复坡珊瑚礁地形规则波传播特性试验研究

针对带礁缘的复坡珊瑚礁地形,开展4组礁坪水位条件下、不同入射波高和波周期相组合的系列组次规则波试验,分析波高和增水的沿礁变化过程,研究深水波高、波周期和环境水位对破碎波高、破碎位置、礁坪增水和传递波高的影响规律,拟合给出试验地形下的参数化公式。研究表明:破碎波高和破碎位置随深水波高和波周期的增大而增大,受礁坪水位的影响相对较小;礁坪增水和传递波高受礁坪水位的影响较大,增水随水位的抬升而减小,传递波高随水位的抬升而增大;破碎波高和深水波高的比值与深水波陡相关;传递波高和深水波高的比值与礁坪水深深水波高比相关;量纲一破碎位置（破碎点至礁边的水平距离与礁边处浅水波长的比值）及量纲一礁坪增水（礁坪增水和深水波高的比值）均可通过礁边水深与深水波高比建立参数化公式。     

不规则波在岸礁地形增水变化规律试验

波浪增水抬升了岸礁礁坪的平均水位,对岸礁后方陆域安全有重要影响。通过水槽试验,研究了不规则波况下岸礁礁坪的增水。试验组次为3种礁坪水深、4种有效波高和4种谱峰周期的组合。试验结果表明:①岸礁地形上的波浪要素需至少统计200个波才能达到稳定;②不规则波列在岸礁上破碎过程比规则波列复杂,同一波列中波高较大的波以卷破形式在礁前斜坡上破碎,波高较小的波以崩破形式在礁坪上破碎或者不破碎;③礁坪上最大增水值随入射波周期的增大而增大、随礁坪水深的增大而减小,并与入射波波高呈正比。结合试验数据,发现基于规则波试验得出的Gourlay礁坪增水公式,在使用有效波高和谱峰周期作为代表波要素时,公式能良好地预测不规则波在岸礁礁坪上的最大增水值。     

破碎波作用下沙质海床床面形态变化试验

波浪在斜坡沙质海床上破碎会加剧泥沙输移导致海床形态变化,研究破碎波作用下沙质海床形态变化机制对于岸滩演变分析极为重要。在波浪水槽中采用中值粒径0.47 mm原型沙铺设1∶20坡度的底床模型进行试验研究,测量不同波浪条件下床面形态和沙坝顶端悬浮泥沙浓度变化。通过测量和计算破碎带输沙率、沙坝尺度和沙坝移动速度,分析破碎波作用下沙质斜坡海床上床面形态变化规律。试验结果表明,破碎带沙坝顶端的悬浮泥沙浓度与水深和底部床面密切相关,在形成沙坝和沙坝水平方向移动时,悬浮泥沙浓度较大;斜坡上沙坝前后来回运动的周期大小具有随机性,沙坝既有向岸又有离岸移动;在多组波长时间作用后沙坝尺度趋于稳定,底床净输沙量趋于0。     

破碎波作用下沙质海床床面形态变化试验

波浪在斜坡沙质海床上破碎会加剧泥沙输移导致海床形态变化,研究破碎波作用下沙质海床形态变化机制对于岸滩演变分析极为重要。在波浪水槽中采用中值粒径0.47 mm原型沙铺设1∶20坡度的底床模型进行试验研究,测量不同波浪条件下床面形态和沙坝顶端悬浮泥沙浓度变化。通过测量和计算破碎带输沙率、沙坝尺度和沙坝移动速度,分析破碎波作用下沙质斜坡海床上床面形态变化规律。试验结果表明,破碎带沙坝顶端的悬浮泥沙浓度与水深和底部床面密切相关,在形成沙坝和沙坝水平方向移动时,悬浮泥沙浓度较大;斜坡上沙坝前后来回运动的周期大小具有随机性,沙坝既有向岸又有离岸移动;在多组波长时间作用后沙坝尺度趋于稳定,底床净输沙量趋于0。     

