利用卫星遥感资料和区域海洋数值模式ROMS(regional ocean modeling system)高分辨率数值模拟结果, 对南海西部夏季上升流锋面的次中尺度特征及其非地转过程进行了探讨。高分辨率卫星遥感观测和数值模拟结果显示, 南海西部夏季锋面海域存在活跃的次中尺度现象, 其水平尺度约为1~10km, 且具有O(1)罗斯贝数(Rossby number, Ro)的典型次中尺度动力学特征。进一步的诊断分析表明, 在夏季西南风的驱动下, 沿锋面射流方向的风应力(down-front wind stress)引起的跨锋面埃克曼输运有利于将海水由锋面冷水侧向暖水侧输运, 减小了锋面海域的垂向层结和Ertel位涡, 加剧了锋面的不稳定, 并形成跨锋面的垂向次级环流。高分辨率模拟结果显示, 锋面海域最大垂向流速可达100m?d ^-1, 显著增强了上层海洋的垂向物质交换。因此, 活跃在锋面海域的次中尺度过程可能是增强南海西部上升流海域垂向物质交换的重要贡献者。

南沙群岛的珊瑚礁以环礁形式存在, 拥有各具特色的地貌形态。九章环礁中的牛轭礁和西门礁是两座发育有新生沙洲的环礁, 代表灰沙岛形成前一个重要的过渡性地貌演化阶段。这两处新生沙洲表层沉积物样品的粒度分析表明: 沉积物主要组分为珊瑚碎屑, 长轴中值粒径在14~45mm之间, 属于砾石级别; 样品分选系数在4.5~31之间, 分选性很差; 球度值为0.52~0.68, 球度差。粒度特征值中, 中值粒径具有随着到水边线距离的增大而升高的趋势, 而分选性和球度与距水边线距离关系不大。整体上中值粒径与分选系数呈正相关关系, 而与球度呈负相关关系。历史文献记载和卫星图像表明, 牛轭礁和西门礁上的新生沙洲都是近年来才形成的, 与风暴过程及冬季风有关。牛轭礁上沙洲向北迁移, 同时其长轴向东南方向延伸; 西门礁上沙洲整体向东南方向迁移, 并形成回弯形沙嘴形态。新生沙洲的出现与珊瑚碎屑物质供给变化或风暴浪作用变化的关系还需进一步探讨。

海洋浮游介形类(Ostracods)是一类分布较广的小型甲壳动物, 在海洋碳循环中起重要作用。目前国内海洋浮游动物采样常使用505μm网目孔径的浮游生物网, 从而导致个体较小的介形类被忽略。文章根据2006年7—8月(夏季)和2006年12月—2007年1月(冬季)在南海西北部海域分别使用网目孔径为505μm和160μm浮游生物网采集的样品, 比较不同网目所获浮游介形类种类和丰度的差异, 分析介形类种类和丰度的分布特征, 探讨环境因素对其时空分布的影响。160μm网目采集的浮游介形类种类和丰度均高于505μm。基于160μm网目数据分析浮游介形类群落结构: 1) 鉴定浮游介形类32种, 其种数由近岸向外海递增, 等深线100m以浅海域的种数显著高于100m以深海域(p<0.01); 2) 夏季浮游介形类的丰度高于冬季, 夏季丰度高值区主要出现在雷州半岛东部和琼东近岸, 显著高于外海(p<0.05), 冬季介形类丰度分布较为均匀; 3) 优势种针刺真浮萤(Euconchoecia aculeata)是近岸高丰度的主要贡献种; 4) 介形类种数与温度和水深呈显著正相关, 丰度与叶绿素a浓度呈正相关, 而与温度和盐度呈负相关。夏季琼东沿岸上升流和粤西沿岸流有助于浮游介形类在雷州半岛和海南岛东部近岸海域形成较高的丰度, 最高达1252个·m^-3。同时, 建议今后研究浮游介形类采用网目孔径小的浮游生物网进行采集以便全面评估其群落结构特征。

