基于模糊C均值聚类-支持向量机的海底沉积物分类识别

在总结了目前海底底质分类研究的基础之上,率先提出利用计算机数值模拟技术对海底底质进行分类识别研究。相较于目前海底底质分类研究中所使用的水槽实验法,提出采用计算机数值正演技术模拟实际地震勘探中数据采集过程。在分类识别算法上,分别采用支持向量机(SVM)和模糊C均值聚类(FCM)算法对采集的数据进行分类,为使支持向量机分类识别率达到最大,引入差分进化算法对支持向量机中关键参数进行最优化搜索,并研究了向原始地震记录中加入10%,30%,50%的高斯白噪音时算法的稳定性。在分析了这两种算法分类识别的正确率及其各自的优缺点后,提出了海底底质分类识别的两步法,即(1)先利用模糊C均值聚类进行一粗糙的预测分类,在每一类中挑选聚类性较好的数据作为支持向量机的训练样本;(2)将上一步中筛选的样本作为支持向量机的训练样本,并用差分进化算法优化支持向量机分类参数,再利用训练好的支持向量机对其余数据做预测分类。鉴于计算机数值模拟的可重复性、高效快速性及本文提出的模糊C均值聚类-支持向量机方法的鲁棒性,为便于开展进一步研究,归纳总结了一套行之有效的采用计算机数值模拟技术开展海底底质分类识别研究的一般化流程。     

多光谱遥感影像的光谱规则分类算法修正及海岛、海岸带应用

在光谱规则分类算法(Spectral Rule-based Classifier, SRC)基础上考虑大气校正对遥感影像光谱反射率的影响,提出了一种改进光谱规则的分类算法(Modified Spectral Rule-based Classifier, MSRC),从地物光谱响应曲线和光谱指数两个方面来修正光谱规则集,通过规则细化和补充、阈值改正优化光谱类别。以珠江三角洲海岛(佳蓬、淇澳)和海岸带(荃湾、惠东)的Landsat 8影像作为实验数据,对比了大气校正前后波段反射率和地物光谱响应曲线,分析了改进后MSRC算法的地物分类结果和精度,并与原SRC算法、最小距离分类(MDC)算法、最大似然分类(MLC)算法、支持向量机分类(SVM)算法、神经网络分类(NNC)算法以及基于光谱指数的算法等多种地物分类算法进行比较。结果表明,4组实验数据的MSRC算法分类结果总体精度分别为87.66%、82.38%、77.67%和80.05%,高于SRC、MDC、MLC和基于光谱指数的分类算法,在无需人工标注训练数据集的前提下接近SVM和NNC算法的分类精度。MSRC算法适用于海岛和海岸带的Landsat 8多光谱遥感影像。     

基于模糊神经网络(FNN)的赤潮预警预测研究

为研究各种理化因子与赤潮藻类浓度间的非线性对应规律和有效预测赤潮藻类浓度,构建了基于BP 算法的一个四层模糊神经网络模型。将模糊神经网络(FNN)技术引入赤潮预测研究,并与普通 BP 网络、RBF 网络的结果作比较,结果表明,该模型能够较好地反演出各种理化因子与夜光藻密度的非线性对应变化规律,有更好的预测功能。     

基于模糊神经网络(FNN)的赤潮预警预测研究

为研究各种理化因子与赤潮藻类浓度间的非线性对应规律和有效预测赤潮藻类浓度,构建了基于BP算法的一个四层模糊神经网络模型。将模糊神经网络(FNN)技术引入赤潮预测研究,并与普通BP网络、RBF网络的结果作比较,结果表明,该模型能够较好地反演出各种理化因子与夜光藻密度的非线性对应变化规律,有更好的预测功能。     

基于径向基神经网络的水下自主航行器寻源算法研究

针对水下航行器在二维信号场中的场源搜索问题,提出了一种基于径向基函数神经网络（radial basis function neural network,简称RBFNN）的在线自主寻源算法。在神经网络中引入全局正则化参数以保证泛化性和稳定性,通过最小化广义交叉验证误差（generalized cross-validation,简称GCV）进行正则化参数的迭代优化,并利用增量式奇异值分解（incremental SVD）对迭代过程进行加速,此外通过基于样本新颖性的资源分配网络算法（resource-allocating network,简称RAN）进行径向基函数的分配,在此基础上使用动量梯度算法进行航行器运动方向的规划。最后,以热泉区硫化氢浓度分布场中的搜索作业为背景,使用该算法与其他研究中的算法进行单峰值信号场的场源搜索模拟计算对比,结果显示该算法对于信号场梯度的估计更加准确,且搜索过程的路径更短。此外在多峰值信号场的寻源模拟中该算法能够以较高的成功率通过局部最大值区域。证明该算法具有良好的拟合、预测性能以及稳定性,并且能在一定程度上避免陷入局部最优解。     

