由于人类活动影响, 珠江口海域环境已受到较严重污染, 对该海域环境污染规律的研究也日益受到关注。本文对珠江口海域富营养化特征和持久性毒害污染物为主的污染规律研究进展进行了综述。结果表明, 过量的氮磷输入已导致水体高度富营养化, 富营养化是诱发该海域赤潮发生的重要因素, 水体层化和富营养化耦合导致局部海域出现底层季节性缺氧, 持久性毒害污染物主要在沉积物和生物体中富集, 柱状沉积物的记录反映出沉积物中污染物积累与近30年来珠江三角洲经济快速发展密切相关。最后指出, 当前和今后该海域环境污染急需加强研究的重要方向主要包括: 持久性毒害污染物在生物体组织中的传递过程和在食物链中累积规律、富营养化条件下的复合污染效应、污染物的微生物降解机制、污染控制策略等。

起源于珠江三角洲的红树林基围(land-based enclosure)养殖传统模式是红树林可持续利用和生态开发范例之一。本文介绍了珠江口红树林基围养殖生态开发模式的3个个例: 仅存香港米埔红树林自然保护区的传统基围养殖运作历史和演变, 及其候鸟生境、养殖、观鸟、环境教育综合功能的实现; 珠海淇澳岛大围湾红树林传统和粗放式基围养殖试验和围内水位盐度等环境条件变化对红树林生长影响的研究; 伶仃洋东岸海上田园红树林海水种植−集约式养殖系统试验和红树林净化水质研究。在珠江口红树林保护管理及海域污染防治过程中建议重视红树林可持续利用模式的研究和推广, 建立新的基围养殖示范区, 大力推广红树林基围养殖的生态开发模式, 探索毁林养殖区红树林友好式整治模式, 改善红树林基围养殖技术提高养殖产量, 加强红树林基围养殖系统相关科学研究。

疏浚底泥是陆源性入海污染物的主要蓄积场所, 也是海洋污染的潜在污染源。在疏浚和海洋倾倒过程中, 这些疏浚底泥中的污染物会重新释放出来进入水体, 危害海洋环境, 因此对疏浚底泥进行无害或者减害化处理, 对于实施疏浚底泥海洋倾倒的科学管理、有效保护海洋环境具有重要意义。本文综述了6种主要的疏浚底泥处理方法, 介绍和评述了各方法的原理、影响因素以及优缺点, 并展望了物化和生物等方法联合在去除疏浚底泥污染应用中的前景。

针对珠江口藻类生长受泥沙遮光限制明显的问题, 对RCA(row and column of Aesop)三维水质模型进行改进, 加入泥沙模块及悬沙遮光对藻类生长的限制作用。应用改进的RCA水质模型, 对珠江口的营养盐、浮游植物及溶解氧进行模拟研究, 结果显示, 改进的RCA水质模型较好地再现了洪季珠江口营养盐、浮游植物和溶解氧在水平及垂向上的空间分布, 这表明该水质模型能较好地反映珠江河口中生态因子的关键过程。珠江口的缺氧现象在物理和生化过程的共同作用下, 被限制在伶仃洋的西滩和中滩及磨刀门海域。在洪季, 大量冲淡水进入珠江口形成锋面, 颗粒态有机物(particulate organic matter, POM)在锋面的影响下, 大量集中沉降在伶仃洋的西滩及中滩特定区域及磨刀门外, 产生较高的底泥耗氧率(sediment oxygen demand, SOD)。而在高SOD的区域, 水体分层通常也较明显, 因而产生缺氧现象。另一方面, 伶仃洋水体中磷的限制作用明显, 加上悬浮泥沙的遮光作用, 不利于浮游植物生长, 使得初级生产力低; 而在陆架上, 悬沙浓度减少使初级生产力增加, 但由于海源颗粒有机碳(particulate organic carbon, POC)的沉积分散于整个陆架上, 无法产生伶仃洋内的高SOD区域, 加上水体分层不明显, 并没有产生缺氧现象。

基于不同要求的咸潮入侵理论模式较多。本文在河道地形概化的基础上, 综合考虑流量、潮汐、盐淡水混合类型及地形等因子, 建立起一个可以快速预报各水道日最大氯度及咸潮最大影响范围的模式, 并用于西江三角洲咸潮入侵的模拟和预报。结果表明, 模式可以很好地模拟西江三角洲各水道日最大氯度及咸潮入侵范围, 预报结果良好, 同时该模式也能较好地预报磨刀门水道剧烈的地形变化及其它要素，如流量、潮汐对咸潮活动的影响程度。今后仍需更多的实测资料或数学模型对其他因子进行更深入的定量化研究, 用来修正该预报模式, 以进一步提高模式的精度及可预报性。