舟山岛东北部沿海实测台风浪特性

为了解影响舟山岛的台风浪特性,基于舟山岛东北部沿海水域深、浅水两个测站同步测量的6个台风过程波浪资料,统计分析了两测站的波参数变化和谱变化特性,探讨了波浪变化的原因。研究显示:①灿鸿过程的深、浅水站最大波高均大于其他5个台风浪过程;②多数台风浪过程深水站波向主要为东及东南东向,而浅水站主要为东、东北东及东北向,水下地形对波向变化起主要作用;③不同路径台风对两测站谱型有明显影响,灿鸿、巴蓬、黄蜂和天鹅过程的波浪在两站以双峰谱为主,苏迪罗和杜鹃过程深水站波浪以单峰谱居多,浅水站则多峰谱多于单峰谱。研究成果对沿海建筑物的设计以及防灾减灾有重要参考价值。     

波生沿岸流数值模拟

为了更好地研究近岸海域波生沿岸流,建立了基于高阶Boussinesq水波方程的波生沿岸流时域数值模型。控制方程在中等水深范围内具有较好的色散性和变浅作用性能,同时具有二阶完全非线性特征,适合描述近岸区域波浪强非线性运动。通过采用松弛造波方法实现了非线性波浪的无反射入射,采用周期性侧边界条件模拟开敞边界。通过数值试验,讨论了模型中主要参数对数值结果的影响。利用率定后的参数模拟了均匀坡度海岸上产生的沿岸流,通过和实验数据的对比验证了模型的准确性和适用性。利用模型数值模拟了不同波浪入射条件(包括周期、波高和波浪入射角度)对波生沿岸流的影响。     

一种改进的近岸波浪破碎数值模型

提出一种基于完全非线性Boussinesq方程的改进波浪破碎模型,用于模拟近岸浅水波浪破碎.模型借助水滚的概念,提出一种确定k方程紊动模式中紊动源项的计算公式,通过解k方程计算Boussinesq方程中的涡黏系数,实现对破碎波的模拟.岸边界采用窄缝法,使得模型可用于波浪爬坡的计算.用实验室实测波高和增减水资料对模型进行了验证,得到了一致的结果.紊动源、紊动动能以及紊动耗散率的计算结果表明:①在破波点处紊动源项值最大,随着波浪向岸边传播,逐渐减小;②破波点处,水平方向的对流和扩散在紊动能量输移中发挥重要作用;③岸边附近紊动源与紊动耗散接近平衡.     

潜堤对破碎区至冲泻区水动力特性影响数值分析

破碎区至冲泻区水动力特性分析是研究近岸地区泥沙输运机理和岸滩演变的关键。考虑潜堤修建的影响,对破碎区至冲泻区水动力特性开展研究。运用基于RANS方程的波浪数学模型,选取非线性涡粘性κ-ε紊动传输模型,采用高精度PLIC-VOF方法追踪自由面,并用实验数据验证模型精度。计算分析结果表明,潜堤的修建改变了破波点的位置,破碎区至冲泻区内水动力特性随之变化,入射波波高H、波长L、堤顶水深R和堤顶宽度B是主要影响因素。在相同的入射波条件下,B/R增大,破碎区至冲泻区内出现的最大紊动动能值和最大紊动耗散值减小。用量纲一参数Re,Fr和St来描述破碎区至冲泻区水动力特性,随着RL/BH增大,波浪将在离岸较近处发生破碎,Re和Fr增大,St减小。     

滑移流对浅水湖泊风浪传播特性影响试验研究

浅水湖泊等有限风吹程及水深水域的风浪多处于发展阶段，风拖曳表层水体产生的滑移流会对风浪传播特性产生影响，风浪的波速、波长等参数难以通过线性波的理论频散关系获取。为准确预测湖泊风浪参数，在考虑浅水湖泊的有限吹程和水深特征的基础上，利用风洞水槽模拟研究了滑移流对风浪传播特性的影响。结果表明：滑移流、斯托克斯流及表面流均与风速正相关，滑移流与表面流比值随着风速的增加逐渐降低并稳定于75%；滑移流对波速和波长有促进作用，对小尺度波浪的促进作用尤其显著；波浪非线性会抑制滑移流对波速及波长的促进作用；建立了考虑滑移流影响的风浪经验频散关系式以及风浪主频波速经验关系式。     

