南沙群岛位于我国南海南部区域, 其地理位置对我国海洋权益、发展战略和国家安全都十分重要。开展南沙群岛岛礁水深及地形监测与变化研究, 对于国家战略具有重要意义。文章结合哨兵-2 (Sentinel-2)和冰、云和陆地高程卫星(ice, cloud, land elevation satellite-2, ICESat-2)数据, 采用主动-被动融合遥感测深算法, 对南海南沙群岛的柏礁和北子岛浅海区域的地形进行了反演研究及实验验证。这一方法能够利用时间序列分析, 揭示岛礁水深和地形的长期趋势和短期波动, 为理解人类活动和自然因素对岛礁地形变化的影响提供了新的视角。研究结果如下: 1) 验证了一个高精度的水深反演模型, 该模型在研究中表现出优异的性能, 相关系数R² > 0.9, 平均绝对误差(mean absolute error, MAE) < 0.4m, 均方根误差(root-mean-square error, RMSE) < 0.7m。2) 2018—2024年间柏礁和北子岛地形及空间结构均发生了不同程度的变化。柏礁因填海造陆工程, 陆地面积增加; 北子岛则受自然因素影响, 出现动态变化。3) 柏礁的地形变化主要由人为因素驱动, 包括填海造陆、资源开采等。北子岛的变化则主要是自然因素的结果, 包括季风、台风、海水冲刷和沉积物淤积等。

基于2022年南海H2站位(17°N, 116°E)直接观测的4000m湍流数据, 对南海东北部的湍流混合参数(包括湍动能耗散率、混合率、Thorpe尺度等)的垂向分布进行综合化研究。混合率与Thorpe尺度分别从湍流耗散和水体翻转角度表征湍流混合强度, 二者在1500~4000m深度每500m的平均参数波动一致, 呈现大-小-大-小的4层分布(反z形), 具有高相关性。文章采用MacKinnon-Gregg参数化模型对此站位进行了良好估算, 发现估算的混合率和Thorpe尺度间整体相关系数也高于0.7。基于二者的相关系数分布, 分别挑选混合率和Thorpe尺度强相关(1755m)和弱相关(3785m)区域进行小波分析, 发现强相关区域的能量多尺度级串更加剧烈, 证明参数间的相关系数确可用于识别真实的湍流混合, 有效去除仪器和海洋环境造成的虚假误差。

了解珊瑚地球化学指标对不同强度和类型的厄尔尼诺—南方涛动(El Niño-Southern Oscillation, ENSO)事件的响应差异对重建器测前的ENSO具有重要意义。本研究提取了南海南部1950年以来的海表温度(sea surface temperature, SST)数据以及来自4个地点(自西向东分别为竹岛、永暑岛、海葵园和巴拉望)已发表的珊瑚骨骼δ¹⁸O和Sr/Ca序列, 采用频域分析和滞后相关性分析等方法, 研究了南海南部海温和珊瑚骨骼地球化学指标对不同类型和等级的ENSO事件的响应。结果表明, 珊瑚骨骼地球化学指标对east Pacific (EP)-El Niño与central Pacific (CP)-El Niño的分级正确率自东向西呈现上升趋势; 而对strong basin wide (SBW)-El Niño的分级正确率则呈现自东向西逐步降低的趋势; 类似地, 对于CP-La Niña, 珊瑚骨骼地球化学指标的分级响应的正确率自东向西逐步提高; 而对于EP-La Niña, 则完全相反。整体上看, 南海南部珊瑚骨骼地球化学指标对EP-El Niño和CP-La Niña的分级响应能力不及SBW-El Niño和EP-La Niña, 对强烈ENSO事件的分级响应能力优于极端ENSO事件。

