南海南部次表层叶绿素a质量浓度最大值及其影响因子*

文章分析了2013年南海南部4个季节航次的叶绿素a (Chl a)调查数据, 结果显示: 150m以浅水柱Chl a质量浓度均值分别为早春0.14mg•m^-3、初夏0.12mg•m^-3、初秋0.18mg•m^-3、初冬0.16mg•m^-3。早春和初夏偏低的原因与早春风速小, 初夏水温高, 不利于水体的垂直混合, 限制了深层海水中丰富的营养盐向上层水体补充有关。4个季节中海水次表层Chl a质量浓度最大值层(SCML)均出现在50m和75m, 这两个水层的Chl a质量浓度差异小, 季节变化不大, 平均值变化范围分别为0.24~0.26mg•m^-3和0.22~0.26mg•m^-3。受混合层深度和温跃层上界深度的共同影响, 50m水层Chl a质量浓度主要受制于深层富营养盐海水的向上补充, 75m水层Chl a质量浓度受水温的影响明显。     

台风季节朱家尖岛砂、砾质岬湾海滩的不同沉积地貌动态变化

岬湾砂、砾质海岸是海岛、海岸带重要的旅游资源, 具有较高的社会经济和生态价值, 长期以来备受关注。本文以浙江朱家尖岛东岸的5个代表性岬湾海滩为例, 基于2019年台风季节早期、中期及晚期测量获得的海滩地形和沉积物数据, 结合海滩近岸的水动力数据, 分析了砂质海滩和砾石海滩这两种不同类型岬湾海滩的沉积地貌动态变化。结果表明, 朱家尖岛东岸5个海滩在台风季节出现了不同的体积变化, 大沙里、东沙、千沙、乌石塘和小乌石塘海滩的单宽体积变化分别为11.93m³·m^-1、-54.41m³·m^-1、-19.75m³·m^-1、2.19m³·m^-1和-1.96m³·m^-1。砾石滩较砂质海滩更为稳定, 无人类活动干扰的砂质海滩在台风季节侵蚀更少、变化更小。台风季节大沙里、东沙、千沙、乌石塘和小乌石塘海滩表层沉积物的平均粒径分别为2.47Փ、2.24Փ、2.64Փ、-5.96Փ和-6.03Փ, 粒径粗化和离岸输运是5个海滩表层沉积物在台风季节的主要表现, 砂质海滩的沉积物粒度特征变化比砾石海滩要大。沉积物粒径、台风强度及台风期间的主要波向与海滩走向之间的关系、海岸工程这3种因素都可能对海滩在台风季节的沉积地貌动态变化产生影响。本文研究结果可为台风季节的海滩管理提供参考。     

南海东北部夏季叶绿素a浓度垂向变化特征及其对水动力过程的响应*

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。     

Restoration of Deep-Sea Macrofauna after Simulated Benthic Disturbance in the Central Indian Basin

Macrofaunal communities of the Central Indian Basin (CIB) were sampled with a spade before (June 1997), and immediately after (August 1997), and 44 months (April 2001) after a simulated benthic disturbance for polymetallic nodule mining. The average density recorded down to a sediment depth of 40 cm ranged from 89 to 799 ind·m^-2 (mean: 373 ± 221 SD; n = 12) and 178-1066 ind·m^-2 (mean: 507 ± 489 SD; n = 3) in the test and reference area, respectively. Most of the macrobenthic animals (64%) were concentrated in the upper 0 to 2 cm sediment layers, whereas, sizeable fauna (6%) inhabited the 20-40 cm sediment section and the deepest 5 cm section from 35-40 cm contributed only about 2% to the total population density. The fauna, comprised of 12 groups, were dominated by the nematodes, which constituted 54% of the total population. The macrofaunal density in the test site showed a significant increase (x:400 ind·m^-2) in the 44 months postdisturbance sampling (x:320 ind·m^-2). The population of nematodes and oligochaetes was nearly restored after 44 months, but the polychaetes and crustaceans did not reach the baseline populations measured in June 1997. The top 0-2 cm sediment layer was severely affected by the disturber, and the study suggests that physically disturbed deep-sea macrofauna may require a longer period for restoration and resettlement than normally believed.     

