Reclamation-oriented spatiotemporal evolution of coastal wetland along Bohai Rim,China

Coastal wetlands are located in the ecotone of interaction between the land surface and sea, and anthropogenic activities extensively interfere with these wetlands through the reclamation of large tidal wetlands and destruction of the function of the ecosystems. In this study, we investigated the dynamic evolutionary characteristics of the Bohai Rim coastal area over the past 40 years using the Modified Normalized Difference Water Index, the fractal dimension, object-oriented classification, the land-use transfer trajectory, and regression analysis. Additionally, we quantified and monitored the evolution of reclamation and analyzed the correlation between reclamation and coastal wetlands based on 99 Landsat-2, -5, and -8 images (at 60 m and 30 m spatial resolution) over the period 1980–2019. The results are as follows. (1) The coastline of the Bohai Rim increased by 1 631.2 km from 1980 to 2019 with a zigzag variation. The artificial coastline increased by 2 946.1 km, whereas the natural coastline decreased by 90%. (2) The area of man-made wetlands increased by 3 736.9 km2, the area of construction land increased by 1 008.4 km2, and the natural wetland area decreased by 66%. The decrease of tidal flats is the main contributor to the decrease of natural wetland area (takes account for 91.1%). Coastal areas are affected by intense human disturbance, which was taken place across a large area of tidal flats and caused the landscape to fragment and be more heterogeneous. The coastal zone development activities were primarily concentrated in the southern Laizhou Bay, the Yellow River Delta, the Bohai Bay, the northern Liaodong Bay, and the Pulandian Bay. The solidified shorelines and increase in sea level have resulted in intertidal wetlands decreasing and impaired wetland ecology. (3) There is a good agreement between reclamation and the size of the coastal wetlands. Both land reclamation and the reduction in coastal wetland areas are significantly related to the population size, fishery output value, and urbanization rate. In summary, human activities, such as the construction of aquaculture ponds and salt pans, industrialization, and urbanization, are the primary forces that influence the environmental changes in the coastal region. This study is beneficial for establishing and improving the systems for the rational development and utilization of natural resources, and provides theoretical references for restoring wetland ecology and managing future reclamation activities in other coastal zone-related areas.     

褐菖鲉(Sebastiscus marmoratus)幼鱼生物学表型对体质量的影响效应

探究影响水产养殖动物体质量的关键生物学表型性状组合,进而揭示其体质量增长对策,对指导水产养殖动物的种质甄别与科学养殖具重要现实意义。随机选取象山西沪港海域板式网箱内养殖3个月的褐菖鲉幼鱼同生群个体60尾为研究对象,以全长(X₁)、体长(X₂)、体宽(X₃)、体高(X₄)、头宽(X₅)、侧线长(X₆)、尾柄高(X₇)、体质量(BW)、净体质量(NW)、内脏质量(W₁)、肠质量(W₂)、肝质量(W₃)、胃质量(W₄)、鳃质量(W₅)、心质量(W₆)为生物学测定指标,采用多元分析方法定量研究了体尺性状和称量性状对体质量的影响效应。结果表明:(1)经统计,所涉称量性状测定值较体尺性状更显离散,两者变异系数的波动范围分别为38.27%~89.86%和13.86%~17.78%,排序分别为W₄>W₁>W₆>W₂>W₅>W₃>NW>BW和X₃>X₄>X₆>X₅>X₂>X₇>X₁;经计算,消化脏器与内脏间的质量比呈W₃>W₄>W₂ (P<0.05);(2)相关分析显示,所涉体尺性状和称量性状均与BW呈极显著相关(P<0.01),两者相关系数波动范围分别为0.414~0.990和0.899~0.961,排序分别为NW>W₃>W₁>W₆>W₅>W₂>W₄和X₁>X₄>X₂>X₅>X₆>X₃>X₇;(3)经通径分析,被保留的称量性状组合和体尺性状组合的直接作用排序分别为NW>W₃>W₂>W₄>W₆和X₄>X₅>X₆>X₇;经决定程度分析和复相关分析,称量性状组合对BW的总决定系数和复相关指数均为0.989,体尺性状组合则均为0.961;(4)经偏回归分析,分别获得了基于称量性状组合和体尺性状组合的BW估算方程。研究结果可为褐菖鲉速生型种质遴选与科学养殖提供参考。     