采用TPTZ (2, 4, 6-三吡啶-s-三嗪, C₁₈H₁₂N₆ )方法对2021年12月茅尾海表、底层海水中溶解态单糖(monosaccharides, MCHO)、多糖(polysaccharides, PCHO)和总糖(total carbohydrates, TCHO)浓度进行测定, 并对其分布特征及影响因素进行了研究。结果表明, 茅尾海MCHO、PCHO和TCHO平均浓度及范围分别为15.15 (2.40~38.40)、13.19 (3.92~38.40)和28.34 (11.52~76.80)μmol C·L^-1。TCHO占溶解有机碳(dissolved organic carbon, DOC)浓度平均比例为(40.2±10.8)%, 表明TCHO是DOC的重要组成部分。MCHO占TCHO的浓度平均比例为(52.9±12.2)%, 表明MCHO是TCHO的主要存在形式。茅尾海表、底层MCHO、PCHO和TCHO浓度水平分布均呈现由河口向外海逐渐递减的趋势。表层MCHO、PCHO和TCHO与盐度呈显著负相关(P<0.01), 与Chl a呈显著正相关(P<0.05); 底层MCHO和TCHO与盐度呈显著负相关(P<0.01), TCHO与Chl a呈显著正相关(P<0.05), 表明陆源输入和浮游植物自生产是控制冬季茅尾海溶解碳水化合物分布重要的影响因素。本研究将有助于丰富广西北部湾溶解碳水化合物生物地球化学特征的认识, 对全球碳循环过程及其机制的深入理解具有重要意义。

长螯磷虾属Stylocheiron, 隶属于软甲纲、磷虾目、磷虾科, 全球海域已报道12种。本研究鉴定出南海长螯磷虾属的一新纪录种: 武装长螯磷虾Stylocheiron armatum Colosi, 1917。本文对该种形态特征进行了详细描述, 并与近似种隆长螯磷虾Stylocheiron carinatum进行了比较讨论。标本存放于中国科学院南海海洋生物标本馆。

本研究利用2021年8月采集的声学背散射数据和同步水文数据, 结合卫星遥感图像, 分析东沙群岛西侧110~180m水深海域内孤立波(internal solitary waves, ISWs)的传播和演化过程。声学图像和同步观测投弃式温深仪(expendable bathythermograph, XBT)温度剖面图的比较结果显示声学图像可对150m以上水体结构精细成像。声学数据探测到3组内孤立波(ISW1、ISW2、ISW3)。内孤立波最大振幅-20~30m, 半波宽-160~380m。ISW1-3内孤立波传播速度分别为1.0、1.2和1.5m·s^-1。内孤立波的波形特征和传播速度的观测参数更符合简化两层KdV(Korteweg-de Vries)模型的结果。ISW1具有复杂的波形特征, 而ISW3受到陆坡地形的影响具有不对称波形结构, 表明这两组内孤立波发生强烈的耗散。高分辨率声学和物理海洋联合同步观测, 可有效弥补单一手段的不足, 提高人们对南海北部内孤立波的复杂的传播过程的理解。

文章以叶绿素a (Chlorophyll-a, Chl-a)的低成本、高精度估算为目标, 利用近十年南海西部调查航次数据, 基于随机森林(random forest, RF)算法, 以水文气象条件的变化对海洋生化过程的影响及贡献为基础, 以水文气象参数(hydro-meteorological parameters, HMPs)作为输入数据, 构建Chl-a的低成本估算模型对南海西部表层Chl-a进行了估算。为验证基于水文气象参数估算Chl-a的可靠性, 利用准分析算法(quasi-analytical algorithm, QAA)以实测固有光学特性参数为基础, 推导得到原位遥感反射率(remote sensing reflectance, R_rs)。在此基础上, 结合海洋颜色4 (ocean color 4, OC4)、Aiken和Tassan等经典水色产品经验算法对 Chl-a进行了估算及评价, 评价结果表明OC4算法的估算精度最高, R²可达0.438。与RF模型0.568的R²比较不难看出, 得益于HMPs的大数据量, 基于HMPs的RF模型其Chl-a估算结果表现出较为优秀的稳定性和泛化性, 与实测结果的空间分布一致性更好。通过对特征参数重要性进行研究发现, 盐度是基于HMPs估算Chl-a的机器学习模型中最重要的特征变量, 其次依次是温度、风与气压, 贡献率最低的是相对湿度。