根据现场调查和室内试验工作, 计算珠江口水域浮游植物有效光合作用水体体积, 同时研究浮游动物摄食行为对磷再生的补偿作用, 进而对该水域磷的生物利用状况进行初步评估。分析珠江口2002—2003年的数据发现, 珠江口水域浮游植物有效进行光合作用水体的体积存在季节性变化, 枯水期约为9.7×104m3, 而丰水期约为6.6×104m3。该水域总初级生产量在枯水期约为36kg.d-1, 在丰水期约为31kg.d-1, 呈现枯水期大于丰水期的特点。浮游动物的摄食作用可促进水体中磷的再生, 这部分磷可满足浮游植物生长对磷需求的1.5%—15.6%, 并呈现丰水期大于枯水期的特点。浮游动物摄食作用直接释放的量远大于其自身生理周转释放的量。

采用衍生化处理和气相色谱-质谱联用分析方法, 测定了珠江口及其以东近海海域表层海水中的三氟乙酸(Trifluoroacetic acid, TFA)含量。珠江口及其以东近岸的红海湾和大亚湾海区TFA浓度范围分别为113—170ng.L–1和202—336ng.L–1。红海湾内海水中TFA的平均水平(279ng.L–1)明显高于外海海水(210ng.L–1), 说明港湾内或其周边地区可能有TFA的点源输入。此外, 外海海水中TFA平均浓度比珠江口高69.1ng.L–1, 表明这种亲水性强、稳定性高的化合物除了已知的人为来源外, 可能还存在未知的人为源或自然源, 使得海洋作为其最终的汇浓度不断累积。

通过对2006年12月至2007年11月中山横门的大气沉降采样分析, 初步探讨了珠江口大气氮、磷干湿沉降的特征。结果表明, 观测期间铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、总氮(TN)、总磷(TP)降雨量加权平均浓度分别为0.82、0.52、2.14、0.039mg.L-1, 干湿总沉降通量分别为1.584、1.142、4.295和0.055g.m-2.a-1。NH4+-N、NO3--N和TN干、湿沉降通量相当, 而TP以湿沉降为主。TN大气沉降通量春、夏、秋三季相当, 均明显高于冬季, TP则以夏季最大, 秋季次之, 而冬季最小。

多环旋沟藻Cochlodinium polykrikoides赤潮在全球频繁爆发。2006年10—11月间, 在广东珠海海域爆发的双胞旋沟藻Cochlodinium geminatum赤潮则较为少见。双胞旋沟藻赤潮发生于富营养的近岸水体, 赤潮发生区内水温变化范围23.41—27.54℃, 盐度变化范围15.49—17.92。双胞旋沟藻的细胞密度随温度和盐度的升高而显著升高, 最高细胞密度达1.6×106个.L-1。在赤潮发生后期, 海区水温下降及群落中红色中缢虫Mesodinium rubrum数量的上升, 可能是导致双胞旋沟藻赤潮衰亡的重要原因。

根据2007年底至2008年初珠江河口咸潮入侵期间大潮和小潮的两次调查资料, 对浮游植物的种类组成、种数和细胞密度的分布等群落特征进行了分析, 并探讨环境因素对浮游植物群落的影响。共鉴定浮游植物76种, 包括38种硅藻、18种绿藻、14种甲藻、4种蓝藻和2种裸藻。浮游植物种数分布有明显的空间变化, 一般从河口上段至下段种数减少; 大潮时浮游植物的种数低于小潮时, 并且各水层之间浮游植物种数分布不均匀。优势种以淡水硅藻为主, 如颗粒直链藻Melosira granulata、颗粒直链藻最窄变种 Melosira granulata v. angustissima、小环藻 Cyclotella sp.和海链藻Thalassiosira sp.等; 河口上段的站优势种突出, 密度分布不均匀, 均匀度值比较低。大潮和小潮期间浮游植物细胞密度的平均值分别为53.80×104个.L-1和62.21×104个.L-1, 变化范围为(1.48— 290.41)×104个-L-1和(1.52—283.62)×104个.L-1; 二者的平面分布趋势基本相同, 由河口上段至下段呈递减的格局; 硅藻类的细胞密度占明显优势。浮游植物的种类组成、种数和细胞密度的分布受盐度、营养盐等环境因子的影响, 并且具有明显的潮周期性。

利用水质综合污染指数和生物多样性指数分别对珠江口海域2006年7月和2007年3月调查的数据进行污染程度评价, 并讨论利用多样性指数评价的合理性。结果表明珠江口海域的污染等级处于中度污染至严重污染之间, 其中利用水质化学因子进行综合评价的结果为严重污染, 利用生物多样性指数进行评价的结果为轻中污染至重污染。本研究认为利用浮游动物多样性指数评价海域水质污染程度比利用浮游植物或底栖生物的多样性指数评价海域水质污染程度更加合理, 但其评价标准仍有待更多的调查来验证和修正。同时, 利用不同类群生物的多样性指数对海洋水质与生态环境质量进行评价有时会存在一定差异。因此在实际评价中不能单从一种指数结果就轻易下定论, 结合理化监测结果, 才能得到符合实际的结论。