全新世以来泰国湾古气候演化历史———来自地球化学和矿物学证据

为了对海表温度(SeaSurfaceTemperature,SST)和海表盐度(SeaSurfaceSalinity,SSS)数据进行精确的短期预报,基于多站位海洋观测浮标获取的海表温度和海表盐度数据,利用反向传播(BackPropagation,BP)和径向基函数(RadialBasisFunction,RBF)两种神经网络方法开展了短期预测。首先,在预测时长固定为5d的情况下,对比不同训练时长的预测结果的均方误差(MeanSquaredError,MSE),进而确定以20d的观测数据作为训练集的预测结果均方误差最小。然后,以 PAPA 站观测浮标获取的2009年1月、4月、7月和10月各月的前20d温盐数据作为训练集,分别训练BP和 RBF神经网络,将训练好的2种神经网络模型应用于各月第21至25日的温盐数据预测。结果表明:BP和 RBF神经网络均能有效预测海表温盐数据的季节性变化,但 RBF神经网络对不同预测时间的整体预测效果优于 BP神经网络。多站点数据的预测实验进一步验证了 RBF神经网络模型具有较强适用性和更高的准确性。RBF神经网络模型可以作为海表温盐数据短期预报的有力工具。     

基于改进的神经网络方法的风暴潮灾害经济损失预测

风暴潮灾害一直以来对中国东南沿海地区的社会经济发展具有较为严重的负面影响, 是对中国造成危害最为严重的海洋灾害之一, 建立一个准确有效的损失评估模型进行风暴潮灾害损失预测, 对风暴潮灾害的预防具有重要的意义。本文在现有研究的基础上收集了2000—2018年中国东南沿海的琼、粤、闽、浙等省份记录较为完整的风暴潮灾害相关数据, 在综合考虑危险性、承灾体脆弱性、孕灾环境和防灾减灾能力的基础上, 建立起更为完整的风暴潮灾害损失的指标体系。相较于单一的BP神经网络, 本文在借鉴机器学习相关理论的基础上搭建了差分进化灰狼算法(DEGWO)优化的BP神经网络, 对样本进行训练和仿真测试。结果表明, 通过DEGWO算法优化后的模型误差更小, 数据的拟合程度更高, 对比而言, 提高了风暴潮灾害损失预测的精确性, 能够为风暴潮灾害损失预测的研究提供新的思路, 同时也为风暴潮灾害的防灾减灾管理提供了指导。     

基于主成分分析的BP神经网络模型的形变预测方法

主成分分析可以提取形变主要信息，BP神经网络具有很强的预测功能，提出将两者相结合用于形变监测数据处理。通过MATLAB编程实现了该算法，并用实测数据进行验证，证明此方法能够提高预测数据的精度和可靠性。结果表明：与其他方法相比，基于主成分分析的改进BP神经网络能取得更好的预测效果。     

LSTM神经网络在地震资料初至拾取中的应用

本文引入RNN的升级算法LSTM神经网络技术,建立了一套海量数据、高精度的自动拾取地震资料初至流程。相比于其他神经网络方法,LSTM神经网络能够提取数据的时序特征,加强学习初至前噪音时序特征,从而提高初至拾取的精度,为地震资料的初至拾取提供一套新的思路。首先设计样本制作过程并建立、训练模型,通过模拟资料验证方法的有效性,应用于胜利油田浅海与西部山地地震勘探资料的初至拾取,取得理想效果,证明LSTM神经网络初至拾取具有较高的精度与适用性。     

基于变分模态分解和注意力机制的浪高预测

针对海洋中的海浪高度数据存在非线性和非平稳性的特点,海浪高度的预测就变得相对复杂。基于变分模态分解(VMD),在引入注意力机制(AM)的基础上,对传统长短期记忆(LSTM)神经网络算法进行了改进,提出了一种基于混合模型的海浪高度预测算法。算法通过预处理、预测和重构3个主要步骤,对海浪高度的时间序列进行预测。为了比较和说明,以太平洋东北海盆海域和马尾藻海域的4个站点浮标数据进行实验。实验结果表明,本文提出的混合模型(VALM)将海浪高度数据分解为更平稳和更规则的子序列;可以更好的区分数据之间的重要程度,并能够携带更多信息的数据;与支持向量回归(SVR)、人工神经网络(ANN)和LSTM等模型进行比较,VALM模型的预测效果最好且具备一定的鲁棒性。     

