北极夏季大气垂直结构与空间分布特征

低层大气垂直物理剖面是研究大气边界层过程、模拟大气环流过程和进行天气预报的关键参数,海洋特别是北冰洋地区是气象实测资料的稀疏区甚至是空白区。因此,中国第6次北极科学考察期间(2014年7月21日至9月11日),我们使用GPS低空探空系统,对北极地区的大气垂直结构和边界层特征进行了观测实验。实地观测结果表明:(1)递减率对流层顶(LRT)和冷点对流层顶(CPT)均能准确的判断该地区对流层顶的高度和温度,NCEP再分析资料在较低纬度能够很好的反应对流层顶变化特征,但是在海冰密集的北极地区(海冰密集度达9成以上)则相对较差,所以很有必要在该区域开展探空观测研究。(2)在高空存在一个明显的低温区和高空急流,低温区和高空急流中心区的海拔高度与对流层顶高度一致;在晴天和少云天气,对流层顶高度变化不大;在多云和阴雨天气,随着纬度的升高对流层顶高度逐渐降低。在晴天和少云天气相比多云和阴雨天气,高空急流区的强度较弱,垂直和水平均范围较小。(3)CPT和高空急流的高度随着纬度有降低的趋势,75°N以北的区域降低显著;对流层垂直温度递减率随着纬度呈现出逐渐增大的趋势。(4)观测期间,在海拔3km以下均存在多个逆温层。其中风速切变在逆温层的消失或者减弱过程中起着重要作用,而在80°N以北区域,对流层顶逆温(TIL)明显小于其他区域。表明极点附近对流层与平流层之间的物质和能量交换相比其他区域更加强盛。     

珠江三角洲大气边界层温度与流场垂直分布特征

利用顺德地区1988年1月和7月大气边界层1500m内温度、风场资料,分析不同季节、不同稳定度的温度与风场廓线特征。研究表明,夏季温、风垂直增长率大、增值均匀;冬季近地层增长率特别大,向上趋平缓。逆温层在冬季的频率较高,而且在适当天气条件下出现的平流逆温持续时间亦相当长。温、风垂直分布较复杂,很难用直观的简易函数关系表示。因此,沿用各种经验公式时,必须注意在特定地区的实用性。     

三种方法确定济南夏季日最大边界层高度的对比研究

基于济南站边界层风廓线雷达(wind profile radar,WPR)观测的大气折射率结构常数(C_n~2),采用偏离度法确定夏季白天边界层高度(H_(BL)),分别与基于L波段雷达探空资料的干绝热曲线法、基于地面气象观测资料的国标法确定的H_(BL)进行对比。结果表明:1)三种方法确定的25 d日最大H_(BL)的平均值分别为2 500.0 m、2 529.1 m、2 469.9 m,总体一致; 25 d同日期比较,偏离度法与后两者的标准偏差(σ)分别为337.1 m、636.7 m;前两方法结果的相关系数(R)较高为0.668,但两者与国标法的R分别为-0.130、-0.064,证实国标法H_(BL)的均值准确度尚可但实时值准确度低。2)偏离度法确定的日最大H_(BL)出现时间,25 d平均和最多均在15时,逐小时H_(BL)07—15时呈缓慢增高态势、15—19时则快速降低;但国标法日最大H_(BL)25 d平均和最多均出现在16时,且H_(BL)在午后13—15时出现坍塌现象,与对流边界层午后峰值规律显著不同。3)前两种方法的H_(BL)与地表温度、气温的相关性均较好,与风速的相关性则较差;而国标法H_(BL)与风速的相关性较好,与地表温度、气温的相关性则较差;偏离度法日最大H_(BL)对最高气温、最高地表温度的平均响应时间分别为1、2 h左右,符合太阳辐射—地表温度—气温—H_(BL)的响应关系和次序,但国标法的日最大H_(BL)未能反映这一响应。4)偏离度法H_(BL)与各污染物的逐小时质量浓度均呈显著负相关,但国标法H_(BL)的相关性较差。5)三种方法综合对比,偏离度法H_(BL)准确度较高,且能给出时空演变;干绝热曲线法H_(BL)准确度较高,但不能给出时空演变;国标法实时H_(BL)准确度低,虽能给出时空演变但午后峰值偏差大。     