细足磷虾属Hansarsia (原Nematoscelis)的物种在海洋浮游生态系统中扮演着重要角色, 但常存在混淆和错误鉴定。文章采用形态学分析方法, 对中国科学院南海海洋生物标本馆在南海和东印度洋海域采集到的细足磷虾属标本进行了深入研究, 旨在明确种间差异并解决分类上的混淆。文章补充和修订了秀细足磷虾、瘦细足磷虾、小细足磷虾和长细足磷虾的特征描述; 描绘了4个种从亚成体到成体的第一和第二胸足的变化; 指出了成体瘦细足磷虾的额角二型现象以及第一胸足掌节刚毛的数量变化; 明确了在南海和东印度洋海域的小细足磷虾和长细足磷虾的区别。

南海小叶海蛞蝓(Phyllidiella nanhaiensis sp. nov.)发现于南海海域, 其形态特征与叶海牛科物种极为相似, 呈修长的卵圆形, 背部呈深灰色且具不规则乳白色瘤状突起, 其中央两排较大橙色突起并行分布。本文利用线粒体全基因组测序对其进行鉴定, 并根据蛋白编码基因(protein-coding genes, PCGs)序列分析其系统进化关系。结果表明, 该物种线粒体基因组全长为14677bp, 包含37个基因, 分别为13个PCGs、2个rRNA和22个tRNA。线粒体基因组的碱基组成为: A占30.4%、T占37.3%、C占15.0%、G占17.3%, A+T含量为67.7%。在13个PCGs中, 除了ND5和ND6使用TTG作为起始密码子外, 其他11个PCGs的起始密码子均符合ATN的形式。最大似然法进化树分析结果表明, 该物种与突丘小叶海蛞蝓(Phyllidiella pustulosa)亲缘关系极为密切, 并与媚眼叶海牛(Phyllidia ocellata)聚为一支。BLAST (basic local alignment search tool)分析发现, 该物种与P. pustulosa线粒体全基因组序列相似度为94.6%, COX1基因序列相似度为98.8%。结合形态特征与分子鉴定结果表明, 该物种为Phyllidiella属新种, 将之命名为南海小叶海蛞蝓(Phyllidiella nanhaiensis sp. nov.)。南海小叶海蛞蝓的发现及其线粒体基因组数据为Phyllidiella属的深入研究提供参考, 对海蛞蝓的物种多样性和系统发育研究具有重要意义。

滨海湿地修复是提升海岸带蓝碳生态系统碳汇功能的重要举措。浙江省持续开展了大规模的红树林引种造林工程, 然而, 人工种植红树林后湿地固碳能力及其影响因素尚不清晰。本研究以乐清湾人工种植红树林(秋茄Kandelia obovata)为对象, 研究了不同林龄土壤有机碳含量、单位面积碳储量及其垂直分布特征, 并与互花米草(Spartina alterniflora)盐沼和淤泥质光滩进行比较。结果表明,成林红树林土壤有机碳含量和储量最高, 且红树林和盐沼生境土壤有机碳含量和储量均显著高于光滩。互花米草盐沼土壤有机碳含量高于幼林红树林, 但由于互花米草盐沼土壤容重显著低于幼林红树林, 因此, 幼林红树林土壤有机碳储量略高于互花米草盐沼。不同生境土壤有机碳含量和储量都呈现随土壤深度先升高后下降的分布特征, 一般在20~50cm深度最高。采样区域和生境类型差异对土壤有机碳含量和储量影响显著, 并有显著的交互作用。孔隙水溶解氧、土壤总氮、土壤pH和孔隙水盐度与土壤有机碳含量呈显著正相关关系。本研究结果可为评估浙江省红树林北移后的固碳潜力以及湿地功能提升提供科学依据与数据支撑。

在海洋石油工程向深水迈进过程中, 海洋工程勘察从业者关注到具有潜在威胁的地质现象, 发现了若干与浅水区域具有明显差异的独特地质灾害, 对钻井平台就位、导管架平台和浮式平台设计、海底管缆路由优选, 均造成了一定影响。本文基于多个深水海洋工程勘察案例, 通过对工程物探调查、工程地质调查及海洋环境调查数据分析, 阐述深水地质灾害特征及其对海洋工程影响, 优化海洋工程设计方案。研究表明, 深水区广泛发育沙波、陡坎、硬质海底、断层、海底峡谷、块体搬运沉积体(mass transport deposits, MTDs)等地貌和灾害类型, 采用自主式水下航行器等近底潜载调查方式, 可以获取厘米级分辨率的调查成果, 结合船载调查数据和土工试验数据, 能够进行斜坡稳定性分析与海底浅地层划分, 为海洋工程建设提供设计依据。