Biogeochemical Variation in Dimethylsulfide, Phytoplankton Pigments and Heterotrophic Bacterial Production in the Subarctic North Pacific during Summer

Dimethylsulfide (DMS), chlorophyll a (Chl-a), accessory pigments (fucoxanthin, peridinin and 19-hexanoyloxyfucoxanthin), and bacterial production (BP) were measured in the surface layer (0–100 m) of the subarctic North Pacific, including the Bering Sea, during summer (14 July–5 September, 1997). In surface sewater, the concentrations of DMS and Chl-a varied widely from 1.3 to 13.2 nM (5.1 ± 3.0 nM, mean ± S.D., n = 48) and from 0.1 to 2.4 µg L^–1 (0.6 ± 0.6 µg L^–1, n = 24), respectively. In the subarctic North Pacific, DMS to Chl-a ratios (DMS/Chl-a) were higher on the eastern side than the western side (p < 0.0001). Below the euphotic zone, DMS/Chl-a ratios were law and the correlation between DMS and Chl-a was relatively strong (r ² = 0.700, n = 27, p < 0.0001). In the euphotic zone, DMS/Chl-a ratios were higher and the correlation between DMS and Chl-a was weak (r ² = 0.128, n = 50, p = 0.01). The wide variation in DMS/Chl-a ratios would be at least partially explained by the geographic variation in the taxonomic composition of phytoplankton, because of the negative correlation between DMS/Chl-a and fucoxanthin-to-Chl-a ratios (Fuc/Chl-a) (r ² = 0.476, n = 26, p = 0.0001). Furthermore, there was a positive correlation between DMS and BP (r ² = 0.380, n = 19, p = 0.005). This suggests that BP did not represent DMS and dimethylsulfoniopropionate (DMSP) removal by bacterial consumption but rather DMSP degradation to DMS by bacterial enzyme.     

鳗弧菌(Vibrio anguillarum)侵染对青蛤(Cyclina sinensis)磷酸酶活性的影响

对500个成体青蛤分别用鳗弧菌和生理盐水注射,在感染后3h、6h、12h、24h和36h分别取不同处理组的肝胰脏、鳃和闭壳肌组织,测定上述样品的碱性磷酸酶(ALP)及酸性磷酸酶(ACP)活性,分析鳗弧菌对青蛤体内免疫相关酶活性的影响。结果表明,鳗弧菌感染组的ALP与ACP活性从高到低依次为肝胰脏鳃闭壳肌,其中青蛤肝胰脏和鳃组织中ALP和ACP活性均有显著升高的趋势,并且在12h时达到最高,与对照组差异显著(P0.05),随后呈现下降趋势。而青蛤闭壳肌组织中侵染组ALP和ACP活性与对照组之间没有显著差异(P0.05)。鳗弧菌对青蛤的磷酸酶活性影响较大,对其免疫防御系统有明显的刺激作用。     

磺胺甲基唑和恩诺沙星在日本囊对虾体内的药代动力学研究

为了研究磺胺甲基唑(Sulfamethoxazole, 简称SMZ)和恩诺沙星(Enrofloxacin, 简称ERFX)在日本囊对虾(Marsupenaeus japonicus)体内的药物代谢动力学特点, 在水温21℃±0.5℃, 盐度29.91 的条件下, 应用萃取、液相测定和反相高效液相色谱法(RP-HPLC)对药物平均回收率、主要动力学参数及在3种组织中的半衰期进行了测定, 检测数据经药物代谢动力学软件3p97 进行研究。结果表明, SMZ 和ERFX 在对虾肝脏、肌肉和血淋巴的平均回收率分别为90.09％, 88.92％, 84.84％和89.14％, 86.04％,91.77％。药物代谢动力学分析表明, SMZ 单次腹部肌肉注射日本囊对虾, 其肝脏药时数据符合二室模型, 肌肉和血淋巴药时数据符合一室模型,半衰期为19.1284, 4.5799, 9.1855 h。ERFX 单次腹部肌肉注射日本囊对虾, 其肌肉药时数据符合二室模型, 肝脏和血淋巴药时数据符合一室模型。半衰期分别为15.16, 16.83, 17.19 h。通过两种药物的代谢特征比较分析表明, SMZ 在肌肉中吸收较ERFX 快, ERFX在血淋巴和肝脏中吸收较SMZ 快。根据SMZ 和ERFX 在21℃±0.5℃的条件下的主要动力学参数及3种组织内消除半衰期, 建议SMZ 在日本囊对虾的休药期不少于10 d, ERFX 的休药期不少于12 d。     

