降海鲑渗透生理及入海窗口期的研究进展

在过去30年中,降海鲑的发育得到了大量关注,研究降海鲑的发育,特别是如何调控降海鲑发育的时间和品质,以便幼鲑移入海水网箱。洄游型鲑科鱼类幼鲑向降海鲑的转变包含了一系列的行为、形态、生理的改变,这都为降海洄游进入河口做准备。降海鲑发育受几种激素的促进,包括生长激素、胰岛素样生长因子-I、皮质醇、甲状腺素,而催乳素通常会抑制发育。鳃氯细胞中特殊的离子转运蛋白(NKA、Na+/K+/Cl-协同转运蛋白和Cl-通道)丰度的增加引起盐分泌能力的提高,从而有利于降海鲑在海水中生长、游泳和存活。具银化期的鲑科鱼类(如大西洋鲑(Salmo salar)、硬头鳟(Oncorhyunchus mykiss)、银大麻哈鱼(Oncorhynchus kisutch)至少在淡水中生活一年,达到临界最小规格之后才可改变其对光周期的响应。如果在银化前未达到这个最小规格,则需等到下一年(或更长)。鲑科鱼类如何在一年中合适的时间确定其规格或生长率,并增加对光周期的响应性,这一重要的领域还未得到大量的关注。因此,了解降海鲑渗透生理及入海窗口期,查明不同鱼类适宜生长盐度,入海时间和方式非常重要,可为鲑科鱼类(如虹鳟(Oncorhynchus mykiss)、硬头鳟等)在黄海冷水团规模化养殖提供理论支持。     

序言

目前,我国大规模海水养殖主要集中在滩涂和近岸浅水海域的狭小空间范围内,这带来了病害风险、质量安全、产业冲突、生态损失等一系列问题。海水养殖向深远海拓展、走绿色创新之路是产业科学发展的必然选择。中国海洋大学在淡水养殖、海水养殖、渔业工程方面有着深厚学术积淀,同时有物理海洋、海洋地质、海洋工程、海洋化学、食品科学与工程以及经济与管理等学科的有力支撑。基于上述学科基础,经几年酝酿,水产学院“黄海冷水团冷水性鱼类养殖科技攻关团队”于2012年初正式提出了在黄海冷水团养殖鲑鳟鱼类的计划。经与多家养殖企业商讨,最终在2014年10月,中国海洋大学水产学院开始与日照市万泽丰渔业有限公司协作,在我国率先实施了基于现代海洋装备的深远海鱼类养殖项目。     

水流条件下单点系泊不同结构“钻石型”重力式网箱的水动力特性数值模拟

目前深远海网箱养殖已成为我国海水鱼类养殖的一个重要方向,为获得适合于深远海养殖的最优网箱结构,本文利用数值模拟方法,对投放于黄海冷水团的"钻石型"网箱箱体设计了5种结构方案(方案1～方案5),进行水动力特性数值模拟,分析箱体结构的中部水平漂移、底部水平漂移以及网箱阻力等特性变化。研究表明,在流速为1m/s时,网箱中部水平漂移优化效果好的依次为方案5(减少30.59%)和方案2(减少20.23%),底部水平漂移优化效果好的依次为方案2(减少37.33%)和方案5(减少22.39%),网箱阻力优化效果好的依次为方案5(减少12.98%)和方案4(减少9.15%)。研究结果表明,采用刚性底框、方形网目,中部增加刚性圆环,网箱形状为上大下小的圆台形,有利于减小网箱的横向位移,降低网箱的阻力。研究结果可为深远海重力式网箱设计提供技术参考。     

黄海冷水团演变过程及其与邻近水团关系的分析

黄海冷水团是出现在黄海的一种独特的水文现象.文中利用覆盖整个黄海的GDEM三维水温资料,结合近期一些大型调查所获得的有关观测研究结果,首先较系统地分析了黄海冷水团的形成和演变过程,并对冷水团3个冷中心的季节演变提出了一些与前不同的认识.同时,通过对黄海冷水团形成、发展和消亡与该海域温跃层演变关系的分析,进一步揭示了黄海冷水团演变的机理.然后,探讨了黄海冷水团演变过程中与青岛和仁川东南海域冷水团以及东海北部底层冷水的关系.分析表明,在黄海冷水团发展的鼎盛时期,青岛冷水团和仁川东南海域冷水团以及东海北部底层冷水皆包络其中.     