基于浮标观测的东海赤潮高发区秋、冬季漫射衰减系数的反演

浮标测量的光学数据时间序列长、分辨率高, 能可靠地测量快速变化的漫射衰减系数(K_d)。东海赤潮高发区水体中的浮游植物生物量及悬浮泥沙含量存在较大的变化, 光学性质复杂。文章利用2013年9月至2014年1月的海洋光学浮标数据, 获得了该海域水体的表观光学特性, 基于K_d(490)与遥感反射比[R_rs(λ)]的相关关系建立了K_d(490)的经验算法, 并与已有7种反演算法进行了比较。结果表明, 该海域的K_d(λ)及R_rs(λ)具有显著的Ⅱ类水体光谱特征, 其中, K_d(490)的范围为0.01~4.31m^-1, 水体的浑浊程度变化大。K_d(490)与R_rs比值的相关性较好, 据此建立了以R_rs(650)/R_rs(510)、R_rs(555)/R_rs(510)作为自变量的K_d(490)双比值经验算法。将新建算法反演获得的K_d(490)与实测K_d(490)相比, 均方根误差、平均相对误差百分比和线性回归的决定系数分别为0.27m^-1、27.08%和0.77, 优于其他7种算法。算法精度的提高源于新建算法选择的R_rs能充分反映水体信息, 并适应水体组分的变化, 可为东海赤潮高发区K_d(490)的反演提供较好的选择, 并为海洋光学浮标在水体环境监测中的应用提供示例。     

水体悬沙浓度连续测量技术研究综述

水体悬沙浓度是水利、环境、河口海岸与海洋相关研究领域最为基础的数据需求之一。随着传感器技术的发展, 悬沙浓度连续测量技术在悬沙浓度测量领域表现出高时空分辨率、长期数据采集的成本和风险均较低的突出优点。本文综述了光学、声学、音叉谐振、压差和放射性射线衰减等原理用于悬沙浓度连续测量技术的相关研究进展, 探讨了各技术方法的优、缺点, 并提出了今后的研发重点和发展方向主要在以下几个方面: 1) 光后向散射原理是低成本、小型化和高时频测量悬沙浓度的最优技术路线, 需着力于开展量程扩增和粒径敏感度削弱研究; 2) 低不确定度悬沙浓度垂向剖面观测的实现依赖于超声后向散射原理技术路线的发展; 3) 音叉谐振原理技术路线尤为契合高含沙水流和浮泥工况下的超高量程应用场景; 4) 多技术路线传感器融合以及使用人工智能算法模型替代正向反演模型。     

基于形态学和DNA分子鉴定的珠江口浮游动物群落结构比较研究

于2019年12月使用4种不同型号网具采集了珠江口浮游动物, 进行形态学鉴定和DNA分子鉴定, 分析珠江口浮游动物的群落结构特征, 并比较不同调查方法对浮游动物丰度和生物量结果的影响。形态学镜检鉴定浮游动物36种(类), 其中浮游幼虫6类。浅水I型浮游生物网采集的浮游动物平均丰度为115±96ind.·m^-3, 平均生物量为0.21±0.14g·m^-3; 浅水Ⅱ型浮游生物网采集的浮游动物平均丰度为3536±2444ind.·m^-3, 平均生物量为0.56±0.33g·m^-3; 浅水Ⅲ型浮游生物网采集的浮游动物平均丰度为4314±4172ind.·m^-3, 平均生物量为0.50±0.25g·m^-3; 25^#浮游生物网采集的浮游动物平均丰度为6741±3826ind.·m^-3, 平均生物量为4.33±3.42g·m^-3。研究结果表明网具孔径大小对浮游动物研究结果具有重要影响, 三个站点水体DNA样品注释出15种浮游动物; 使用浅水Ⅱ型网采集的DNA样品注释出19种浮游动物; 镜检样品鉴定浮游动物17种。水体DNA样品能检测出更多的微型浮游动物如原生动物等; 网采样品能过滤更多的水样, 有利于采集更多的大中型浮游动物, 更能充分反映优势类群如桡足类的种类和数量。研究结果表明, 水体DNA可检出浮游幼虫和原生动物等较难镜检鉴别的种类, 采用不同型号网具采集浮游动物可以更全面地反映研究海域浮游动物的群落结构特征。多种调查方法的结合有助于全面了解研究海域的生态环境状况。     