南澳岛是广东南澳县的主岛, 周边海域的环境保护被置于当地社会经济发展的重要位置。为此, 2004年 5月、7月选择以水产养殖为主的后江湾和白沙湾及以旅游为主的青澳湾作为研究对象, 对南澳岛海域重金属的 含量、分布、富集及污染状况进行了调查与评价。结果表明该海域重金属元素的平均含量为Cd: 0.19mg.kg-1, Cr: 26.86mg.kg-1, Cu: 20.71mg.kg-1, Ni: 22.78mg.kg-1, Pb: 35.67mg.kg-1, Zn: 79.48mg.kg-1, 低于近岸经济发达海域, 但高于受人类活动影响较小的外海; 在分布特征上表现为湾口高于湾内, 养殖区高于非养殖区的总趋势, 但在各海湾之间重金属含量并无显著差异, 表明南澳岛海域重金属主要来源于地表径流输入。该海域以城市污水中代表元素Cu (Cf = 2.75), Pb (Cf = 2.27)富集为主; 以海洋沉积物质量标准、沉积物质量基准和美国太平洋沿岸基线值评价, 南澳岛海域环境质量均处于健康状态, 但其潜在污染效应仍值得关注。

根据2000—2007年深圳近海海域表层沉积物的基础监测资料, 采用地累积指数和潜在生态危害指数两种评价方法, 对该区域沉积物中重金属的污染状况进行了分析和研究。结果表明, 深圳近海海域沉积环境在一定程度上已受到了重金属的污染, 除固戍近海外, 大部分海域基本上为II类沉积物, 其污染程度大小顺序为: 固戍近海＞深圳湾中＞深圳湾口＞沙头角湾口。其中沉积物中Cu和Zn超标严重, 固戍近海沉积物中Cu和Zn平均含量分别为128.96mg.kg-1和199.40mg.kg-1, 为III类沉积物。研究还表明, 深圳近海海域基本上不存在重金属潜在的生态危害, 7种重金属潜在的生态危害大小顺序为: Hg＞Cd＞Cu＞As＞Pb＞Cr＞Zn。

为研究海水养殖对海湾沉积物的累积影响, 对大亚湾的大鹏澳养殖区沉积物柱状样中总氮、总磷和有机碳的含量及剖面分布特征进行了研究, 并探讨了海水养殖区沉积物中氮、磷的污染状况。结果表明, 网箱养殖区、贝类养殖区和对照区等3个区域柱状样中总氮的含量范围分别为638.2—3803.9mg.kg-1、740.9—2152.1mg.kg-1和343.2—471.9mg.kg-1, 总磷的含量范围分别为344.7—3233.9mg.kg-1、297.9—497.5mg.kg-1和650.2—1327.2 mg.kg-1, 有机碳的含量范围分别为0.96%—2.22%、0.87%—1.13%和0.69%—0.95%。该三个因子的含量均从底层至表层呈增加趋势, 但网箱养殖区上层增加幅度最为剧烈, 贝类区次之, 对照区变化幅度最小。所有柱状样中, 总氮含量均超标, 但网箱养殖区总氮污染最为严重, 贝类养殖区次之, 对照区最轻; 网箱养殖区的总磷在上层的不同深度超标, 而贝类养殖区及对照区柱状样的总磷含量均未超标。

测定了珠江口及近海表层沉积物中总有机碳(TOC), 总氮(TN)及稳定碳同位素组成和几类主要有机化合物(水解氨基酸THAA、糖类TCHO、脂类lipid、酸不溶有机物AIOC), 并分析了沉积有机质及化合物的特征和来源。结果表明珠江口表层沉积有机质主要为陆源和水生混合来源, 而近海有机质主要为当地水生来源。大量的陆源高等植物(含有较多的木质素、纤维素等)输入珠江口, 使得珠江口个别站位沉积物中糖类物质含量大幅高于近海样品; 而珠江口与近海沉积物中水生来源有机质的含量相当。氨基酸和糖类占TOC的份额在浮游生物和悬浮颗粒物中分别为56%和48%, 在表层沉积物中为19%, 说明珠江口和近海的有机质从水柱到达沉积物-水界面的过程中经历了较充分的降解。珠江口样品中活性组分氨基酸和糖类占TOC的份额低于近海, 可能说明珠江口沉积有机质的降解程度高于近海。

