西亚地区是亚欧大陆中纬度干旱区的重要组成部分, 常年降水稀少、蒸发强烈, 生态系统脆弱, 对降水-温度耦合变化响应极为敏感。厘清西亚地区的气候变化规律, 不仅可为未来气候变化提供预测依据, 也对区域经济发展与社会稳定具有重要意义。然而, 长期以来西亚地区古气候研究相对薄弱, 气候记录稀少且存在诸多矛盾, 严重制约了对区域气候长期变化趋势的预测。本文系统梳理了过去30年西亚全新世水文气候记录, 探讨其变化模式和驱动机制。已有的孢粉记录显示, 该区域有效湿度在全新世呈持续增强趋势, 而石笋和湖泊沉积物δ¹⁸O的记录却显示全新世气候逐渐变干。整合对比西亚地区现有的气候记录, 推断石笋和湖泊次生碳酸钙的δ¹⁸O变化主要受控于水汽源区——地中海表层海水δ¹⁸O组成变化, 不能用雨量效应来解释。基于对西亚地区多源水文气候记录和指标可靠性的剖析, 本文推断, 西亚干旱地区全新世千年尺度气候条件模式与夏季太阳辐射主导的西风带强度和位置密切相关。早全新世夏季太阳辐射增强对应较高表面温度, 驱动西风环流向北移动, 导致西亚地区西风水汽输送减少, 气候干旱加剧; 然而东非季风区降雨增加导致尼罗河等河流入海水量增大, 从而引起地中海海水δ¹⁸O组成负偏, 受水汽源区δ¹⁸O变化影响, 西亚地区降水δ¹⁸O记录趋于负偏。晚全新世则呈现相反的特征。

东印度洋深海是全球深海系统的重要组成部分, 在全球碳循环、热量分配和营养物质运输中具有重要作用。东印度洋深海被90°E海岭分成中印度洋海盆和西澳大利亚海盆, 两个海盆间的水团特性和环流具有显著差异。为了进一步深入理解东印度洋的深海环流及水团特征, 本文通过回顾现有的研究成果, 总结和阐述了: 1)东印度洋深海地形的特殊性; 2)深海水团的来源和路径; 3)深层经向翻转环流; 4)中印度洋海盆和西澳大利亚海盆之间深层水的差异和联系。最后, 本文提出了未来东印度洋深海研究中需要重点关注的科学问题, 旨在为该领域的进一步研究提供参考。

印度洋是世界第三大洋, 周边环绕着红海、阿拉伯海、亚丁湾、波斯湾、莫桑比克海峡等10多个属海和海湾, 是一个面积广阔、环境复杂且资源非常丰富的热带海洋。近年来, 印度洋的海洋资源开发与研究备受国际关注。在过去十年中, 我国自然资源部(原国家海洋局)、中国科学院等多家科研机构每年持续组织大型科学考察活动, 对印度洋的地质、生物、矿产等多领域展开系统性研究, 积极践行国家“一带一路”倡议。随着研究的不断推进, 我国在发掘印度洋海洋微生物资源方面成果显著。本文基于统计数据, 系统综述该区域环境微生物多样性、新物种及其分布特征, 并探讨活性天然产物的发现与应用潜力, 进而评估其开发前景并提出建议。研究旨在提升我国对印度洋海洋微生物资源的科学认知, 进一步巩固并强化我国在该区域研究的优势地位。

作为活跃的汇聚带, 巽他弧以强震、海啸和火山活动著称, 而目前对东巽他弧板块边缘的关注相对较少。该研究全面梳理了爪哇东至松巴哇岛板块边缘的俯冲洋壳、海沟及增生楔沿走向的变化, 探讨了俯冲板块地形地貌对上覆板块变形的控制, 并揭示了俯冲作用对浅部地质灾害的影响。 结果表明研究区俯冲结构具有显著的分段性, 西部和东部分别受Roo隆起和阿尔戈深海平原俯冲所控制。俯冲板块的海底地貌和结构导致了海沟和弧前区变形不同: Roo隆起俯冲造成侵蚀作用, 形成范围较小的增生楔, 且倾斜坡度大; 深海平原俯冲对应发育宽缓增生楔。无论海山/隆起俯冲或俯冲板块挠曲产生的正断层都可能触发地质灾害的发生。相关结论为理解俯冲增生过程、地震和海啸灾害提供了理论依据。

印度洋及周边地区是全球受海啸威胁最严重的区域之一, 历史上多次海啸事件造成了重大的人员伤亡和经济损失。增加海啸预警效能, 对提升该区域防灾减灾能力至关重要。本文首先回顾并总结了印度洋区域的历史海啸事件特征及其影响, 选取三次典型海啸事件进行深入分析, 探讨海啸生成与区域构造背景等之间的关联; 讨论地震、海底滑波和火山活动3种主要的海啸生成机制, 分析其特征及潜在的耦合作用。最后, 基于地震台网数据开展了印度洋T波海啸预警的探索性研究, 并评估了T波海啸预警的可行性, 为未来印度洋区域实施更高效的海啸预警提供科学参考。

加强对海洋沉降颗粒物的重要组分-硅质放射虫残骸群沿深度梯度变化的观测研究, 可提升深海硅循环过程的认知, 并充分挖掘放射虫在古海洋环境重建中的指示意义。本研究选择热带东南印度洋两个深海区, 利用大型多联网对0~3000m水柱9个水层连续采集样本, 基于虎红染色法与传统形态分析方法, 首次系统揭示该海域硅质放射虫残骸群在不同水层的分布规律: 垂向上, 放射虫残骸群最丰富的层位出现在活体群最高丰度的同一层或下层, 整个水柱垂直分布呈现出三层模式, 其中浅层组为残骸累积层、中层组为稳定沉降层、深层组则为溶解损失层。泡沫虫属种在沉降过程中群落结构的稳定性较高, 而罩笼虫则随着水深增加含量降低, 尤其是在深层密度远低于泡沫虫, 与活体补充数量以及属种沉降特性密切相关。区域上, 放射虫残骸群密度主要受到生产力与区域水动力的影响, 比如, 南部站位100~2000m残骸群的密度、物种数及多样性均高于赤道站位, 与其活体放射虫生产力较高密切有关, 但在2000~3000m深层水中, 南部站位放射虫密度却明显低于赤道站位, 与深层水颗粒物侧向运移密切相关。本研究所获取的放射虫残骸群落数据将为估算热带东印度洋放射虫硅输出通量及其生物泵效应提供重要的观测数据和科学支撑。

