基于南海水下滑翔机观测的业务预报系统温盐分析数据评估

利用2019年7月12日至9月20日“海翼”号水下滑翔机在南海北部的温盐观测数据,对3个海洋业务预报系统（法国Mercator Océan International的PSY4、美国HYCOM Consortium的GOFS3.1和中国国家海洋环境预报中心的CGOFS）的温盐分析数据进行了质量评估。结果表明,3个业务预报系统对温度和盐度都有较好的刻画能力。其中,PSY4系统的温度、盐度在所有评估点处的总体均方根误差分别为0.45℃、0.056,小于另外2个系统,是3个系统中最优的。从总体偏差来看,PSY4与CGOFS温度呈现暖偏差,而GOFS3.1温度呈现冷偏差;3个系统的盐度都呈现负偏差。均方根误差的垂向结构显示,温度均方根误差与偏差最大值出现在水深100 m附近,盐度最大值在水深50 m附近。以上结论为南海北部海域使用分析数据提供参考。此外,大气强迫场的降水量偏多可能导致了CGOFS系统8月的盐度值出现较大的均方根误差和较明显的负偏差,因此在数值预报时需更多地关注强迫场的选取。     

南海北部海流观测结果及其谱分析

为了掌握南海北部海区的海流及潮流情况,利用2000年8-11月在南海北部海区75天的ADCP定点流速观测资料,对海流的观测结果、海流前进矢量图、海流的日平均流速、海流随时间和深度的变化情况、正压流速的矢量旋转谱和斜压流速的二维矢量频率波数谱以及正压潮流进行了分析研究。结果表明,此处海流主要为逆时针方向旋转,并且K1和M2为主要分量。这说明南海北部海区的海流及潮流变化比较复杂,需要大范围的长期观测才能更好她掌握其特征与变化规律。     

南海北部陆坡区混合过程观测

为了解南海北部陆坡区的内部混合过程,2004年4月30日至5月1日,延平2号科考船在该海域利用自由沉降式的微结构剖面仪TurboMAP-Ⅱ进行了一次混合过程的直接观测。观测海区南海次表层水团和南海中层水团形成的特定温盐结构,使得150～500m之间出现盐指现象。通过对观测数据的处理和分析,研究了观测海区的湍动能耗散率、热耗散率和热扩散系数的分布以及盐指现象对混合效率的影响。观测海区的湍动能耗散率为2.0×10-10～7.8×10-7W/kg,最大值出现在上混合层;热耗散率为2.7×10-9～1.5×10-6℃2/s,最大值出现在温跃层附近。层结稳定区混合效率的平均值为0.18,与常用值0.2非常接近,盐指发生区混合效率的平均值为0.76,表明盐指现象的存在提高了混合效率。     

国产水下滑翔机2014年南海海试实验数据分析

水下滑翔机(Underwater Glider)是将浮标、潜标技术以及水下机器人技术相结合并依靠自身浮力和重力作为推进方式的一种新型海洋调查系统.文中详细介绍了中国科学院自动化研究所研制的水下滑翔机的组成部分及其工作方式和原理,并对2014年6月南海海试的数据进行了分析.结果表明,Glider的下降和上升速度主要分布在0.1～0.2 m/s之间,占整体分布的85％以上;该速度分布对获取高质量的数据提供了极大保障.单剖面完成时间以及出入水的水平距离主要受滑翔机的预设浮力以及俯仰角的变化以及洋流的影响.获取的高分辨率温盐数据结果表明,Glider发现了南海表层存在的一个中尺度暖涡过程,并就该暖涡分析了其锋面结构.海试总体结果表明,国产Glider的各项性能指标已经能够满足在深海海域实现无人值守的长时间自主海洋调查.     

