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。

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。

在沉积盆地的定量模拟研究中，建立各种数值模型是研究的基础。由于裂谷盆地在科学研究和油气勘探上的重要性，对其数值模型的研究一直受到高度重视，提出了众多理论模型。本文选择影响较大的或对南海被动陆缘研究有重要作用的数值型进行介绍，包括最基础的McKenzie瞬时拉伸模型，以及后来发展起来的限时拉伸模型、单剪伸展模型、挠曲悬臂梁模型、伸展随深度变化的模型和多幕拉伸模型。重点介绍各个模型的基本假设、应用条件、盆地演化的数学表达式，分析各模型之间的异同点和相互关系。文中还列举了南海北部的一些研究实例，以帮助深入理解不同数值模型的方法和应用。

2008年3月6日至2008年4月9日, 在南海北部外陆架与陆坡上的沙波区进行了海底流速的连续观测，观测结果表明潮流与海流较弱，但时有流速达30—77cm.s-1的海底强流发生。强流方向与南海北部内波传播方向相对应，多分布在偏NW向与偏SE向。偏SE向流强于偏NW向流，与内波在传播方向上的下坡流大于上坡流的特征一致。对流速序列进行了旋转功率谱分析，结果表明，高于M2分潮的频率中，众多的振荡分量具有内波流性质，说明阵发性强流为内波所致。采用观测流速计算了沙波的移动速度，计算结果得出强流能起动海底泥沙，由于NW向传播（上坡方向）的内波导致了SE向（下坡方向）的净流动，沙波偏SE向移动，但沙波移动速度不大，小型沙波移动速度小于1.6m.a-1。采用潮流、风暴潮耦合模型计算了强台风驱动的海底流速过程，表明潮流、风暴潮耦合也能移动海底沙波，但沙波移动方向与台风路径相关，不一定为SE向，且移动距离更小，潮流、风暴潮耦合不是沙波移动的主要动力机制。

结合南海海域的地形条件、地质构造、地震学特征以及历史地震记录，在回顾总结国内外学者研究的基础上，分析了南海可能引发地震海啸的震源区域，并讨论了在我国南海沿岸发生海啸灾害的潜在可能性。采用目前在国际上广泛使用的COMCOT海啸模式，对马尼拉海沟的潜在地震引发的海啸进行了数值模拟计算，计算中包含了由地震参数到海面初始变形的转换、海啸的深水传播过程以及海啸的浅水传播过程。采用三重嵌套网格，外层网格对应于大范围的深水区域，使用球坐标系下的线性控制方程；第二层网格对应中等范围的较浅水区域，使用球坐标系下的非线性控制方程；第三层网格对应小范围的浅水区域，使用直角坐标系下的非线性控制方程。由模拟计算得到的海啸传时分布、近岸海面升降强度、四个特定点上海面高度随时间变化等的结果表明,我国南海沿岸遭受海啸袭击的可能性是存在的，应进一步对南海海啸进行监测、预警和研究。COMCOT模式性能良好，可用于对南海潜在地震海啸的进一步模拟研究。

作为一种新的地球化学指标方法，多参数生物标志物法已被广泛应用于重建浮游植物生产力。这个方法假设沉积物中生物标志物含量基本可以反映光合层浮游植物的生产力。但对于这个假设还缺乏现场的证据验证，尤其是西太平洋边缘海地区现场证据。本文对南海表层沉积物中的浮游植物生物标志物含量分布进行了研究。通过对南海77个站位的调查，发现硅藻、甲藻和颗石藻3种主要浮游植物生物标志物的总含量变化范围为55—1 147 ng?g–1，陆源生物标志物C27+C29+C31正构烷烃总含量变化范围为57—732 ng?g–1。浮游植物生物标志物高值主要分布在近岸区、越南外部及巽他陆架北部的2个上升流区等高生产力区。研究表明，生物标志物的含量分布与现代海洋调查和其他古生产力指标对比显示生物标志物法基本可以用来重建生产力。相对于总有机碳含量（Total organic carbon，TOC）和蛋白石，生物标志物指标可以更准确地重建南海生产力。同时我们也发现，由于氧化降解和陆源冲淡效应的影响，在南海北部陆坡区和吕宋西北上升流区表层沉积物中生物标志物的含量与表层生产力的变化出现偏差，因此，在南海利用沉积物中生物标志物含量重建生产力存在区域性限制。

本文对南海北部陆坡九龙甲烷礁采集的两个冷泉碳酸盐岩样品TVG-1和TVG-11进行了矿物学、岩石学和碳氧同位素分析研究。X-射线衍射分析(XRD)结果表明，自生矿物主要为文石、白云石和高镁方解石等，碎屑矿物含量较少。TVG-11中存在大量的文石，而TVG-1只保留了已转化为方解石的文石假象，据此可以推断TVG-1的形成要早于TVG-11。扫描电镜(SEM)显微结构特征显示，自生矿物主要是通过细菌的厌氧氧化作用，直接从冷泉中沉淀出来的。碳、氧同位素测试结果显示，碳酸盐岩具有强13C亏损和一定程度的18O富集的特征，TVG-1和TVG-11的δ13C值分别为–46.22‰和–52.88‰，均低于–40‰，表明碳源于微生物作用的甲烷厌氧氧化，是指示该海域存在冷泉的重要证据；TVG-1和TVG-11的δ18O值分别为3.19‰和4.07‰，存在一定程度的18O富集。碳氧同位素和矿物的显微结构特征都说明九龙甲烷礁碳酸盐岩是烃类渗漏微生物作用而形成的自生碳酸盐岩，可能是天然气水合物分解引起的沉积，显示该区存在水合物的可能性很大。