珠江口海域地质环境比较复杂, 孕育着多种灾害地质因素。通过收集的浅地层剖面、卫星遥感、钻孔资料及系统的野外调查, 研究了珠江口海域灾害地质类型及其分布, 编制了珠江口灾害地质示意图。珠江口海域灾害地质类型很多, 可划分为新构造灾害地质、侵蚀堆积灾害地质、承压流体塑性体灾害地质、结构不均匀性灾害地质4个类型, 包括活动断层、地震、浅层气、沙波、潮流沙脊、冲蚀槽沟、海岸侵蚀与淤积、陡坎、埋藏古河道、浅埋基岩面等。它们的分布范围很广且密集。新构造运动及晚更新世以来海平面变化, 决定了珠江口海域复杂的海洋灾害地质类型及分布。珠江口众多的灾害地质问题将会对经济发展和海底工程建设安全构成潜在威胁, 应该引起高度重视。

本文根据1965、1984、1999和2005的海图对比分析, 探讨了洋浦湾深槽、南浅滩以及口外拦门沙的冲淤变化, 得出: 1)1965—1984年之间, 南浅滩呈淤涨之势, 其西南部最大淤涨距离可达640m; 1984—1999年南浅滩出现了侵蚀, 这主要是由于洋浦湾波浪以及沿岸流的作用引起的; 1999—2005年, 靠近口门附近的南浅滩出现淤涨现象, 主要是由于洋浦湾口门附近水动力的影响作用; 但是目前整体基本上处于稳定的阶段。2)洋浦深槽段呈现出不同程度的西边坡淤涨, 东边坡侵蚀后退, 深泓断面缩窄、淤浅及东偏的趋势, 特别是剖面5的变化比较复杂,值得关注。3)口外拦门沙近几十年来呈现出不同的时空冲淤变化, 但是以淤积为主, 1965—2005年拦门沙总的淤积厚度达到1m左右, 但随着泥沙补给的减少, 这种淤积趋势也随着减少。

珠江口底质常、微量元素分析结果表明, 富含Si、Al、K、Mg、Fe和Ti等元素的陆源物质构成本区沉积物主体, 主要元素氧化物平均含量分别为SiO261.16%, Al2O314.74%, Fe2O35.72%, TiO20.88%, MgO1.84%, K2O2.63%, CaO2.70%, CaCO34.79%。底质元素含量与沉积物粒度组成关系密切, 主要元素Al2O3、MgO、Fe2O3、TiO2以及微量元素Cu、Pb、Zn、Cr、V、Co、Ni、Ba在西北部近岸区以及伶仃洋中部细颗粒沉积区内富集; 而SiO2、CaO、Zr、Sr则在西南部和东南部粗颗粒沉积区富集。控制本区沉积物地球化学特征的因素主要有物质来源、沉积环境、水动力条件、沉积物粒度、矿物组成以及元素自身地球化学性质等。

居里面是岩石中铁磁性矿物因温度升高达到居里点而由铁磁性变为顺磁性时的温度界面, 在这个面以下的岩石由于温度超过居里点而被认为几乎无磁性。1985年中美双船地震扩展排列东剖面(ESPE)和1993年中日合作海底地震仪剖面(OBS93)均穿越南海东北部各主要构造带和盆地, 获得了完整的地震及重、磁资料。通过上述剖面的磁测异常反演出其磁居里面, 同时由热流探测资料计算其地温场并从中获取了热居里面(575℃等温面)数据(热居里面是笔者相对于磁居里面而提出的一个新概念, 即指由海底热流探测资料经地温场模拟而获得的居里面)。研究结果表明, 两种方法得到的居里面深度在很多地区并不一致, 表现出显著的差异。笔者认为造成这种差异的主要原因在于, 在有可能存在未知热事件的地区, 计算稳态地温场的前提条件并不成立, 因而由这种方法计算出来的热居里面在这些地区并不能真正反映居里面的深度, 从而形成了它与磁居里面的显著差异。通过计算研究区磁及热居里面并根据其差异可以快速判定该区下部是否存在10Ma以来的热侵事件以及是否有浅层热源, 这对于研究南海东北部新生代含油气盆地深部结构及沉积充填特征与烃源岩成熟生烃作用以及油气运聚成藏规律和油气资源潜力评价等, 均具有重要的油气地质意义和地球科学意义。

通过对广东沿海水域的现场调查, 新发现8个海草床, 主要分布在柘林湾、汕尾白沙湖、惠东考洲洋、大亚湾、珠海唐家湾、上川岛、下川岛和雷州企水湾。海草种类主要包括喜盐草(Halophila ovalis)、贝克喜盐草(Halophila beccarii)和矮大叶藻(Zostera japonica)等3种。海草覆盖率为6.67%—53.33%, 茎枝密度为3 428.57— 10 542.00shoots.m-2, 生物量为12.86—118.24g.m-2。海草床底上生物密度为16.67—734.67ind.m-2, 生物量为15.39—426.88g.m-2, 多样性指数为0.46—1.98, 均匀度指数为0.28—0.89。海草床生境受到的严重威胁主要来自围海养殖(养蚝、养螺)、污水排放、渔民作业方式(电鱼、电虾、扒螺、挖贝类)、自然灾害(台风和洪水)等。