文章基于2020年10—11月南海西沙潜标观测资料, 详细研究了三个连续台风激发近惯性内波(near-inertial waves, NIWs)的特征, 分析了不同台风引起NIWs的特征参数、衰减时间尺度、垂向结构, 以及背景涡度和流场对NIWs频率的调制作用。观测期间, 台风Saudel、Molave和Vamco激发NIWs垂向波长分别为109m、133m和117m, 垂向群速度分别为29m·d^-1、26m·d^-1和18m·d^-1, 衰减时间尺度分别为3d、7d和15d。分析表明, 层结效应对垂向群速度变化影响显著, 同时Vamco事件中的长时间衰减尺度应为远场传来的EOF(empirical orthogonal function)第2模态NIWs所致。动力模态分解(dynamical mode decomposition, DMD)和EOF分析整体结果一致, 第1模态贡献均显著占优, 且海洋上层NIWs垂向分布结构相近。 在100m以浅、100~150m和150~350m层内, 近惯性动能(near-inertial kinetic energy, NIKE)分别主要分布于DMD的第1、第3和第2模态中。观测的NIWs频率均表现出蓝移特征, 台风Saudel与Molave事件中的蓝移是背景流场的多普勒频移效应和背景涡度的共同作用, Vamco期间气旋式涡旋带来的显著正背景涡度则是蓝移的主要原因。研究结果对深入理解强风致NIWs的结构、传播、衰减与能量分布等特征及其产生机理有裨益, 并且为NIWs在数值模式中的模拟和合理刻画提供了参考。

蒸散发和土壤入渗作为降雨水循环的基本环节, 在区域水文特征和水资源利用中起着极其重要的作用。本文以赵述岛作为研究区域, 基于PM(Penman-Monteith) 公式和SEBAL(surface energy balance algorithm for land) 公式分别估算植被区潜在蒸散发量和非植被区实际蒸发量, 同时构建BP(back propagation)神经网络模型模拟岛礁植被区的潜在蒸散发量和非植被区的实际蒸发量, 基于Kostiakov入渗模型和降水下渗过程特征模拟沙滩和裸土的降雨入渗量。结果表明, 两种蒸散发量模拟模型的决定系数(R²)均高于0.85, 模型有效性指数(efficiency index, EF)均高于0.85。一年中赵述岛5月份各地类的日均蒸散发量最高, 12月份最低, 植被区潜在蒸散发量月变化最为明显。在土壤含砂量高地区, Kostiakov入渗模型的R²普遍大于0.85。赵述岛土壤稳渗率约为0.33cm·min^-1, 多年降雨数据显示研究区雨强基本小于稳渗率, 故降雨至地表基本全部下渗, 且旱季和雨季降雨入渗量差距明显。本研究为实测数据缺乏的南海岛礁蒸散发量和降雨入渗量模拟提供了可行方案, 并为构建岛礁降水循环过程提供数据支撑。

在南海及其附属岛礁海洋科学考察历史资料系统整编项目实施过程中, 数据共享是一项重要工作。文章主要介绍南海科考历史资料整编综合数据库暨“数字南海”平台的设计与建设。首先阐述“数字南海”的设计与开发重点, 实现数据管理共享的流程集约化和资源利用高效化; 其次以“航次一张图”和“岛礁一张图”模块介绍数据的交互分析应用及动态可视化应用。“数字南海”平台建设按照项目目标, 统一规划部署、统一标准体系、统一数据平台、统一成果发布, 数据服务贯穿项目实施的全生命周期, 推动形成共商共建共享共赢的数据工作发展新格局。