本研究针对东北印度洋90°E海岭区表层沉积物碳酸钙空间分异机制的科学问题, 通过多尺度分析方法揭示其控制因素与生物地球化学过程。基于10个站位表层沉积物的全样及分粒级(> 150μm、63~150μm、38~63μm、25~38μm、< 25μm)碳酸钙含量测试, 结合扫描电镜显微特征定量统计, 发现: (1)研究区碳酸钙含量呈现36.95%~74.76%的显著空间分异(均值56.05%), 形成30%~45%、45%~60%、60%~75%三级梯度格局; (2)水深3000m以上区域, 碳酸钙主控组分为> 150μm浮游有孔虫壳体(占比> 65%), 而接近/超过溶跃面的站位则以< 25μm细颗粒组分为主(贡献率> 58%); (3)显微特征定量分析首次揭示25~38μm组分中钙质沟鞭藻化石(相对丰度最高达73.68%)与超微化石、有孔虫碎片的协同沉积模式。进一步研究表明, 碳酸钙分布主要由三元调控机制主导, 即水深控制的溶解效应、陆源碎屑输入和硅质生物稀释作用。本研究创新性地建立了“粒级分离-显微统计-环境解译”的综合研究方法。该方法不仅完善了海山地貌单元碳酸钙分布理论模型, 其发现的钙质沟鞭藻新碳源类型也拓展了对深海无机碳库的组成认知。研究成果可为全球海岭区碳酸钙保存机制的对比研究提供关键案例, 并通过改进粒径特异性碳酸钙通量算法, 为海洋碳循环模型参数化提供重要科学依据。

印度洋90°E海岭区具有复杂而独特的地形特征, 为深入了解海岭区不同部位底栖生物生态特征、区域生物生产力及陆源输入影响, 对东北印度洋海岭区13个表层沉积物样品中大于150μm壳径的底栖有孔虫组合进行了定量分析。研究发现该区底栖有孔虫以150~250μm粒径为主, 相对丰度为60%~84%; 大于250μm壳径粒级的底栖有孔虫相对丰度较低, 为16%~40%。优势底栖有孔虫属种以表生种和中浅内生种为主。壳体组成以玻璃质壳为主, 胶结质壳次之, 瓷质壳含量最低。底栖有孔虫主要属种组成没有明显差异, 但其绝对丰度、三大类壳体组成和表/内生种的分布仍表现出一定的区域差异: 底栖有孔虫丰度在海岭北部两侧相对较高, 海岭上相对较低; 研究区东北侧的胶结壳相对含量在明显高于其他区域; 在海岭中部, 胶结质底栖有孔虫含量随水深的增加而上升, 其壳壁建造所选颗粒在东北部以碎屑矿物为主。综合分析认为, 东北印度洋海岭区底栖有孔虫主要受陆源物质输运、表层生产力分布和水深变化引起的溶解作用的共同影响。此外, 我们首次注意到在大于250μm的组分中, 所有站位表生种含量远大于内生种, 推测这是底栖有孔虫对高氧生态环境适应演化的结果。

印度洋偶极子(Indian Ocean Dipole, IOD)是印度洋固有的一种气候现象, 通常发生在北半球秋季, 会影响印度洋周边国家和地区乃至我国的天气、气候状况。IOD同时受到厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation, ENSO)和印度洋内部变率的影响。因增暖中心和气候影响的差异, ENSO被分为两种主要类型, 即东太平洋型(eastern Pacific, EP)和中太平洋型(central Pacific, CP)。然而, 当前研究并未充分讨论两种类型ENSO对IOD的影响机制, 也未量化两类ENSO和内部变率的影响程度。在此, 以上因素对IOD的贡献可以通过一种新型联合线性回归方法进行估算。该方法分离了两类ENSO与内部变率的影响, 结果表明印度洋内部变率是IOD海温变化主要来源, 占比可达60%以上; ENSO的总贡献约占三分之一, 其中以CP型为主, 而EP型则倾向于在极端事件中影响IOD。ENSO与内部变率对IOD的作用机制不同: ENSO主要通过沃克环流影响印度洋风场, 但因为EP型和CP型的增暖核心不同, 两者影响程度有所差异; 内部变率则倾向于通过印度洋内部的海洋过程造成海温异常进而引起IOD。此外, 由于厄尔尼诺生命期更长, 与之共发的IOD正事件有更大几率转化为下一年春季的印度洋海盆尺度增暖, 其中ENSO总贡献超过70%。虽然内部变率对该转化并无显著统计关系, 但强的IOD正事件仍有机会触发海盆尺度增暖。以上结果有助于提高对气候模态以及跨海盆相互作用的认识。

以往对斯里兰卡气候年际变化的研究多集中于降水特征, 而对气温的年际变化特征及其气候归因认识不足。本研究基于高分辨率气候再分析数据, 结合热带印度洋-太平洋的年际气候指数, 分析了斯里兰卡地表气温的年际变化特征及其影响因子。 结果表明, 斯里兰卡全岛气温在年际尺度上呈现较一致的冷暖变化, 其中中央高地北部地区的变化幅度较大, 而沿海地区的变化幅度较小。偏相关分析的结果显示, 斯里兰卡气温的年际变化受到厄尔尼诺-南方涛动(El Niño and Southern Oscillation, ENSO)的显著调控, 而局地的印度洋偶极子模态(Indian Ocean Dipole, IOD)的影响并不显著。偏回归分析的结果进一步表明, 厄尔尼诺事件期间, 印度洋海盆整体增暖, 并通过持续加热周边大气影响气温; 同时, 热带东南印度洋和孟加拉湾周边地区的短波辐射增强, 陆地升温显著, 进而通过感热交换使近地面大气进一步增暖。相比之下, 正IOD事件所导致的气温变化在东印度洋和孟加拉湾偏冷, 而在西印度洋及阿拉伯海偏暖; 斯里兰卡位于IOD影响的冷暖异常交界处, 因而气温响应信号较弱。上述结果有助于加深对斯里兰卡及周边区域年际气候变率的理解, 并为应对极端高温等气候风险提供了科学参考。