黄海海表温度与冷水团年际变化关系的分析研究

基于NOAA提供的1982—2016年日平均OISST.V2数据、大面站观测数据以及FVCOM数值模拟数据,在分析黄海冷水团的年际变化规律以及SST变化特征的基础上,确定了黄海SST和冷水团特征参数,采用相关分析方法,探究黄海SST与冷水团的相关关系。结果表明:黄海冷水团8℃等温线包围面积年际变化幅度最大,9℃等温线次之,10℃等温线包围面积年际变化幅度最小;北黄海冷水团冷中心大小和位置均比南黄海冷水团更稳定;受到地形限制,冷水团冷中心虽然每年位置变化较大,但活动范围较为固定。通过对黄海SST和冷水团特征参数的相关分析,发现冬季9℃等温线到达的纬度与黄海暖流流量和冷水团面积之间均存在较好的相关关系,尤其是冷水团与前一年冬季表层9℃等温线到达纬度相关程度更高,这说明冬季黄海SST不仅能够反映黄海暖流的强弱,也能够反映第二年夏季黄海冷水团的强弱。     

夏季黄海冷水团冷源估算及开发方式分析

通过分析2011年8月的出海调查数据,绘制了不同断面上的温度分布图及调查海域底部的温度分布图,基本了解了黄海冷水团西边界的空间分布特征;根据热力学及流体力学的基本理论,在忽略热量传递次要项的前提下,通过计算海水在输运过程中的"冷量"损失,得到了黄海冷水在输运过程中的温度变化情况;进一步结合青岛地区海水源热泵技术的具体应用情况,分析探讨了黄海冷水团的开发利用前景。结果表明:黄海冷水团边缘距离岸边较近,约20~40km,在冷水输运过程中"冷量"损失较小,管道内部末端水温仅升高5℃~6℃,并且青岛地区已经具备相对成熟的海水温差能利用技术,这些都为黄海冷水团的开发利用提供了理论与现实基础。     

黄海冷水团新生产力及微食物环作用分析

为了进一步揭示黄海冷水团水域浮游生态系统能流、物流循环的基本动力学特征,利用水层-底栖耦合生态系统垂直3层模型,模拟分析了该水域生源要素的基本特征及年变化特点,并着重分析了初级生产力、新生产力及微食物环作用。通过对黄海冷水团水域初级生产力和新生产力的模拟分析,估算出黄海冷水团年平均初级生产力为228.47mg.m-2.d-1,并根据模型中营养盐的来源估算出f比约为33%。分析模拟结果还表明,在黄海冷水团存在的季节,冷水团水域水层营养盐匮乏,浮游植物生产受限制,仅在晚秋出现了不十分明显的“秋华”。然而,在此时段内,浮游动物的生物量基本和浮游植物为同一量级且量值比较接近,由此可推断微食物环在黄海冷水团能流、物流循环过程中担当了重要的角色。模拟结果表明,浮游动物生长所需的碳约有60%是通过微食物环供给的。与实测及文献结果相比较,模型的模拟结果是合理可信的。     

夏季南黄海深层冷水团内部的水文结构

在整个黄海水域，夏季存在着范围广阔的深层冷水块。习惯上根据地域分布的不同，把地处北黄海的冷水块叫“北黄海冷水团”，地处南黄海的叫“南黄海冷水团”这两冷水块连成一体通称“黄海冷水团”。赫崇本是我国最早分析黄海冷水团的基本属性和消长变化的学者之一；而后，管秉贤分析了黄海冷水团的水温变化和环流结构，并进一步确认黄海冷水团是冬季保留下来的。近几年来我国学者对黄海冷水团的成因和水文、环流结构又有不少新的研究。例如，袁业立提的热生模式较好地讨论了北黄海冷水团中心区域的热结构和环流结构；Guo Binghuo(郭炳火)根据南黄海冷水团分裂成两个低温中心，指出：围绕南黄海冷水团存在着大小两个气旋式冷水团环流。万国铭等1)依据经典的水团分析技术指出：南黄海冷水团仅分布于123°E以西的狭小区域，而123°E以东的广阔水域则为黄海暖流底层水所占据。赵保仁提出潮混合对黄海冷水团的边界起着重要的控制作用。以上几种观点，对进一步分析黄海的水团和环流结构都有着启发意义。 本文的主要目的，是依据1984年7月中美联合调查所获得的水文资料(站位见图1)和部分历史资料来阐明南黄海冷水团内部的复杂结构。分析结果表明，夏季南黄海深层冷水团内部，仍然存在着春季保留下来的具有高温高盐性质的黄海暖流水系的扩张现象。这一扩张现象似可理解为与黄海暖流同源但已被切断联系的黄海暖流残迹在黄海冷水团内部继续前进的反映。因此，夏季黄海冷水团可进一步划分为具有高温高盐性质的“黄海暖流水”和具有低温低盐性质的“黄海本地冷水”两个次级水团。在这两种水团之间，存在着明显的锋面和显著的混合现象，在锋面处还可以观测到由双扩散产生的两水团之间的相互侵入现象。     