南海宽广深厚、资源丰富、自然条件复杂、地理位置重要, 是我国的核心利益。自20世纪50年代以来, 我国先后组织了十数次大规模的南海与诸岛海洋科学综合考察, 取得了大批重要原始数据。但是, 早期资料无电子化手段, 记录标准不一、质控标准不一、归档标准不一、原始资料散落或濒于遗失, 抢救与整编需求迫切。南海及其附属岛礁海洋科学考察历史资料系统整编项目规范化整编了1950年至2019年共353个项目664个航次超过200多种要素的历史数据, 构建了包含水文气象、海洋化学、生物生态、渔业资源、地质环境、岛礁地质样品等第一手实测的宝贵科学数据的综合数据库, 同时对整编数据完成了相关科学分析, 新形成一些分析数据产品, 出版了《南海科学考察历史资料整编丛书》1套共12部, 以及其他专著7部。本系列文章共3篇, 文章1针对历史数据的系统整编, 简要论述规范化整编的实施步骤, 针对技术难点提出相应实践策略; 文章2针对整编数据的科学管理, 简要论述南海海洋数据治理技术研究与实践; 文章3针对整编数据的共享服务, 简要论述“数字南海”的建设实践与创新应用。通过本系列文章完整地论述南海科考历史资料整编综合数据库暨“数字南海”的研究过程与实践经验, 为其他海洋科学考察资料系统整编提供参考。

在南海及其附属岛礁海洋科学考察历史资料系统整编项目实施过程中, 数据管理是一项重要工作。文章从数据管理者的角度, 以数据为研究对象, 以数据治理为研究核心, 探讨数据的科学管理工作, 构建一个简单的数据治理模型, 包含安全体系、组织体系、标准体系、资源体系、共享体系、对接体系共6大体系, 为项目数据以及南海海洋数据的数据治理工作提供保障。文章重点围绕数据安全体系、数据标准体系、数据资源体系做简要论述。

粤东附近海域具有丰富的渔业资源和复杂的水文环境。在气候变化背景下, 为系统提升该海域海洋观测水平和生态动力过程的认知, 于2022年5月(春季)、7月(夏季)、10月(秋季)和2023年1月(冬季)开展了四个季节的水文动力、生物、化学等生态环境要素的综合考察。基于镜检浮游动物的鉴定结果, 分析该海域浮游动物群落特征, 探讨其时空分布的影响因素。根据环境因子聚类, 调查海域可分为近岸(主要受人类活动影响)和远岸(主要为海流影响)区域, 不同季节和区域浮游动物群落结构存在显著差异。春、夏季浮游动物动物种类、生物量和丰度均高于秋、冬季; 远岸区浮游动物种数、生物量和丰度显著高于近岸, 并且浮游动物群落结构的季节差异在远岸区更加明显。桡足类和毛颚类为调查海域的主要浮游动物类群。浮游幼虫和鱼卵的丰度在春季显著高于其他季节, 并且峰值集中在南澳岛西南韩江口附近海域, 说明该区域为粤东重要的产卵场。受粤东沿岸上升流影响, 夏季桡足类的种类和丰度增加; 而冬季, 浮游动物主要由闽浙沿岸流所携带的暖温带种所组成, 中华哲水蚤(Calanus sinicus)在S8站位高达1000 ind.·m^-3。另外, 近岸养殖区内的浮游动物出现种类少、生物量和丰度较低, 个别调查站网采样品基本无浮游动物检出。在人类活动和气候变化的双重影响下, 粤东近海浮游动物需要进行长期系统监测分析其对海洋环境变化的响应。