前人研究认为, 受海因里希1(Heinrich Stadial 1, HS1)早期(约18.3—16.3cal ka BP)北半球降温的影响, 热带辐合带(intertropical convergence zone, ITCZ)雨带的平均位置会向南移动。但是, 最新结果发现, HS1早期北半球低纬度地区(3ºN—9ºN)呈现湿润水文条件, 而其南北部却同步出现干旱。可见HS1早期ITCZ对北大西洋降温事件的响应方向及位移幅度仍存争议。孟加拉湾的海洋炭屑记录保存了周边陆地大量气候成因古火事件的信息。研究发现, 在HS1早期(18.3—16.3 cal ka BP), 位于9°54′N的YDY09孔的炭屑总浓度与木本型炭屑百分比均降至最低, 而草本型炭屑百分比则有所上升, 这表明火灾发生强度急剧降低。这一变化, 结合有孔虫和石笋δ¹⁸O记录所揭示的降水减少信号, 可能源于当时气候干旱与温度降低共同导致的植被退化。该结论说明炭屑、孢粉与有孔虫等其他指标重建的印度夏季风降水结果一致, 也与来自10°N的YDY10岩芯和15°N的E87-32B岩芯中常绿阔叶林花粉低值所反映的干旱情形相符。同期, 苏门答腊岛2个孔(分别位于6°N和6°S)的炭屑和孢粉含量也分别显示湿润和干旱, 反映其炭屑和孢粉源区当时处于ITCZ雨带范围内部与外部区域。炭屑与孢粉记录共同揭示, HS1早期在10°N至6°S范围之外存在干旱证据; 结合苏门答腊岛6°N孔的湿润证据, 间接支持了该时期ITCZ位置在6°N两侧。

东北印度洋气候和表层洋流受印度季风控制, 其海洋初级生产力是生态系统的基础, 连接着大气和海洋碳库, 是古海洋和碳循环研究的热点。本研究通过对东北印度洋90°E海岭I105A孔柱状沉积物中的颗石进行定量分析, 获得了末次冰期以来颗石绝对丰度与主要属种相对百分含量记录, 重建东北印度洋海洋初级生产力的变化规律。 结果表明54ka以来该区海洋初级生产力经历3个阶段: 末次冰期较高、冰消期显著降低、全新世保持较低水平, 与孟加拉湾其他古生产力指标变化趋势基本一致。与印度洋古环境资料对比发现, 当印度夏季风增强时, 东北印度洋淡水输入增多, 海洋初级生产力降低, 揭示末次冰期以来印度夏季风降水及其导致的海水分层很可能是东北印度洋海洋初级生产力变化的主要驱动力, 并且受地球轨道岁差周期的调控。

本文利用2015年3月—2021年5月热带印度洋观测网(tropical Indian Ocean observation net, TIOON)在赤道80°E、85°E和93°E布设的观测潜标所获取的环流时间序列, 结合BRAN2020 (Bluelink ReANalysis)环流流速数据以及JRA-55(Japanese 55-year Reanalysis)气象数据, 研究了印度洋赤道深层环流(1200m以下)的季节内变化特征及其驱动机制。观测结果显示, 深层环流流速平均值接近0, 纬向流速标准偏差范围为2.5~3.1cm·s⁻¹, 经向流速标准偏差范围为2.6~3.1cm·s⁻¹。纬向流和经向流的季节内周期信号强度分别占各自总流动强度的88%~91%和74%~84%, 揭示了深层环流中的显著季节内周期变率特征。小波分析表明, 深层纬向流季节内信号主要周期为10~100d, 其中80°E处的周期较长(50~90d), 而93°E处的主要为50d及更高频信号, 表现为蓝移现象, 即环流变化的主导频率随位置靠东而变高的现象。经向流季节内信号以60d周期最显著。赤道风应力异常是深层环流季节内变率的重要驱动因素。中海盆(80°E和85°E)深层环流季节内变率主要受纬向风应力异常驱动, 通过反射波动过程调制; 基于低阶斜压模态, 能量通过Kelvin波在东边界反射后形成的Rossby波向深层传递。东海盆(93°E)深层环流季节内变率主要受纬向和经向风应力异常驱动, 通过直接波动过程调制; 基于多阶斜压模态, 能量通过在环流西侧由风直接驱动产生的Yanai波向深层传递。根据线性波动理论, 本研究刻画了上述赤道波的能量传播射线, 结果显示地形对赤道波调制深海环流的动力过程有重要影响: 中海盆的平坦地形有利于向下向西传播能量的反射波动过程, 而90°E海脊可能会阻碍向下向东传播能量的直接波动过程。在平坦地形区域, 正压不稳定过程在经向上无显著差异且强度弱, 区域平均结果显示能量主要由平均流向环流季节内变率释放; 90°E海脊附近, 环流季节内变率与平均流之间存在更强的非线性动力作用, 表现为环流季节内变率向平均流转移能量。本研究加深了对深层环流动力学的理解, 为改进深海环流模拟提供了观测依据。

海洋盐度是全球水循环的指示因子, 对海洋环流、海平面高度和海洋层结都有重要调控作用, 在海洋热力学以及动力学过程中也起着关键作用。近年来, 热带印度洋海域的盐度变化和气候响应受到广泛关注。本研究采用近31年的卫星遥感、海洋观测和模式再分析资料, 研究了热带南印度洋低盐水舌的低频变化及形成机制。 结果表明, 低盐水舌的体积和平均盐度均存以准12年为周期的年代际变化, 该变化主要与太平洋年代际涛动(Interdecadal Pacific Oscillation, IPO)有密切联系。进一步分析表明, 在年代际尺度上, 上层50m低盐水舌的体积变化主要由局地降水影响。热带太平洋海温异常激发大气环流异常, 导致热带东南印度洋持续降水异常, 进而改变表层低盐水舌的范围, 主导上层50m低盐水舌体积变化。然而, 在次表层50~200m, 低盐水舌的体积和平均盐度变化主要受印尼贯穿流(Indonesian throughflow, ITF)淡水输送的影响。在IPO负相位期间, 热带太平洋风场异常激发海洋波动调整, 加强了ITF跨海盆盐度输送, 造成东南印度洋次表层低盐水舌体积扩张和平均盐度降低。通过分析低盐水舌的三维变化特征, 揭示了不同深度低盐水舌体积、平均盐度与局地淡水强迫、印尼贯穿流盐输送的关系。这有助于加深对区域特征水团响应长期气候变化的理解。