文中设计的光学浮标采用了柱状浮体, 提出了自由旋转的马鞍链结构。理论计算结果表明, 该光学浮标一是初稳性高度大, 二是光学浮标重心位于浮心之下, 浮标的摇摆角较小, 抗倾斜及倾覆能力强。海上试验结果表 明, 对于风力7节、浪高3—4m以下的海况, 浮标倾角≤5°的次数占总采样次数的 54%, 浮标倾角≤10°的次数占总采样次数的83%, 浮标性能较好地满足了水下光辐射测量的技术要求。为减小阴影效应带来的光辐射测量误差, 文中采用了两种解决方法: 一是伸臂结构解决浮标体阴影的影响, 当太阳天顶角为0°时, 在近岸或者清洁水体中浮标体阴影引起的向上辐亮度测量误差分别不大于4% 和1%; 二是光纤光谱仪测量技术减少仪器自阴影的影响, 设计的光谱辐照度和辐亮度光学探头直径均为0.042m, 当水体光束衰减系数为0.12m-1, 太阳天顶角为10°时, 自阴影引起的向上辐亮度测量误差仅为1.5%。

以光学浮标为控制对象, 以工作稳定、低功耗为目的, 设计海上工作控制硬件。采用嵌入式PC/104 CPU主板和以单片机为核心多功能板组合, 由PC/104 CPU主板完成采集数据、保存数据、通讯等工作, 多功能板实现计数、I/O控制、A/D转换、定时等功能。单片机结合日历时钟和电源总开关组成二级“看门狗”, 实现了海洋光学浮标控制系统无人值守、全天候、全过程独立工作。

基于交叉非对称的czerny-Turner结构, 研制了一种微型光纤光谱仪, 采用光栅分光、线阵CCD探测光, 基于复杂可编程逻辑器件及PC104设计CCD数据采集电路, 采样结果通过PC104总线上传至PC104工控机, 光谱仪及数据采集电路集成为一光谱仪模块, 约为96mm(宽)×104mm(长)×18mm(高), 该模块与PC104工控机之间通过PC104总线以“针”和“孔”形式层叠连接, 在具有体积小、功耗低、采样速度快等优点的同时还具有极好的抗震性, 非常适合于野外恶劣工作环境下的在线使用。将其应用于海水中铁等痕量元素及营养盐在线检测仪, 试验结果良好。

有害赤潮发生频度有逐年增加的趋势, 建设赤潮的早期监测和预警系统是一个难点。文章研究表明, 珠江口赤潮前后, 叶绿素a浓度和细胞密度变化范围分别为0.9—31.1mg•m-3 和1.28×104 —1.76×106cell•L-1, 优势藻为聚生角毛藻; 高光谱辐射计获取的光漫射衰减系数、遥感反射率和荧光强度可反演叶绿素a浓度和细胞密度, 其中反演叶绿素a浓度的平均相对均方根差(RRMS)为30.6%、33.8%和77.4%, 而反演细胞密度的平均RRMS为83.6%、83.9%和136.4%。因高光谱辐射计可以获取每小时或者更短时间尺度的数据, 因此, 装备了高光谱辐射计的光学浮标可用于赤潮监测与预警系统。

浮游植物的粒级结构是一个重要的生物参数。基于南海北部海区不同水体环境下测量的生物光学数据, 作者深入研究了粒级结构对浮游植物吸收光谱的影响。结果表明, 选择443和510nm波段计算得到的浮游植物光谱斜率S对粒级结构的变化具有较高的敏感性, 其随着小型浮游植物比例的增大呈不断增加的趋势。S与水体叶绿素a浓度、浮游植物吸收系数(aph(443))之间表现出明显的正相关特征。以40%为界对不同粒级浮游植物的优势进行定义, 发现在S与叶绿素a浓度、aph(443)的关系分布中小型(Micro)和微微型(Pico)浮游植物占据优势的水体表现出较为明显的分界, 叶绿素a浓度和aph(443)分别在0.70mg•m-3和0.05m-1附近, 相应的S在0.0004(m•nm)-1左右。基于实测数据建立的遥感反射率蓝绿波段比值与S之间的统计关系, 决定系数高达0.91, 为从水色遥感数据反演浮游植物粒级结构提供了重要手段。

藻细胞抽象为细胞质和叶绿体构成的两层球体结构, 结合Aden-Kerker散射理论, 分析了藻细胞各物理属性对其光学特性的影响, 同时也与均匀球体藻细胞的光学特性进行了对比分析。分析结果表明, 与均匀球体结构相比, 叶绿体为外裹层的细胞结构将显著增强其后向散射效率及后向散射比率, 而叶绿体为内核层的细胞结构因打包效应将削弱藻细胞的吸收效率; 当叶绿体为外裹层时, 细胞粒径大小、叶绿体相对体积、叶绿体复折射率的虚部都对藻细胞的吸收效率会产生显著影响; 同时, 细胞粒径大小和叶绿体复折射率实部是决定细胞后向散射效率和后向散射比率的两个重要指标。