绿鳍马面鲀(Navodon septentrionalis)鱼皮胶原蛋白的分离纯化及理化性质研究

利用酸溶法和酶溶法分离纯化绿鳍马面鲀(Navodon septentrionalis)鱼皮酸溶性胶原蛋白(ASC)和酶溶性胶原蛋白(PSC),并对所得的ASC和PSC的氨基酸组成、亚基组成、红外光谱(FTIR)、黏度和热变性温度,以及溶解度等性质进行系统分析。研究结果表明:马面鲀鱼皮酸溶性胶原蛋白(ASC)和酶溶性胶原蛋白(PSC)的得率分别为0.87%±0.15%和9.52%±0.41%(按鱼皮干重计算)。ASC和PSC中含有的主要氨基酸为甘氨酸(Gly),含量分别为323.3残基/1000残基和321.7残基/1000残基;二者中所含的亚氨基酸含量分别为191.1/1000残基和183.4/1000残基。氨基酸组成分析、SDS-PAGE和FTIR证实马面鲀鱼皮酸溶性胶原蛋白(ASC)为I型胶原蛋白,且其SDS-PAGE图中的亚基组成(α1-肽链和α2-肽链)、氨基酸序列,以及胶原蛋白构型与PSC明显不同。ASC和PSC的热变性温度(Td)分别为21.5℃和18.9℃,显著低于哺乳动物来源的胶原蛋白。ASC和PSC的最大溶解度出现在p H 2—3时,当Na Cl的浓度低于2%时,二者的溶解度就开始急剧下降。此外,冻干的胶原蛋白显示出疏松多孔的超微结构。综上,相对于哺乳动物类胶原蛋白,马面鲀鱼皮ASC和PSC的亚氨基酸含量和热变性温度较低,结构稳定性差,易于降解,可作为胶原蛋白肽的制备原料进行开发利用。     

恩诺沙星对脊尾白虾APND、ECOD和GST活性的影响

为研究脊尾白虾(Exopalaemon carinicauda)药物代谢酶对恩诺沙星的响应及其在恩诺沙星代谢过程中的作用,作者以10、20和40 mg/kg恩诺沙星连续投喂脊尾白虾3 d,于投喂后的第1、2天以及停止投喂药物的第1、4、8、12、24、48、72、120小时取样,测定了脊尾白虾肝胰腺、鳃和血清中的氨基比林-N-脱甲基酶(aminopyrine-N-demethylase,APND)、7-乙氧基香豆素-O-脱乙基酶(7-ethoxycoumarinO-Deethylase,ECOD)和谷胱甘肽-S-转移酶(glutathione-S-transferase,GST)的活性。结果表明:不同浓度恩诺沙星对脊尾白虾肝胰腺、鳃和血清中Ⅰ相药物代谢酶APND和ECOD活性均呈现显著抑制作用(P0.05)。投喂药物后,APND和ECOD活性呈现先下降后逐渐上升趋势,3个剂量组酶活性均在最后一次给药后8 h达到最低。与对照组相比,不同浓度恩诺沙星对各组织中Ⅱ相药物代谢酶GST活性呈现显著诱导作用(P0.05),此作用呈现先上升后下降的趋势。恩诺沙星对脊尾白虾APND、ECOD及GST活性的作用均呈现剂量依赖性。本研究表明,脊尾白虾Ⅰ相和Ⅱ相代谢酶均会对药物做出反应,可作为其养殖过程中药物代谢及适用性的指示物。     

青蛤(Cyclina sinensis)金属硫蛋白及硫氧还蛋白基因的克隆与表达分析

利用构建的cDNA文库及高通量测序方法,获得金属硫蛋白及硫氧还蛋白基因全长。结果表明,青蛤金属硫蛋白和硫氧还蛋白的cDNA全长分别为776bp和804bp,金属硫蛋白基因编码74个氨基酸,包含7个CXC特征结构;硫氧还蛋白基因编码165氨基酸,包含5个氨基酸构成的活性中心。采用实时定量PCR方法分析了两种基因在Cd2+胁迫下的表达变化,结果显示,金属硫蛋白基因在Cd2+胁迫下6—12hmRNA表达量急剧上升,与对照组有显著性差异(P<0.01)。硫氧还蛋白基因在Cd2+胁迫下mRNA在6h明显升高,在6—24h与对照组出现显著性差异(P<0.05)。说明Cd2+能够诱导青蛤金属硫蛋白和硫氧还蛋白基因表达的时序性升高,二者的转录过程反映了贝类抵御重金属胁迫的分子调控过程。     