通过对南海69站深海柱状剖面的孢粉、藻类研究，根据孢粉成分的变化将该孔沉积层从下至上划分为5个孢粉组合带：1带：Quercus（常绿）-Pinus-Cyathea-Artemisia 孢粉带（552.5—470cm）；2带：Pinus-Podocarpus-Quercus-Polypodiaceae孢粉带（470—350cm）；3带：Quercus（常绿）-Castanopsis-Pinus-Polypodiaceae孢粉带（350—250cm）；4带：Pinus-Podocarpus-Artemisia-Polypodiaceae孢粉带（250—140cm）；5带：Podocarpus-Cyathea-Quercus（常绿)-Pinus-Polypodiaceae孢粉带(140—0cm)。并相应恢复了南海东部64 000 a以来3个植被、气候、古环境演替阶段：热带季雨林、热带北缘半常绿季雨林和热带季雨林。结合氧同位素测定资料，对69站柱状地层时代作了划分：孢粉1带相当于氧同位素3期，时代为Q33—2; 孢粉2—4带相当于氧同位素2期，时代为 Q33—3; 孢粉5带为氧同位素1期，时代为Q4。

通过分析沉积物声波测量过程能量损失的实质，阐述平行轴差距衰减测量法和垂直轴差距衰减测量法的研究基础——差动式衰减测量方法原理，并推导了其衰减系数公式。根据南海沉积物的柱状样品分装的特点，结合以上两种方法，提出了同轴差距衰减测量法，这种方法具有原理上的合理性并且其可操作性强；运用此方法测量了沉积物在常温和温度控制变化条件下的声波信号，计算了衰减系数，研究了温度对沉积物声波传播能量的影响，得出南海深水海底沉积物具有以下声衰减特性：沉积物含砂量高，声衰减系数大；随着温度的升高，沉积物的声衰减系数变化具有不均匀性，整体呈非线性减小趋势。以上研究将为声学遥测和反演海底沉积物的物理力学特性提供数据和方法支持。

采用SODA海洋同化产品的月平均资料,本文分析了阿拉伯海东南海域表层盐度的季节变化特征，发现局地海面淡水通量不能解释盐度的变化。两个典型区域的表层海水盐度收支分析表明，海洋的平流输送是造成阿拉伯海东南海域盐度冬季降低、夏季升高的主要原因，而淡水通量仅在夏季印度西侧沿岸区域造成盐度降低。冬季，东北季风环流将孟加拉湾北部的低盐水沿同纬度输送到阿拉伯海，然后向北输送，使表层海水盐度降低；夏季，西南季风环流把阿拉伯海西北部的高盐水向南、向东输送，使阿拉伯海东南海域盐度升高。受地理位置因素的影响，阿拉伯海东南海域表层盐度的变化冬季明显强于夏季。

通过分析ICOADS海洋气象资料，结合ISCCP短波辐射和OISST海面温度，研究并探讨了ENSO等大尺度海气相互作用过程背景下南海海表面温度（SST）的年际变化。研究表明，南海SSTA的年际变化和ENSO关系密切，并且分为两个阶段。以增暖事件为例，在厄尔尼诺（El Nino）发生年的冬季和消亡年的夏季，南海出现了两次显著增暖。第一次增暖出现在El Nino盛期，是El Nino影响的一部分，这时南海云量减少，净太阳辐射通量增加，SST上升。第二次增暖出现在El Nino结束后的夏季，不是El Nino直接作用的结果；这时夏季风减弱，一方面使得海洋的潜热损失减少，另一方面减弱了越南东部沿岸的上升流，两者的共同作用导致SST增加。

本文基于42组不同年份不同季节获得的遥感反射率、水体各组分吸收系数的实测数据，对QAA（Quasi-Analytical Algorithm）和GSM（Garver-Siegel-Maritorena）算法在寡营养的南海和富营养的福建沿岸两种不同类型水体的吸收系数反演进行了检验。以水样测量值为参考，两种算法在本研究水体中的反演成效与他人在其它水域的研究结果相当。QAA算法在南海的反演成效高于福建沿岸水体。对于443 nm的总吸收系数（a443 ），南海的对数均方根误差（RMSE ）为0.046，平均相对误差为7.9%，对数平均偏差为0；福建沿岸水体的对数均方根误差（RMSE ）为0.194，平均相对误差为30.6%，对数平均偏差为-0.167 。GSM算法在两类水体的反演成效类似，A443 之RMSE和平均相对误差，南海分别为0.161和27.7%，福建沿岸分别为0.149和32.1%，但从A443的对数平均偏差值看，其在南海反演值低于实测值（对数平均偏差为-0.142 ），在福建沿岸则略呈高于实测值（对数平均偏差为0.016）。两种算法中的部分经验参数与实测值之间的差异是产生反演误差的主要原因，为了提高反演精度，对算法中经验参数的更进一步区域化调整可能是必要的。

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。

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。

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。

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。