开展海洋区域重力场研究对理解海洋动力过程、海底地质构造及全球气候变化具有重要意义。高精度海洋重力勘探技术成为目前海洋重力场调查的发展趋势。中国科学院南海海洋研究所“实验6”科考船配备了DGS AT1M-11型海洋重力仪, 该重力仪具有高精度、高可靠性、可全局动态测量的特点。在该重力仪开始使用之前, 对其进行了精度评估, 包括静态测试、内符合精度测试, 结果均符合海洋调查测量规范的要求。利用2022年在东北印度洋采集的实测数据与重力恢复及气候试验(gravity recovery and climate experiment, GRACE)重力场数据相对比, 其结果呈现出基本一致的趋势, 且该航次的航前航后基准测试与重力交点差结果分别为−0.73mGal与1.15mGal, 表明该仪器数据具有较高准确性, 可用于高精度海洋重力测量。10°S以北90°E海岭重力场与水深不成比例, 说明地壳厚度的均衡补偿存在差异, 海岭由非均质性的物质组成。通过对实测数据所获得的自由空间重力异常进行反演, 结果表明在90°E海岭之下存在与地形起伏载荷补偿相关的增厚地壳。

海底沉积物类型图是海洋科学研究基础图件之一, 在海洋环境分析、海洋工程建设和海洋矿产资源勘查等领域具有重要意义, 本文提出一种基于Folk分类的海底沉积物类型赋值制图新方法。建立Folk分类赋值体系, 对海南岛西南海域表层取样站位数据开展空间插值分析后, 进行分类赋值, 并叠加栅格, 将栅格与Folk分类赋值体系挂接, 再进行栅格蚕食, 从而绘制海底沉积物类型图。对比自然邻域法、反距离权重法、克里金法和样条函数法的插值应用分析, 推荐自然邻域法作为本研究制图的基础。该方法操作流程简单、制图效率高且结果客观准确, 实用性强, 可适用于不同比例尺或采样站位不均的海底沉积物类型图绘制, 具有推广价值。

海底电缆绝缘油传感器主要应用于海水中极低浓度绝缘油检测, 相比常规的水中油类传感器而言, 绝缘油检测对传感器标定流程和标准溶液制备提出了更严格的要求。本文提出新型标定方案, 设计了非接触式倒置标定结构, 通过避免探头接触溶液减少污染风险, 提升操作便利性与标定准确性; 采用了超声乳化技术制备标准溶液, 更接近海水溢油事故中自然形成的水油乳液状态; 系统探究了标定影响因素, 验证环境光干扰可忽略, 但需控制液面高度以降低气液界面信号干扰。与行业标准方法对比显示, 本方案标定结果的相对偏差为6%~10%, 在目标浓度范围内具备优异准确性。该方法为海洋生态环境监测提供了高可靠性技术支持。

浮游动物是海洋生态系统中重要的次级生产者, 同时也是海洋食物网和生物地球化学循环的关键环节。因其个体小、代谢快、被动漂流的生活方式等特点, 多数浮游动物可快速响应并指示海洋环境变化, 因此历来受到学界广泛关注。文章在回顾南海浮游动物科学考察的基础上, 概括了南海浮游动物的物种组成, 总结了南海典型生态区(珠江口、大亚湾、岛礁和深海)以及南海北部和南部海域的浮游动物群落特征, 阐释了季风及其驱动的海流、水团以及生境异质性等因素对浮游动物群落结构的影响。结合当前气候变化和人类活动影响背景下浮游动物研究的热点和难点, 针对性地指出了南海浮游动物研究存在的不足之处并提出相关研究展望, 以期为南海生物多样性保护、海洋生物地球化学循环研究以及海洋生物资源可持续利用等方面奠定坚实基础, 也为预测南海海洋生态系统应对气候变化的适应能力提供科学依据。

针对自升式平台在多层土地基中桩靴穿刺计算方法的局限性, 文章系统梳理了两层土、三层土及三层以上多层土地基中穿刺计算的规范方法及最新研究进展, 并结合粤东海域风电场站桩过程的实测数据开展反演分析。研究发现, 现有ISO (international organization for standardization)规范方法在预测多层土地基承载力时存在忽略土层界面变化、土塞效应及黏土应变速率和应变软化等问题, 而基于桩靴破坏机理的新方法虽能改善预测精度, 但仅适用于特定土层条件, 实际工程中的普适性较差。通过反演分析, 本文进一步揭示了不同方法在复杂地质条件下的适用性, 并提出未来研究应聚焦于开发能够考虑真实地基破坏模式、土层界面变化及土塞效应的通用计算方法, 以提升多层土地基中桩靴穿刺风险评估的可靠性。

椭圆余弦波能很好地描述浅水区域波浪运动特性, 对于精确描述近岸水体运动具有很大的实际意义。为探究椭圆余弦波在典型岛礁地形上的传播演变规律, 文章基于波浪水槽物理模型试验, 重点分析了入射波高、礁坪水深及波浪周期对波浪非线性特征、能量耗散及水动力参数的影响。研究表明, 岛礁地形显著增强波浪非线性效应, 礁前斜坡区波形锐化明显, 礁坪区波面呈锯齿状并伴随相位滞后。入射波高增大会引起更强烈的非线性效应, 引发高次谐波增长, 促使波浪增水及爬高显著提升, 同时反射系数因透射增强而降低。但礁坪水深增加会导致波浪非线性效应减弱, 反射系数单调递减, 深水条件下垂向动量通量增强, 爬高呈非线性增长。波浪周期对波浪参数的影响较为复杂, T = 2.25s时波能聚集最显著, 高次谐波表现最为明显。短周期(T < 2.25s)下强烈的浅化变形加剧波形畸变, 而长周期(T > 2.25s)下波能耗散导致特征衰减。