龙口湾水动力特征及其对人工岛群建设的响应

基于龙口湾及附近海域的水文实测资料,利用Mike21数学模型模拟了人工岛建设前后的潮流、波浪、纳潮量及水交换率等水动力特征,探讨了人工岛群建设对龙口湾水动力环境的影响。结果表明,人工岛建设显著改变了龙口湾潮流场特征及水体运动路径,湾内受到人工岛的阻挡,流速普遍减小,局部区域潮流运动形式由往复流变为旋转流,流向变化较大,余流形成多个涡旋;湾外由于堤头挑流作用导致局部区域流速增大且余流流速增大,潮流运动形式未发生明显改变。受人工岛的掩蔽作用,人工岛及附近区域的波浪有效波高普遍减小。龙口湾潮位出现北部最大潮差变小、南部最大潮差增大的格局,壅水作用导致人工岛内部水道潮差变化明显。人工岛建设直接占据了龙口湾海域面积,导致其纳潮量明显减小,水交换率呈现南部和北部增大、人工岛北侧以及内部水道减小的特征,人工岛造成的水动力环境的改变是影响水交换率变化的主要原因。人工岛群建设导致龙口湾内的潮流、波浪、纳潮量以及水交换等水动力特征减弱,是引起龙口湾水动力条件变化的根本因素。     

基于深度学习的循环水养殖鳗鲡(Anguilla)计数研究

鳗鲡(Anguilla)作为我国优质水产养殖种类,精准掌握其数量对高效养殖有重要意义。为实现对循环水养殖鳗鲡的准确计数,提出了一种基于深度学习的改进Faster RCNN模型。针对检测目标即鳗鲡头部尺寸小的问题,选择在特征提取网络ResNet50中加入FPN结构来作为模型的骨干网络,以提取并融合多尺度的特征;针对原模型锚框都是基于人工经验设置的,并不适用于鳗鲡数据集的问题,使用k-means聚类算法对训练集中标注的鳗鲡头部检测框进行聚类分析,获得了适合鳗鲡数据集的15种不同尺度的锚框;针对图像中存在鳗鲡头部重叠的问题,选择使用Soft-NMS算法替代原NMS算法对RPN部分生成的候选框进行筛选,以减少模型对鳗鲡重叠部分的漏检情况。试验结果表明:改进后的Faster RCNN模型对鳗鲡头部的检测精度(mAP^0.5)高达96.5%,较原Faster RCNN模型(Backbone为ResNet50)显著提升了14%,与SSD300和YOLOV3模型相比分别显著提升了24.9%和15%;在鳗鲡计数上,利用改进后的Faster RCNN模型检测结果进行计数,计数准确率达到90%以上,提升了模型对鳗鲡的检测识别能力。     

海洋大地电磁揭示了西太平洋苏达海山的电阻率结构

为了研究海洋板块内火山的深部电阻率结构及其形成过程,在西太平洋苏达海山进行了海洋大地电磁测量。采用主流数据处理方法SSMT2000进行数据处理,分别对旋转后的实测数据以及根据实测数据得到的两组旋转不变量数据进行一维结构假设下的大地电磁响应测试,对响应最好的YX方向数据进行一维反演,并结合一维正演、地质资料对反演结果进行综合解释。反演结果表明,苏达海山区域地壳厚度为21.5 km左右;较厚的火山碎屑岩层表明苏达海山的构建过程以喷发性的岩浆活动为主,其侵入性的岩浆活动较弱。     

线纹海马肠道菌群结构与功能对迟钝爱德华氏菌(Edwardsiella tarda)感染的响应特征研究

细菌性肠炎对海马养殖业影响巨大, 但病原对海马肠道菌群的具体影响尚不清楚。文章利用已分离的病原细菌 Edwardsiella tarda YT1和海马细菌性肠炎模型, 结合16S rDNA高通量测序技术, 探究病原细菌侵染对海马肠道菌群的影响。结果发现, E. tarda侵染改变了海马肠道菌群的结构组成、多样性和丰度, 并显著降低了其多样性(p<0.05); 显著增加了海马肠道变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度(p<0.05), 减少了放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)的相对丰度(p<0.05); 导致致病菌爱德华氏菌属(Edwardsiella)在属水平的相对丰度极显著增加(p<0.01), 而肠道固有菌群嗜冷杆菌属(Psychrobacter)和罗氏菌属(Rothia)极显著减少(p<0.01), 以及球菌属(Macrococcus)与动球菌属(Planococcus)显著减少(p<0.05)。研究结果表明, E. tarda能通过改变海马肠道固有优势菌群的相对丰度导致菌群失调。菌群功能变化及其相关性分析表明, E. tarda可能通过显著提高细菌趋化性、鞭毛组装、ABC转运蛋白、磷酸转运酶系统以及脂多糖生物合成途径的活性(p<0.05), 抑制肠道核心菌群如嗜冷杆菌属、动球菌属和谷氨酸杆菌属的丰度及其核糖体、RNA降解、核苷酸剪切修复与脂肪酸生物合成途径的活性(p<0.05), 导致肠道菌群功能失调, 并诱发肠炎。     