海水温度对衰亡期浒苔释放生源硫影响的模拟研究

为研究浒苔释放生源硫的特征，本文对采集于黄海绿潮中期和末期的浒苔进行了实验室模拟培养，探讨了不同温度对衰亡期浒苔释放生源硫化物的影响。实验结果表明，在10~25℃温度范围内，温度升高能够加速浒苔的衰亡。二甲基硫（DMS）的平均释放速率范围为2.79~150.70 nmol/（L·g·d），二甲基硫基丙酸内盐（DMSP）的平均释放速率范围为2.16~113.26 nmol/（L·g·d）。温度升高能够使DMS和DMSP的释放速率加快，释放量增加，DMS最大平均释放速率在25℃条件下比10℃条件下升高了约60%，培养液中DMS浓度升高了2~3倍。采集于绿潮末期的浒苔培养液中的DMS和DMSP和采集于绿潮中期的浒苔相比，浓度有所增加，采集于浒苔绿潮末期浒苔培养液中DMS的最高平均浓度为418.41 nmol/L，约为中期的4倍；DMSP的最高平均浓度为316.14 nmol/L，是中期的3倍。浒苔绿潮的爆发会对水体中的硫体系循环产生影响，进而影响该海域生态环境。     

微拟球藻I 型脂酰辅酶A: 二脂酰甘油酰基转移酶编码基因NoDGAT1A的功能分析

从微拟球藻高产油藻株IMET1 的cDNA 中, 克隆出一个I 型脂酰辅酶A: 二脂酰甘油酰基转移酶的编码基因NoDGAT1A, 该基因共编码437 个氨基酸, 与拟南芥I 型DGAT 的氨基酸序列相似度为38%, 且含有至少9 段高疏水区。随后, NoDGAT1A被转化入营养缺陷型酿酒酵母三脂酰甘油合成突变株H1246 中进行诱导表达。结果表明, 在外加二十碳五烯酸(EPA)时, 表达NoDGAT1A 的H1246 能够产生三脂酰甘油(TAG), 针对其TAG 的分析表明, 与酵母DGAT 相比, 表达NoDGAT1A 的H1246 产生的TAG 中含有更多的EPA, 说明NoDGAT1A 具有更强的合成含EPA 的TAG 之能力。此外, 16: 0(63.82%)和18: 0(27.98%)是其TAG 中主要的脂肪酸链成分, 说明NoDGAT1A 合成的TAG 侧链仍以长链饱和脂肪酸为主。NoDGAT1A对微拟球藻中TAG 的合成具有重要作用, 也为以微拟球藻为模式的产油微藻TAG 和EPA 代谢网络提供参考。     

海洋球石藻病毒(Coccolithovirus)硫氧还蛋白(Trx)在毕赤酵母(Pichia pastoris)中的表达及其活性分析

从实验室保存的pBS-Trx重组质粒中克隆球石藻病毒EhV-Trx基因,构建毕赤酵母重组表达载体pPIC9K-EhV-Trx,将重组质粒电转化毕赤酵母GS115,诱导分泌表达并对重组蛋白进行二硫键还原酶活性分析。结果表明,EhV-Trx基因开放阅读框为591bp,编码197个氨基酸;在毕赤酵母GS115中成功诱导表达重组EhV-Trx,经SDS-PAGE分析目的蛋白分子量约为27.8kDa;重组EhV-Trx具有二硫键还原酶的活性,能有效打开胰岛素A、B两条链的二硫键,有望开发成一种新型的硫氧还蛋白脱敏制剂应用于食品安全领域。     

黑足鲍COⅠ基因序列在遗传分析中的初步研究

对引自新西兰的黑足鲍(Haliotis iris)的线粒体DNA 13个蛋白基因之一细胞色素C氧化酶亚基Ⅰ(COⅠ)基因进行了特异性扩增和测序,并分析了524 bp的碱基序列。结果显示,在37个野生个体的基因序列中检测到3个变异位点,定义了3个单倍型,个体间序列差异很小。单倍型多样性(Hd)和核苷酸多样性(Pi)分别为0.249和0.000 79,遗传多样性水平很低。在以贻贝(Mytilus edulis)为外群构建的系统发育树上,黑足鲍处于相对适中的位置。本次研究以期为了解黑足鲍的遗传学背景提供科学依据,同时为鲍COⅠ基因的研究提供资料。