2007—2021年长江口重大圈围工程导致河道缩窄, 显著改变局部地形。文章利用2007—2025年的实测地形和盐度资料, 分析期间长江口河势变化和咸潮入侵格局变化, 并利用数值模式揭示格局变化的成因。由于工程致使长江口北支下段南侧发生严重淤积, 北支上端出现新生沙体, 导致北支下段和上端2021年的河槽容积比2007年分别减小了33.33%和13.26%。2007年和2025年枯季盐度观测资料表明, 北支咸潮入侵和北支盐水倒灌显著减弱, 而北港咸潮入侵在气候态风时减弱、强北风时加剧。月平均径流量和风作用的数值模拟结果表明, 从2007年至2021年, 咸潮入侵在北支大幅减弱, 在北港上段和中段大部分区域减弱, 在南港、北槽和南槽显著加剧; 北支盐水倒灌大幅减弱导致南支咸潮入侵减弱。2021年与2007年相比: 北支2月大潮、小潮期间纳潮量分别减小了2.88×10⁸m³、1.98×10⁸m³, 进入南支的净水通量分别减小了423m³·s^-1、369m³·s^-1, 盐分倒灌的净盐通量分别减小了10.06kg·s^-1、1.10kg·s^-1; 北支上段净单宽盐通量变化也说明北支盐分向南支输运大幅减小; 2007年北支盐水倒灌显著, 2021年几乎消失。北港2月大潮、小潮期间纳潮量分别减小了1.92×10⁸m³、1.86×10⁸m³, 净水通量分别增加了857m³·s^-1、1379m³·s^-1, 分流比分别增加了12.79%、7.79%, 向海的净盐通量减小了2.28kg·s^-1、5.42kg·s^-1。这些因素的变化解释了北港上段和中段大部分区域咸潮入侵减弱的原因。北港分流比的明显增加和相应的南港分流比减小说明了南港、北槽和南槽咸潮入侵加剧的成因。北港中段大潮期间小部分区域盐度上升是由横沙小港净盐通量从北槽向北港输运显著增加造成的。

南海局地生成的台风简称土台风, 西北太平洋生成进入南海的台风简称洋台风。土台风具有突发性强、路径复杂、预报难度大等特点, 给区域防灾减灾带来挑战, 亟须开展系统性统计研究以提升对其发生发展规律的认知。当前对南海土台风的研究相对零散, 存在长期资料系统分析不足以及与洋台风对比不充分等问题, 限制对其气候特征的深入理解。文章基于1949—2024年中国气象局热带气旋最佳路径数据集, 系统分析了南海土台风的频数、强度、路径及源地分布特征, 并与洋台风进行对比, 揭示其时空变化模式。主要结论: 1) 土台风年均生成5.86个, 年内分布呈单峰型, 6—10月为高发期(78.9%), 其中9月最多(21.7%), 年频数存在显著下降线性趋势(-0.05个·年^-1); 2) 土台风中心最低气压年均值位于965.0~999.5hPa, 存在显著的下降线性趋势, 路径以西/西北行为主, 源地多位于南海中北部; 3) 与洋台风相比, 土台风强度偏弱, 仅13.7%的土台风为台风及以上等级, 而洋台风可达61.7%, 土台风累积气旋能量指数(accumulated cyclone energy index, ACE)和持续天数都更少, 但变化迅速, 登陆比例更高, 更具突发性与局地性。

飓风“保莱特”(2020)在北大西洋经历了两次关键路径转折: 从向北美大陆西北行转为东北行, 随后完成温带变性; 由东北行转为南行, 继而再生为热带风暴。为了探究不同层次引导气流以及环流系统对飓风两次路径转折的影响, 基于中尺度天气研究与预报(weather research and forecasting, WRF)模式对“保莱特”开展模拟研究。结果表明: 1) “保莱特”再生与其异常南折路径密切相关, 南移进入暖海温区是其重新发展的关键原因。2) “保莱特”移动过程中, 引导气流呈现显著的垂直层次差异及变化。飓风西北行阶段中低层引导气流起主导作用; 向东北转向及东北行阶段高层引导气流影响明显增强; 向南转向阶段低层引导气流先由西风转为偏北风, 随后自下而上逐步扩展至高层形成深厚的偏北气流, 最终导致飓风路径异常南折。 3) “保莱特”发展初期处于副热带高压南缘, 受高压带阻挡而西北行。随着飓风增强, 副热带高压断裂, “保莱特”北上移入中纬度西风槽中, 并在槽前西南风引导作用下东北行。然而, “保莱特”南侧高压脊持续增强且经向度显著增大, 最终导致飓风在高压脊前转向南行。

作为全球气候变化的关键指标, 海洋热含量能够准确反映地球系统的净能量收支, 其时空变化对台风的产生和发展具有重要影响。文章基于一套长时间序列、多参数的全球温盐再分析数据集(gradient dependent correlation scale method Argo, GDCSM_Argo), 通过滞后回归、相关分析等方法, 初步探讨了中上层海洋热含量对台风的调控与响应作用。结果表明, 近表层海洋热含量直接影响台风发生频率, 而中、下层热含量通过垂直混合为台风提供持续能量, 且各水层热含量对台风的响应均存在1~6个月的时间滞后。台风搅拌引发的“冷尾流”效应显著降低了台风路径上的海洋层结稳定性, 尤其在台风增强海域(10°—25°N, 120°—145°E), 混合层以下的理查森数低值区与台风最大风速位置高度吻合。热含量和台风的响应关系受异常气候条件影响明显: 厄尔尼诺期间, 台风东移作用于温跃层较深的区域, 风搅拌更易穿透至次表层, 将热量向下输送, 暂时削弱层结; 拉尼娜期间, 台风数相对增加, 路径西移, 台风在高热含量的西太平洋活动。