海洋生态系统动力学模型是研究海洋生态环境的重要手段。随着模型的发展, 生态参数取值不确定性增加, 对模型结果的影响逐渐增大, 因此模型参数优化显得尤为重要。本研究在南海北部应用一维物理-生态耦合模型, 通过对模型生态参数进行敏感性分析, 获取关键生态参数, 利用遗传算法对参数进行优化。结果表明, 模型中的敏感参数主要集中于浮游植物生长和浮游动物生长、摄食和死亡以及碎屑沉降等过程。针对以上参数利用遗传算法优化, 发现仅加入表层卫星数据, 模型表层和垂向模拟误差分别降低27.80%和21.40%; 加入垂向观测数据, 表层和垂向模拟误差分别降低14.90%和32.70%。遗传算法应用于海洋生态模型的关键参数优化研究, 所获取的参数对模型有明显的改善效果, 提高了耦合模型对生态系统的模拟精度, 为参数优化在三维模型中的应用提供了依据。

采用2002—2016年6—9月Aqua/MODIS叶绿素a产品分析珠江冲淡水在南海北部生态效应的季节及年际变化特征。6月来自陆源的营养物质在西南季风作用下向河口以东陆架区输运, 浮游植物增殖, 叶绿素a含量增大; 7月河口以东高浓度叶绿素a覆盖面积达到最大; 8月在减弱的珠江径流和环境风场共同影响下, 口门外海高浓度叶绿素a覆盖面积明显减小; 9月北部陆架区处于东北季风影响之下, 河口以西覆盖面积逐渐增大。通过线性回归分析可知, 珠江径流量是口门外海高浓度叶绿素a覆盖面积的主要影响因素, 且这种影响有一个月左右的滞后效应。显著大于(小于)多年平均的珠江径流量和环境风场等因素共同作用, 导致2008(2004)年表现为高浓度叶绿素a覆盖面积的极大值(极小值)年份。叶绿素a在南海北部陆架区的时空变化特征主要受冲淡水过程影响, 订正过的卫星叶绿素a产品可以用来讨论珠江冲淡水的季节及年际变化。

南海海域内岛礁众多, 渔业资源丰富, 而目前针对岛礁周边海区生态要素开展的研究仍较少。本文利用近20年多卫星融合水色遥感数据, 分析了南海38个主要岛礁周边区域海面叶绿素浓度的空间分布、季节变化和年际变化特征。结果表明, 岛礁周边普遍存在叶绿素浓度高值区, 其浓度约在离岛礁5个等效半径外降至海区背景水平。岛礁周边海域的叶绿素(相对于背景值的)浓度异常受海区背景值影响, 两者在南海的空间分布格局与背景值基本一致: 在平均温度较低、季风强度较大的东沙、西沙海区, 叶绿素浓度异常高于温度较高、季风强度相对较弱的中沙、南沙海区。叶绿素浓度呈现出明显的季节变化和年际变化特征, 一般在冬季风期间升高, 而在夏季风爆发前降至最低; 在El Ni?o次年随海温升高和季风减弱而下降, 在La Ni?a次年则相反。岛礁周边的叶绿素浓度异常受到温度变化的影响, 随着近年来海温变化幅度加大, 其年均水平呈显著下降趋势(P=5.05×10 ^-5)。这些结果可为我国岛礁区域渔业资源的开发和管理提供信息支持。

年龄和生长速度等参数是渔业资源评估和管理的基础。鸢乌贼生命周期短、生长速度快。为研究鸢乌贼的日龄和生长, 利用2016年10月—2017年9月灯光罩网作业方式采集的南海鸢乌贼样本, 通过耳石微结构研究南海鸢乌贼不同种群、性别间的日龄组成和生长的差异, 结果表明: 1) 鸢乌贼中型群日龄范围48~125d, 优势日龄61~80d, 雌雄个体日龄组成差异显著; 微型群日龄范围44~95d, 优势日龄51~70d, 雌雄个体日龄组成差异极显著。2) 鸢乌贼中型群孵化时间为2016年7月—2017年7月, 1月和7—8月为孵化高峰期; 微型群孵化时间为2016年6—10月和12月至翌年2月, 1月和8月为孵化高峰期。3) 中型群雌雄胴长、体质量与日龄分别符合对数和线性关系; 微型群雌雄胴长与日龄分别符合对数和Logistic关系, 而体质量与日龄符合Logistic关系。4) 南海鸢乌贼微型群生长速度大于中型群, 微型群雄性个体生长速度大于雌性, 而中型群雄性个体生长速度小于雌性。通过对耳石生长纹的分析, 了解鸢乌贼的日龄组成、推算孵化时间、选出合适的生长方程及估算生长速度, 为渔业生物学提供基础资料。