海洋岛海域在受黄海冷水团影响时期的水温特征

黄海冷水团作为夏季存在并有规律地逐月影响黄海海域的特殊水团,对于它的整体水文特征、形成原因、运动方式以及影响其强度的环境因素,曾有过许多研究和报道[1-4].但是,关于冷水团势力影响海洋岛海域,在海洋岛海域形成的特殊水温特征却未见报道.本文将根据我们几年的水温观测结果结合有关冷水团的资料对黄海冷水团影响海洋岛海域所形成特殊水温特征及其形成原因做以下报道和分析.     

青岛冷水团的生成与演变研究

本文基于现场观测资料并结合FVCOM三维海洋模式的模拟结果,研究了2010年青岛冷水团生消过程和演变机制。结果表明,山东半岛东南海域的中层冷水是青岛冷水团的雏形,于4月中旬演变为青岛冷水团,位于青岛东南外海40m以下的盐度锋面中;刻画了青岛冷水团的消亡过程:5月青岛冷水团的北部底层水并入南黄海底层冷水中,构成南黄海的西部冷中心;而南部水团面积大幅减小,温盐特征大幅上升;6月上旬,青岛冷水团完全被南黄海底层冷水吞并,青岛冷水团完全消亡;揭示了青岛-石岛近海反气旋涡、黄海冷水团锋面密度环流对青岛冷水团的作用,前者是青岛冷水团存在的动力机制,后者加剧了底层海域的水平热量交换,促使了青岛冷水团的消亡。     

中国海底栖多毛类分类多样性

环节动物多毛纲是大型底栖生物重要类群,对其生物多样性和区系分类的研究,有助于分析人类活动和全球气候变化对生物的影响。之前我国底栖多毛类的多样性研究主要集中在黄海等局部海域。现系统整理渤海、黄海、东海和南海(未包含三沙海域)底栖多毛类的物种名录,并计算了分类多样性指数和相似性系数。结果表明,平均分类差异指数(Δ+)东海最高,达93.23;渤海最低,为90.56。而分类差异变异指数(Λ+)渤海最高,达277.83;东海最低,仅210.45。科级和种级的相似性系数表明,科级水平上4个海域间的相似性均较高,种级水平上渤海和黄海的相似性最高,达0.486;渤海和南海的相似性最低,仅0.128,表明4个海域的底栖多毛类有明显的区系分类差异。通过分析底栖多毛类生物在中国近海的分类多样性差异,初步探讨中国海底栖多毛类的动物区系,以期加深对我国底栖多毛类多样性的认识,为中国海多毛类的多样性研究提供科学依据。     

大沽河口底层海水溶解氧浓度分析

大沽河是胶州湾入海径流量最大的河流,对其入海口海水溶解氧含量进行分析可以衡量水质的好坏,为大沽河污染治理效果提供依据。本文基于2016年11月6日—2017年6月20日期间大沽河口底层海水温度和溶解氧浓度等数据,对其底层海水溶解氧浓度的时间变化特征及影响因素进行了分析,并对水质进行了评估。结果表明,观测期间大沽河口海水溶解氧浓度以季节变化为主,秋季至冬季升高,冬季至夏季降低,其中1月平均值最高,约为11.86mg/L,6月份最低,约为6.17mg/L。影响大沽河口海水溶解氧浓度变化的主要因素是海水温度,溶解氧浓度随着温度的季节性变化而变化。在大风天气的影响下,溶解氧浓度在秋季末至春季初期出现了过饱和的现象。大沽河口底层海水溶解氧浓度受到潮汐作用的影响存在半日周期和日周期的变化特征。在观测期间大沽河口不存在溶解氧浓度低于二类水质标准的现象。     