热带西太平洋的海表面流系统, 不仅对当地的海气相互作用意义重大, 其影响范围更是延伸至全球层面。不过, 目前对于该系统在水文生态与气候环境变化过程中的演变规律, 以及它在厄尔尼诺-南方涛动循环(El Niño-Southern Oscillation, ENSO)影响下所产生的响应机制, 人们的认知仍处于不明确的状态。为深入探究这一问题, 文章聚焦2003—2023年热带西太平洋生态-水文-气候环境的变化, 剖析其对ENSO事件的响应关系。研究发现, 热带西太平洋存在3个海表叶绿素a质量浓度高值区域, 分别为沿岸区域(平均值 0.152μg·L^-1)、哈马黑拉暖涡区域(平均值 0.130μg·L^-1)以及北赤道逆流源区(平均值 0.109μg·L^-1)。新几内亚沿岸流和棉兰老流作为营养盐的重要载体, 输送富含营养物质的近岸海水共同汇入向东流动的北赤道逆流, 促成了3个高值区的形成。同时, 呈气旋式的棉兰老冷涡区域中心的上升流, 将富含营养的深层海水提升至海表, 使该区域叶绿素a质量浓度(平均值 0.059μg·L^-1)略高于一般大洋区域(平均值 0.048μg·L^-1)。在不同的ENSO事件阶段, 海表叶绿素a质量浓度呈现出明显变化。厄尔尼诺发生时, 新几内亚沿岸流流速增加, 间接致使海表叶绿素a质量浓度整体上升; 拉尼娜期间, 新几内亚沿岸流流速降低, 间接造成海表叶绿素a质量浓度整体下降。基于此, 本文提炼出热带西太平洋生态-水文-气候过程与厄尔尼诺和拉尼娜事件之间的两种简要响应机制: 厄尔尼诺事件期间, 北赤道逆流、新几内亚沿岸流与棉兰老冷穹区上升流均明显增强, 通过加速沿岸流与增强上升流形成“营养盐泵”效应, 促进了深层营养盐的上涌, 最终导致大部分区域叶绿素a质量浓度显著上升; 而拉尼娜事件期间, 北赤道逆流、新几内亚沿岸流与棉兰老冷穹区上升流均明显减弱, 通过减缓流速与抑制上升流削弱“营养盐泵”效应, 最终导致大部分区域叶绿素a质量浓度显著下降。

文章基于逐步回归分析与随机森林算法, 以三亚湾2008—2023年水体实测理化参数为输入数据, 探究了三亚湾溶解有机碳(dissolved organic carbon, DOC)的时空分布特征、演变趋势及其影响主因。结果表明, DOC质量浓度受三亚海岸带开发影响, 在2008—2018年期间显著上升, 随后呈逐步下降趋势, 可能源于疫情期间陆源输入减少以及政府加强海洋生态环境治理的综合影响; 近岸海域出现DOC的高值区, 但DOC质量浓度均值为(2.00 ± 1.34)mg·L^-1, 相比于半封闭型海湾, 整体维持在较低水平; 逐步回归分析与随机森林算法结果显示: DOC质量浓度随温度、总碱度和活性硅酸盐浓度升高先增后减, 且与总磷、溶解氧和活性磷酸盐呈显著负相关。这些结果表明, 温度、总碱度、总磷、活性硅酸盐、溶解氧和活性磷酸盐是影响三亚湾DOC的主要因子。

红树林位于热带和亚热带地区海洋与陆地的交汇处, 其高生产力环境孕育了丰富的微生物群落, 这些微生物在维持红树林生态功能以及驱动元素循环等过程中发挥关键性作用。文章以浙江省西门岛红树林生态系统为研究对象, 采用高通量测序技术对表层沉积物细菌群落进行了系统分析, 探究细菌多样性的季节特征及其与环境参数的关联性。研究结果表明, 西门岛红树林沉积物细菌群落组成中, 变形菌门(Proteobacteria, 39.11%)、脱硫杆菌门(Desulfobacterota, 10.02%)、拟杆菌门(Bacteroidota, 9.17%)共同构成了优势菌群。其中, 变形菌门和脱硫杆菌门呈现春季富集特征, 而拟杆菌门则在夏季表现出显著优势。细菌群落的多样性指数呈现显著的季节性动态变化: 丰富度指数(Richness)在冬季达到峰值(2136 ± 235), 而香农指数(Shannon)显示春季(6.05 ± 0.15)显著低于秋冬两季(P < 0.05)。β多样性结果表明, 春季、秋季和冬季样品的细菌群落组成差异显著, 呈现出明显的季节特异性。

卵叶喜盐草(Halophila ovalis)为雌雄异株海草物种, 兼具有性繁殖和克隆繁殖。文章以广西竹林海域的卵叶喜盐草种群作为研究对象, 对海草生长繁殖进行4个季节的监测, 并分析卵叶喜盐草雌株和雄株在海草斑块中心和边缘的繁殖差异。结果表明, 卵叶喜盐草的密度为(2967.36 ± 661.96)ind·m^-2、盖度为(47 ± 9)%和干重生物量为(37.68 ± 8.85)g·m^-2, 均在春季达到最高。该海域卵叶喜盐草的年平均盖度为(38 ± 14)%, 年平均茎枝密度为(1851.02 ± 1036.81)ind·m^-2, 年平均干重生物量为(27.60 ± 13.97)g·m^-2, 斑块中心海草密度和生物量均显著高于斑块边缘, 大型底栖生物的生物量也表现为相同趋势。卵叶喜盐草在春季出现雌、雄花。雄株的节间长显著低于雌株的节间长, 但雌株和雄株斑块中心和边缘的节间长没有显著差异。

基于基追踪去噪的地震反射率反演通过应用l₁范数正则化产生稀疏解, 但由于正则化项的存在, 基追踪去噪获得的解与真实解之间总是存在偏差。为了减小这种偏差, 文章通过在基追踪去噪地震反射率反演中引入“残差回加”的策略, 提高了解的准确性。“残差回加”策略通过使用一个适中的权衡因子, 迭代执行快速迭代软阈值算法(fast iterative soft thresholding algorithm, FISTA)来求解基追踪去噪的目标函数, 而每次求解的残差将会不断加回至原始输入。与使用FISTA单次求解相比, 结合“残差回加”策略的FISTA求解得到的解更接近真实解。本文将该方法应用到我国南海珠江口盆地珠一坳陷惠西南古近系的文昌组储层, 通过高精度的波阻抗反演结果对钙质砂岩和滩坝砂岩进行了有效划分。