微生物对珊瑚骨骼的侵蚀作用相对肉眼可见的大型生物侵蚀更加隐蔽, 研究也相对稀少, 国内更是空白。本文对采自涠洲岛、大亚湾以及西沙琛航岛的滨珊瑚骨骼切片在扫描电镜下开展微生物侵蚀研究。在涠洲岛和大亚湾的滨珊瑚骨骼切片中存在微生物侵蚀形成的“橘色条带”, 可能与当地水体富营养化有关, 而琛航岛的样品中则没有类似的条带。扫描电镜观察发现, 这些“橘色条带”为内生藻Ostreobium quekettii, 是一种热带珊瑚礁区常见的侵蚀微生物。O. quekettii侵蚀的珊瑚骨骼结构被破坏, 其厚度减小, 孔隙率提高了1.54%至6.76%、抗压强度下降了27.1%至51.2%, 使得珊瑚骨骼变得更加“疏松”, 且在整个骨骼次表面形成了一层“骨质疏松层”。该种侵蚀微生物扮演了“先行者”的角色, 使珊瑚更容易被大型生物侵蚀, 而大型生物侵蚀又会进一步促进微生物侵蚀, 该“正反馈效应”正好解释了在富营养化的南海北部发现的珊瑚骨骼内侵蚀加剧的现象。

南海是西北太平洋最大的边缘海, 是联系北太平洋和北印度洋的关键通道。黑潮北上经过吕宋海峡时会将来自西太平洋的信号传入南海, 进而影响南海的水动力环境。研究了南海次表层盐度的空间分布特征、低频变化规律及其与太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation, PDO)的关系, 并进一步探究了次表层盐度近年来的变化。结果显示: 1)南海次表层高盐水的位势密度主要介于24~26σ_θ, 受次表层气旋式环流所驱动, 盐度气候态空间分布北高南低, 以吕宋海峡处为起点, 呈逆时针自北向南逐渐降低。2)次表层盐度低频变化显著, 与PDO呈显著的正相关关系。当PDO处于正位相时, 吕宋海峡处西向平流输送加强, 次表层盐度升高; 当PDO处于负位相时, 吕宋海峡处西向平流输送减弱, 次表层盐度降低, 盐度的变化受到水平环流场的直接影响。3)近年来, 南海次表层盐度呈现先降低后升高再降低的趋势, 滞后PDO约10个月, 2006— 2014年初, 盐度呈下降趋势; 2014—2017年初, 盐度呈上升趋势, 且上升速率远大于先前下降的速率; 2017年后盐度再次逐渐降低。

利用组织能量密度测定技术和残差指标分析方法, 分析了南海鸢乌贼中型群雄性个体肌肉组织和性腺组织的能量积累及其分配变化过程。结果显示, 胴体、尾鳍、足腕、精荚复合体、精巢等组织的能量密度值分别为21.16±1.44、21.98±1.51、21.44±1.50、20.83±1.70和21.41±1.70kJ?g ^-1。胴体和精荚复合体两组织的能量密度在不同性腺成熟度之间均存在显著性差异, 而尾鳍、足腕、精巢等3种组织的能量密度则在不同性腺成熟度之间均没有统计学差异。个体总能量积累为299.31±90.81kJ; 随着个体生长, 总能量积累呈现增加的趋势。胴体、足腕和尾鳍等肌肉组织的能量占比为95.31%~98.04%, 随着性腺发育呈现降低的趋势; 精巢和精荚复合体等性腺组织的能量总投入占比为2.63%~5.33%, 随着性腺发育呈增加的趋势, 并在Ⅴ期达到最大值。同时, 残差指标分析显示, 胴体、尾鳍、足腕等肌肉组织能量积累-胴长残差与性腺组织能量积累-胴长残差呈显著的正相关关系, 表明个体性腺发育过程中肌肉组织能量没有转化用于性腺组织的生长发育, 其生殖能量投入倾向于外源性投入。初步掌握了南海鸢乌贼中型群雄性个体肌肉和性腺组织能量的积累变化过程, 为深入了解它们的繁殖策略和为可持续开发利用该种类资源提供了科学基础。

在对中国科学院南海海洋生物标本馆馆藏芋螺科 Conidae 标本, 以及近年来在南海补充采集的标本进行整理的过程中, 通过形态分类学方法鉴定发现隶属于芋螺属 Conus 的中国海新记录种1种: 锈色芋螺 Conus ferrugineus Hwass in Bruguière, 1792, 标本采自西沙群岛。文章描述了该种的外部形态, 查明了其生活习性和地理分布特点, 并与相似种犊纹芋螺 Conus vitulinus Hwass in Bruguière, 1792 进行了比较, 通过壳口内面前沟部位的颜色可将两者区分开: 锈色芋螺呈白色, 而犊纹芋螺呈紫 (褐) 色; 同时对这两个相似种的其他区别特征进行了总结。