南海北部陆架陆坡区海流观测研究

针对2006-2009年期间,南海北部陆架陆坡区3个站ADCP海流连续观测资料,采用功率谱分析、潮流调和分析方法,重点分析了陆架陆坡区100 m,200 m和1 200 m水深海域海流的垂向结构,探讨了环流的季节变化和空间分布特征,特别讨论了南海暖流和北陆坡流的时空变化特征。结果表明,陆架陆坡区潮流类型属于不规则日潮,深水站点中层表现为正规全日潮类型,垂向为"三层结构",甚至更加复杂。O₁,K₁,M₂,S₂等分潮总体上为顺时针旋转,在深水站点,基本表现为西北－东南走向的往复流形态。从能量角度看,表层和底层海流中,潮流所占份额较大,分别占30%~40%和40%~50%,中层较小,约为20%。对东沙群岛西南陆架陆坡区环流,观测计算结果证实了西向强流的存在,且垂向结构具有显著的季节变化,在200 m水深处没有明显的南海暖流,只是10~30 m以上层次存在逆风海流。海南岛以东海域连续15个月表层环流的结果表明,冬季明显受到南海暖流的影响,存在东北向的逆风海流,夏秋季的环流表现为西南向,流速较强,夏季也存在逆风情况,造成上述情形的原因可能是该地南海暖流的流轴具有季节性变化——冬季偏南,夏季偏北。     

水下滑翔机温盐深观测数据处理研究

为提高水下滑翔机搭载的温盐深剖面仪(CTD)数据处理质量及效率,在船载CTD数据处理方法基础上,研究了国产水下滑翔机CTD数据处理方法,基于Matlab GUI编程技术设计与研发了水下滑翔机CTD数据处理软件,利用该软件处理了“海燕”水下滑翔机GPCTD观测数据并与船用SBE 911 plus CTD、XCTD及MVP300传感器成果数据进行了对比,结果表明：GPCTD观测数据经处理得到的温、盐、声剖面整体趋势与各传感器成果数据基本一致,数据质量介于各传感器之间,其中温度、声速与XCTD、MVP数据更接近,而盐度与CTD数据更吻合,本文研究将为规范处理与使用水下滑翔机海洋水文数据提供参考。     

南海北部陆架区底层渔业资源的空间分布特征

根据2006年10月至2007年9月南海北部大陆架海域4个航次底拖网调查资料,分析了该海域渔业资源的种类组成、种类丰富度和渔获率的空间分布。结果表明,渔获种类数以湛江断面最多(405种),汕头断面最少(337种)。种类数随水深变化呈非对称正态分布,以40—80m水深组种类数最多。物种丰富度指数D的空间分布与种类数基本一致。在总渔获物中,鱼类、头足类和甲壳类3大类群重量组成比例为80:12:8,在断面分布上,组成比例鱼类以珠江口断面最高,头足类以湛江断面最高,甲壳类以阳江断面最高。在水深分布上,鱼类占比随水深的增加而增加,头足类占比在40—100m水深较高,甲壳类在10—20m浅水区最高。鱼类最主要的优势种有6种,其中,深水金线鱼主要在90—120m水深占优势,黄鳍马面鲀在60—90m水深占优势,条尾绯鲤在60—120m水深占优势,单棘豹鲂鮄在120—200m水深占优势,六指马鲅在30—60m水深占优势,龙头鱼在10—30m水深占优势。鱼类渔获率断面分布以珠江口和粤西海域较高,汕头海域最低;水深分布渔获率随水深的增加而增加。头足类渔获率以粤西和珠江口海域较高,粤东海域较低;在100m水深范围内,渔获率随水深的增...     

深水沉积体系研究进展及其对南海北部陆坡区天然气水合物研究的启示

近年海域天然气水合物勘探和研究表明,水合物的形成、聚集和分布往往与浅层深水沉积体之间存在紧密联系,随着深水观测和钻探技术的提高以及高分辨三维地震资料的使用,深水沉积体系研究进入了一个快速发展的阶段,在水合物远景区域内对浅层深水沉积体进行精细刻画已成为海域天然气水合物勘探的热点和难点。通过分析国内外深水沉积体系研究现状,从浅层深水沉积体与海域天然气水合物的关系入手,对现有研究方法和手段、深水沉积体的发展趋势进行总结和分析,结合南海北部陆坡天然气水合物勘探研究现状和存在问题,提出应该在浅层深水沉积体发育类型和沉积背景、浅层深水沉积体的内部构成和空间分布、以及浅层深水沉积体与水合物耦合关系等三方面加强研究,以期为我国海域天然气水合物勘探和研究提供参考。     