长江口及其邻近海域CDOM光谱吸收特性分析

研究了长江口及其邻近海域有色可溶性有机物(CDOM)的光吸收特性,分析了CDOM浓度(吸收系数a(440))、光谱斜率(S_g)与盐度的关系。结果表明:长江口及其邻近海域CDOM的a(440)变化范围为0.21~0.85 m^-1,平均值为0.44 m^-1;S_g值的范围为0.013 3~0.016 7 nm^-1,平均值为0.014 nm^-1;a(440)的水平分布表现为长江口海区比外海区高,S_g的水平分布表现为长江口海区比外海区低,反映了长江口海区CDOM中的腐殖酸成分比外海区大。研究区内a(440)与盐度、S_g与盐度明显线性相关,表明CDOM在河口混合行为中呈保守行为,CDOM具有良好的保守性质。     

海底表层土导热系数变化规律的试验研究

基于热探针法原理,测试了在杭州湾以东陆架区取得的28个海底表层柱状样0.2、1.0和1.8 m处的导热系数,结合激光粒度分析结果,比较了研究区6种土导热系数的大小,发现含砂量大于10%的粗粒土拥有较大的导热系数。土质类型相同时,含水量和干密度对其导热系数影响显著。杭州湾沉积区、混合沉积区,陆架砂质沉积区表层土导热系数的平均值分别是:1.25、1.45 和1.46 W·m^-1·K^-1,呈现出由近岸向外海增大的趋势。而土样导热系数在垂向的变化表明:水深、埋深等空间分布因素对海洋土的热物性没有直接影响。     

养殖密度对银鲳幼鱼生长、代谢酶活力及其相关基因表达的影响

采用为期40d的饲养试验, 探讨养殖密度(30尾·m^-3、60尾·m^-3和90尾·m^-3)对初始平均体质量为(3.88±0.72)g的银鲳幼鱼生长、肝脏和肾脏中谷草转氨酶(AST)、谷丙转氨酶(ALT)、乳酸脱氢酶(LDH)的酶活力以及相应基因mRNA表达的影响。结果显示: 1) 60尾·m^-3组银鲳幼鱼的增重率和特定生长率分别为(235.19±10.23)%和(4.03±0.10)%, 显著高于30尾·m^-3组(p<0.05), 而与90尾·m^-3组无显著性差异(p>0.05); 2) 90尾·m^-3组银鲳幼鱼的酶活力变化最显著, 30尾·m^-3组的变化幅度最小, 60尾·m^-3组介于两者之间; 3) 肝脏和肾脏中LDH、ALT、AST酶活力均呈先升高后降低的趋势, 其中肝脏中LDH、ALT、AST酶活力高峰分别出现在6h、10d和10d, 是初始值的2倍、4.3倍和2倍, 肾脏中3种酶活力峰值则分别出现在1d、3d和5d, 是初始值的2.1倍、2.2倍和3.1倍; 4) AST、ALT、LDH等3种酶基因mRNA表达量变化规律与各自酶活力变化规律一致。综上所述, 养殖密度60尾·m^-3时可促进银鲳幼鱼生长, 90尾·m^-3高密度养殖会导致银鲳幼鱼额外能量的需求增加, 糖异生相关基因mRNA表达量上调使肝脏、肾脏中AST、ALT、LDH酶活力显著升高, 最终出现生长变慢的情况。     

