真菌是海草床生态系统的重要组成部分, 它们在维持海草健康和生态系统碳氮等营养元素循环方面发挥着重要作用。为了阐明海草床生态系统真菌的群落结构及功能, 文章以热带海草泰来草(Thalassia hemprichii)沉积物为主要研究对象, 通过Illumina Miseq高通量测序技术分析海南岛和西沙群岛两个研究区域泰来草沉积物真菌的群落结构与物种多样性, 并利用FUNGuild数据库对真菌营养类型进行预测和功能注释。研究结果表明, 子囊菌门(Ascomycota)(相对丰度24.30%~76.20%)和担子菌门(Basidiomycota)(相对丰度4.98%~52.24%)为两个研究区域的共同优势种群, 但是子囊菌门真菌的相对丰度在两个研究区域间存在显著性差异(p<0.05), 两个区域内共有的海草沉积物真菌分类操作单元(operational taxonomic units, OTUs)数量占比为5.15%, 其相对丰度为31.19%。两个研究区域泰来草沉积物真菌群落的α多样性指数中的香农指数(Shannon)和系统发育多样性(phylogenetic diversity)以及β多样性之间都存在显著性差异(p<0.05)。FUNGuild功能预测分析表明, 大部分真菌的营养类型尚未确定(72.11%~91.92%), 其中能够确定的主要营养类型为共生营养型(symbiotroph)、腐生营养型(saprotroph)和病理营养型(pathotroph), 3种营养型可以进一步分为41个生态功能群。基于随机矩阵理论(random matrix theory, RMT)构建的两个研究区域海草泰来草沉积物真菌分子生态网络结果显示, 海南岛泰来草沉积物真菌网络结构更加复杂, 其平均聚类系数更高、平均连通度更高、密度更高, 该真菌群落可能对外界环境变化更为敏感, 而西沙群岛海草沉积物真菌群落的模块化程度更高, 其中粪壳菌纲(Sordariomycetes)为分子生态网络中的关键类群。

微生物固氮是红树林生态系统中氮素循环的一个关键环节, 其产生的新氮源对红树林生态系统的氮素营养供给和初级生产力的提高有着重要意义。本文聚焦红树林固氮微生物的研究历史和现状, 综述了红树林固氮微生物的群落结构、固氮速率及其测定方法, 探讨了固氮微生物在红树林生态修复中的应用及其对红树林生境的指示作用, 阐述了固氮微生物在耦合红树林碳、氮、硫元素循环的重要角色, 并展望了红树林固氮微生物的研究前景和新视角。

涡致混合扩散是物理海洋研究中的热点和难点问题。本文基于“有效扩散”理论, 研究示踪物等值线在海表地转湍流的多尺度搅拌作用下, 发生拉伸、扭曲、变形、折叠等改变其几何拓扑结构的现象, 并探讨了等值线分形长度的变化与混合效率的关系。研究结果表明, 在地转流场的搅拌下, 示踪物的等值线会被迅速拉长, 并产生丰富的精细结构。这种分形式的增长可达原长度的10~20倍, 是混合效率提高的主要原因; 而涡丝和锋面伴随的梯度增强虽然也有贡献, 但为次要因素。另一方面, 在示踪物模拟过程中, 小尺度扩散会通过不可逆混合对示踪物进行均匀化, 从而抹平等值线的精细结构, 抑制等值线的增长, 限制混合效率的提高。基于“数盒子”算法计算了等值线的分形维度, 其数值在1.4到1.6之间, 介于一维和二维之间。但由于地转湍流数据分辨率的限制, 无法考虑更小尺度(次中尺度过程)的搅拌作用, 可能低估了等值线的分形长度和混合效率。本研究将海洋混合与等值线几何特征联系了起来, 初步得到了分形长度和混合效率两者的经验关系式, 未来可以利用图像识别等成熟遥感技术将海洋示踪物等值线的几何特征直接转换为混合效率, 为诊断分析海洋混合及其参数化提供了一种新的思路。

滤食性浮游被囊动物在开阔大洋和沿海海域中大量存在, 通过黏液网来大量过滤海水浓缩食物颗粒以供种群快速增殖, 是生物碳泵的关键组成, 对海洋生物地球化学循环和生态系统能量流动均有重要意义。文章从浮游被囊动物生物学特征、植食性滤食作用、生活史特异性等方面综合论述了国内外关于浮游被囊动物在摄食海洋微型生物、调节海洋生物碳泵(biological carbon pump, BCP)和改变微型生物群落结构以及联系深海食物网等方面的作用。概括了国内外影响浮游被囊类暴发的食物因素、生活史特征、海洋动力过程及气候变化等相关研究进展。浮游被囊动物通过黏液过滤打包真光层微型生物, 产生的粪便球和胶质死体快速沉降而输出成为胶质碳泵, 从而增加BCP效率, 改变微型生物碳循环途径; 作为上层海洋生态系统与深海生态系统的媒介, 胶质坠落在深海群落和底栖动物食物网中扮演重要作用。文章最后总结了其他胶质碳泵的相关研究进展, 并提出在全球变化背景下, 未来的研究应该更多地着眼于动力过程对不同生活史阶段浮游被囊动物的垂直移动和集群的影响, 并将过滤摄食对微生物群落影响及繁殖策略响应与海洋物理、化学和生物环境多维度联系起来, 全面解释浮游被囊类暴发的内在和外在机制, 有助于准确评估海洋被囊类胶质碳泵效率及其对全球变化的响应。