深海大洋最小含氧带(OMZ)及其生态环境效应

大洋最小含氧带(Oxygen minimum zone,OMZ)通常是指大洋水体中氧含量缺乏的水层,一般在水深200~1000 m之间,其形成主要与厌氧细菌降解有机物导致的溶解氧消耗有关。但到目前为止对OMZ的浓度及水层都没有一个统一的标准,如以DO低于20μmol/L为标准,低于此标准的海域面积可占全球大洋面积的8%,水体体积可达大洋体积的7%,分布的主要区域包括东北太平洋(ENP)、东南太平洋(ESP)、阿拉伯海(AS)和孟加拉湾(BB)等海域。OMZ在全球海洋氮循环中有极为重要的作用,在那里不同化学形态的氮(NH_4~+、NO_2~–、NO_3~–、N_2O、N_2)在微生物的参与下会发生多种复杂反应。在OMZ的上部混合层,硝化作用将NH_4~+转化为NO_3~–,但在OMZ核心区主要进行着反硝化作用和厌氧氨氧化作用过程,可以将NO_3~–、NO_2~–和NH_4~+转化为气态氮(如N_2、N_2O),释放到大气中,造成大洋生物可利用氮含量更加不足。大洋OMZ区的存在不仅影响浮游生物的丰度、分布、多样性,而且影响生物的生存和迁移行为,但低氧区并不意味着是生物的贫乏区。同时,OMZ有利于有机质在沉积物中的保存,影响Fe、Mn、S等对氧化还原环境敏感元素的迁移与转化。尽管已有研究揭示了大洋OMZ对全球物质循环、大洋生态系统和极端环境下生物演化过程有重要作用,但对大洋OMZ可能带来的复杂生态环境效应的认识仍然很有限,目前亟须深入探讨大洋OMZ的形成过程及其生态环境效应。     

南海北部上层海洋变化的定点观测分析

对南海季风试验(CSMEX)加密观测期(IOP)“实验3”号船在南海北部获得的CTD温盐和声学多普勒流速剖面仪(ADCP)海流等观测资料进行分析,给出东沙群岛西南部大陆坡附近IOP两个阶段定点观测的海洋分量部分结果,通过分析海水的动力、热力学结构,描述夏季风暴发、维持期间该测站上层海洋的变化,讨论近表面水的温度、盐度和海流对海面风场的响应.     

Kuroshio intrusion into the South China Sea with an anticyclonic eddy: evidence from underwater glider observation

In this study, high-resolution temperature and salinity data obtained from three Sea-Wing underwater gliders were used together with satellite altimeter data to track the vertical thermohaline structure of an anticyclonic eddy that originated from the loop current of the Kuroshio southwest of Taiwan, China. One of the gliders crossed the entire eddy and it observed a remarkable warm anomaly of as much as 3.9℃ extending to 500 dbar from the base of the mixed layer. Conversely, a positive salinity anomaly was found to be above 200 dbar only in the anticyclonic eddy, with a maximum value of >0.5 in the mixed layer. Below the mixed layer, water of higher salinity (>34.7) was found, which could have been preserved through constrained vertical mixing within the anticyclonic eddy. The salinity in the upper layer of the anticyclonic eddy was much similar to that of the northwestern Pacific Ocean than the northern South China Sea, reflecting Kuroshio intrusion with anticyclonic eddy shedding from the loop current.     