不同光强下长茎葡萄蕨藻(Caulerpa lentillifera)直立枝和匍匐枝的光生理特征及其对升温的响应

海洋绿藻长茎葡萄蕨藻(Caulerpa lentillifera, 又名海葡萄)因具有较高经济和生态价值而备受关注, 光照和温度变化均会改变长茎葡萄蕨藻生理代谢, 最终影响其经济价值和生态功能。文章比较研究不同生长光强下(40、80、120和160 µmol·photons·m^-2·s^-1)长茎葡萄蕨藻不同部位, 即直立枝和匍匐枝的生理和生化特征, 以及其对升温(+3℃、+6℃和+9℃)的响应。结果显示, 光强由40升至120µmol·photons·m^-2·s^-1时对长茎葡萄蕨藻相对生长率(RGR)的影响不显著, 但是光强升至160µmol·photons·m^-2·s^-1时可使RGR降低49%。弱光下(40µmol·photons·m^-2·s^-1)直立枝的叶绿素(Chl a)和类胡萝卜素(Car)含量为匍匐枝的1.52和1.49倍; 直立枝的Chl a和Car含量随生长光强升高而降低, 匍匐枝随光强升高而升高, 二者蛋白含量则均随光强升高而先升高后降低。弱光下直立枝的净光合放氧速率(P_n)和呼吸速率(R_d)分别为匍匐枝的2倍和70%, 但是二者的最大光化学效率(F_V/F_M)差异不显著。光强升高提高直立枝和匍匐枝的P_n和R_d, 但对二者F_V/F_M的影响不显著。同时, 弱光下直立枝的超氧化物歧化酶(SOD)活性比匍匐枝低20%, 二者过氧化氢酶(CAT)活性差异不显著; 光强升高提高直立枝和匍匐枝的SOD活性, 降低CAT活性。研究还发现, 直立枝和匍匐枝的P_n随温度升高而降低, 但前者的降低程度即光合速率随升温的变化率随光强升高而降低, 后者的则随光强升高而升高, 可见温度升高在弱光下对长茎葡萄蕨藻直立枝的负面影响更大, 在强光下则对匍匐枝的负面影响更大。     

菲律宾海底层水体在1990s—2010s之间的暖化*

跨菲律宾海的重复断面水文观测揭示: 菲律宾海底层水体从1990s到2010s增暖了0.002~0.01℃。在西马里亚纳海盆和四国海盆, 较冷的下层绕极深层水(Lower Circumpolar Deep Water, LCDW)减少, 较暖的LCDW增加; 而在菲律宾海盆, 较冷的变性LCDW减少, 较暖的变性LCDW增加。菲律宾海盆4000dbar的热通量是0.0413W·m^-2, 而西马里亚纳海盆和四国海盆的是0.0221W·m^-2。菲律宾海盆由于深层海洋热膨胀引起的局地海平面上升速度是0.0621mm·yr^-1, 而西马里亚纳海盆和四国海盆的是0.0333mm·yr^-1。     

2012年夏季南海西北部网采浮游植物群落结构

根据2012年8—9月在南海西北部海区的采样调查,对网采浮游植物的群落结构进行了研究。本次调查共检出浮游植物206种(包括变种及变形),隶属于4门55属,其中硅藻门40属114种,占总种数的55.3%;甲藻门10属86种,占总种数的41.7%。浮游植物平均细胞丰度为66.67×10⁴cells·m^-3,硅藻平均细胞丰度为65.79×10⁴cells·m^-3,甲藻平均细胞丰度为0.88×10⁴cells·m^-3。优势种为伏氏海线藻 Thalassionema franenfeldii、翼根管藻 Rhizosolenia alata和菱形海线藻 Halassionema nizschioides。调查海区的Shannon-Weiner多样性指数(H′)平均值为2.67,高值区位于西沙群岛和调查区东部。对比分析浮游植物细胞丰度与环境因子可知,浮游植物细胞丰度高和种类多的区域,其水体营养盐含量也高,说明营养物质与该区浮游植物细胞丰度分布和群落结构密切相关。     