滑移流对浅水湖泊风浪传播特性影响试验研究

浅水湖泊等有限风吹程及水深水域的风浪多处于发展阶段，风拖曳表层水体产生的滑移流会对风浪传播特性产生影响，风浪的波速、波长等参数难以通过线性波的理论频散关系获取。为准确预测湖泊风浪参数，在考虑浅水湖泊的有限吹程和水深特征的基础上，利用风洞水槽模拟研究了滑移流对风浪传播特性的影响。结果表明:滑移流、斯托克斯流及表面流均与风速正相关，滑移流与表面流比值随着风速的增加逐渐降低并稳定于75%；滑移流对波速和波长有促进作用，对小尺度波浪的促进作用尤其显著；波浪非线性会抑制滑移流对波速及波长的促进作用；建立了考虑滑移流影响的风浪经验频散关系式以及风浪主频波速经验关系式。     

南沙群岛道明群礁库归沙洲脊槽地貌定量研究

脊槽地貌（Spur and Groove）是现代珊瑚礁礁坪和礁前的典型地貌,其发育特征是揭示珊瑚礁形成与演化过程的重要基础,目前有关环礁各地貌带脊槽地貌形态及成因的研究仍较为薄弱。南海南沙群岛岛礁脊槽地貌发育,是进行相关研究的理想区域。本文以南沙群岛北部道明群礁东北库归沙洲的典型脊槽地貌为研究对象,基于多波束测深数据,借助小波分析和过零点分析等方法,对环礁脊槽地貌形态参数进行定量研究。结果表明：库归沙洲各地貌带脊槽发育平均起始水深为15~16 m,主要为深水脊槽,最大起始水深相差较大（达8 m）,而终止水深相似（平均为16 m左右）。脊槽高差在礁前斜坡和内礁坪为2.15 m左右,在潟湖坡为1.24 m;平均槽宽在礁前斜坡为47.30 m,在潟湖坡达54.92 m。因此,在礁前斜坡脊槽发育相对密集且高差大,潟湖坡脊槽发育相对稀疏且高差小。从礁前斜坡至潟湖坡,脊槽边坡坡度逐渐增大,由“V”型脊槽向“U”型脊槽过渡,槽谷由左倾逐渐转化为右倾。同时,在内礁坪和潟湖坡多发育次一级脊槽,“V”型和“U”型共存。与全球代表性珊瑚礁脊槽形态的对比分析表明：南海地区各环礁多发育深水脊槽,其槽宽和延伸长度的关系部分符合波浪侵蚀作用主控的“V”型脊槽的拟合直线,部分符合生物建造作用主控的“U”型脊槽的拟合直线,表明其可能受上述两个作用共同控制,不同地貌带两者相对强弱不同。同时,频繁的热带风暴的破坏作用可能也是一个要因。     

Aggradation and carbonate accumulation of Holocene Norwegian cold‐water coral reefs

Cold‐water coral ecosystems present common carbonate factories along the Atlantic continental margins, where they can form large reef structures. There is increasing knowledge on their ecology, molecular genetics, environmental controls and threats available. However, information on their carbo‐nate production and accumulation is still very limited, even though this information is essential for their evaluation as carbonate sinks. The aim of this study is to provide high‐resolution reef aggradation and carbonate accumulation rates for Norwegian cold‐water coral reefs from various settings (sunds, inner shelf and shelf margin). Furthermore, it introduces a new approach for the evaluation of the cold‐water coral preservation within cold‐water coral deposits by computed tomography analysis. This approach allows the differentiation of various kinds of cold‐water coral deposits by their macrofossil clast size and orientation signature. The obtained results suggest that preservation of cold‐water coral frameworks in living position is favoured by high reef aggradation rates, while preservation of coral rubble prevails by moderate aggradation rates. A high degree of macrofossil fragmentation indicates condensed intervals or unconformities. The observed aggradation rates with up to 1500 cm kyr^?1 exhibit the highest rates from cold‐water coral reefs so far. Reef aggradation within the studied cores was restricted to the Early and Late Holocene. Available datings of Norwegian cold‐water corals support this age pattern for other fjords while, on the shelf, cold‐water coral ages are reported additionally from the early Middle Holocene. The obtained mean carbonate accumulation rates of up to 103 g cm^?2 kyr^?1 exceed previous estimates of cold‐water coral reefs by a factor of two to three and by almost one order of magnitude to adjacent sedimentary environments (shelf, slope and deep sea). Only fjord basins locally exhibit carbonate accumulation rates in the range of the cold‐water coral reefs. Furthermore, cold‐water coral reef carbonate accumulation rates are in the range of tropical reef carbonate accumulation rates. These results clearly suggest the importance of cold‐water coral reefs as local, maybe regional to global, carbonate sinks.     