夏季南海北部沙壳纤毛虫种类组成及空间分布

2007年8月夏季中国科学院南海海洋研究所南海北部开放航次期间,在北纬18°-22°,东经107°-122°范围内使用＂实验三号＂科考船进行了水体中沙壳纤毛虫的采样研究,探讨了沙壳纤毛虫的空间分布和种类组成。在36个站位中共鉴定出24属44种沙壳纤毛虫,其中优势种为长形旋口虫Helicostomella longa和根突拟铃虫Tintinnopsis radix,沙壳纤毛虫丰度变化范围为0–2200cell/L,平均丰度为221cell/L,从沿岸向外海方向,沙壳纤毛虫种类和丰度逐渐减少,其中A1站丰度最高（2200cell/L）,种类数最多（10）。夏季南海北部沙壳纤毛虫丰度与叶绿素a呈显著正相关,而与温度相关性不明显。夏季南海北部的上升流和珠江冲淡水携带的营养盐刺激了浮游植物的生长,影响着南海北部沙壳纤毛虫的种类组成和空间分布。     

基于地统计学南海北部近海竹荚鱼空间分布特征

竹荚鱼(Trachurus japonicus)是我国南海北部近海主要渔获物之一。根据2014—2017年对南海北部开展的8个航次近海渔业资源和环境调查数据, 采用地统计学方法分析竹荚鱼时空分布特征和相关生态动力过程。结果表明, 竹荚鱼总体布局以低密度为主, 高密度海域较少, 季节性集聚特征明显, 依次为夏季>春季>秋季>冬季。竹荚鱼空间分布具有极强的空间异质性, 空间结构性比例均在75%以上, 变异模型以高斯模型为主, 空间相关距离(变程)大约在0.52°左右, 且季节性特征明显。对地统计参数值和单位捕捞努力量(catch per unit effort, CPUE)的相关关系研究发现, 竹荚鱼资源密度越大, 空间异质性特征越明显。通过统计各向分维值分析竹荚鱼各向异质性特征, 发现西北—东南向的空间异质性较为显著, 表明该方向的海洋动力过程将对竹荚鱼洄游分布产生重要影响。此外, 基于克里格插值分析, 发现竹荚鱼呈西南—东北向洄游分布规律, 空间布局呈片状和斑块状, 且易受极端气候(厄尔尼诺和拉尼娜等事件)影响。     

南海北部柱状沉积物中黄铁矿的分布特征和形貌研究

对南海北部陆坡柱状沉积物样品总有机碳、总硫含量,以及其中的自生黄铁矿形貌、含量进行分析．结果显示,沉积物中黄铁矿（FeS2）、总有机碳（TOC）、总硫（TS）的质量分数分别为0～0,71％、0．37％～1．18％、0．04％～0．81％;黄铁矿和总有机碳、总硫的含量随深度加深逐渐增大,达到峰值后不断减少,三者的分布趋势基本一致;扫描电镜下观察到黄铁矿主要以莓球状集合体和八面体微晶形貌产出,局部层位亦发现管状、生物内膜状和立方体状黄铁矿晶体．表明该区浅表层环境为缺氧环境,硫化物主要以黄铁矿形式产出,其成因与有机质的厌氧氧化作用有关,而甲烷的厌氧氧化作用也可能促使自生黄铁矿的加速形成．莓球状黄铁矿占主导亦指示一种强还原性的缺氧微环境．黄铁矿富集的缺氧环境与下伏地层中天然气水合物分解释放的甲烷有关,为天然气水合物在该区的勘探提供一定的科荤依据．     

南海中北部中新世陆坡凹陷沉积充填与古陆坡形态演变

对中德合作“南海地球科学联合研究”和“中国边缘海的形成演化及重大资源的关键问题”的有关航次获得的地震资料进行层序地层和沉积相解释,并结合前人的研究成果,对南海中北部陆坡凹陷的构造和沉积特征进行了研究.研究结果表明,南海中北部陆坡区凹陷的构造演化经历了裂陷期、裂陷-坳陷过渡期和坳陷期三个阶段,沉积环境经历了河流-湖泊、浅海和深海的演化过程,不同演化阶段形成不同的地形形态.南海中北部地形演变可分为三个阶段,即早第三纪、早中新世-中中新世中期和中中新世中期-现在,其中早中新世中期-中中新世中期的沉积充填使陆坡形态发生了重要的转变,这次转变基本上奠定了现代意义上的陆架-陆坡-海盆的格局.     