对采集自中国南海的豆荚软珊瑚Lobophytum sp.的化学成分及生物活性进行研究。采用硅胶柱色谱、凝胶柱色谱、半制备高效液相色谱等分离手段进行分离纯化, 通过对¹H NMR、¹³C NMR等波谱数据分析并对比相关参考文献数据, 确定了化合物的结构。从豆荚软珊瑚Lobophytum sp.中共分离鉴定了12个化合物, 包括9个二萜类化合物: (+)-(7R, 8R)-epoxy-7, 8-dihydrocembrene C(1)、(1R, 2E, 4R, 7E, 11E)-cembra-2, 7, 11-triene-4-ol(2)、(-)-(2R, 7R, 8R)-sarcophytoxide(3)、entsarcophine(4)、sarcotenusene C(5)、(7S, 8S)-epoxy-1, 3, 11-cembratrien-16-oic methyl ester(6)、sarcophytonin B(7)、sarcoconvolutum D(8)、laevigatol A(9); 3个甾体类化合物: 菜油甾醇(10)、(24S)-24-甲基胆甾醇(11)、柳珊瑚甾醇(12)。化合物8为首次从豆荚软珊瑚Lobophytum sp.中分离得到。化合物3、4、5、7、10对鱼类致病菌美人鱼发光杆菌FP2244、耐土霉素的副乳房链球菌SPOF3K, 以及人类致病菌耐万古霉素屎肠球菌均具有显著的抗菌活性。

热带—亚热带潮间带沉积物中丰富的菌—藻类微生物及其复杂的生命活动对颗粒的早期胶结过程起重要作用。本文通过16S rRNA高通量基因测序方法分析西沙群岛石屿、全富岛及海南龙湾珊瑚礁滨岸带海滩岩表生微生物群落结构, 确定主导海滩岩快速胶结的共性菌株/微生物功能群。表层生长草皮海藻的全富岛海滩岩原核生物多样性最高。龙湾潮间带上部暴露时间较长的海滩岩比潮间带下部海滩岩原核生物多样性高。相对固结的石屿海滩岩原核生物多样性最低。4个取样点具有较为相似的细菌门类组成, 物种丰度由大到小依次为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteriota)、蓝细菌门(Cyanobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、芽单胞菌门(Gemmatimonadota)和脱硫杆菌门(Desulfobacterota)。不同点位的海滩岩形成环境中蓝细菌主要种类大体相同, 其中眉藻(Calothrix sp.)是主导海滩岩早期胶结的共性钙化菌株, 通过分泌胞外聚合物成为碳酸盐矿物沉淀的“热点”。群落中检出的反硝化细菌和硫酸盐还原菌表明海滩岩内部氧化还原梯度较大, 表面下极浅处即存在缺氧微环境。微生物群落内强烈的光合作用、硫酸盐还原作用和反硝化作用不断提高微环境pH值, 有利碳酸盐矿物在粒间孔内的成核和生长并加速颗粒胶结。

全球变暖背景下, 造礁石珊瑚大规模白化的频度和强度日益加大, 其生存也面临严峻的危机。南海北部海域被认为是气候变暖背景下我国造礁石珊瑚生存的避难所。综合分析该海域珊瑚群落的空间格局、历史演变及其对夏季高温的响应, 有利于深入认识我国造礁石珊瑚的适应性及相应的保护与养护。本研究于2020年夏季对大亚湾、涠洲岛、徐闻和三亚鹿回头的珊瑚礁/珊瑚群落开展了较为全面的生态调查, 并追踪了2020年海洋热浪的效应。结果显示, 珊瑚群落的优势种组成、物种数量和α多样性指数呈现明显的区域差异, 活珊瑚覆盖度在三亚鹿回头和大亚湾相对更高(分别为37.78%和17.97%); 珊瑚白化率和白化死亡率在徐闻海域最高(84.78%和10.68%), 其次是涠洲岛海域(65.52%和0.70%), 大亚湾和三亚鹿回头海域均未监测到珊瑚白化。结合历史数据分析表明, 南海北部海域珊瑚群落的活珊瑚覆盖度自1980年代以来发生大幅度下降, 但近年来趋于稳定并呈现出恢复的态势; 珊瑚群落结构演变上整体呈现出热耐受型物种和热中度适应型物种占比增加(大亚湾除外)的趋势。总体而言, 目前南海北部海域的珊瑚群落对海洋热浪具有一定的抵抗能力, 加强珊瑚礁区的保护和管理对于促进珊瑚群落的恢复和热敏感珊瑚物种避难所潜力的发挥至关重要。