在南海三亚湾南部部署了长期监测站位, 于2020年4—10月、2021年12月—2022年2月等时段开展了覆盖4个季节的海浪观测。在观测数据的基础上, 对该海域波浪要素的基本统计规律及其对台风过程的响应特征开展了系统的分析。结果显示, 观测站位处的海浪受风场、地形、岸线和潮流动力等局地因素影响明显, 呈现近岸浪特征。由于受到水下地形的削弱和岸线边界的诱导, 站位处波浪长期维持向北传播, 波高和波周期均相对较小, 其中有效波高和平均周期在大部分时间内分别低于1m和4s。由于受到潮流和海陆风等动力因素的影响, 波高呈现强烈的日变化特征, 在与流向相反(相同)时, 波高和波陡均明显上升(下降); 在同向较强风速的作用下, 波高和波陡亦明显上升。站位波浪要素对台风过程有着显著的响应, 在潮流的协同作用下, 波高显著上升。当台风过程离站位较近时, 波浪能量的频率分布向低频段加强的同时, 也向高频段扩展, 且方向分布发生明显改变; 如果路径离站位距离较远, 则波浪能量主要通过涌浪的形式传至站位, 能量分布主要向低频扩展而方向分布基本不变。

潮位校正是海岸线提取的重要步骤。针对当前基于遥感的海岸线提取多以瞬时水边线为主, 潮位校正方法多样且精度低等问题, 本文在分析平衡剖面模式的基础上, 引入改进的Bodge平衡剖面潮位校正的高分辨率遥感海岸线潮位校正新方法, 并对常见潮位校正方法作对比分析。选取广东省典型砂质岸滩海门湾和平海湾, 协同归一化水体指数、大津算法、数学形态学、边缘检测算子, 实现瞬时水边线的快速、自动化提取, 然后利用不同潮位校正方法获取真实岸线数据, 最后结合RTK(real-time kinematic)实测点位数据对基于平衡剖面模型的潮位校正、拟合线性潮位校正以及传统潮位校正方法提取结果进行对比分析。研究表明: (1)基于平衡剖面模式的潮位校正方法精度优于拟合线性潮位校正方法和传统潮位校正方法。(2)在同属基于平衡剖面模式的潮位校正方法中, 基于改进的Bodge平衡剖面模式的潮位校正方法相比较于Bruun-Dean平衡剖面模式潮位校正方法精度更高; 基于参考岸线数据, 利用断面法验证了所提取的岸线精度达到2m。研究结果可为海岸线精确提取和海岸规划提供参考案例和决策依据。

文章基于混合坐标海洋模式(hybrid coordinate ocean model, HYCOM)等多套再分析资料, 研究了气候态斯里兰卡穹顶(Sri Lanka Dome, SLD)的演变过程及其能量学特征。研究显示, SLD有两次从发展、成熟至减弱的过程, 相伴随的是其涡动能(eddy kinetic energy, EKE)也出现两次峰值。在第一次发展阶段(5月23日—6月10日), SLD在斯里兰卡的东南部开始发展, 并逐渐移向东部, 伴随着面积和强度逐渐增大。在此过程中, 风应力持续输入EKE, 海洋不稳定过程使得平均流能量转化为EKE和涡势能(eddy available potential energy, EPE), 以及西南季风流(southwest monsoon current, SMC)的平流作用, 均使得SLD迅速加强。在成熟阶段(6月11—22日), SLD位于斯里兰卡东部, 风应力做功和涡流相互作用的增强使得SLD区域内的EKE和EPE达到第一个峰值。在减弱阶段(6月23日—7月20日), SLD向西北移动, 由于平流项引起EKE和EPE的耗散, 加上风应力做功和斜压不稳定显著减小, 使得SLD区域的EKE和EPE衰减, 强度显著减小。而在稳定阶段(7月21日—8月14日), SLD移至斯里兰卡东北部, 风应力做功, 压强做功和涡流相互作用较弱, 使得SLD的强度始终维持一个较弱的水平。在第二次发展阶段(8月15—25日), SLD北移, 伴随着风应力做功和压强做功的增强, 其强度增大。在消亡阶段(8月26日—9月5日), 海洋不稳定过程使得EKE和EPE转化为平均流能量, 导致SLD逐渐消亡。因此, 风应力做功、涡流相互作用、压强做功以及源自SMC的平流作用是控制SLD演变的主要因子。