对跨南海西南次海盆及两侧陆缘的一条1050km长的、包括海底地震(OBS)、长排列多道地震和重磁在内的综合地球物理探测剖面(CFT)进行了构造成像和研究。在多道地震成像基础上建立了CFT剖面初始速度模型, 进而通过初至波层析成像方法反演了CFT剖面的速度结构模型, 在重力异常资料的约束下建立了CFT剖面的综合地壳结构模型。讨论了沿CFT剖面出现的下地壳高速体、龙门海山的低密度物质等地质问题。结果表明, 下地壳高速层在北部陆坡、西南海盆和南部南沙地块均有分布, 厚度在0~4km之间, 可能与陆缘下地壳物质和地幔物质熔融混合, 以及深海盆海底扩张期间构造拉伸导致地幔蛇纹岩化有关。

利用25年(1993—2017)的卫星高度计资料, 采用复经验正交函数(complex empirical orthogonal function, CEOF)方法, 分析南海北部海区海面高度季节内变异的时空分布及传播特征。标准差分析表明, 南海北部海面高度的季节内变异(intra-seasonal variability of sea level anomalies, SLA-ISV)在沿陆坡外侧区较强, 且SLA-ISV表现出明显的季节性变化, 冬半年强于夏半年。CEOF前两个主要模态能较好地揭示研究海区SLA-ISV的时空分布及其传播特征, 并表明SLA-ISV的强度受到季节性变化和年际变化的调制。全年CEOF的第一模态揭示SLA-ISV从台湾岛西南至西沙群岛以东区域的冬半年西南向传播特征; 而全年CEOF的第二模态则表现了SLA-ISV分别在台湾岛西南和东沙群岛西南的西南向传播特征。南海北部中尺度涡季节变化统计分析表明, CEOF的分解结果与南海北部的涡旋活动一致。

本文采用多源卫星遥感数据通过统计分析的方法研究了17年间(2000—2016年)南海夏季(6—9月)台风对该海域降水、淡水通量的贡献及其可能导致的环流异常。主要结论如下: 1) 台风是南海中北部降水的重要影响因子, 可导致日平均降水量增加12mm, 约占南海夏季日平均降水(25mm·d ^-1)的一半, 且西北太平洋台风和南海“土台风”产生的降水分布存在显著的区域和强度差异; 2) 夏季, 南海由淡水通量引起的盐致环流表现为以海南岛东南部海域为中心的弱气旋式, 其流量量级约为-0.15Sv, 约占同期风生环流流量(约为-1.5Sv)的10%; 3) 夏季, 台风带来的降水使得南海中北部的气旋式盐致环流增强, 且西北太平洋台风降水导致的淡水通量变化引起的盐致环流强度要强于南海“土台风”。

长腹剑水蚤属是海洋中小型浮游动物中最为丰富的类群之一, 在生物地理学与海洋生态学研究中均具有重要地位。本研究基于28S rDNA分析了南海长腹剑水蚤属中较为常见的刺长腹剑水蚤Oithona setigera的单倍型多样性和种群遗传结构。结果显示, 792bp长度的核苷酸片段中, 碱基G+C的平均含量为58.2%, 高于A+T含量(41.8%)。种群平均遗传距离Φ_ST为0.011。在22个种群共计186个个体中, 发现了28个单倍型, 其中单倍型H10在21个种群中均被发现, 最远距离超过1000km, 说明刺长腹剑水蚤可以实现远距离的扩散且受到南海海流影响。Mantel检验结果显示, 刺长腹剑水蚤种群遗传距离和地理距离无线性相关性(R=-0.04615, P=0.678); RDA变差分解结果显示, 空间变量全模型对种群遗传结构的解释率为53.3%, 结合种群平均遗传距离Φ_ST为0.011, 我们判断目前观测到的刺长腹剑水蚤的种群遗传结构可能由历史上种群扩展带来的拓殖隔离造成。

