北部湾东北部水团分布及季节变化分析

基于2016年9月—2017年8月北部湾海域棕囊藻调查9个航次的温度、盐度和密度等水文数据,通过K-mean动态聚类分析方法分析了研究海域水团的分布及季节变化过程。根据温盐资料将研究海域的海水类型分为低温高盐的陆架底层水团、陆架表层混合水团和低盐沿岸水团。通过20°10′N断面上多期次的温盐分布特征揭示了北部湾整体上逆时针环流在北部湾东侧陆坡的存在;通过大面水文调查的结果揭示琼州海峡的余流特征,并结合卫星漂流浮标运动轨迹揭示了珠江冲淡水对研究海区水团分布的影响。本研究丰富了对北部湾东北部水团分布和季节变化的认知,对研究该海域赤潮发生、发展规律有指导意义。     

南海西南部巽他陆架底层冷水及其季节变化分析

本文利用历史水文观测数据研究了南海西南部巽他陆架水团特征,结果表明:(1)巽他陆架纳土纳群岛周围底层存在着低温高盐的冷水,该冷水沿地形爬升分为两支,一支可延伸至泰国湾,另一支伸向卡里马塔海峡;(2)巽他陆架底层冷水有明显的季节变化,该底层冷水在春季开始形成,夏季达到最强,秋季开始衰退,最后在冬季完全消失;(3)巽他陆架底层冷水来源于南海次表层水的涌升。夏季西南季风使陆架表层水向南海流动,有利于南海次表层低温高盐水沿地形向陆架爬升,此时底层冷水与表层水温差超过8°C。冬季东北季风,使南海表层水向陆架流动,海水在陆架堆积,从而阻止了南海次表层低温高盐水的爬升。     

对马海峡环流季节变化的模拟及分析

在利用改进的POM模式的基础上,嵌套西北太平洋区域模式HAMSOM结果,建立1个日本海对马海峡海域斜压准预报模式.通过与已有的观测和研究进行对比,得到较为可信的模拟结果.以温度场和盐度场为参考,系统分析讨论该海域的环流结构及其季节变化.对于温度锋和盐度锋的位置,以及对马暖流的流核等存在争议的问题给出了相应的解释.对马海峡作为日本海的上层水体主要输入区域,对马暖流携带的高温高盐水经过该区域时,在温盐等方面呈现出自南向北的递减变化趋势.对马暖流被对马岛分为东西两支,流核深度随季节变化,并且明显存在双核结构.     

庆良间水道的水交换对东海黑潮水团特性的影响

庆良间水道水交换对其上下游东海黑潮的流量和水团特性的变异都起到了非常重要的作用,本文通过将历史观测的WOD资料插值为1/8°×1/8°的网格化数据,估算了庆良间水道的地转流通量特征,然后结合Argo浮标数据讨论了庆良间水道的水交换对东海黑潮水团特性的影响,研究结果表明:(1)西太平洋通过庆良间水道流入东海冲绳海槽主要发生在水道的次表层,并且次表层的入侵可能跟庆良间水道东部的琉球流有关;(2)庆良间水道上下游黑潮的水团特性由于受到来自庆良间水道的动力混合作用导致其存在差异。黑潮次表层高盐水到达冲绳附近之后盐度略微增加,深度略微变浅,然而黑潮中层低盐水的盐度显著减小,深度明显加深;(3)庆良间水道上下游东海黑潮的次表层高盐水和中层低盐水其盐度的季节变化规律不一致。次表层高盐水盐度的季节变化可能同时受到庆良间水道的流量和表层淡水通量的影响,在冬季最强,夏季最弱,然而中层低盐水盐度的季节变化主要受庆良间水道流量的影响,在秋季最强,夏季最弱。     