铁在海水中溶解度低, 来源有限, 是全球40%海域中浮游植物的主要生长限制因子。海洋聚球藻是一种全球分布的超微型蓝藻, 也是海洋初级生产力最主要的贡献者之一。受到近岸和大洋环境中铁来源和浓度的影响, 海洋聚球藻应对铁限制的适应机制可能存在差异。本研究基于29株全基因组测序的海洋聚球藻进行了比较基因组学分析。结果表明, 海洋聚球藻具有较高的遗传多样性, 隶属于GTDB(Genome Taxonomy Database)分类法中Cyanobiaceae科的4个属, 并且这4个属与原有NCBI(National Center for Biotechnology Information)分类法中海洋聚球藻的亚群分类具有很好的对应关系。功能注释结果表明, 近岸和大洋聚球藻的特有基因数量与种类差异较大, 近岸株中参与无机离子转运和代谢的特有基因数量大于大洋株。进一步分析海洋聚球藻铁限制相关基因后发现, 近岸株在铁的吸收、稳态调节和储存方面的能力强于大洋株, 对环境变化的感知和响应能力也更强。本研究重新梳理了海洋聚球藻的进化关系和分类地位, 并系统分析了近岸和大洋聚球藻基因组及应对铁限制的适应机制差异, 为深入理解海洋聚球藻的环境适应性提供了依据。

本文利用虎红染色和传统形态分析方法, 首次揭示了孟加拉湾中部0~2600m水深放射虫类群(多囊虫、等辐骨虫、列足虫和稀孔虫)的垂向变化特征。多囊虫可生活于全水深, 丰度最高值在叶绿素最大值层, 表明大部分多囊虫偏好光线充足和营养丰富的水体环境; 在阿拉伯海高盐水入侵影响的中深层水体(200~1000m)中, 多囊虫活体群和残骸群的丰度变化平稳, 反映出其偏好高盐环境(>34.5‰); 1000~2000m水层中活体群未增加, 但其残骸群的丰度明显升高, 推测取样期间1000~2000m水深处可能存在横向搬运现象。等辐骨虫活体丰度最高值出现在50~100m, 100~200m深度急剧下降, 在200~2600m水深则几乎缺失; 0~200m残骸体数量极低, 表明等辐骨虫偏好光线充足、营养丰富的环境, 其在约100m深发生大量溶解。印度棒矛虫(新种)(Sticholonche indicum sp. nov.)被描记, 其形态不同于其他棒矛虫种, 具有明显更长的船桨状轴足, 其活体峰值位于200~300m, 偏好中等温度、高盐的环境, 且不受低含氧量的限制。稀孔虫主要生活于50m以深, 高峰值出现在200~300m, 300~2600m少量存在, 其残骸群在0~2600m都处于极低值, 反映出低氧含量对稀孔虫影响不明显, 而且部分稀孔虫物种不受低温限制, 可生存于深水中。可见, 浮游动物多囊虫、等辐骨虫、列足虫和稀孔虫具有显著不同的垂直分布与环境适应特征, 本研究有助于理解海洋生态系统的物质循环和环境变化。

河流入海水沙变化是河口三角洲演变研究的重要内容。在全球气候变暖引起的极端天气频率和强度增加的背景下, 研究极端天气影响下的河流入海水沙通量变化对于理解河口三角洲海岸环境演变具有重要的科学意义。本文以山溪型中小入海河流——南流江为例, 基于1966—2020年的水沙、洪水实测数据, 采用变差系数和数理统计等方法分析极端天气影响下的南流江入海水沙变化规律。研究结果表明: 1) 热带气旋过境期间多年日平均流量为7.72×10²m³·s^-1, 是正常天气下(1.63×10²m³·s^-1)的4.73倍; 热带气旋过境日均输沙量的多年平均值为2.55×10⁴t, 是正常天气下(0.19×10⁴t)的13.42倍。热带气旋期间, 入海水沙量大, 具有“丰水多沙”的特点。2) 洪水期间的多年日平均流量和输沙量分别为8.53×10²m³·s^-1和3.07×10⁴t, 分别是正常天气下日平均流量(1.56×10²m³·s^-1)和输沙量(0.17×10⁴t)的5.46倍和18.18倍。洪水期间, 来沙量越大, 入海泥沙通量越大, 呈现“多来多输送”的典型特征。3) 极端天气对南流江入海水沙通量具有重要的贡献作用, 热带气旋对径流量和输沙量的多年平均贡献率分别为6.78%和19.31%, 而洪水对径流量和输沙量的多年平均贡献率分别为14.33%和36.21%。