由于磁异常条带识别的不确定性而使其具有多解性, 因此对于应用磁异常条带对比得出的南海中央海盆海底初始扩张时间一直存在较大的争议。随着南海勘探活动的不断深入和资料的大量积累, 有必要对这一重要问题给予重新认定。最新研究发现: 南海中央海盆初始扩张区域的南、北边缘发育晚始新世—早渐新世(T₇—Tog)沉积层序, 说明洋壳基底之上的最早沉积层年代要老于原来认识的32—33Ma。在南海, 持续时间长、活动强烈、形成近东—西向构造体系的变革运动发生时间为40Ma左右。南海陆缘不整合面对比证实, 将T₈界面(37.2—40Ma)作为南海初始扩张的破裂不整合面更为准确。由此得出结论, 南海中央海盆海底初始扩张时间应为39—40Ma 左右。

文章基于深地震探测数据与大洋钻探资料, 研究了南海北部被动陆缘洋陆转换带张裂-破裂机制科学问题。2018—2023年在国家基金委共享航次的协助下, 实施了三维深地震探测实验, 共投放海底地震仪52台次, 海底电磁仪2台次, 放炮数量达8750炮, 累积获得了294Gb的第一手数据, 并取得了一系列的创新性成果: 1) 首次获得南海北部陆缘洋陆转换带深达上地幔的三维速度结构, 精准确定了研究区洋陆转换带三维空间展布范围宽度为10~20km; 2) 揭示南海北部陆缘异常活跃的岩浆作用, 提出了不同时间段的构造与岩浆相互作用方式, 岩浆活动随着伸展作用不断向洋迁移并逐渐占据主导地位; 3) 建立了边缘海独特的张裂-破裂地质演化模型, 最后一期强烈的岩浆活动导致岩石圈破裂, 形成由玄武岩为主的“鳄鱼嘴”构造, 同时张裂-破裂过程沿其陆缘走向又存在显著的构造-岩浆差异性。

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。

在全球变化背景下, 边缘珊瑚礁面临着来自自然与人类的双重压力。海水富营养化引起的生物侵蚀加剧, 虽然较为隐蔽, 但却会对珊瑚群落的发育以及礁格架的稳定性产生不良影响, 是边缘珊瑚礁潜在的危害之一。本研究在南海北部涠洲岛三个典型的边缘珊瑚礁开展了近一年的原位侵蚀实验, 定量分析了珊瑚礁的生物侵蚀强度与侵蚀速率, 并结合卫星遥感监测的水体环境参数, 探究了珊瑚礁侵蚀与海水环境的关系。研究发现, 内部大型侵蚀生物的侵蚀速率相比侵蚀强度更能够指示海水富营养盐与高浊度环境, 而侵蚀强度能够体现侵蚀生物的群落演替阶段。此外, 将涠洲岛生物侵蚀速率数据与全球其他典型珊瑚礁区域进行对比, 发现涠洲岛生物侵蚀速率处于全球中等水平(以内部大型侵蚀生物为主导), 但在其所属的“人为边缘礁”类型中为较低水平。结合气候变化、城市化发展、礁体健康状况等趋势以及本研究结果, 推测涠洲岛的生物侵蚀可能会继续加强, 达到“人为边缘礁”的高侵蚀水平, 并进一步加剧珊瑚礁的退化。

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。

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。

南海热带岛礁生物土壤结皮中有大量可分泌胞外多糖的微生物, 这一特性对固砂具有重要的促进作用。本研究利用TSA、改良TSA、MA三种培养基对采自南海永暑礁及三亚鹿回头海岸带的生物土壤结皮进行可培养细菌的分离纯化。本研究共分离纯化70株细菌, 并进行基于16S rRNA基因序列的鉴定, 发现所分离的菌株属于3门5纲12目19科25属, 厚壁菌门(Firmicutes)为优势门, 芽孢杆菌属(Bacillus)为优势属。此外, 有22株菌与已知物种16S rRNA基因相似性低于98.65%, 为潜在的新物种。纯化菌株的胞外多糖采用乙醇沉淀法提取、苯酚硫酸法检测含量, 发现19株菌胞外多糖含量高于0.013mg·mL^-1。选取其中胞外多糖含量最高的9株菌进行土壤团聚能力的测定, 发现将菌株SCSIO 17111(Lysobacter sp.)菌液喷洒于珊瑚砂表面能够使土壤团聚体保持稳定。针对粒径小于0.2mm的细砂, 菌株SCSIO 17111固结的砂土在经过干筛处理后, 保留量可达92.7%。本研究可为岛礁珊瑚砂的固定、减少土壤流失提供高产胞外多糖菌株资源, 还可以为促进岛礁生物土壤结皮的形成提供新的研究思路和方法。