文章旨在对中国南海软珊瑚来源真菌Eupenicillium sp. DX-SER3 (KC871024)进行次级代谢产物的研究。利用硅胶层析柱、正反相中压层析柱以及半制备高效液相等方法对该菌株的大米发酵产物进行分离纯化, 利用核磁共振、质谱等波谱学方法并参考文献数据对分离的单体化合物进行结构鉴定。从中分离得到5个已知化合物: 烟曲霉酸、β-腺苷、2'-脱氧胸腺嘧啶核苷、N-acyltryptamine和对羟基苯甲醛。其中, 烟曲霉酸在该菌株中产量很高, 预示着该菌株具有开发成该类化合物的工程菌株的潜力。文章还探讨了烟曲霉酸抗植物病原真菌的潜力, 发现效果并不明显。

文章首先论述了中南—礼乐断裂带的研究现状, 然后基于重力、磁力、地震剖面和地形等地球物理资料, 综合分析了中南—礼乐断裂带在南海海盆中的空间展布和内部构造形变特征。研究表明: 该断裂带在海盆中由北至南具有明显的分段性。北段(西北次海盆与东部次海盆北部之间)断裂带宽15km, 由(18°00'N, 115°30'E)向(17°30'N, 116°00'E)呈NNW向分布。南段(西南次海盆与东部次海盆之间)断裂带宽约60~80km, 由中沙海台东侧向礼乐地块西侧呈NNW向展布。中南—礼乐断裂带的主控断裂沿中南海岭呈NNW向分布。断裂带在南北两段的过渡区总体呈NNE向展布。断裂带两侧海盆的沉积厚度和洋壳厚度存在差异, 推断该断裂带对其东西两侧海盆的地质构造具有控制作用。根据地壳结构变化, 推测该断裂带至少是一条地壳级断裂。

南海中西部渔场是我国南海渔业开发的重点渔场之一。为了解该海域主要渔业生物的营养关系, 应用碳、氮稳定同位素技术测定了该海域主要渔业生物样品的δ¹³C和δ¹⁵N值, 由此构建该海域主要渔业生物的连续营养谱。结果显示, 南海中西部渔场主要渔业生物同位素比值变化幅度较大, 其中鱼类的δ¹³C和δ¹⁵N值范围分别为-20.00‰~-16.51‰和7.94‰~11.81‰; 头足类的δ¹³C和δ¹⁵N值范围分别为-18.84‰~-17.60‰和10.10‰~12.85‰。以浮游动物为基线生物计算各物种相应的营养级, 鱼类处于2.41~3.53, 头足类处于3.03~3.84, 头足类的平均营养级要高于鱼类。通过对不同体长( 胴长)的鸢乌贼Symplectoteuthis oualaniensis、菱鳍乌贼Thysanoteuthis rhombus、红鳍圆鲹Decapterus russelli、细鳞圆鲹Decapterus lajang和黄鳍金枪鱼Thunnus albacares的营养级进行比较分析, 结果发现, 随着体长(胴长)增大其营养级有相应增大的趋势。研究初步建立了南海中西部渔场主要渔业生物营养级的连续营养谱, 旨在为了解该海域食物网结构提供基础资料。

文章利用2014年9月南海东北部附近海域的A、B两个相距约20km的潜标数据, 分析了台风“海鸥”在南海东北部激发的近惯性振荡的垂向分布特征。结果表明, 台风过境在两站点激发了强烈的近惯性振荡, 其能量由海表向海洋内部传播; 近惯性能量在表层随着深度增加而增大, 最大值出现在次表层, 此后随着深度增加迅速衰减。但是两个观测站点的近惯性振荡垂向分布特征有较大的差别: A站点的近惯性振荡在不同深度上存在三个不同的垂向相速度, 而B站点的垂向相速度没有变化; 两站点的最大近惯性动能的大小及其所在深度不同, B站点比A站点的最大近惯性动能大15%左右。台风过后两个站点均出现由近惯性波f和半日内潮波D₂非线性相互作用产生的次级波动fD₂, 但其强度存在差异。台风后A站点fD₂在不同深度上有不同的变化, f和D₂相互作用较弱; 而B站点的fD₂在整个近惯性振荡影响深度内都是增强, 其fD₂和f频带的动能和流速在时空分布以及变化趋势上有较好的相关性。两站点的近惯性振荡垂向相速度以及次级波动fD₂的不同可能是水体层结的差异和涡旋的影响所导致的。