东海PN断面水团分布的季节变化

利用PN断面的高分辨率CTD温度、盐度和密度资料,采用曲线族拟合的水团分析方法分析发现,PN断面处的水团有明显的陆架水和黑潮水的交汇特征,且随着季节的变化PN断面处的水团特征也发生明显的变化.夏季,黑潮水核心离陆架的距离最远且深度较深,陆架水与黑潮的混合水浮置于黑潮水本体之上且向深海拓展的最远,隶属度在PN断面上200 m的分布几乎呈水平状;秋季,黑潮水主体离陆架的距离最近,并将陆架混合水向陆架压迫,使得隶属度等值线由夏季的平直状态向陆地弯曲;冬季,黑潮水团的核心占据了深海区域的整个表层和次表层,且位置相对于秋季更向深海移动,黑潮水与陆架水的交汇处也由秋季的陆架移向陆坡;春季,是唯一可以清楚地看到陆架混合水隶属度分布的季节,此时陆架混合水充满整个陆架海域,而黑潮水的核心进一步远离陆架.海面风场和净热通量场通过改变混合层的深度影响PN断面处黑潮水和陆架水之间的混合,而海面降水对于PN断面上的水团分布特征没有显著影响.     

日本海的锋面分布特征及其季节变化

基于1980—2015年的SODA(Simple Ocean Data Assimilation)数据,采用绝对梯度方法提取了海洋锋信息,分析了日本海锋区的空间分布特征、锋轴线位置和锋出现频率,研究了日本海温度锋、盐度锋的分布特征和季节变化规律。结果表明:日本海温度锋总体上呈SW—NE走向,季节变化特征显著;锋轴线没有随季节变化发生明显摆动,但随着深度的增加向日本沿岸移动。盐度锋季节性变化规律显著,但轴线位置相对稳定;在整体空间分布上和季节变化上均与温度锋截然不同;整个盐度锋可分为对马海峡锋和日本海北部锋两部分,其中对马海峡锋位于对马海峡附近,具有和当地温度锋相同的特征,日本海北部锋位于日本海最北部,沿着俄罗斯海岸分布。     

春末黄东海域溶解氧分布与水团关系

以１９８７年５—６月中日台作黄东海域综合调查的溶解氧资料为主，探讨调查海区溶解氧分布特征与水团的对应关系。指出：近岸水团溶解氧合量高，远海低；上层水团高，下层低。在黄海冷水和东海北部底层冷水的上界出现明显的溶解氧垂直分布最大值及封闭形高氧区。水团边界区，氧跃层明显。溶解氧含量变化与水团温盐特性有关。通过分析发现，溶解氧对鉴别次表层以深各水团，特别对鉴别东海次表层水及黑潮次表层以深各水团，可作为一种有效的指标。     

北黄海夏季溶解氧与表观耗氧量年际变化时空模态

根据北黄海夏季断面1976~2015年历年8月监测资料,采用时空分析等方法,研究了北黄海夏季断面溶解氧含量和表观耗氧量年际变化时空模态.溶解氧含量与表观耗氧量年际变化分别有3种主要时空模态,第一、二模态是近底层水体低氧、贫氧年际变化的主要影响分量,第三模态是混合层水体高氧、富氧年际变化主要影响分量.生物活性组分(BAC)耗-生氧与海洋环流输送增减氧过程是夏季溶解氧含量与表观耗氧量年际变化主要影响因素,温跃层强度年际变化不是主要影响因素.2001年后,表层月海气氧通量年际变化由氧汇分布为主转变为氧源分布,表层溶解氧含量增大以及生物活性组分生氧作用增强年际变化是这种转变的原因.北黄海夏季断面年平均溶解氧含量、表观耗氧量空间分布相似性较低,夏季断面年平均温度、盐度以及沉积物需氧、风生环流是年平均溶解氧含量、表观耗氧量分布的主要影响因素.生物活性组分耗-生氧过程是断面各层月平均溶解氧含量、表观耗氧量年际变化主要影响因素,温度变化是次要因素.由于断面水体低氧幅度与贫氧面积显著线性增大,与30多年前比较,黄海溶解氧含量、表观耗氧量场季节变化空间分布与时间形态已经发生改变.     