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。

有机磷酸酯(organophosphate esters, OPEs)是环境中一类新型有机污染物, 其在南海水体和生物中普遍存在。有关南海长棘海星中OPEs的富集特征尚缺乏研究。因此, 文章使用气相色谱串联三重四极杆质谱仪(gas chromatography tandem triple quadrupole mass spectrometry, GC-MS/MS)对南海珊瑚礁区长棘海星中11种典型OPEs的生物富集特征及来源进行了分析。结果表明, 氯代OPEs普遍存在于长棘海星组织中, 占11种OPEs总含量(∑₁₁OPEs)的95%~98%; 长棘海星中∑₁₁OPEs (干重)存在明显的组织间差异, 幽门盲囊(60.2~1130ng·g^-1)和胃(68.2~1181ng·g^-1)显著大于表皮(9.31~569ng·g^-1)(p<0.05), 幽门盲囊和胃在长棘海星积累OPEs时起着重要作用; 长棘海星组织对磷酸三(1,3-二氯-2-丙基)酯(TDCIPP)的生物富集能力较强, 即TDCIPP在长棘海星组织中的生物富集因子BAFs大于5000L·kg^-1; 磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯(TCIPP)、TDCIPP和磷酸三正丁酯(TNBP)在从珊瑚向长棘海星传递过程中表现出了生物放大效应, 即长棘海星可以通过捕食珊瑚富集这4种OPEs; 源解析表明, 南海长棘海星体内OPEs可能主要来源于南海渔业活动、岛礁建筑和周边国家废弃物的释放, 少部分可能来自船舶运输过程的释放。

海-气界面的物质和能量交换是导致全球气候和生态环境变化的重要原因。作为我国和西北太平洋最大的陆架边缘海, 南海的大气沉降在其外源输入中占有重要地位。随着南海周边国家经济社会的持续快速发展, 人为源污染物通过大气沉降向海洋的输送日益增强, 势必会对南海生态环境产生不可忽视的影响。基于近30年来南海生源要素、微痕量元素以及新污染物微塑料大气沉降的研究报道, 本文系统总结归纳了南海大气干湿沉降物浓度、干湿沉降通量及其影响因素, 并对其生态环境效应进行了分析。结果表明: (1)南海大气颗粒物浓度相较我国东部近海要低, 且基本没有酸雨的沉降, 但受东南亚生物质燃烧和我国化石燃料燃烧排放影响, 南海大气碳质气溶胶浓度和沉降量处于较高水平; (2)南海大气干湿沉降营养盐中均以氮占绝对主导地位, 且各形态氮的比例在不同海域存在较大差异, 沉降物的营养盐结构严重失衡; (3)气溶胶中人为源金属元素的溶解度较高, 多数成分以湿沉降为主, 大气微塑料多以纤维形态存在, 气象条件(降水量、风速等)、源排放强度是控制大气成分浓度和沉降通量的主要因素; (4)大气氮沉降约占南海表层氮输入总量的20%, 大气氮的输入会加重海域的低氧和酸化, 且营养物质沉降对浮游植物的爆发性增殖有重要作用, 大气沉降会对南海这一寡营养生态系统产生多重复杂影响, 这与海域水文条件、初始营养状况、浮游植物类群以及大气成分和沉降特征等密切相关。今后应注重在研究的深度和广度上持续发力, 聚焦各类大气成分尤其是有机态氮磷和新污染物干湿沉降的精准化常态化监测, 从多学科交叉角度深入探明生源要素和微痕量元素大气沉降与南海生态系统之间的影响与反馈机制。大气沉降是南海生物地球化学循环的重要一环, 对南海生态环境的影响是一把“双刃剑”。随着未来南海陆源物质大气沉降作用的持续增强, 这一影响必将更趋复杂和深远。