2011年春、夏季黄海、东海营养盐分布特征研究

利用2011年4月和8月的调查资料,分析讨论了春、夏季黄海、东海营养盐分布特征及影响因素。结果表明,在调查海域,春季的硅酸盐、硝酸盐的浓度较高;夏季磷酸盐、氨氮的浓度较高。受长江冲淡水影响,长江口-浙闽近海表层营养盐浓度较高,且夏季高值区向外海扩展;外海受黑潮表层水的影响营养盐浓度较低。南黄海营养盐主要受长江冲淡水、黄海冷水团、黄海暖流的共同影响,夏季形成强烈的温跃层,在底层维持着一个稳定的高盐、富营养盐的冷水团。     

基于多船同步观测的夏季胶州湾海温潮内时空分布特征研究

基于2009年8月17～18日连续25h的21船同步海温观测资料,描述了胶州湾夏季海温的潮内变化特征。观测发现,夏季胶州湾海温自湾口至湾顶的差异显著(ΔT>2.0℃),潮内变化明显(约2.0℃)。海温潮内变化与年际变化幅度相当,这表明使用多船同步观测研究潮内及年际以上尺度变化非常必要,而在使用传统单船非同步观测资料时,需做潮汐订正。经验正交函数和热收支分析表明,海温潮内变化有显著的半日周期,与潮位变化呈明显的负相关关系,潮是海温和胶州湾水体热含量潮内变化的主因,而热含量的潮际变化则受到与黄海的水交换和太阳短波辐射的共同作用。另外,海温的水平分布还受到地形、岸线诱导的海流影响,涨、落潮时黄海水入侵的范围不同即为其主要表现特征之一。     

南极菲尔德斯半岛潮间带南极帽贝的种群生态学研究──夏季种群数量变化和垂直分布

于1994年12月—1995年3月（南极夏季）期间,对南极菲尔德斯半岛卵石滩、岩石滩潮间带南极帽贝的种群数量、垂直分布进行了定点、定时、定量的调查和观察。结果表明,南极帽贝的种群数量有明显下降,分别仅为起始数量的35％和52％。卵石滩潮间带的帽贝分布于中潮区及低潮区,尤其是低潮区,且有随季节（冬季来临）向潮下带移动的趋势。岩石滩潮间带的帽贝具有类似的垂直分布特征,但其在分布带上的发生频次有很大差异,呈波动状态。在垂直岩面上,帽贝数量在低潮区的底部更为集中。讨论了导致数量变化、垂直分布的可能原因。今后有必要深入研究种群数量的时空动态及其调控机理。     

长江口邻近海域冬、夏季溶解有机碳分布特征及影响因子研究

根据2013年1月与8月两个航次测得的数据分析了长江口邻近海域溶解有机碳(DOC)在冬、夏两个季节的含量、分布以及影响因素。结果表明,冬季表、底层DOC浓度范围分别介于35.85~145.11μM和33.60~110.52μM之间,平均值分别为79.15μM与68.99μM;夏季表、底层DOC浓度范围分别为63.48~213.65μM和44.69~123.34μM,平均浓度值分别为100.49μM与61.56μM。由于冬、夏两个季节长江冲淡水径流量、现场浮游植物生物量以及流场状况等控制因素的不同,导致两个季节DOC分布特征具有一定区别。水平分布上,整体都表现出从近岸到外海逐渐降低的趋势;垂直分布上,冬季表底层浓度差距很小,夏季浓度由表层向底层不断降低。长江冲淡水输送是该区域DOC的主要来源,相对于冬季,夏季生物活动过程中的释放对表层水体DOC的浓度具有较大的贡献。     

夏季东海一氧化碳的浓度分布、海-气通量和微生物消耗研究

研究了夏季东海海水中和大气中一氧化碳(CO)的浓度分布、海-气通量和表层海水中CO的微生物消耗。夏季东海大气中CO的体积分数范围为63×10-9~120×10-9,平均值为87×10-9(SD=18×10-9,n=37),呈现出近岸高,远海低和北高南低的特点。夏季东海表层海水中CO的浓度范围为0.24~5.51nmol/L,平均值为1.48nmol/L(SD=1.46,n=37),CO的浓度受太阳辐射影响明显;CO在垂直分布上表现出浓度随深度增加迅速减小的特征,浓度最大值出现在表层。调查期间表层海水中CO相比大气处于过饱和状态,过饱和系数变化范围为3.65~113.55,平均值为23.63(SD=24.56,n=37),这表明调查海域是大气中CO的源。CO的海-气通量变化范围为0.25~78.50μmol/(m2·d),平均值为9.97μmol/(m2·d)(SD=14.92,n=37)。在CO的微生物消耗培养实验中,CO的浓度随时间增长呈指数降低,消耗过程表现出一级反应的特点,速率常数KCO范围为0.043~0.32/h,平均值为0.18/h(SD=0.088,n=9),KCO与盐度之间存在负相关关系。     

