红树林对全球变暖、海平面上升、大气中CO₂浓度增加和极端天气响应与适应的生态学机制, 并简要概述了红树林在减缓全球气候变化危害中的重要作用。全球气候变化也将为红树林的研究、保护和发展带来机遇与挑战。

作为西太平洋最大的边缘海, 南海在全球海洋和海洋学研究中占有重要地位。近40年来, 南海的化学海洋学研究取得了大量系统的新发现、新认识, 提出了不少新的理论观点, 对全球海洋学的发展进步做出了重要贡献。研究发现了南海次表层存在以海水亚硝酸盐为代表的生态环境参数极值现象, 不同参数水层深度范围不同, 由此形成的跃层生态系统有着与其他生态系统显著不同的特点。从系统研究获知, 南海碳循环过程十分复杂, 生物作用下的生物泵过程以及碳源汇区域和季节变化巨大, 南海碳源汇在不同的区域不同的时间的性质和强度迥异, 全年尺度上总体表现为大气二氧化碳的弱源。南海北部的珠江口邻近海域和深海盆的生态环境特征与化学物质循环和陆架边缘海、珊瑚礁等密切相关, 但又与陆架边缘海、珊瑚礁等显著不同, 表现为珠江口底层存在缺氧现象, 珠江口海域是一个以缺氧为特征的生态脆弱区。在系统认识南沙珊瑚礁生态系统物质循环快速、生物过程控制着化学物质的垂直转移的基础上, 提出了维持珊瑚礁生态系统高生产力的新机制——“拟流网理论”。对南海沉积物化学的系统研究认识到, 沉积物-水体化学物质循环有密切的耦合关系, 南海珊瑚礁或沉积岩心化学物质分布变化可反演其历史变化, 如南海冰期表层海水古生产力为间冰期的1.6倍; 晚中新世南海南部发生了一次“生物勃发事件”, 其生产力主要受季风和陆源营养物质输入量影响; 东北季风与西南季风在不同区域其影响程度不同等。40年来南海化学海洋学研究的这些新发现和新认识对系统揭示南海的海洋学过程奠定了强有力的基础, 未来南海化学海洋学研究也必将为南海资源环境的可持续利用提供科学支撑。

2015—2018年, 国家自然科学基金重大研究计划“南海深海过程演变”的重点支持项目“南海东部马尼拉俯冲带深部结构探测与研究”以马尼拉俯冲带为研究重点, 从深部地球物理的角度探索南海形成演化史与运行规律。项目执行期间, 在国家基金委共享航次协助下, 先后开展和参与5次综合地球物理探测, 共投放海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer, OBS)台站73台次, 海底电磁仪(Ocean Bottom ElectroMagnetometers, OBEM)仪器5台次, 累积放炮达13872炮, 成功获得了60台OBS数据和5台OBEM数据。同时, 取得了一系列创新性研究成果: (1)基于人工地震探测及天然地震层析成像结果, 确定南海东北部的地壳属性为受到张裂后期岩浆活动影响的减薄陆壳(12~15km), 划分了南海北部陆缘洋陆边界(Continent-Ocean Boundary, COB); (2)根据多道地震反射剖面, 划分了马尼拉俯冲带北部增生楔前缘的精细结构; (3)圈定了南海停止扩张时洋壳范围; (4)初步构建了南海与菲律宾海板块构造演化模型。本项目为重大研究计划“南海深海过程演变”核心科学问题(海底扩张的年代与过程)提供了实质性的证据, 同时为南海构造演化生命史的“骨架”提供了重要的基础数据, 具有深远的科学意义。

泥火山是地球运动和深部含流体物质向表层迁移的一种重要形式, 其喷溢及喷出物对认识地质动力、地层岩性和资源环境具有重要的意义。东沙海区新生界薄(~1km), 中生界厚(>5km), 是南海最典型的中生代沉积区和油气勘探待突破区。区内有众多的海山海丘, 过去都被推测为不利于油气成藏的岩浆火山。但近年来针对这些海山进行的调查发现了大量海底地层底辟形变与断裂、流体充注空白反射带和喷溢释放结构。通过浅表层取样采获了丰富的自生碳酸盐岩结核及深水珊瑚、海绵等生物, 表明众多海山、海丘具有明显的泥火山活动特征。东沙泥火山的发现表明区内具有良好的油气生成和运移条件, 为勘探源于中生界的油气和水合物提供了重要线索; 而大量深水珊瑚和海绵的出现指示东沙泥火山区可能是深水珊瑚礁、海绵礁发育区, 为研究油气泄漏、化养生物和环境三者的关系提供了重要的研究对象。

珊瑚岛礁海岸波流动力复杂、地貌形态特殊、工程响应未知, 波浪传播变形和波生环流对建筑物安全、地形地貌演变、防灾减灾和生态环境保护都有重要影响。本文从大范围大洋海脊导波与岛礁波浪俘获、中等尺度的礁坪-潟湖-裂口系统波流特性、建筑物前沿的局部波流特性及工程响应等三种不同空间尺度上综述了波流运动特性研究的新进展, 主要包括深水大范围的海脊波浪引导与岛礁波浪俘获的理论解析、礁坪-潟湖-裂口系统整体物理模型实验、基于大水槽实验的建筑物影响下波流演化过程及越浪量和波浪力计算方法, 并提出亟需深入研究的重点内容。