采用2007年5月大亚湾浮标定点航次采集的生物-光学数据, 分析了大亚湾水体后向散射比率的光谱变化及其影响因素。分析结果表明, 660nm处后向散射比率变化范围在0.0040—0.0245之间, 均值为0.0082±0.0032, 实测后向散射比率光谱波段间的相对变化不超过15%; 颗粒后向散射比率随着叶绿素a浓度增加呈减小的趋势, 高叶绿素浓度显著对应较低的后向散射比率; 粒径是影响大亚湾水体后向散射比率的重要因素之一, 随着水体中Junge粒级斜率的增大, 颗粒后向散射比率显著增大; 折射率的变化也对后向散射比率产生一定影响, 类似的水体粒径分布情况下, 浮游植物与非藻类物质相对贡献的变化将导致折射率的明显变化, 并将主导水体后向散射比率的变化。

浮游植物吸收光谱已逐渐成为高光谱水色遥感的可获取参量。文章采用了多层感知器模型, 由珠江口担杆群岛附近水体的浮游植物吸收光谱进行了色素浓度的反演, 感知器的输入量是浮游植物吸收光谱, 输出量分别对应叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c、光保护类胡萝卜素和非光保护类胡萝卜素五大类主要色素的浓度。分析结果表明, 叶绿素a和叶绿素c估算结果的平均相对偏差比较低, 在测试数据集中两者的偏差分别为19.06%和15.90%; 光保护类胡萝卜素和非光保护类胡萝卜素的估算浓度的相对偏差比较高, 对于测试数据而言, 分别为37.62%和36.96%; 叶绿素b浓度在测试数据集中的估算相对偏差约为27.47%。五大类色素在测试数据集和训练数据集的估算偏差比较接近, 已训练好的多层感知器可用于担杆岛水体中色素信息的反演。同时, 此色素反演方法也为遥感监测水体浮游植物种群动态提供了重要的手段。

基于2007年8月海洋光学浮标在珠江口投放期间获得的近16天的实测生物光学数据, 对一次藻华过程中水体总吸收系数和水色光谱的变化特性及其相互关系进行了研究。结果表明, 藻华前后水体中非藻类物质尤其是有色溶解有机物在蓝光波段具有较强的吸收贡献, 而当藻华爆发时, 随着叶绿素a浓度的急剧增大, 浮游植物的吸收贡献明显增强; 各波段之间总吸收系数呈现出较好的线性相关关系, 吸收光谱蓝绿波段比值的变化对遥感反射率的光谱分布有重要的贡献; 据此建立了对水体总吸收系数反演的经验关系模型, 表现出较高的反演精度, 计算值与实测值之间相对偏差的均方根在可见光波段可控制在24%以内。

在南海北部、大亚湾及珠江口3个不同水体生物-光学数据的基础上, 研究了浮游植物粒径结构的变化特征, 建立了基于浮游植物吸收光谱提取的浮游植物粒径参数(S)的混合光谱模型。南海海区不同的水体环境下浮游植物的粒级结构有着很大的差异: 在河口和沿岸水体小型浮游植物占优势, 在外海水体微微型浮游植物占优势。浮游植物粒径参数随小型浮游植物增多而减少, 随微微型浮游植物增多而增大。叶绿素a浓度从外海到沿岸逐渐增大, 浮游植物粒径参数随叶绿素a浓度的增大而减小, 它们之间呈幂函数关系。结果表明, 利用混合光谱模型得到的浮游植物粒径参数与南海海区不同水体的生物-光学特征(粒级结构Rpico和Rmicro、粒级指数SI、叶绿素a浓度)有一定的相关性。具体的相关性表示为: S与粒级结构(Rpico和Rmicro)存在一定的关系, 与小型浮游植物和微微型浮游植物之间的线性相关系数分别是0.55和0.65; S与浮游植物粒级指数(SI)有较好的线性关系, 相关系数是0.57; S与叶绿素a浓度呈幂函数关系, 相关系数是0.64。这个混合光谱模型为从光学参数反演浮游植物种群的生态学信息提供了有效的手段, 同时又可用于分析浮游植物优势粒径结构对光学特性的影响。