海面风不仅是驱动上层海洋运动的主要动力, 其能量也是维持海洋表层流动的主要机械能来源。为了分析南海表层流风能输入的变化, 用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)(1901—2010)资料估算了风向南海表层流(表层地转流+表层非地转流)的能量输入。结果表明, 风向南海表层流、表层地转流和表层非地转流输入的能量总体均呈减少趋势, 110年间分别减小了约56%、65%和49%。导致风能输入减小的最主要因素是风应力的减弱(减小了35%)。由于南海受季风系统的控制, 风向表层流及其各成分输入的能量呈现出显著的季节性变化。冬季风能输入最强, 高值区位于南海西部及北部区域, 呈一个显著的“回力镖”状结构。这些结果对深入认识南海环流具有理论意义。

国际大洋发现计划(International Ocean Discovery Program, IODP)349航次在南海东部次海盆和西南次海盆残留扩张脊附近的U1431和U1433站位首次钻取基底玄武岩, 通过对16块基底玄武岩内的碳酸盐岩脉薄片镜下观察以及激光拉曼光谱分析, 揭示碳酸盐矿物为方解石和文石, 为典型的洋壳低温热液蚀变次生矿物。U1431站位碳酸盐岩脉为独立的方解石脉、文石脉交替出现; 而U1433站位则存在方解石脉、文石脉和方解石-文石共生脉三种情况。此外, U1431站位在基底~42.1m处出现了平行的方解石脉和文石脉, 揭示U1431存在不同来源热液的多期活动, 即可能存在多次或多阶段不同的热液注入。U1431和U1433站位的碳酸岩脉中, 文石的矿物集合体形状基本一致, 呈块状、纤维状和放射纤维状; 而方解石存在差异, U1431的方解石以斑块状、块状、粒状和纤维状出现, 而U1433的方解石仅出现块状。U1431站位的碳酸盐岩脉的丰度明显高于U1433站位。这些均揭示U1431站位的低温热液活动强, 而U1433站位则相对弱。两个站位的热液活动不同很可能是由于区域地质环境的差异造成——U1431附近的巨大海山为其提供了热液补给, 而U1433远离热液的补给/渗漏点。

文章建立了基于真实场驱动的三维物理—生态耦合模型, 利用模型定量分析了夏季南海北部上升流和羽状流过程对浮游植物生物量空间分布的影响程度及作用机制。首先, 利用2006—2008年卫星遥感数据及2006与2008年夏季观测数据对模型进行了验证, 结果表明, 模型能较好地再现夏季南海北部上升流和羽状流过程, 较好地反映出浮游植物的空间分布特征。模拟分析结果显示, 夏季南海北部浮游植物主要分布在50m等深线以内。琼州海峡东部海域和汕头海域浮游植物垂向分布较为均匀, 上升流的贡献均达到90%以上, 表层水平平流输送是浮游植物主要的汇, 生物过程是浮游植物的源。珠江口和汕尾海域浮游植物存在表层和次表层两个高值区, 羽状流贡献35%~40%, 主要促进表层浮游植物生长, 而上升流贡献60%~65%, 主要促进中底层浮游植物的生长。粤西海域上升流对浮游植物的贡献占92%, 主要促进中底层浮游植物生长, 而表层浮游植物浓度极低。整体上, 夏季南海北部上升流和羽状流主要是通过输送营养盐的方式影响浮游植物的生长。上升流对营养盐的输送作用是向岸方向的爬升输送和平行于等深线的沿岸流输送共同作用的结果。跃层的存在改变了营养盐的垂向输送过程, 是导致上升流和羽状流过程对不同水层浮游植物贡献差异的关键因素之一。整体而言, 夏季南海北部浮游植物空间分布差异是以上升流、羽状流主导, 环流—营养盐—生物过程共同作用的结果。

竹荚鱼(Trachurus japonicus)是我国南海北部近海主要渔获物之一。根据2014—2017年对南海北部开展的8个航次近海渔业资源和环境调查数据, 采用地统计学方法分析竹荚鱼时空分布特征和相关生态动力过程。结果表明, 竹荚鱼总体布局以低密度为主, 高密度海域较少, 季节性集聚特征明显, 依次为夏季>春季>秋季>冬季。竹荚鱼空间分布具有极强的空间异质性, 空间结构性比例均在75%以上, 变异模型以高斯模型为主, 空间相关距离(变程)大约在0.52°左右, 且季节性特征明显。对地统计参数值和单位捕捞努力量(catch per unit effort, CPUE)的相关关系研究发现, 竹荚鱼资源密度越大, 空间异质性特征越明显。通过统计各向分维值分析竹荚鱼各向异质性特征, 发现西北—东南向的空间异质性较为显著, 表明该方向的海洋动力过程将对竹荚鱼洄游分布产生重要影响。此外, 基于克里格插值分析, 发现竹荚鱼呈西南—东北向洄游分布规律, 空间布局呈片状和斑块状, 且易受极端气候(厄尔尼诺和拉尼娜等事件)影响。