大亚湾夏季浮游群落生产代谢特征及其影响因素*

2017年8月对大亚湾海域浮游群落初级生产、群落呼吸代谢及其平衡特征进行了研究, 并分析了其潜在环境影响因素以及对沿岸生态系统功能与健康的指示作用。研究结果表明, 大亚湾夏季海水表层呈自养状态, 而底层呈异养状态, 群落总初级生产力(gross primary productivity, GPP)、呼吸代谢速率(community respiration, CR)与净生产力(net commutnitiy production, NCP)在表层分别为1335.36±910.12、597.86±403.30和737.50±608.22mg C·m^-3·d^-1; 在底层分别为43.65±37.05、216.25±147.28和-160.27±137.01mg C·m^-3·d^-1。海湾整体呈自养状态, 水柱平均NCP为233.41±248.88mg C·m^-3·d^-1; 部分沿岸水域存在异养状态。1~200μm粒级浮游生物是GPP和CR的主要贡献者。相关性分析和主成分分析显示, NCP在表层受GPP和CR共同调控, 且与浮游植物生物量和营养盐正相关; 而在底层主要受CR影响, 且与盐度正相关。大亚湾夏季群落生产代谢平衡存在明显的水平和垂向变化, NCP的区域差异与潜在波动性对该海湾生态系统稳定性及健康状况有重要的指示作用。     

南海海域浮游植物叶绿素与海表温度季节变化特征分析

利用 Sea WiFS卫星遥感叶绿素质量浓度及TRMM微波遥感海表温度产品, 研究了南海海表叶绿素a的季节变化特征及其同海表温度的关系。研究结果表明, 南海叶绿素质量浓度具有很强的季节变化:通常低叶绿素质量浓度(<0.12 mg·m^-3)出现在弱风高海表温度(>28°C)的春、夏季节;高叶绿素质量浓度(>0.13 mg·m^-3)通常出现在有较强风速和较低海表温度(<27°C)的冬季。线性回归分析显示, 南海叶绿素质量浓度同海表温度呈显著负相关。尽管在南海南部、南海中部、南海西部及吕宋西北部4个代表子区域的显著性有所差异, 但都暗示温度变化所反映的垂向层化调控了营养盐质量浓度和浮游植物量变化。可见, 温度可能是影响海洋上层稳定程度及垂向交换强度的重要指标, 从而可能调控营养盐及浮游植物的变化。     

南海海域浮游植物叶绿素与海表温度季节变化特征分析

利用 SeaWiFS卫星遥感叶绿素质量浓度及TRMM微波遥感海表温度产品,研究了南海海表叶绿素a的季节变化特征及其同海表温度的关系。研究结果表明,南海叶绿素质量浓度具有很强的季节变化:通常低叶绿素质量浓度(<0.12 mg. m^-3)出现在弱风、高海表温度(>28 °C)的春、夏季节;高叶绿素质量浓度(>0.13 mg·m^-3)出现在有较强风速和较低海表温度(<27 °C)的冬季。线性回归分析显示,南海叶绿素质量浓度同海表温度呈显著负相关关系。尽管在南海南部、南海中部、南海西部及吕宋西北部4个代表子区域的显著性有所差异,但都暗示温度变化所反映的垂向层化调控了营养盐质量浓度和浮游植物量变化。可见,温度可能是影响海洋上层稳定程度及垂向交换强度的重要指标,从而可能调控营养盐及浮游植物的变化。     