城市大气边界层分析中的相似理论应用研究

以ＭｏｎｉｎＯｂｕｋｏｖ 相似理论为依据,利用拟合方法和迭代法计算非均匀下垫面近地层湍流特征参数。通过对新疆库尔勒市郊相对平坦地形上的系留探空资料计算分析说明,两种计算方法所得的湍流特征参数相差较大;如何考虑外部参数ｚ０ 对确定非均一下垫面湍流特征参数非常重要。研究结果认为,３００ｍ 以下用乘幂律风廓线描述风速随高度分布是比较合适的     

黑潮源区次表层的低频季节内变化

根据黑潮源区吕宋岛附近(18°N,122.5°E)投放的ADCP测得的流速,发现次表层流动与海表黑潮(Kuroshio,KC)流动并不一致,除了流动方向不同外,次表层吕宋潜流(Luzon Undercurrent,LUC)在500~1000 m深度存在一个低频季节内周期变化(120 d),这一变化并非由海表黑潮的季节性变化引起。针对这一现象,结合混合坐标海洋模式(Hybrid Coordinate Ocean Model,HYCOM)数据,使用涡动能(Eddy Kinetic Energy,EKE)分析并追踪100~200 d周期温盐和流速变化异常,最终得出结论:吕宋潜流季节内变化存在两个频率的周期,较高频季节内变化(80 d)是由表层黑潮区的中尺度涡传递到次表层产生的,而低频季节内变化(100 d以上)由136°E附近的中尺度涡旋经过6~7个月的运动到达吕宋岛沿岸产生的。     

利用平均海面推定青岛水准原点地区的地壳垂直运动

通常利用平均海面所求某点地壳垂直运动是一种视运动,如若干年平均海面实际升降变化为V,陆地实际垂直运动为U,则视垂直运动为(U-V).在推定地区地壳垂直运动,使用平均海面数据时应注意其区域性和周期性的变化.文中以有代表性的平均海面变化结果为依据,求出青岛国家水准原点地区地壳垂直运动速率λn=(+2.2±0.5)mm/a.     

不同水位垂直流人工湿地中植物及微生物特征

利用4个连续进水的垂直流人工湿地,比较分析水位对污染物去除效果的影响,研究湿地中植物对氮磷去除的贡献,阐析湿地中脱氮功能菌数量的演变规律。3个湿地栽种黄花鸢尾,水位分别控制在19、51和84cm,另一个湿地不栽种植物,水位为51cm。结果表明,水位对氮和有机物的去除有显著影响(p<0.05),栽种植物的湿地中,51cm水位时总氮去除率(67.4%～79.2%)最高,19cm水位时氨氮(85.3%～93.0%)和COD(81.8%～92.9%)去除效果最好。试验中黄花鸢尾均生长良好,植物吸收对总氮(Total nitrogen,简称TN)和总磷(Total phosphorus,简称TP)去除的贡献分别为19.2%～27.3%和14.7%～19.2%;植物地上部分发挥更重要作用,其TN和TP含量及对TN和TP的吸收量均高于地下部分。湿地表层基质中3种脱氮功能菌数量均随运行时间的增加而显著提高,亚硝化细菌和硝化细菌数量分别为10~4～10~6和10~5～10~7 MPN/g,随水位升高而减少;反硝化细菌数量为10~3～10~6 MPN/g,随水位升高而增加。     

基于DPSIR模型的长岛地区可持续发展水平评价研究

在“坚持陆海统筹,加快建设海洋强国”的背景下,我国海岛开发利用方式向绿色、生态、可持续发展转变,长岛海洋生态文明综合试验区成为我国海洋生态文明建设和海岛高质量发展的前沿阵地。基于上述考虑,文章运用DPSIR模型,从驱动力、压力、状态、影响和响应5个方面构建长岛地区可持续发展水平评价指标体系,采用熵权法与层次分析法相结合...     