根据2004年9月18日—10月2日南海北部航次所获得的表层浮游植物群数据, 对其组成及数量分布进行了探讨分析。该次调查鉴定浮游植物共53属152种(含变种和变型), 分别属于硅藻门35属88种、甲藻门15属60种、蓝藻门1属2种及金藻门1属1种等; 优势种中分布较广泛的有柔弱伪菱形藻Pseudo-nitzschia delicatissima、反曲原甲藻Prorocentrum sigmoides、微小原甲藻P. mininum、锥状施克里普藻Scrippsiella trochoidea和红海束毛藻Trichodesmium erythraeum等; 浮游植物细胞丰度的数量范围为(0.11—23.61)×106cells•m-3, 呈现近岸区域高于远岸区域的平面分布格局, 最大值和最小值分别出现在海南岛东北部海域的E506站和海南岛东南部海域的B3站; 浮游植物物种丰富度也是近岸的站点较高, 以靠近珠江口E708站的51种为最多。硅藻类细胞丰度范围为(0.02—8.13)×106cells•m-3, 主要分布在高盐的外海水域, 其中产二甲基磺酸丙酯(DMSP)的小环藻Cyclotella spp.在多个站点出现; 甲藻类以近岸水域居多, 细胞丰度最高达15.67×106cells•m-3(E506站), 其中数量较多的赤潮种类主要有锥状施克里普藻、反曲原甲藻、微小原甲藻、环沟藻Gyrodinium spp.等; 固氮的红海束毛藻在调查海域广泛分布, 但主要集中于东部, 以E206站最多, 高达1.8×107cells•m-3。结合水文资料和其他层次的浮游植物资料进行对比分析, 结果表明, 红海束毛藻的分布与黑潮水的入侵存在一定关系, 其分布受水团和海流的影响。

以三亚湾泰莱藻为例, 对海草光谱特征进行分析。结果表明, 450—780nm是海草光谱主要敏感波段, 其波段内的导数光谱是海草叶面积大小序列辨别的有效依据。一阶导数获得的红边与叶片叶绿素a浓度密切相关。   海草在625nm、675nm 两处出现明显的导数特征峰, 两峰峰值相差较大; 其优势特征峰分布在550nm、700nm、750—780nm。实际应用中, 此特征可作为海草底质分类的识别条件, 与海草覆盖率和光谱特征的关系相结合, 可对大量的遥感数据进行识别, 从而达到大尺度遥感监测海草分布和动态变化的目的。

利用ECOM模式模拟南海正压M2、S2、K1、O1分潮, 对南海潮能通量及潮能耗散进行研究。结果显示, M2、S2、K1和O1分潮分别有38.93、5.77、29.73和28.97GW的能通量经吕宋海峡传入南海, 并有2.42、0.36、8.67和7.86GW的能通量由南海经卡里马塔海峡传入爪哇海。由东海及吕宋海峡西北部传入台湾海峡的M2分潮能通量为25.28GW。半日潮进入北部湾和泰国湾的能通量较少(6.52GW), 全日潮则较大(24.74GW)。通过民都洛和巴拉巴克海峡断面, 全日潮由南海向苏禄海共输送12.28GW的能通量, 而半日潮则由苏禄海向南海输送1.92GW的能通量。由模式输出结果估计得到的南海各局部海域的底摩擦耗散与净潮能通量存在差异, 为使二者平衡, 可对南海不同海域的底摩擦系数进行调整。依净潮能通量与底摩擦耗散平衡关系计算得到台湾海峡、北部湾、泰国湾及南海深水海域的底摩擦系数分别为0.0023、0.0024、0.0023和0.0021。

 2007年春季季风转换期间, 在北部湾湾口两站利用潜标观测获得了80余天的流速剖面等资料序列。结合NASA喷气推进实验室物理海洋学数据分发存档中心提供的QuikSCAT海表面风场数据, 以及NOAA国家气候数据中心提供的海表面温度数据, 利用交叉谱分析方法对观测期间两站余流结构及其影响因子进行分析。结果表明: 1) 春季季风转换时期, 北部湾风场北分量具有周期为10d左右的震荡。风的输运造成密度场结构出现相应的震荡, 从而会引起密度流的变化。2) M4站余流主要由风场控制, 水体向北部湾内输运。3) M5站表底层余流差距较大, 整层余流均受到了风的直接影响, 而表层还受到了由风引起的密度流变化的影响, 因此风通过两种方式影响了M5站的余流。

海洋飞沫作为海气相互作用的重要因子, 在台风的发生、发展过程中扮演着重要角色。将Fairall和Andreas海洋飞沫参数化方案加入到WRF模式中对两个台风——“珊珊”、“桑美”进行了模拟, 以研究不同海洋飞沫参数化在WRF模式中对台风模拟效果的影响。结果表明, 加入Fairall方案后潜热通量、感热通量得到很大程度的加强, 使得台风的热力结构得以改变, 暖心结构十分明显, 从而影响了动力场结构。相对涡差解释了台风移动路径变化的原因, 热成散度、涡度以及水汽通量的改变影响了台风的强度。Andreas方案由于界面通量算法在考虑海表面动量粗糙度、热力粗糙度及水汽粗糙度随风速、相对湿度变化的情况下, 得到的潜热通量、感热通量较Fairall方案为弱, 因而台风的强度不强。飞沫参数化方案对模拟台风路径的影响较小。