螺旋藻作为重要的经济微藻, 其活性物质的高效提取与综合利用是提升其产业附加值的关键。文章探讨了不同提取顺序对螺旋藻中藻胆蛋白、油脂及多糖提取效率和品质特征的影响, 并进行了不同工艺的经济效益评估。利用综合低温提取法、95%乙醇提取法和热水提取法, 设计了6种提取顺序: 1) 藻胆蛋白(phycobiliprotein)-脂质(lipid)-多糖(polysaccharide), 简称PLS; 2) 藻胆蛋白-多糖-脂质, 简称PSL; 3) 多糖-藻胆蛋白-脂质, 简称SPL; 4) 多糖-脂质-藻胆蛋白, 简称SLP; 5) 脂质-藻胆蛋白-多糖, 简称LPS; 6) 脂质-多糖-藻胆蛋白, 简称LSP, 并通过紫外可见吸收光谱、三维荧光光谱、脂肪酸组成分析、单糖组成分析及红外光谱等技术手段, 评估各组分的提取效率和品质。结果表明: 藻胆蛋白提取需优先进行(PLS组提取率为68.29%、PSL组为66.77%), 加热或乙醇处理会导致其变性(提取率 < 8%), 吸收光谱和荧光光谱结果表明PLS组和PSL组的藻胆蛋白品质较好; 油脂提取率受提取顺序的影响显著(LSP组为94.07%、PSL组为66.76%), 但脂肪酸组成稳定; 多糖提取率在藻胆蛋白或油脂提取后显著下降(SPL组为71.80%、LSP组为39.90%、PSL组为19.57%), 红外光谱显示各组多糖结构稳定, 且单糖组成无显著差异。藻渣成分分析显示, LPS组藻渣蛋白质含量最高, 干重达到71.4%。分步提取法可以用于藻胆蛋白、螺旋藻油和螺旋藻多糖的提取, 但不同提取顺序对3种物质的提取率和品质具有一定的影响, PLS组可实现经济价值最大化(162元·千克^-1), 较原始藻粉(40元·千克^-1)提升近3倍。

大鹏湾是深圳市重要旅游区域, 每年海滩垃圾、海漂垃圾量达上百吨。文章针对大鹏湾区域, 以海流模型(finite volume community ocean model, FVCOM)为基础建立了大鹏湾区域海洋数值模型, 并将模拟的流场和风场数据输入拉格朗日质点追踪模型OpenDrift, 结合观测浮标数据对大鹏湾海漂垃圾的迁移过程开展研究。结果表明, 大鹏湾常见风为东风、东北风和东南风, 在这些风向下, 70%以上的大鹏湾北部和东部的近岸海漂垃圾会聚集在盐田港及其东南部香港的吉澳洲岛、黄泥洲岛、娥眉洲岛、往湾洲岛区域。在大鹏湾海上垃圾日常清理工作中, 需要重点关注上述区域。通过对比不同月份和潮汐的试验, 发现风向主导海漂垃圾整体的运动方向, 风速影响漂移时间和漂移距离, 潮流差异影响搁浅区域和抵达各区域的海漂垃圾数量。

外来红树植物在我国红树林修复工程中被广泛引入, 虽具良好造林适应性与成林效率, 但其生态入侵风险仍存在争议, 缺乏系统评估其引入比例对生态系统健康与服务功能的影响。文章选取粤东高沙围、粤西水东和珠三角地区盐洲3个典型红树林区域, 基于2024年实地调查数据, 开展生态系统健康与生态服务功能综合评估, 并对引入外来树种比例、水质和生物多样性等指标进行定量分析。结果表明, 三地红树林均处于亚健康状态, 单位面积生态服务价值为珠三角盐洲31.9×10⁴CNY·hm^-2、粤西水东27.5×10⁴CNY·hm^-2、粤东高沙围27.1×10⁴CNY·hm^-2。外来树种比例与健康指数和单位面积服务价值均呈显著负相关, 混合效应模型显示其每增加1%, 健康指数下降0.936CNY·hm^-2, 服务价值下降1.456×10⁴CNY·hm^-2。

海草床生态系统具有重要的生态服务功能, 分析其受威胁状况及影响因素, 有利于针对性地提出海草床生态系统的保护策略。文章聚焦于海南岛海草床生态系统, 结合调查数据、历史资料和文献, 采用国际自然保护联盟(international union for conservation of nature, IUCN)生态系统红色名录评估方法对海南岛地区海草床生态系统进行受威胁状况评估, 确定其濒危程度, 并探讨了人类活动和自然因素对其影响, 提出相应的保护对策。研究结果显示, 文昌和三亚地区海草床生态系统面临极危的严峻形势, 陵水地区海草床生态系统受威胁等级为濒危, 琼海地区海草床生态系统目前处于易危状态, 而澄迈地区和儋州地区海草床生态系统分别处于近危和无危状态。海南岛海草床生态系统面临着多重压力, 其中围填海及渔业捕捞活动是导致其受损的主导因素, 其次为污水排放和水产养殖带来的环境压力, 而热带气旋等气候变化因素亦对其造成一定影响。鉴于此, 本研究提出了加强规范渔业活动方式、海草无性繁殖研究、长期监测海草健康状况和开展生态连通性研究等建议, 旨在促进海南岛海草床生态系统的可持续发展。

珊瑚礁通过固碳在全球碳循环中发挥重要作用。南海珊瑚礁覆盖面积约占全球11%, 具有显著的生态和碳储价值。本文系统梳理珊瑚礁固碳评估方法的最新进展, 聚焦ReefBudget、地球化学、遥感、三维建模及生态模型的应用与优劣势, 提出多方法集成的综合评估体系: ReefBudget通过标准化普查量化碳酸盐收支, 地球化学方法验证钙化速率, 遥感和三维建模扩展空间尺度与结构分析, 生态模型预测长期动态。南海研究受限于复杂地形和区域化数据不足, 未来需通过多方法集成实现实时监测, 建立南海固碳数据库, 提升评估精度和增汇能力。

南海U形海疆线是我国在南海的权益边界, 是维护国家海洋权益和推进海洋强国战略的关键区域, 认识南海U形海疆线的下伏地质构造特征具有重要科学意义。本文深入分析南海U形海疆线海底地形、自由空间重力异常和磁力异常数据, 研究U形线西北、西、南、东和东北五个区间的地球物理与地质特征, 并探讨其与南海演化的关系。研究发现, 南海U形线(带)的海底地形为“西浅南平东深”, 水深在0~5400m之间; 自由空间重力异常整体与地形呈正相关, 异常分布范围为-100~0mGal, 磁力异常整体呈正异常(-50~100nT), 反映了海底以下岩石的磁性变化和空间赋存状态。研究还进一步揭示了U形海疆线走向与海底地貌构造单元的一致性: U形线西区段与红河断裂系统、南海西缘断裂走向一致, 其中西北段和西段在走滑伸展的背景下断面结构具有挤压褶皱和负花状构造; U形线南区段与南海南部陆架坡折和南沙海槽重合, 剖面构造在早—中中新世界面表现出大规模的破裂不整合特征, U形线东区段在平面上与马尼拉海沟走向一致, 在断面上处于南海板块俯冲于菲律宾海板块所产生的增生楔处; U形海疆线在南海西部陆缘、东南部陆缘、东部边界都处于重力异常剧烈变化的梯度带上, 代表了地形地貌的强烈起伏, 是构造的边界和天然的分界线。本研究成果总结了南海U形海疆线的数据基础和地质资料, 将为南海海洋划界和南海防灾减灾提供科学支撑。