北黄海及渤海变性水团的初步分析

根据1978—1980年渤海及北黄海70个测站的表、底层温、盐资料,用预先给定控制临界值的聚类方法,在该海域划分出5个水团。分析结果表明。1.渤黄海暧水团在冬季为高盐特征,夏季为中盐性质;其分布范围在冬—春季较小而夏—秋季较大。2.渤海水团为中温中盐性质:其温、盐度变化较小而冬—春季范围较大。3.黄海冷水团是一个高盐水团,它在5个水团中保守性最强,而从5月至8月范围较大。4.渤海沿岸水是一个不稳定的水团,其盐度较低,温度变化较小,春季和秋季范围较大而夏季和冬季较小。5.江河冲淡水是温度变化较大的低盐水,其范围夏季大而冬季小。水团的分布,在地理位置上是从该海区之东向西,一层套一层,而各水团在不同季节有自己的模式。此外,本文还探讨了水团消长变化和渔场的关系。     

北黄海冷水团季节变化特征分析

基于2006至2007年“908”项目执行期间春夏秋冬共四个航次的CTD温盐数据,针对四个季节底层大面及大连一成山头断面温度和盐度的分布特征,分析了北黄海冷水团的季节变化,初步探讨了其消长过程,并与历史资料相比较,发现了关于北黄海冷水团的新问题。研究表明：夏季,北黄海冷水团温度和盐度与历史资料相比,低温中心位置存在东偏,但低温中心温度和盐度变化不大。春季,32．8psu高盐水舌主轴位置较冬季偏西约75km,123．5°E以东的原冬季盐度高值区的范围向北延伸的势力大减,退化为较弱的小高盐水舌冬。冬季,北黄海冷水团已经消失,黄海暖流呈舌状向北延伸。秋季,减弱的北黄海冷水团存在两个中心温度约9℃的低温中心。     

沙尘和灰霾对西北太平洋浮游植物群落结构变化的影响

通过在西北太平洋黑潮亲潮混合区(E02和E10M)和副热带寡营养区(M1和M1B)开展的船基围隔培养实验,探究了不同海域表层海水中浮游植物对沙尘和灰霾添加的响应,以及浮游植物群落结构的变化。结果表明,黑潮亲潮混合区浮游植物可能受铁(Fe)限制,副热带寡营养区浮游植物主要受氮(N)限制。沙尘和灰霾添加均可以促进浮游植物生长,并可使浮游植物的粒级结构分布发生明显变化。在黑潮亲潮混合区,沙尘添加组使小型浮游植物对总叶绿素a的贡献率(C_Micro)由～10%上升至～55%,超微型浮游植物对总叶绿素a的贡献率(C_Pico)由～70%下降至～20%,但在培养实验过程中,各粒级浮游植物对总叶绿素a贡献率的变化量与沙尘添加量无明显的相关关系,这种现象的原因可能是不同量的沙尘添加均可为浮游植物的生长提供较充足的Fe导致的。在副热带寡营养区,沙尘或灰霾添加组的C_Micro由～10%上升至～35%,C_Pico由～70%下降至～55%～～35%,各粒级浮游植物对总叶绿素a贡献率的变化与沙尘或灰霾添加量呈线性相关关系,表明浮游植物的生长对沙尘或灰霾的N供给量具有较高的敏感性。     

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。     

海洋酸化对碳、氮和硫循环的影响

工业革命以来,大气CO_2浓度呈现快速增加的趋势,随之而来的问题是海洋酸化的程度越来越明显。与工业革命前相比,目前海洋表层海水pH降低了0.1个单位,到本世纪末估计会降低0.4个pH单位。本文综述了海洋酸化对碳、氮和硫循环的影响,包括碳循环中的溶解度泵、碳酸盐泵、软组织泵和微型生物碳泵,海洋酸化对氮循环中氮的固定、硝化作用、反硝化作用、N_2O的产生的影响,海洋酸化与硫循环中二甲基硫(DMS)的产生及其与食物网结构之间的关系。海洋酸化无论是以直接或间接方式均会在一定程度上对碳、氮和硫的生物地球化学循环产生影响,最终改变海洋系统的结构与功能。在自然界中,海洋酸化不是一个独立的过程,而是与其他物理、化学、生物变化因素相偶联共同作用于碳、氮和硫的生物地球化学循环。     