南海北部陆坡峡谷区海底沉积物工程地质特征及区域稳定性评价

The upper part of the continental slope in the northern South China Sea is prone to submarine landslide disasters,especially in submarine canyons. This work studies borehole sediments, discusses geotechnical properties of sediments, and evaluates sediment stability in the study area. The results show that sediment shear strength increases with increasing depth, with good linear correlation. Variations in shear strength of sediments with burial depth have a significantly greater rate of change in the canyon head and middle part than those in the canyon bottom. For sediments at the same burial depth, shear strength gradually increased and then decreased from the head to the bottom of the canyon, and has no obvious correlation with the slope angle of the sampling site. Under static conditions, the critical equilibrium slope angle of the sediments in the middle part of the canyon is 10° to 12°, and the critical slope angle in the head and the bottom of the canyon is 7°. The results indicate that potential landslide hazard areas are mainly distributed in distinct spots or narrow strips on the canyon walls where there are high slope angles.     

2004年秋季南海北部浮游植物组成及其数量分布特征

根据2004年9月18日—10月2日南海北部航次所获得的表层浮游植物群数据, 对其组成及数量分布进行了探讨分析。该次调查鉴定浮游植物共53属152种(含变种和变型), 分别属于硅藻门35属88种、甲藻门15属60种、蓝藻门1属2种及金藻门1属1种等; 优势种中分布较广泛的有柔弱伪菱形藻Pseudo-nitzschia delicatissima、反曲原甲藻Prorocentrum sigmoides、微小原甲藻P. mininum、锥状施克里普藻Scrippsiella trochoidea和红海束毛藻Trichodesmium erythraeum等; 浮游植物细胞丰度的数量范围为(0.11—23.61)×106cells•m-3, 呈现近岸区域高于远岸区域的平面分布格局, 最大值和最小值分别出现在海南岛东北部海域的E506站和海南岛东南部海域的B3站; 浮游植物物种丰富度也是近岸的站点较高, 以靠近珠江口E708站的51种为最多。硅藻类细胞丰度范围为(0.02—8.13)×106cells•m-3, 主要分布在高盐的外海水域, 其中产二甲基磺酸丙酯(DMSP)的小环藻Cyclotella spp.在多个站点出现; 甲藻类以近岸水域居多, 细胞丰度最高达15.67×106cells•m-3(E506站), 其中数量较多的赤潮种类主要有锥状施克里普藻、反曲原甲藻、微小原甲藻、环沟藻Gyrodinium spp.等; 固氮的红海束毛藻在调查海域广泛分布, 但主要集中于东部, 以E206站最多, 高达1.8×107cells•m-3。结合水文资料和其他层次的浮游植物资料进行对比分析, 结果表明, 红海束毛藻的分布与黑潮水的入侵存在一定关系, 其分布受水团和海流的影响。     

台风期间南海北部岛礁及下坡海底对水下噪声的影响研究

The correlation of ambient noise with wind speed, and the depth dependence of ambient noise are both investigated, where the ocean noise data were recorded by a vertical line array in the northern South China Sea. It is shown that the correlation coefficients increase with increasing hydrophone depth during typhoon periods when the frequency ≥ 250 Hz, which opposes the generally accepted knowledge that the correlation coefficients of noise level and wind speed decrease with increasing depth during non-typhoon periods. Particularly at frequencies of 250 Hz, 315 Hz and 400 Hz, the correlation coefficients increase by more than 0.05 at depths ranging from 155 m to 875 m. At the three frequencies, the average noise levels also increase with increasing depth during typhoon periods. It is suggested that these differences are attributed to the wind-generated noise in shallow waters and the effect of "downslope enhancement" to sound propagation. During typhoon periods, the surf breaking and surf beat upon the shores and reefs are strengthened, and the source levels are increased. The wind-generated noise in shallow waters interacts with the downslope sea floor, with the noise-depth distribution changed by a "downslope enhancement" effect promoting noise propagation.