基于多尺度有限元的海上升压站脚靴式桩套筒连接结构分析研究

脚靴式海上升压站导管架的桩套筒与主导管的连接结构是关键荷载传递部位。整体梁系有限元模型无法反应局部板型结构的失效状态;截断板系有限元模型则受制于边界条件的合理性,结果不够精确。文中基于某工程海上升压站,建立不同精细化范围的多尺度有限元模型及不同边界条件的截断模型,对结构屈服失效及屈曲失效复核的同时论证了局部网格对计算精细程度的影响及截断模型对边界条件的敏感性;此外,研究了轭板板厚及应力比对屈曲失效的敏感程度,为今后海上升压站脚靴结构不同阶段的设计、优化提供参考和借鉴。     

半潮堤前的反射形态与时均流速场分析

采用模型试验和数值模拟研究了不同水深工况下半潮堤前的反射形态及时均流速场。基于Hilbert变换建立了叠合波的时频分离技术,同时获取了入射波和反射波的波面过程及相位关系,通过试验数据证明其适用于不同反射程度的波浪信号分析。不同水深工况下,半潮堤前形成了部分立波系统,腹点和节点分别以四分之一波长的偶数倍和奇数倍交替增加。半潮堤前底床水质点水平速度包络图与波面包络图相差四分之一周期的相位,水平速度的极大值和极小值分别出现在波面包络图的节点和腹点,意味着节点处易形成冲刷,腹点处易形成淤积。3种工况的周期平均速度场均在迎浪基床上方的堤脚处存在一个小型环流系统,可能引起局部冲刷,此处需加强防护。淹没工况下,半潮堤前的周期平均速度场形成一个大型环流系统,表层水流向堤后,中下层水流向海侧,意味着底床悬起的泥沙很可能向离岸方向流失。     

基于多源卫星数据的南海油气井平台遥感提取方法研究——以湄公盆地周边海域为例

文章以湄公盆地周边海域为研究区,利用遥感技术手段,综合多时相、多源卫星数据,探讨不同数据源海上油气井平台提取方法。本次研究,首先基于1992—2018年27景多时相夜间灯光数据和2019年两期SAR数据,分别采用高斯滤波法和双参数CFAR法,实现了全区域油气井平台的自动化提取;然后,针对有确定性资料辅助判定的区域,采用人工目视解译的方法,对长时间序列Landsat-8 OLI及YG24号光学卫星影像进行提取,并将解译结果作为标准数据,用于验证前两种自动提取方法的精度。结果表明：夜间灯光影像数据易获取、成本低,提取方法简单,而SAR影像提取结果的精度高、流程烦琐,建议根据多源卫星数据的特点相互结合,实现快速、高效、精确的信息提取,应用于海上油气井平台监测。     

海岸带遥感研究现状及发展趋势分析

系统地探明海岸带遥感的研究现状和发展趋势,对于应对海岸带地区面临的生态系统功能下降、自然岸线损失、水质恶化等问题具有至关重要的意义。为了充分明晰海岸带遥感研究现状及发展趋势,本文以“海岸带遥感”为主题,基于Web of Science数据库,筛选出1990—2019年发表的相关文献共6 083篇;从论文发表基本情况、科研合作和研究内容聚焦及主题演变方面进行了较为系统的文献计量评价和知识图谱分析。在文献发表基本情况方面,1990—2019年间海岸带遥感发文量呈现较为稳定的上升趋势;区域性特征明显,主要集中于各大洲沿海地区,发达国家在该领域的研究中占据主流地位;Remote Sensing of Environment是该领域刊文量最高的期刊,且具有最高的影响因子;美国、中国科学院和Hu C M分别为发文量最高的国家、机构和作者;根据H指数的分析结果,相关科研成果的学术影响力仍有待进一步提升。在科研合作方面,美、英等发达国家之间形成了较为紧密的合作网络;虽然中国科学院是发文量最大的科研机构,但是中介中心性仅为0.09,低于美国国家航空航天局（0.16）和美国国家海洋与大气管理局（0.12）,因此应进一步加强与其他研究机构的合作;Hu C M与其他学者之间的学术合作最为紧密。在研究内容聚焦及主题演变方面,海岸带遥感领域的研究主题呈现多元化的趋势;研究内容主要聚焦于水色、海岸线、土地利用/覆盖、生态系统监测、灾害和城市化等方面。