滨海酸性硫酸盐土成土母质中富含还原性硫化物(reducing inorganic sulfur, RIS)和活性铁等生源要素, 耦合制约着铁、硫以及重金属元素的环境地球化学行为。为了揭示滨海酸性硫酸盐土壤湿地沉积物中RIS和活性铁的耦合机制及环境意义, 文章通过在钦江河口滨海酸性硫酸盐土壤湿地采集深约40cm的沉积柱状样, 在垂向上对酸性可挥发硫(acid volatile sulfide, AVS)、黄铁矿硫(chromium reducible sulfur, CRS)、元素硫(elemental sulfur, ES)和活性铁[(Fe(Ⅱ)和 Fe(Ⅲ)]的含量和分布规律进行了厘定, 并结合沉积物的理化性质进行探讨分析。结果表明: 钦江河口酸性硫酸土中的活性铁中以Fe(Ⅲ)为主, 活性铁中的Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)在环境容易发生相互转换, 氧化还原电位(Eh)越低、有机质(organic matter, OM)含量越高越利于Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ); 还原性无机硫以CRS为主, 其次为AVS以及少量ES, 成岩过程中还原性无机硫会相互转化, 其过程主要受到活性铁和OM控制, 但研究区还原性无机硫形成的限制因素并非活性铁, 而是OM的含量及活性; 较高的OM和Fe(Ⅱ)易造成AVS富集, 较高的Fe(Ⅲ)和Eh值利于ES生成, CRS除受OM和活性铁的控制, 还受到AVS转化率的影响; 研究区大部分样点的CRS/AVS比值较低, 表明AVS不能有效的转化为CRS, 硫化物活性与生物有效性较高。因此应尽量避免外源OM引入和人为活动扰动, 以免造成还原性无机硫氧化释放出H⁺形成酸害, 同时降低吸附或共沉淀在还原性无机硫上的重金属等污染物的浸出, 以减少环境破坏。

海浪能取之不尽, 用之不竭, 是最重要的可再生能源之一, 具有广阔的发掘潜力。本文提出一种用于收集岸基海浪能的新型弹簧辅助摩擦纳米发电机(spring-assisted triboelectric nanogenerator, SS-TENG)。SS-TENG通过“海浪-浮台-弹簧”传动结构实现海浪能的转化, 避免了与海水直接接触, 减少了腐蚀环境对发电模块的损坏。SS-TENG通过两种方式显著增强了输出性能, 一是利用发电模块中弹簧弹性势能的释放增大各个摩擦纳米发电机(triboelectric nanogenerator, TENG)单元电极层与介电层的瞬间接触速度, 使得单个TENG单元输出的峰值电流(peak current, I_P)从7.36μA增加到12.12μA; 二是利用发电模块中各个TENG单元间的同步运动, 将它们进行简单的并联即可实现输出的大幅增加, 使得单个TENG单元输出的I_P从12.12μA增加到4个并联的43.86μA。SS-TENG转化成的电能可为数字计算器充电并成功点亮160盏LED灯, 验证了SS-TENG的输出能力。SS-TENG结构简单、制作成本低、输出性能及工作的长期稳定性较好, 为岸基海浪能的高效收集及自供电传感器发展提供了新的技术手段。

红海与加利福尼亚湾同处于由大陆裂谷向初始海底扩张的过渡阶段, 但具有显著不同的构造背景与演化特征。本文基于磁异常数据, 利用基于傅里叶变换和小波变换的质心法, 计算得到了红海和加利福尼亚湾的居里面深度, 对比发现二者热状态存在显著差异, 不同方法的计算结果均显示加利福尼亚湾的居里面明显深于红海的居里面。红海扩张中心相对连续, 岩浆活动较为活跃, 而加利福尼亚湾扩张中心区域广泛发育了错开扩张脊的转换断层, 并且扩张中心处热液活动强烈, 加速了该区域的热对流和热损耗。此外, 扩张速率与热状态和热液活动之间存在着明显的耦合关系。加利福尼亚湾的扩张速率是红海的两倍多, 较快的扩张速率与热液活动正相关, 较强的热液活动加速热损耗而加深居里面, 也是引起加利福尼亚湾居里面比红海居里面深的原因之一。

本文基于城市安全韧性三角形模型, 构建韧性城市视角下的风暴潮灾害综合风险评价框架, 采用2011—2020年福建省33个沿海县(区、市)数据, 通过城市适灾韧性评价指标体系, 科学评价福建沿海城市适灾韧性水平时空分异特征, 借助地理信息分析工具, 综合风暴潮灾害危险性、脆弱性和城市韧性的评价结果, 实现福建省域尺度风暴潮灾害综合风险区划。结果表明: (1)福建省2020年沿海城市适灾韧性水平从高到低依次为: 福州、厦门、漳州、泉州、宁德、莆田; (2)随着各沿海城市适灾韧性水平的稳步提升, 福建省风暴潮灾情等级指数呈下降趋势; (3)风暴潮综合风险I级区主要分布在莆田的兴化湾、湄洲湾沿岸; (4)在灾害防御建议方面, 应重点关注河口、喇叭型湾口等地区, 应重点防范北部路径和中部路径的台风风暴潮, 应因地制宜制定海洋防灾减灾对策和韧性城市建设规划。