调制Stokes波列长期演化过程中的熵值分析

深水Stokes波列的不稳定调制演化与实际海面的瞬变性、波浪破碎、畸形波等海洋现象密切相关,且波列在长期演化的过程中,演化特性会随着时间尺度的增加而改变,前人的研究多是针对其空间分布特性,对于波列内部能量的分布和变化趋势尚不清楚,因此引入熵的概念用于描述调制Stokes波列长期演化过程中任意时刻波浪场中不同频率波浪能量分布的均匀性。通过高阶谱方法数值模型,模拟了不同初始波陡条件下调制Stokes波列波数谱熵值的长期演化,给出不同阶段初始波陡和熵的关系,并将稳定状态熵值及谱形与典型海浪谱进行对比分析,发现调制Stokes波列长期演化的波数谱熵值和谱形均趋向实测JONSWAP谱,表明其经过长期演化发展,谱变宽变连续,波场内的能量分布趋向均匀并保持动态的平衡,同时也更加趋近于真实海浪。     

2017年夏季红沿河附近海域溶解态营养元素时空分布特征

通过2017年7月和8月辽东湾东南部海域两个航次的营养盐的实测数据,对该海域溶解态营养元素的浓度、分布及其主要影响因素进行了分析。结果表明:夏季红沿河附近海域氨氮(NH4-N)是DIN的主要存在形态,DON是溶解总氮(DTN)的主要存在形态。除NH4-N外,8月航次溶解态无机营养元素浓度均高于7月,而溶解态有机营养元素浓度则低于7月。各种形态营养元素浓度最高值均位于近岸区,总体来说,近岸区营养盐的浓度普遍高于离岸区,河口区营养盐浓度高于非河口区。由河流输入和人类活动引起的陆源输入对该海域营养盐浓度的高低和分布有重要的影响。水团的运动和生物活动也是影响该海域营养盐分布的关键因素。按照化学计量限制的评估方法,绝大部分海域属于磷限制性海域。人类活动导致陆源营养盐输入是红沿河附近海域营养盐的主要来源,也是其水体营养结构失衡的关键原因所在。     

基于11年高度计数据的中国海海平面变化初步研究

利用1992年10月~2004年1月共11 a的TOPEX/Poseidon(T/P)和Jason-1高度计数据,对中国海海平面的时空变化变化做了初步分析,并且对11 a间海平面的上升速率进行了分析。研究发现中国海海平面11 a间的一些基本的变化特征:(1)11 a间中国海海平面变化被两次厄尔尼诺-拉尼娜现象分成了5个阶段;(2)中国海海平面变化以1 a周期为主,其中黄海和东海变化较为相似,以1 a周期信号为主,而渤海则还有2个月的周期信号,南海还有0.5 a信号;(3)11 a间,渤海海平面变化振幅最大,黄海和东海次之,南海变化最小,南海海平面变化受厄尔尼诺-拉尼娜事件影响程度最大,黄海和东海次之,渤海最小;(4)中国海海平面的上升速率为0.593 cm/a,渤海、黄海、东海、南海的上升速率依次为0.365,0.517,0.683,0.611 cm/a。分析结果为中国海海平面的变化规律、厄尔尼诺现象对中国海海平面变化的影响以及对未来海平面上升趋势的预测提供了有力的依据。     

不同周期分潮簇对复杂河网潮位分布的影响

在不规则半日潮为主的河口,半日和全日周期的分潮簇在很大程度上影响了潮位的振幅。但当潮波向三角洲河网内部传播时,由于不同周期分潮簇的振幅沿程变化速率存在差异,特别是半月周期分潮簇振幅作用得到增强,使得不同周期分潮簇对河网内潮位分布的影响具有明显的区域性特征。通过珠江三角洲河网一维水动力模型得到研究区域内高频且长周期的潮位资料,基于小波分解重构出主要周期分潮簇的振幅,采用谱聚类图像分割算法,通过像素分割计算确定综合相似度,从图像学等角度论证了不同周期分潮簇与复杂河网潮位分布的空间关联性。研究发现,半日和全日周期的分潮簇影响了复杂河网口门潮位振幅的量值,但半月周期的分潮簇却影响了复杂河网整体潮位分布的形态特征。     