波浪在珊瑚岸礁礁坪上传播变形的数值研究

波浪的传播变形对珊瑚岛礁附近的营养物质输送以及近岸珊瑚沙运动都起着关键的作用,同时也是礁盘顶部建筑物在设计和施工过程中需要重点考虑的因素,因此,对波浪在礁坪上的传播变形进行研究具有重要意义。利用FUNWAVE 2.0数值模型模拟了不规则波浪在不同形状岸礁上的传播变形过程,讨论了礁前斜坡坡度以及珊瑚底面粗糙程度对波浪在礁坪上传播变形的影响。结果显示,随着礁坡斜率增大,不对称度参数绝对值的增长趋势逐渐变缓,波浪在光滑礁坪上的不对称度绝对值要略大于粗糙底面上的值,而不同地形下计算得到的波浪偏度参数则基本相同。说明礁坡坡度对波浪的不对称度特征具有显著影响,礁坪粗糙度的影响则相对较小,而上述因素对波浪偏度的影响则完全可以忽略。给出了考虑这两个影响因素的礁坪区域内波浪偏度和不对称度经验公式。     

Incorporation of strontium into reef coral skeletal carbonate

Two thousand and twenty well-characterized coral specimens from 17 localities have been analyzed for Sr. Seventy-three genera and subgenera, mostly hermatypic scleractinians, are represented. For some genera, specimens living in surface reef environments are compared with those from 18.3 m depths on the same reefs. Growth rates for some species have also been measured at these depths at one of the sampling sites. Skeletal strontium for a given genus decreases with increasing water temperature, a relationship which previously eluded detection. Aragonite deposited by corals living on the reef at a depth of 18.3 m contains more strontium than the skeletal aragonite of the same coral genera from shallow-water, surface environments. Quantitative treatment of the data for Acropora, one of the most abundant and widely distributed of the reef-building corals, suggests that the observed strontium variations may reflect variations in the rate of skeletal calcification, rather than direct dependence upon temperature or water depth. There is evidence for ‘species effects’, apparently unrelated to growth rate differences, in that certain coral genera are consistently enriched or depleted in skeletal strontium content relative to other genera living in the same reef environments under identical ambient conditions. Temperature, salinity, water depth, seawater composition, and/or other such parameters may in part determine the levels of trace element concentration in carbonates deposited by corals and other marine invertebrates, but it would appear that these variables more directly affect physiological processes which in turn control skeletal chemistry.     

南沙道明群礁珊瑚礁地貌

珊瑚礁支持了对全球气候变化响应最敏感的生态系统之一,其部分特征地貌是海面变化记录的重要载体。目前,无论是对珊瑚礁现代地貌还是埋藏古地貌的研究多以定性为主,定量研究相对匮乏。基于2017年8~9月采集的浅层地震剖面数据,结合遥感影像研究显示,道明群礁目前是发育有1个岛、4个沙洲、7个干出礁和若干座暗礁的典型珊瑚群礁,其形状率为0.11,紧凑度为0.52,延伸率为4.20,礁坪发育指数为0.30,正处于群礁发育早期阶段,为半开放型—准封闭型群礁,远未台礁化,礁体结构遵循Darwin建立的“上截锥型”理论。道明群礁末次冰期以来的古地貌特征揭示了其地貌演化具有阶段性,经历了三个主要的生长期和两次停滞期,表明冰后期海面上升过程中,在相对水深80~90 m和50~60 m处发生停滞;道明群礁现代珊瑚礁开始发育于全新世早期。道明群礁向海坡、礁坪和潟湖盆相关钻孔的采集,将有助于建立可靠的年代标尺与海面变化过程曲线,进一步揭示冰后期南沙北部珊瑚礁地貌发育及其对海面变化的响应。     