本文以丝鳍圆天竺鲷(Sphaeramia nematoptera)为研究对象, 观察记录了其繁殖习性以及胚胎发育和胚后发育的过程。研究结果表明: 丝鳍圆天竺鲷的繁殖活动由雌鱼主导, 在凌晨1点至3点交配, 产卵受精后由雄性口孵, 产卵间隔期为11~18d, 无季节性。雌鱼单次产卵3126~4882粒, 受精卵近圆球形, 卵径(720±10)μm, 内有数颗油球; 在水温(27.0±0.5)℃条件下, 受精卵经过卵裂期、囊胚期、原肠期、神经胚期、器官形成期到出膜需187h。丝鳍圆天竺鲷胚后发育分为仔鱼期、稚鱼期、幼鱼期和成鱼期, 初孵仔鱼全长(2.8±0.1)mm, 口裂高度(0.202±18)mm, 孵化后第二天仔鱼开口摄食; 孵化后24d鳍条形成, 身体出现两条黑色条带, 结束浮游阶段, 进入稚鱼期; 孵化后50d鳞片完全形成, 体色斑纹等外形特点与成鱼相同, 进入幼鱼期; 孵化后360d性腺发育成熟, 具备生殖能力。

台风引起的风暴增水严重影响沿海地区的生产生活, 是造成经济损失最严重的海洋灾害之一。深圳市位于中国南海北部沿岸, 是易受风暴潮灾害影响的区域, 对深圳近海海域风暴潮开展研究不仅能够提升对风暴潮物理机制的认识, 同时对沿海城市有效防灾减灾预警有重要意义。在风暴潮模拟研究过程中, 台风气象场是风暴潮模拟准确与否的关键因素。本文针对深圳近海区域海洋环境, 以海流模型FVCOM (finite volume community ocean model)和海浪模型SWAN (simulation wave nearshore)为基础, 建立了区域风暴潮-波浪耦合模型, 分别用再分析气象数据(European center for medium weather forecasting, ECMWF)、理想台风模型(Holland)及大气模型台风模拟结果(weather research and forecast, WRF)作为驱动场条件, 对台风“山竹”期间的风暴潮过程进行模拟。结果表明: 分辨率较低的ECMWF再分析气象数据难以准确体现台风水平结构, 从而导致模拟误差; Holland气象场在整体上能够对台风“山竹”进行准确模拟, 但无法再现台风在近岸区域的结构形变, 从而导致在蛇口及附近(深圳湾, 珠江口内侧)区域的风暴潮模拟水位偏高; WRF对风速、气压、水位、波浪都有较好的模拟效果, 且WRF很好的改善了Holland在靠近台风登陆点的区域风暴潮水位偏高的问题, 对珠江口、深圳湾区域定量改进约20%~30%。在未来的风暴潮预报中, 如果采用类似于Holland这样的理想台风场, 需注意上述区域的模拟结果。此外, Holland理想台风场和WRF模型结果驱动下的波浪场模拟效果都较好。

本文利用1993—2020年AVISO(archiving validation and interpretation of satellite oceanographic)涡旋轨迹数据, 对比分析了太平洋边缘海域——南海与开阔海域——黑潮延伸体区中尺度涡的空间分布特征以及生命周期演化规律的异同。结果表明, 南海涡旋特性呈显著的季节性差异, 冬夏两季气旋涡(CEs, cyclonic eddies)和反气旋涡(AEs, anticyclonic eddies)极性概率分布呈现相反的“条带状”, 冬季CE强于AE, 夏季相反; 黑潮延伸体区则冬夏季均为CE强于AE, 极性概率分布无明显的季节变化。在生命周期演化上, 南海和黑潮延伸体区涡旋动能(EKE, eddy kinetic energy)演化曲线均呈现增长—稳定—衰减的特征, 且具有不对称性。南海涡旋的增长期短于衰减期, 黑潮延伸体区则为衰减期更短。南海夏季EKE曲线变化速率快于冬季, 黑潮延伸体区冬季的衰减期变化速率是夏季的1.5倍。平均传播速度演化曲线显示南海气旋涡具有先向西北随后转而向西南传播的特征, 纬向平均传播速度为3.3cm·s^-1; 黑潮延伸体区气旋涡呈现西南向传播, 反气旋涡呈现西北向传播的特征, 纬向平均速度为1.3cm·s^-1, 慢于南海涡旋。两个区域的涡旋传播速度和EKE在涡旋生命周期中的演化均存在显著的负相关。

氧化还原敏感元素(Mo、U、V、Re、Ni、Co、Cr)已被广泛用于判别沉积环境的氧化还原状态, 以及计算上覆水体和大气层中的氧气浓度。然而海底冷泉活动由于微生物作用形成的硫化氢可以导致这些元素指示的氧化还原信号发生变化和模糊, 进而影响氧化还原状态判别的有效性。文章通过对南海活动冷泉F站位海底3根插管沉积物的氧化还原敏感元素地球化学特征分析, 发现冷泉活动区海底沉积物相比正常海底环境普遍表现为较高的Mo含量, 并指示孔隙水为硫化环境, 表明甲烷厌氧氧化作用形成的硫化氢对沉积物中Mo富集具有促进作用。冷泉沉积物的U/Th、V/Cr和Ni/Co显示底层海水具有较高的氧浓度, 与正常海底特征相一致。但是V/(V+Ni ) > 0.7指示了沉积物形成时的环境缺氧, 可能与陆源碎屑中较低的Ni含量有关。冷泉沉积物Re/Mo比值接近现代海水值, 与现代海洋硫化盆地的特征类似, 指示了冷泉附近海洋硫化分层特征。因此冷泉活动区海底沉积物的Re和Mo容易受到甲烷渗漏的影响, 不能可靠指示真实的氧化还原状态。