碳酸盐是海洋沉积物中的重要组分, 其含量的准确测定是深入理解全球海洋碳酸盐沉积与溶解特性及碳酸盐系统对气候变化影响规律的重要基础。气量法和质量损失法是测定碳酸盐含量的常用非器测方法, 但两者在海洋沉积物碳酸盐含量测试中的精度与可靠性均未得到系统性评估和验证。本研究通过测定纯碳酸钙标准样品与盐酸溶液反应生成的二氧化碳(CO₂)气体体积变化特征, 分析了CO₂气体在盐酸溶液中的溶解特性, 发现在常温常压条件下, CO₂气体在20mL 18%盐酸溶液中的溶解比例为0.3%~21.5%, 平均9%。在此基础上, 分别利用气量法和改进后的质量损失法, 对不同碳酸盐含量的配制样品以及深海沉积序列样品开展了碳酸盐含量测试对比分析, 实验结果表明: 受CO₂气体在盐酸溶液中溶解的影响, 气量法测定不同配制样品碳酸钙含量时的测量误差为0.3%~18.2%(平均4.4%), 标准偏差为5.4%; 而改进后的质量损失法测量碳酸钙含量的误差为0.2%~2.4%(平均1.0%), 标准偏差为1.2%, 其测量准确度和稳定性均高于气量法, 且适用于白云岩样品的碳酸盐含量测试。进一步将两种方法应用于IODP (International Ocean Discovery Program) U1553井位不同层位碳酸盐含量分析, 并与该井位已有的碳酸盐含量器测数据进行对比, 发现改进后的质量损失法比气量法更能准确地重现该井位的碳酸盐含量变化特征, 证实了质量损失法在深海沉积物碳酸盐含量测定中的可靠性和适应性。

珊瑚礁作为天然的海岸屏障, 凭借其复杂的结构和独特的物理特性, 在消波防浪, 减轻海岸侵蚀方面发挥重要作用, 相关研究受到学界广泛关注。然而, 现有研究多采用二维断面斜坡-台阶地形来概化珊瑚礁地形并建立数值模型, 这与实际珊瑚礁的复杂地貌特征存在显著差异。本研究通过实地观测大量珊瑚礁地形发现, 礁坪表面普遍存在非平整特性, 这会影响类海啸波在珊瑚礁区域的传播演变过程。为此, 本研究采用FUNWAVE-TVD (finite volume wave propagation in two or three dimensions with total variation diminishing)模型搭建高精度数值水槽, 系统研究类海啸波在三维非平整地形上的传播演变特征。结果表明: (1)类海啸波在凸起礁坪前产生壅水, 进入非平整区后在绕射作用下横向扩展, 波幅与波高随之变化; (2)越过过渡截面时水体外泄并向两侧扩散, 局部水位下降, 波高呈先增大后减小的特征。入射波高的增加强化了壅水与能量交换, 绕射与横向效应更加明显; 水深增加则导致壅水增强而流速降低。这些研究成果为珊瑚礁防护和可持续开发利用提供了重要的理论依据和技术支持。

湛江作为广东沿海经济带的重要发展极, 近几十年来大规模产业集聚区建设对湛江湾水动力环境产生了显著影响。鉴于潮汐动力驱动的纳潮过程和水交换能力是海湾环境演变的关键控制因素, 深入研究这些参数的变化规律对实现区域可持续发展具有重要意义。本研究利用1986—2024年间获取的110景Landsat TM/OLI遥感影像及海图资料, 通过归一化水体指数与人工勾绘相结合的方式提取水域范围, 并基于2020年验潮站数据的调和分析获取潮汐参数, 系统分析了湛江湾平均高、低潮水域面积、纳潮量的时序演变特征及水交换规律。研究表明湛江湾纳潮量总体呈下降趋势, 从5.0×10⁸m³减少至4.2×10⁸m³, 其中1994—2001年与2014—2021年两时段略有回升, 而2002—2009年间减少最为显著。水域面积与潮位呈正相关关系(r=0.44~0.86), 纳潮率由2010—2013年的24.8%下降至2022—2024年的22.7%; 而海水半交换周期在2006年前稳定在13d左右, 之后逐渐延长至15d。围海造陆导致的潮间带减少是水交换能力下降的主要因素。

脂肪酸是生物细胞膜的一类重要脂质成分, 具有较强的生物指示意义。但是, 海洋颗粒物中脂肪酸的组成如何有效反映颗粒有机质的来源及海洋浮游生物的群落结构特征等方面的研究并不多, 在南海尤其缺乏相关资料。本文对南海夏季表层悬浮颗粒物中的脂肪酸组成进行了详细分析, 共检出30种脂肪酸化合物。通过聚类分析把这些脂肪酸划分为新鲜浮游植物、浮游植物碎屑、细菌、浮游动物和陆源高等植物等五种不同来源。其中, 新鲜浮游植物脂肪酸主要为不饱和脂肪酸, 特别是多不饱和脂肪酸, 从中可分辨出硅藻、甲藻和蓝细菌等不同来源。对这些脂肪酸在南海的空间分布进行了系统分析, 结果表明, 南海西南及西部的夏季上升流影响区域以新鲜浮游植物, 特别是硅藻贡献的脂肪酸为主, 而处于东北部的高温高盐区域则以浮游植物碎屑贡献的短链饱和脂肪酸为主。浮游动物脂肪酸则分别对应于新鲜浮游植物脂肪酸和浮游植物碎屑脂肪酸而呈现出相应的高值。细菌脂肪酸与浮游植物不饱和脂肪酸大致呈反向分布格局, 反映出生态系统的初级生产与呼吸降解之间的相对变化: 在西南—西的方向上以初级生产为主导, 而在中部和东南方向上微生物的呼吸作用增强。陆源的长链饱和脂肪酸占比很低, 其分布呈现夏季海流驱动的模式, 自西南向东北方向减少。本研究表明, 脂肪酸作为分子生物标志物可有效指示南海表层水体颗粒物中不同生物源的输入情况, 对于揭示海洋浮游植物的群落结构特征具有潜在的应用价值。