In Situ Time-Series Measurements of Subseafloor Sediment Properties

The capabilities and diversity of subsurface sediment sensors lags significantly from what is available for the water column, thereby limiting progress in understanding time-dependent seabed exchange and high-frequency acoustics. To help redress this imbalance, a new instrument, the autonomous sediment profiler (ASP), is described herein. ASP consists of a four-electrode, Wenner-type resistivity probe and a thermistor that log data at 0.1-cm vertical intervals over a 58-cm vertical profile. To avoid resampling the same spot on the seafloor, the probes are moved horizontally within a 20 times 100-cm^-2 area in one of three preselected patterns. Memory and power capacities permit sampling at hourly intervals for up to 3-mo duration. The system was tested in a laboratory tank and shown to be able to resolve high-frequency sediment consolidation, as well as changes in sediment roughness. In a field test off the southern coast of France, the system collected resistivity and temperature data at hourly intervals for 16 d. Coupled with environmental data collected on waves, currents, and suspended sediment, the ASP is shown to be useful for understanding temporal evolution of subsurface sediment porosity, although no large depositional or erosional events occurred during the deployment. Following a rapid decrease in bottom-water temperature, the evolution of the subsurface temperature field was consistent with the 1-D thermal diffusion equation coupled with advection in the upper 3-4 cm. Collectively, the laboratory and field tests yielded promising results on time-dependent seabed change.     

Minimising errors in estimating fish population and biomass densities using the ‘acoustic volume backscattering strength’ method

The basic acoustical methods for estimating the volume backscattering strength and the absolute biomass density are commonly known. However, the detailed techniques for minimising errors in fitting the calibrated parameters of an echo sounding system in these computations are still not adequately examined and discussed. This paper describes and discusses the following computing techniques involved in the absolute biomass estimation: (i) the fitting of the calibrated time varied gain (TVG) curve, the selection of its operating interval, and the correction of its response; (ii) the compensation for the limitation of the signal bandwidth; (iii) the computation of the equivalent beam width of a transducer using its calibrated beam patterns; and (iv) the accuracy in the conversion from the volume backscattering to the absolute fish density using individual fish target strength measurements.     

Role of Bacteria in the Carbon and Nitrogen Flow between Water-Column and Sediment in a Shallow Marine Bay (Bay of Piran, Northern Adriatic Sea)

Abstract. The interdependences between phytoplankton standing crop, bacterial biomass and the dissolved organic matter (DOM) pool in the water column were investigated and related to sediment parameters in a shallow marine bay (Bay of Piran, Northern Adriatic Sea) over an annual cycle. Bacterioplankton density varied between 1–10 × 10⁵ cells ml^-1, with lowest density observed in March corresponding to the low Chi a concentrations during this period. Generation times as determined by dialysis incubations ranged between 4h (June) and 82 h (March). Mean bacterial secondary production rates during summer were about 40 mg C m^-1 d^-1 and 5mg C m^-3.d^-1 during winter. With a short time lag, DOM concentrations followed the fluctuation in Chi a.
Sediment oxygen demand measurements revealed a mean mineralization rate of about 260 mg C m^-2 d^-1 during summer and 100–200 mg C m^-2 d^-1 in winter. Sediment bacterial density varied between 10⁸ - 10⁹ cells g (sediment dry wt)^-1 in the top 5 cm sediment layer or, in terms of biomass, 4.3 g C m^-l during summer and 0.6 g C m^-2 during winter. Highest concentrations of DOM in pore waters were measured in September, coinciding with high rates of sediment oxygen demand.     

On the accuracy of current measurements by means of HF radar

The accuracy of surface current velocities measured by high-frequency (HF) radar is investigated. Data from the two radar systems of the University of Hamburg, CODAR (Coastal Radar) and WERA (Wellen Radar), are compared with in situ data. In one experiment, CODAR and a near-surface current meter were operated simultaneously over a 19-day period. In addition, WERA was operated for 6 days during that period. In the other experiment, WERA and a bottom-mounted current meter were operated simultaneously over a 35-day period. Both radars use frequencies of about 30 MHz where backscattering is due to ocean waves of 5 m wavelength. The influence of the orbital motion of underlying longer waves on radial velocity errors is investigated. In accordance with theory, the measured standard deviations of HF-measured current velocities depend on the sea state. Depending on the sea state, estimated errors range from 3 to 10 cm·s^-1 and explain only part of the rms difference of 10-20 cm·s^-1 found between HF and in situ current measurements. The rest is assumed to be due the differences of the quantities measured, e.g., the spatial averaging