红树林内生真菌因其高盐、高温、强光照、缺氧的生存环境而进化出独特的代谢途径, 进而产生了一大批种类丰富、结构新颖、活性显著的次生代谢产物, 使红树林来源的内生真菌次级代谢产物成为近年来的研究热点。在红树林内生真菌领域中, 曲霉和木霉属真菌是研究较多的两个属。本文对2018年1月—2022年10月红树林来源曲霉属内生真菌和2015年1月—2022年10月红树林来源木霉属内生真菌新次级代谢产物的化学结构及其生物活性研究进行综述, 按聚酮类、生物碱类、萜类、肽类与氨基酸类化合物等分别进行总结, 并提出目前研究中存在的问题, 为后续红树林内生真菌的研究提供借鉴和指导。

基于2015—2017年梧州站逐日流量时间序列, 应用一维、二维耦合数值模型, 并考虑曼宁系数的洪枯季变化, 模拟了西江感潮河道(马口—磨刀门)潮位的时空变化, 研究了潮波从河口向河道上游传播过程中的潮波变形特征、潮位极值点的时空分布以及潮差的沿程衰减特征。结果表明, 河道水位受径流影响有明显的洪枯季特征; 日均水位呈现大小潮期间的半月周期变化, 半月变化沿河道上溯逐渐增大, 说明外海潮波以一种半月低频分潮的形式向河道上游传播; 受径流影响, 潮汐不对称特征越往上游越明显, 涨潮历时和落潮历时的差异往上游递增。各个水文站的极值潮位受径流影响往上游呈递增趋势, 且在外海潮汐的作用下多发生在大潮期间。河道内潮差从下游往上游呈递减趋势, 季节差异显著, 下游的灯笼山和三灶站有明显的半年周期特征。

本文利用2021年9—10月布放在南海北部东沙岛以西陆坡区的3套潜标观测数据分析了流花油田区内潮和内孤立波分布特征。调和分析显示, 该海域正压潮流较弱, 明显小于表底层斜压潮流。通过与全球潮汐模型对比发现, TPXO7.2对于半日分潮的模拟结果要明显优于全日分潮, 模型结果低估了O₁分潮, 而高估了K₁分潮的正压潮流振幅。调查海域斜压潮流表现为表底强化的第一斜压模态, O₁分潮的斜压潮流椭圆振幅要大于K₁分潮。观测期间, 共有4次内孤立波群集中出现, 且发生时间滞后于吕宋海峡天文大潮期3~4d。LH2站共记录了88个内波过程, 其中内孤立波31个, 内波波列57个, 内波平均振幅31m。该站非线性内波过程集中出现于每日的4—6时、11—13时和18—20时, 同时超过45%的单孤立子内波过程发生在4—6时。通过追踪9月8—12日共计5个内孤立波依次经过LH1、LH2和LH3站的传播过程, 可以计算内波在LH1至LH2站位间的传播速度为1.23m·s^-1, 在LH2至LH3站位间的传播速度为1.77m·s^-1, 同时根据线性波动方程及Kdv方程计算其理论传播速度为1.55m·s^-1。本文的统计分析结果进一步加强了对典型秋季环境下南海北部流花油田区内波特征的理解和认识。

本文利用HadISST的月平均海温数据以及ORAS3再分析数据, 研究了PDO(Pacific Decadal Oscillation)不同位相对ENSO(El Niño and South Oscillation)非对称的年代际调整。对PDO不同位相的海表温度异常(SSTA, sea surface temperature anomaly)的偏度分析发现, PDO正位相期间东太平洋的ENSO非对称明显强于PDO负位相期间。同时, 通过对次表层(50~150m)海洋热量收支计算发现, 东太平洋次表层非线性动力加热项(NDH, nonlinear dynamical heating) 在PDO不同位相下也有明显的变化, PDO正位相期间东太平洋的次表层NDH明显强于PDO负位相期间, NDH的差异主要是由其纬向分量NDHx的差异引起的。东太平洋更强的次表层NDHx使PDO正位相期间El Niño事件和La Niña事件次表层温度异常(SubTA, subsurface temperature anomaly)的差距更大, 从而引起SSTA的非对称, 导致PDO正位相期间东太平洋的ENSO非对称比PDO负位相期间强。