南海北部浮游生态系统要素季节变化的模拟研究

本文基于南海SEATS站的观测资料,利用垂直一维海洋生态系统动力学模式(MEM-1D)模拟了南海北部生态要素垂直结构的季节变化。结果表明,南海北部表层Chla浓度具有明显的季节变化特征,夏季呈现低值(<0.05 mg·m-3),冬季呈现高值,12月为0.38 mg·m-3。春季,风速相对变小,垂直混合变弱,次表层Chla浓度极大值现象形成(80~100 m),并可一直持续到10月末。冬季,海表温度降低,东北季风爆发,垂直混合增强,出现表层水华现象。浮游动物和细菌的垂直结构相似,冬季上层水体中浮游动物和细菌出现最大值,分别为13 mg·m-3和18 mg·m-3。3~10月细菌(12 mg·m-3)同浮游动物(14 mg·m-3)一样出现次表层最大值,其存在深度与浮游动物相似。     

粤东柘林湾柱状沉积物中氮、磷的垂直分布

对柘林湾代表性水区柱状样沉积物中不同形态氮、磷的含量进行了分析,研究了其垂直分布规律及其历史演变趋势。研究结果显示,除湾西北三百门(S2站)和湾中央大规模网箱渔排养殖区中心(S6站)外,其余各测站柱状沉积物中的有机氮(TOM)、凯氏氮(TKN)及各形态磷含量基本呈现"沉降-降解-堆积"三阶段的分布特征,反映了成岩作用的结果。S2、S6测站柱状沉积物中的多项氮磷指标,在表层10 cm以深不降反升与这两测站的高污染压力和弱水体交换能力导致的污染物快速堆积有关。底栖动物对沉积物垂直方向的扰动可能是各氮磷指标在沉降和降解阶段产生波动变化的重要原因之一,但生物扰动对NH4 的垂直变化影响最大。自生磷(Au-P)与有机磷(OP)在表层以下随深度呈一定的镜像关系,与Au-P和OP在成岩过程中的相互转化有关。Au-P随深度的变化幅度比OP的大,表明磷在Au-P和OP之间的转移并不是磷再分配的唯一途径,其它形态的磷也可能参与磷的再分配,而两者在表层不呈镜像关系主要与微生物对两者的降解有关。     

黄河水下三角洲前沿深度基准面及潮位变化分析研究

黄河三角洲前沿的陆地由于受地面沉降的影响,使地面高程不断发生变化.在水深测量中,深度基准面是根据陆地水准点高程确定的,陆地水准点高程的变化影响深度基准面的确定,从而影响水深测量的准确性.又由于黄河海港附近有一无潮点,其附近的潮汐性质变化大,在黄河三角洲前沿大范围水深测量中,根据测区潮位变化设立足够的验潮站及统一各个验潮站的水尺零点到同一个深度基准面上,是保证水深测量结果可靠的关键.通过黄河三角洲前沿陆地高程的变化和验潮获得的资料,介绍了黄河三角洲前沿深度基准面的变化和潮位变化情况.     

东海黑潮地转流计算中的零流面选取问题

零流面的选取是东海黑潮地转流计算中的一个基本问题。通过对东海黑潮主流段PN断面上选取不同零流面时地转流计算结果的比较分析,考虑了东海黑潮的主要特征因子,确定了计算零流面的选取标准和选择结果。结果表明,为使计算结果可以反映实际的流速剖面结构,当水深大于700 m和小于700 m时可分别选取700 m层和底边界作为地转流动力计算零流面。     

细菌反硝化法测试硝酸盐氮、氧同位素的研究与应用

为了验证细菌反硝化法对水体中硝酸盐氮、氧同位素组成测定的适用性、重现性及准确性, 在不同时间(2019年7月28日、8月19日、8月26日)利用反硝化细菌分别将海水、湖水和自来水样品中的硝酸盐转化为氧化亚氮（N₂O）, 并进行氮、氧同位素测定。结果表明, 不同时间段3个批次实验的硝酸盐氮同位素校准曲线斜率都接近理论值1, 相关性系数均高于0.999, 说明反硝化细菌在将样品中的硝酸盐全部还原为N₂O的过程中氮同位素分馏效应很小; 同一样品3个批次测定的硝酸盐的氮同位素值基本相同, 表明细菌反硝化法对硝酸盐氮同位素的测定在长时间周期内具有很好的重现性和准确性。3个批次氧同位素校准曲线斜率稳定在0.61～0.63之间, 相关性系数均高于0.99, 单批次内海水、湖水和自来水3类样品中硝酸盐氧同位素比值的标准偏差范围在0.18‰～0.69‰之间, 表明经过氧同位素校准曲线的校正, 可以准确反映样品中硝酸盐氧同位素组成; 同一样品3个批次测定的氧同位素值差异较大, 其变化范围为1.33‰～16.38‰, 可能是由于样品储存过程中硝酸盐与水之间发生的氧同位素交换作用所致。