季风驱动下的南海海洋动力过程有着季节性的多尺度变化特征, 显著影响南海海洋生态系统的演化进程。海洋细菌作为海洋生态系统中物质循环和能量流动的重要组成部分, 对环境变化和海洋多尺度动力过程有着积极的响应。将微生物生态过程与海洋动力过程相结合, 研究微生物的群落结构、动态变化及其与海洋环境过程的耦合, 是目前国际海洋科学多学科交叉研究的热点之一。文章以国家自然科学基金重点项目“季风环流影响下的南海海洋细菌多样性特征及其生物海洋学意义”的主要研究成果为基础, 从南海北部上升流、海洋锋面、中尺度涡旋、次中尺度过程及其对海洋细菌多样性和生态系统可能的影响等几个方面, 探讨当前的研究进展和初步研究成果。

叶绿素a浓度是估算海洋初级生产力的一个重要参数, 在海洋中垂向分布极不均匀, 其分布特征及影响机制是海洋生态学研究的重要基础问题。利用海洋光学观测的高垂向分辨率剖面数据, 系统地研究叶绿素a浓度垂向剖面的时空分布特征及其与海洋动力环境要素的关系, 可为揭示南海典型动力过程的生态环境效应提供重要基础。文章基于2015年夏季黑潮调查航次实测生物光学剖面, 利用676nm处吸收基线高度(a_LH(676))与叶绿素a浓度(Chla)之间的关系, 建立了具有较高反演精度的叶绿素a浓度反演算法(Chla=49.96×(a_LH(676))^0.9339, 决定系数R²=0.87和均方根误差RMSE=0.16mg·m^-3); 进一步结合观测期间物理过程, 揭示了叶绿素垂向分布对不同水动力过程的响应特征。研究结果表明, 近岸区域表层叶绿素a浓度变化范围为0.42~1.57mg·m^-3, 随着水深增加, 叶绿素a浓度逐渐降低, 在沿岸上升流影响区域, 叶绿素a浓度明显增高, 垂向上相对趋于均一分布; 次表层叶绿素极大值(Subsurface Chlorophyll Maximum, SCM)现象在外海显著存在, 受中尺度过程影响明显, SCM深度在34m到100m之间变化, 在吕宋岛以西海域, 黑潮入侵加速了上层水体的混合, SCM所在水层被显著抬升至34m左右; 在冷涡影响区域, 次表层叶绿素极大值层被抬升, 涡旋中心比涡旋边缘抬升更为显著, 同时SCM的厚度增大。

颗粒物粒径分布(Particle Size Distribution, PSD)代表了颗粒物浓度与颗粒物粒径之间的关系, 影响着海洋生态环境和水体光学特性等。文章基于2016年夏季航次调查的生物光学剖面数据, 研究了南海海盆海域PSD的分布特征。研究发现, 幂律函数可以较好地拟合南海海盆区域的PSD, 对数空间中的实测的PSD与模拟的PSD平均决定系数高达0.95。PSD斜率(ξ)的分布范围为[1.27, 7.65], 均值为3.93±0.56。南海海盆区域表层水体的ξ均值与全球大洋表层水体的ξ均值相近, 但高于海湾等表层水体的ξ均值。ξ能较好地表征颗粒物平均粒径D_A的大小, 两者存在明显负相关关系, 即ξ值越高, D_A越小; 反之, D_A越大。通过分析T1断面的生物光学剖面数据及总体平均的PSD剖面数据, 发现PSD剖面分布特征如下: 1)表层水体的ξ值相对较高, 且D_A值相对较低, 推测可能是由于微微型藻类为主导颗粒物所致; 2) ξ值极小值层出现在次表层叶绿素浓度极大值层(Subsurface Chlorophyll Maximum Layer, SCML)中, 并伴随D_A极大值层的出现, 其原因可能是SCML中的大粒径浮游植物占比显著增加; 3)弱光层中的ξ值较SCML中的高, 但略低于表层的ξ值, 而D_A则位于表层与SCML的D_A之间, 这可能与浮游植物及其碎屑的絮凝、分解、沉降等过程相关。PSD特征影响着海水的固有光学特性, 分析发现: 由于SCML中的叶绿素浓度增加, 颗粒物散射系数(b_p(532))和颗粒物后向散射系数(b_bp(532))也相应呈现显著增加的趋势。弱光层中的平均b_p(532)与平均b_bp(532)最小。ξ与颗粒物衰减光谱斜率之间呈高分散性, Boss 等(2001b)的模型适合用于粗略估算区域性的ξ分布范围及均值。