在一些恶劣的海洋环境中, 极端波浪与向岸风之间存在复杂的相互作用, 严重威胁沿海设施的安全。本文基于二维不可压缩两相流数值模型, 系统研究了向岸风对聚焦波海堤越浪特性的影响, 并重点讨论了向岸风风速、有效波高以及堤顶超高等因素对聚焦波海堤越浪水动力过程的影响机制。结果表明, 随着向岸风风速、有效波高的增大以及堤顶超高的减小, 聚焦波在斜坡式海堤上的最大越浪量、最大爬高、海堤的最大荷载以及沿程最大水位逐渐增大。向岸风会影响聚焦波的传播演变, 增大聚焦波的波陡和传播速度, 使波浪的破碎时刻和破碎位置提前, 聚焦波高速流动的水体区域也明显增大, 相比无风情况, 其最大越浪量、最大爬高、最大水动力荷载以及沿程最大水位均有所增大。本文研究结果可为极端波浪的防灾减灾以及海岸防护工程的设计提供一定的参考。

海雾与低云的分离是当前海雾遥感监测的难点, 为提高日间海雾监测的准确度和实时性, 本文针对2015—2020年在渤海、黄海和东海的11次海雾过程, 在分析海雾与低云在云特性、可见光反射率、亮温和亮温差及纹理特征差异的基础上, 使用Terra/Aqua卫星MODIS(moderate resolution imaging spectroradiometer)传感器及S-NPP/NOAA-20卫星VIIRS(visible infrared imaging radiometer suite)传感器的云和反射率产品, 建立基于云特性的多源卫星日间海雾探测模型, 有效分离了海雾与低云。利用CALIOP(cloud aerosol lidar with orthogonal polarization)后向散射和垂直特征对模型进行精度验证, MODIS(Terra)、MODIS(Aqua)、VIIRS(S-NPP)海雾识别的召回率最高为0.97、0.96、0.89, VIIRS(NOAA-20)与VIIRS(S-NPP)精度相当, 与VIIRS(S-NPP)一致性超过0.8的VIIRS(NOAA-20)海雾监测结果达到93.15%, 表明本文模型能够有效监测日间海雾; 同时, 基于本文模型, 开展了MODIS与VIIRS数据的一致性研究, 结果表明该模型对不同传感器有较强的适用性和稳定性, 能够实现多源卫星对同一次海雾过程的协同观测。

海洋酸化是海洋生物面临的重要威胁, 研究海洋酸化对其共附生微生物群落的影响对于理解宿主和微生物应对环境压力的适应机制具有重要意义。海月水母(Aurelia coerulea)是我国灾害水母优势种, 在海洋生态系统中占有重要地位。本研究以海月水母螅状体为研究对象, 利用Biolog-ECO和宏基因组的方法, 探讨了未来海洋酸化环境(pH 7.8和7.6)对其共附生微生物群落结构和功能的影响。研究结果表明, 在不同程度海水酸化环境中, 海月水母螅状体的共附生微生物群落结构和功能具有保守性。Biolog-ECO研究结果发现, 海水酸化对海月水母螅状体共附生微生物群落的微生物代谢活性、多样性指数和碳源利用影响较小。宏基因组研究结果显示, 海水酸化未影响海月水母螅状体共附生微生物的优势种和群落结构; 柔膜菌门(Tenericute)、变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是海月水母螅状体共附生微生物群落的优势类群。此外, 暴露于不同酸化条件下海月水母螅状体共附生微生物的功能无显著差异。因此, 我们推测未来海洋酸化不会通过改变共附生微生物的群落结构影响海月水母螅状体。

基于26年的海表面高度异常、海表面风速异常、海表面温度异常资料, 利用时空序列预测模型PredRNN++, 本文预报 1~28d时效的南海中尺度涡旋轨迹和南海西部偶极子活动。结果表明, PredRNN++模型能从整体上考虑整个南海区域时空演变特征和环境风场、温度场的作用, 在短期(1~2周)、中期(3~4周)预报上具有良好的性能。该模型具备一定预报涡旋产生、消亡的能力, 且能将涡旋轨迹4周预报误差控制在42.1km, 对于生命时长小于100d的涡旋生命中期的位置、振幅预报误差小。此外模型在8—11月份的月平均、4天平均下的任意时间点和任意预报时效下均能较好地追踪到偶极子结构的演变、强度变化, 偶极子涡旋相关属性预报误差最小且存在年际、类型差异, 2017年涡旋1~4周振幅位置、预报、半径误差最小, 分别为40~60km、3~5cm、20~40km, 且气旋涡位置预报效果优于反气旋涡。