利用NCC/CMA资料分析了2008年6月深圳降水异常事件的成因。结果表明, 2007年7月—2008年2月赤道西太平洋海表温度异常偏低、2008年前冬今春青藏高原积雪面积偏大是深圳异常降水事件的前期气候背景; 2008年6月东亚阻塞高压的异常强大及乌拉尔山长波槽的异常加深发展, 促进了经向环流异常增强; 偏强的冷空气以阶梯槽的形式频繁入侵华南, 为深圳异常降水事件提供了动力条件。副高西段较常年偏南、西伸脊点偏东, 强劲的季风潮为深圳地区输送了巨大的水汽和热量, 冷暖空气在深圳繁交汇等, 是深圳异常降水事件的主要成因。上述多种因素的异常共同导致了深圳异常降水事件的发生。

珠江口作为我国经济发展最活跃的区域, 经历着快速城市化与工业化进程, 各项资源的有效可持续利用成为人们开发利用空间资源所追求的目标。根据珠江口3个时相的多源遥感信息与常规调查数据予以分类系统和空间精度的一致化处理, 挖掘提取了相同空间尺度和精度的养殖信息, 并引入单一土地利用动态度、景观破碎度模型与区域面积分布统计变化和重心迁移等多模型空间信息分析。量化结果表明, 养殖区面积从1985年的125.49km2增加到2005年的345.20km2, 是1985年的2.75倍, 1985—1995年的养殖区面积年均增长率为14.30%, 1995年以后面积年均增长率下降到1.32%; 1985—2005年的20年间养殖区破碎度逐渐增加, 由1985年的0.000015增加到2005年的0.002824; 20年间珠江口各市养殖面积变化呈现区域性差异, 广州、东莞和珠海三市呈现持续增加趋势, 增长速度差异较大, 而中山和深圳两市则先增长后下降。综合分析得出养殖区分布重心整体向西北迁移。

从南海北部巴士海峡深海沉积物中提取到高质量的总DNA, 通过TA克隆构建了含有23个可操作分类单元(OTU)的16S rRNA基因文库, 选择各OTU中代表性克隆子进行测序与系统发育分析, 结果表明, 南海北部巴士海峡深海沉积物中细菌在系统进化树中至少分属于9个类群: 其中放线菌Actinobacteria, 变形细菌Proteobacteria, 和浮霉菌Planctomycetes为优势种; 其他细菌如疣微菌Verrucomicrobia, 鞘脂杆菌Sphingobacteria, 硝化螺旋菌门(Nitrospira), 绿弯菌Chloroflexi, 厚壁菌Firmicute, 酸杆菌Acidobacteria等为非优势种群; 另外有两个克隆子属于未知种群。在所获得的23个代表克隆子序列中,有11个序列与已知细菌的同源性≤95%, 占到了所有序列的48%, 这一结果说明在南海北部巴士海峡海区具有非常丰富的微生物多样性, 这一海区蕴含着大量未知的微生物资源, 因而值得进行进一步的研究探索。

用FIASCO(Fast Isolation by AFLP of Sequences Containing Repeats)技术开展了合浦珠母贝Pinctada fucata基因组微卫星标记的分离与筛选研究。合浦珠母贝基因组DNA经限制性内切酶MseI酶切后与接头连接, 用生物素标记的(CA)15探针与其杂交, 然后用磁珠富集、洗脱获得单链目的片段, 经PCR扩增后形成双链, 最后进行克隆转化, 构建微卫星富集文库。挑选克隆用探针引物(CA)15 和载体引物进行第2次筛选, 获得阳性克隆357个, 测序结果表明, 297个克隆(83.2%)含有微卫星序列, 包括479个微卫星DNA结构域。其中完美型微卫星有370个(77.3%), 非完美型95个(19.8%), 复合型14个(2.9%)。合成引物49对, 有31对(63%)扩增出目的产物, 其中9    对在种群中(n=32)具有扩增多态性, 其多态信息含量PIC值在0.375―0.809之间, 平均为0.536; 等位基因数    在2―9个之间, 平均为4.889个; 观测杂合度介于0.200―0.600之间, 平均为0.415; 期望杂合度的变化范围为0.454―0.844, 平均为0.598。表明FIASCO技术适合于合浦珠母贝微卫星标记的分离与筛选。

采用PCR-变性梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE)分析比较了34株分离于环境和水产养殖动物体内的副溶血弧菌及标准株16S-23S rDNA间区(Intergenic Spacer Region, ISR)的多态性和亲缘关系。结果表明, 34株副溶血弧菌的ISR经PCR-DGGE电泳后均能分离出4―10条条带, 共计产生15个多态性位点。所有菌株聚为H、I、J、K四大簇, 株间遗传差异最大为株A18和A25, 遗传距离达到0.4。ISR PCR-DGGE方法为副溶血弧菌基因分型提  供了一种新的方法。