南沙群岛“危险地带”腹地珊瑚礁的地貌与现代沉积特征

南沙群岛中央水道及南华水道两侧的珊瑚礁,大部分为环礁,分属开放型、半开放型、准封闭型、封闭型和台礁化型,反映了环礁向灰砂岛演变的不同阶段。每个环礁,从礁前斜坡向礁坪至潟湖,可相应划分出3种沉积相和细分9种沉积带。礁顶是全新世中期以来形成发育的。     

中国海洋的珊瑚-珊瑚礁: 南海中央区珊瑚-珊瑚礁生物多样性特征

珊瑚是地球上最古老的原住民,具有近6×108年的发育史,弱势群居、喜温和原地长成是珊瑚的基本特征。作者介绍了珊瑚-珊瑚礁的基本特征,综述了跨十年调查的研究区珍贵照片资料和相关认识,指出中国是全球主要的珊瑚-珊瑚礁国家,地位举足轻重;珊瑚-珊瑚礁作为地球生物多样性的代表,造岛、固礁、护鱼、防护岛岸流失,形成南海四大群岛280余座岛、礁、滩、沙,所构建庞大海洋生态系统是无与伦比的海洋生态资源和寸土寸金的南海海洋国土。提出划分南海珊瑚-珊瑚礁为中央区和周缘区2个分布区,阐述了南海中央区珊瑚-珊瑚礁的基本特征,系统汇集报道了间隔10年2个科考航次调查在浅水礁盘浮潜、至20 m水深浅潜-深潜和礁盘及开展岛、礁、滩、沙地质调查的发现,包括科学定名46种六放石珊瑚和6种八放软珊瑚等成果,同时,收集了西沙、中沙、东沙和南沙群岛海域的相关调查航次珊瑚照片;进一步阐述了单体环礁和复合环礁的特征及分布,并进行了初步对比,指出永乐环礁是南海唯一一个真正的切合达尔文模式的环礁,也是环礁发展到最高阶段的产物,构成现代海洋珊瑚-珊瑚礁形成演化研究最好的天然实验室。     

Diving deep on a Pleistocene reef in eastern Jamaica

Exhumed early Pleistocene reefs along the eastern coast of Jamaica expose deep-water environments downslope from the more familiar, shallow-water reef frameworks. Such environments have quite different faunas from the shallow parts of the reefs, including common 'Palaeozoic-type' biotas like the brachiopods and crinoids. These animals are found in deeper-water settings around the Caribbean today; however, these biotas are not readily available nor easily studied. The slightly older Pleistocene faunas are much more accessible and informative. Here the past may be the key to the present.     

南沙群岛珊瑚礁区仙掌藻的现代沉积特征

仙掌藻为温暖水体中钙化的绿藻,是南沙群岛珊瑚礁区重要的钙质沉积物源。对南沙群岛８座环礁现代沉积物样品的分析表明,仙掌藻碎屑在环礁各地貌沉积带沉积物中的含量,以泻湖盆底最高,平均为32.66％,最高可达75％,泻湖坡次之,平均9.22％,礁坪含量低,平均6.06％。南沙群岛仙掌藻以砂质基底上生长的直立类型为主,能生长于各个地貌沉积带,最适生态环境为封闭性好、泻湖面积大、水深较大（10～25m）、水动力弱的砂质泻湖盆底。仙掌藻的现代沉积特征反映了其生态特征,可作为中新世以来珊瑚礁沉积相划分的依据。