针对热带气旋灾害的复杂性和不确定性, 文章基于贝叶斯网络和地理信息系统(geographic information system, GIS)提出了一种新的热带气旋灾害风险评估模型。该模型能够从客观历史数据中自动挖掘灾害影响因素间的因果关系, 并以概率形式进行表达和推理, 从而对不确定灾害风险进行评估预测。基于1980—2016年中国东南沿海三省(广东、福建、浙江)的热带气旋灾害历史数据进行风险评估实验, 选取致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体脆弱性3个方面共计12个评估指标作为模型输入, 直接经济损失量化为灾害风险等级作为模型输出, 构建基于贝叶斯网络的风险评估模型。然后利用2017—2021年热带气旋灾害数据进行模型检验, 评估预测的准确率为80.75%。模型预测的极低、低、中、高和极高风险的相对误差分别为27.72%、8.45%、18.58%、16.52%和19.12%, 风险预测值的区划结果在空间形态上与实际灾害损失分布高度一致。此外, 还将评估模型构建方法应用于“莫兰蒂”台风灾害个例的风险评估。结果表明, 模型评估出的灾害高风险和极高风险区域与实际灾情报告基本一致。由此可见, 本研究建立的热带气旋灾害风险评估模型具有较高的准确率和可信度, 为热带气旋灾害风险评估提供了一种新的方法途径和技术支撑。

文章模拟微生物自然生长环境, 对两株海洋本草软珊瑚曲霉属真菌Aspergillus sp. EGF7-0-1和Aspergillus sp. EGF15-0-3进行共培养, 以期发现新颖骨架成分。采用硅胶、反相色谱、羟丙基葡聚糖凝胶和高效液相色谱等方法对其次生代谢产物进行分离、纯化; 采用高分辨质谱、核磁共振、旋光及物理常数对照等方法对所分离得到的化合物进行结构鉴定; 采用全球天然产物分子网络(Global Natural Products Social Molecular Networking, GNPS)方法对次生代谢产物进行分析。从两株软珊瑚来源的曲霉属真菌大米共培养中分离得到10个甾体类化合物: Chaxine (1)、Herbarulide (2)、dankasterones A (3)、25-hydroxyergosta-4,6,8(14),22-tetraen3-one (4)、Ganodermasides D (5)、Ergosta-4,6,8(14),22-tetraen-3-one (6)、Ergosta-4,7,22-trien-3-one (7)、Isocyathisterol (8)、Stigmasta-4,22-dien-3-one (9)和β-sitostenone (10)。化合物1~3均为高度氧化重排的甾体类化合物。化合物4、5、7和9首次从曲霉属真菌中分离得到。GNPS分析表明与菌株EGF7-0-1和EGF15-0-3单培养相比, 两株真菌共培养能诱导出更为丰富的甾体类化合物。

文章以假微型海链藻(Thalassiosira pseudonana)转录组测序数据为基础, 对差异表达的功能基因进行GO (gene ontology)和KEGG (kyoto encyclopedia of genes and genomes)富集分析, 以研究低盐胁迫条件对其脂肪酸代谢通路相关功能基因表达的影响。结果发现, 不同盐度培养下的假微型海链藻在生长期的第2天与第4天时细胞中与脂肪酸生物合成、脂肪酸延伸的相关基因(如: ACC1、arm)的表达量相对于生长第1天均显著升高, 与脂肪酸降解相关基因(如: ACADM、ECI1)的表达量无显著变化; 与脂肪酸的生物合成、延长相关基因的表达量在试验组和对照组间存在差异(如: 起重要作用的KASⅠ、ACAA2等基因表达量显著增加, 但也有少数处于下降或者微变动的状态), 与脂肪酸降解过程相关基因的表达量显著上升。

红树林生态系统对生态安全、社会和经济可持续发展提供巨大生态支持功能。本文以雷州半岛1995、2005、2015、2020年4期Landsat TM/OLI(Landsat Thematic Mapper/Operational Land Imager)影像为数据源, 考虑不同区域的潮汐规律, 使用决策树分类方法, 并结合人工修正提取了多年红树林的分布范围。根据谷歌同期高分影像进行精度验证, 4期红树林结果的总体精度分别为99.79%、98.95%、99.45%、99.15%, Kappa系数为0.9913、0.9642、0.9624、0.9766 。雷州半岛红树林的时空变化的分析结果表明, 近25年来红树林湿地呈现先减少后增加的模式, 具体表现为: (1) 雷州半岛红树林分布集中分布在英罗港、安铺港、企水港、海康港、乌石港、流沙港、外罗港、雷州湾、通明海和湛江湾等波浪掩护作用良好的泥质滩涂港湾或河口湾内, 徐闻县海安镇至锦和镇与吴川市吴阳镇以东的海岸因相对平直的海岸缺乏对波浪掩护、土壤条件差等因素, 无红树林分布; (2) 雷州半岛各市县均有红树林分布, 早期麻章区红树林面积最大, 其次为雷州市和廉江市, 赤坎区红树林分布最少, 现状廉江市的红树林占比最大; (3) 雷州半岛流失红树林面积多于新增红树林面积, 其中麻章区红树林面积流失最多, 占流失面积的一半; (4) 红树林与非红树林的互相转换类型中水体、滩涂与养殖占主体。区域红树林的精细监测变化分析, 能够为红树林湿地保护部门的工作和生态资源的可持续发展提供依据。