南海自动剖面浮标轨迹模拟系统包括高分辨率模式流场、拉格朗日追踪模型和垂向浮标运动参数化方案等三个核心部分。该系统可在南海范围内模拟两类自动剖面浮标: 传统自动剖面浮标(停滞深度为1000m, 最大下潜深度为2000m)和新型深海自动剖面浮标(停滞深度为距海底500m)。通过对南海现有的6个传统浮标的模拟, 该系统可以预测其100d内的漂流轨迹。通过与真实浮标轨迹数据的对比, 验证了该模拟系统的准确性。此外, 根据该系统, 我们初步探讨了深海自动剖面浮标阵列(时空分辨率为2°×2°×30d)在南海内区布放方案的可行性。该模拟系统的建立和完善将有助于对现有传统剖面浮标布放策略进行优化, 并对未来深海剖面浮标在南海的推广应用提供初步的理论依据。

东沙海域是南海北部一个重要的天然气水合物成藏区, 其陆坡广泛发育滑塌构造。文章对采自东沙陆坡中部973-4柱样和下部平坦区973-5柱样开展了沉积学粒度、底栖有孔虫种属特征和稳定同位素等的综合分析。研究结果表明: 两个柱样中底栖有孔虫的δ¹³C在末次冰期均出现明显负偏现象, 同时δ¹⁸O增高, 指示该时期东沙海域存在持续的天然气水合物分解事件; 末次冰消期以来, δ¹³C负偏现象逐渐消失, δ¹⁸O值降低, 可能是由于海平面上升阻止了天然气水合物分解。973-4柱样仅在末次盛冰期对应层位440~600cm段存在明显的滑塌沉积, 且该层段对应的特征底栖有孔虫Uvigerina spp.和Bulimina spp.的数量突增, 推测该区的海底滑塌可能是由于末次盛冰期海平面大幅度下降引起天然气水合物大量分解诱发所致; 973-5柱样同样记录到了海底滑塌现象, 但其滑塌沉积晚于973-4柱样的滑塌时间, 且其规模较小。

南海北部琼东南盆地海底存在着巨型麻坑, 现有研究多认为其形成主要与海底流体渗漏有关。目前对琼东南盆地深海沉积物地球化学特征及麻坑区的生物地球化学过程等尚不清楚。文章选取南海北部琼东南盆地C14、C19两个站位岩心样品, 进行了总硫(TS)、总碳(TC)、总有机碳(TOC)、铬还原性硫化物(CRS)及其δ³⁴S_CRS值测试, 并结合总氮/总碳(TN/TOC)比值和已发表的孔隙水中SO₄^2-浓度等进行了地球化学特征分析。研究表明: C14站位以3.91m bsf (below seafloor)为界, 上下分别存在有机质参与的硫酸盐还原反应(OSR)和甲烷厌氧氧化作用(AOM)驱动的硫酸盐还原反应(SR); 3.91m bsf以上的部位沉积物的TS、TC含量均低于3.91m bsf以下部位, 且沉积物孔隙水中SO₄^2-浓度由3.91m bsf以上的缓慢凹型减少变成3.91m bsf以下的线性减少, 说明该处成为沉积物中地球化学特征分界的明显标志; 在3.91m bsf以下, 受到甲烷渗漏的影响。C19站位沉积物中TS与TC含量由浅到深逐渐增加, 但与TN/TOC比值变化呈现几乎相反趋势, 即整个岩心以OSR为主, 并呈现出有机质早期成岩阶段的沉积现象。C14和C19两个站位柱状沉积物的δ³⁴S_CRS值变化范围分别为-50.2‰~-46.9‰和-50.1‰~-42.0‰ (V-CDT标准), 均显示出了较为偏负的硫同位素值, 表明研究区主要的生物化学过程是在相对开放体系下硫酸盐还原作用的结果, 综合说明该研究区麻坑的甲烷流体已经喷发, 目前可能处于衰退期, 甚至已经不活跃, 该结果与前人的认识基本一致。