台风“苏力”(2013)期间海洋上层温、盐及海平面异常变化特征

台风"苏力"是2013年最强的台风之一。本文利用再分析资料、卫星遥感资料及ARGO浮标数据等分析了台风过境所引起的海表面温度(SST)、海表面高度异常(SLA)以及海洋次表层温、盐的变化规律,给出了上层海洋对台风响应的基本特征。台风所经过的海域都存在着明显的降温,在冷涡区域引起了6~7℃的海表温度的冷却,降温区域集中在路径的右侧。台风造成SLA降低,最大为20cm左右。海表温度的变化滞后于海面高度的变化。ARGO浮标数据显示,台风引起了海面的显著降温,最大降温幅度为5℃,位于冷涡内,且位于路径的右侧。路径左侧的SST的降低相对较小,为1.5~2.5℃。台风的扰动导致次表层水涌升到表层,改变了表层的盐度和密度,引起混合层加深。     

大沽河下游地区地下咸水的水化学特征及成因

大沽河下游地区存在大面积咸水体,为了查明咸水体盐分的来源,揭示地下水咸化机理,于2017年4、8和10月在大沽河下游地区采集地下水样品,对其进行研究。现场原位监测地下水的水位、水温、电导率和总溶解性固体等,并采集水样进行主要水化学离子测定。用数理统计法、吉布斯图解法、主要水化学离子比值法以及卤族元素比值法对地下水样进行综合分析,分析地下水化学分布特征,识别出地下咸水的盐分来源;并结合古地理、地质和水文地质资料,研究其咸水形成机理。结果表明:(1)研究区由西北向东南方向,TDS和Cl浓度均逐渐升高,水质由淡水逐渐向盐水转化,地下水的优势阴离子类型沿着HCO_3型→HCO_3·Cl型→Cl·HCO_3型→Cl型变化,大部分地区的阳离子以Na^+占主导地位。(2)研究区内地下淡水受到岩石风化-溶滤和蒸发浓缩的共同影响,地下咸水的形成主要受到与海水的混合作用控制,还受到阳离子的交换吸附和矿物溶解作用的影响。(3)综合Br/Cl和I含量,证实了研究区存在着海相沉积地层的溶解作用,这是研究区东南部地下咸水的重要盐分来源。     

大亚湾夏、冬浮游植物群落结构与环境因子

根据2015-08和2015-12大亚湾海域的调查数据,对大亚湾浮游植物种类组成、丰度分布、多样性及与环境因子的关系等进行分析。结果显示:夏冬两季共鉴定出浮游植物5门39属102种,其中硅藻70种,甲藻27种,金藻和绿藻分别为2种,蓝细菌1种。浮游植物丰度夏季波动范围为(0.80～42.43)×10~6个/m^3,均值为10.70×10~6个/m^3;冬季波动范围为(0.13～43.80)×10~6个/m^3,均值为7.24×10~6个/m^3;浮游植物丰度组成夏季以硅藻为主,占总丰度的97.51%,冬季则以金藻和蓝细菌为主,占97.41%。夏季优势种为中肋骨条藻(Skeletonema costatum)、柔弱拟菱形藻(Peseudo-nitzschia delicatissima)和菱形海线藻(Thalassionema nitzschioides);冬季优势种为球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)和束毛藻(Trichodesmium sp.)。冗余分析显示,影响大亚湾浮游植物分布的关键环境因子,夏季为透明度、氮磷比、温度和盐度,冬季为盐度、pH、温度和亚硝氮。     

鲁海丰海洋牧场流场特征分析

根据海底有缆观测系统连续观测得到的3个半月的海水流矢量资料,利用功率谱分析、调和分析、旋转谱分析和相关分析等方法研究了鲁海丰海洋牧场海域海流的时间变化规律和空间结构特征。主要结论如下:在整个水体厚度上,西北向流占优,呈现出向岸流的特点,且由表及底,西向流减弱,北向流增强;潮流类型为正规半日潮,M2分潮流为主,各层主要分潮流均表现为以逆时针方向旋转为主的往复运动,总体上观测点的日周期波动只由全日潮流引起,不受当地惯性流影响。此外观测点处的流还表现出更高频的波动周期;鲁海丰海洋牧场的表层余流主要由海面风场驱动,同时也受到山东半岛沿岸流的影响。