海气湍流热通量(潜热和感热)是研究海气相互作用和大洋环流的关键要素, 认识其变化机理对理解“海洋动力过程及气候效应”有重要意义。然而, 受观测手段和计算能力两方面的限制, 过去对海气湍流热通量日变化研究存在“特征认识较粗、机制理解较疏”的现象。本文探讨了在不同边界层稳定性下海气湍流热通量日变化研究中的问题与难点, 并讨论了“不同边界层稳定性下海气湍流热通量日变化过程和机理”这一关键科学问题。本文提出, 可基于海洋浮标、平台和波浪滑翔机等综合观测数据和高时空分辨率再分析资料, 利用块体算法和脉动分离方法, 揭示全球海气湍流热通量的精细化日变化特征和决定因素, 以及海气湍流热通量日变化强度(日内小时级变化的标准差)与极端天气过程和气候事件的动力关联。同时, 为更精准认识日变化过程, 在技术上可通过耦合高频海表流速和校正边界层物理参数观测高度等方式提升海气湍流热通量估算的精确度。本文提出可将多时空尺度海气湍流热通量变化维度转换到边界层稳定性上, 以便集中认识其日变化特征和机理, 支撑全球海气能量平衡的科学认识。

红树林是全球极为重要的生态与环境资源, 在储存有机碳、增加滩面高程及防御海洋灾害等方面富有成效。然而, 因高强度人类活动与海面上升作用, 世界沿海红树林潮滩出现大规模损失。基于此, 本文从红树林消能及泥沙捕集、红树林潮滩生物地貌行为, 以及红树林潮滩对风暴潮与海面上升的响应三个方面, 对红树林潮滩沉积动力研究进行分析与回顾, 提出红树林潮滩沉积动力研究的关键问题应着重于红树林潮滩波流联合动力的衰减与潮滩动力、沉积、地貌及植被的耦合过程。此外, 针对全球沿海红树林生境的差异, 还应从区域尺度加强红树林潮滩沉积过程与驱动机制的研究。

在富含甲烷水合物的海相冷泉沉积物中, 古菌厌氧甲烷氧化作用(anaerobic oxidation of methane, AOM)越来越受到人们的重视。目前普遍认为, AOM是由嗜甲烷古菌和硫酸盐还原菌共同调节的生物地球化学过程。16S rRNA基因分析表明, 包括AEME-1、AEME-2和AEME-3在内的多种甲烷古菌参与了AOM的过程, 它们广泛分布于全球大洋海底缺氧带。AOM过程与全球环境变化密切相关, 从深海底部冷泉区向上渗漏的甲烷气体, 绝大部分在穿透缺氧带沉积层过程中被甲烷氧化古菌所消耗, 有效减少了具有强烈温室效应的甲烷气体向大气的释放。对AOM生物地球化学过程的研究, 在认识冷泉系统碳酸盐的形成机理、控制强温室气体甲烷从海底的渗漏和开发可燃冰新能源等方面具有重要意义。

为综合评估遥感技术在南海、尤其在南海U形海疆国界线(简称南海U形海疆线)研究中的应用情况, 本文以中国知识基础设施工程(China National Knowledge Infrastructure, CNKI)和Web of Science核心合集 (Web of Science Core Collection, WOSCC)分别作为中文与外文期刊论文数据库来源, 筛选出截至2019年已发表的相关主题的中外期刊文献, 进行文献计量分析。按照关键词筛选的三类论文为: 南海自然科学研究(中文10150篇, 外文10130篇), 南海遥感研究(中文560篇, 外文1296篇)与南海U形海疆线相关研究(中文303篇, 外文33篇)。文献计量分析表明: 南海自然科学研究总发文量最大的国家为中国(18253篇), 总发文量排名前列的研究机构(如排名第一的中国科学院南海海洋研究所)与期刊(如排名第一的《热带海洋学报》)也主要来自中国; 年发文量变化趋势显示, 南海自然科学研究呈现四个阶段(缓慢起步、缓慢增长、快速增长和回降), 南海遥感研究有两个阶段(缓慢起步与快速增长), 南海U形海疆线研究中文论文呈现三个阶段(缓慢起步、快速增长与回降); 热点研究显示, 南海自然科学研究围绕季风、天然气水合物与台风开展, 南海遥感研究关注海表温度、叶绿素与台风, 南海U形海疆线研究关注南海争端和地质特征。遥感数据于1974年开始被用于南海台风研究, 2019年被用于南海U形海疆线的生态环境研究。发展海洋遥感技术, 深化南海台风“风泵”生态效应与灾害研究, 拓展南海U形海疆线走廊立体的综合科学研究和增强南海的自然科学与社会科学的交叉研究, 意义重大。

海上风电是一种清洁的可再生能源。本文简述了海上风电发展概况, 并介绍了广东省在南海北部建设海上风电场的进展, 同时描述了南海北部一些典型的海洋水动力过程及其现场观测研究存在的难题; 最后提出利用海上风电场构建海洋水文现场同步实时网络系统的观点, 指出利用这些长期定点的网络式观测数据对研究海洋中小尺度动力过程等的优势。希望能为促进海上风电与海洋科学研究的融合发展提供参考。