台湾东黑潮主流区近千年来沉积物稀土元素的变化特征与来源

基于沉积物AMS14C定年,研究了近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物的稀土元素组成变化特征及赋存形态,探讨了该区近千年来稀土来源。台湾东黑潮主流区近千年来沉积物中稀土元素总量平均为119.82μg/g,低于上陆壳和中国黄土的稀土元素平均含量,与冲绳海槽较为接近;轻重稀土元素比值平均为11.30,明显富集轻稀土,具有明显的陆源属性。研究区沉积物稀土元素对球粒陨石和上地壳标准化配分模式均表现为轻稀土富集重稀土相对亏损,且具有弱的Ce正异常。根据定年结果及稀土元素变化特征趋势将柱状沉积物分为3层：0~8.5、8.5~21.5和21.5~30cm,随深度增加稀土元素总量的平均值逐渐增大,轻重稀土元素比值逐渐减小,Ce正异常程度逐渐减弱。稀土元素赋存形态分析表明,La、Ce、Pr、Nd 4种轻稀土元素主要为天然陆源,其他稀土元素受氧化还原环境影响相对较大。稀土元素主要存在于残渣态中,其次为铁锰氧化物结合态,残渣态对台湾以东黑潮主流区沉积物中总稀土元素的配分模式起决定性作用,也是造成Ce正异常的关键赋存形态。近千年来沉积物中稀土元素变化与沉积物粒度关系不大,物质来源较为稳定,台湾东部河流输入是研究区沉积物中稀土元素的最重要来源,亚洲大陆风尘输送对稀土元素的贡献较小。     

长江流域颗粒态金属元素的分布及其主要影响因素

为了解三峡工程建成后长江流域颗粒物的风化状况及颗粒态重金属的变化规律和污染程度,于2009年8—10月对长江干流及主要南、北支流悬浮颗粒进行采样调查。本文采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)对颗粒态常量金属(Al、Ca、Fe、K、Na)及重金属(Cr、Zn、Cu、Ni、V)进行测定。利用化学风化指数(CIA)估算长江流域颗粒物的风化程度,结果表明:长江干流的化学风化指数在62~75之间,风化程度下游高于上游,气温、岩石类型及地势是主要的影响因素。长江流域南、北支流颗粒物CIA平均值分别为71和66,主要受岩石类型和南北气候影响,与三峡工程前相比CIA值无明显变化。利用富集因子(EF)估算长江流域颗粒态重金属污染程度,结果表明:总体长江干流及北岸支流污染较轻,仅Cu、Zn处于中等程度富集。南岸支流湘江、螳螂川颗粒态Cu、Zn显著污染,主要受采矿及人为排污的影响。采用因子分析对干流上、下游颗粒态金属的组成进行来源分析,提取了三个因子,结果表明主要受自然来源影响,同时也受到人类活动(大坝拦截、排污)及化学风化影响。     

近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物来源及其对气候波动的响应

基于AMS¹⁴C定年结果,对近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物的粒度、黏土矿物组成及结晶学特征等进行研究,分析该区沉积特征、物质来源及近千年来环境演化的沉积记录。结果表明,台湾以东黑潮主流区沉积物主要为细粒的粉砂和黏土,沉积速率平均为34.44 cm/ka,低于东海陆架和冲绳海槽南部,高于开阔大洋,具有从陆架向大洋过渡的沉积特征。黏土矿物组成的分析结果表明,台湾以东黑潮主流区沉积物黏土矿物组成以伊利石(平均57%)和蒙脱石(平均25%)为主,含有少量绿泥石(平均16%),几乎不含高岭石(平均2%),其中蒙脱石主要来源于吕宋岛弧物质输送和附近海域原位的基性火山物质蚀变,伊利石和绿泥石主要来源于亚洲大陆风尘输送和台湾东部河流输入,高岭石主要来源于台湾东部河流和吕宋岛弧物质输入。黏土矿物的物源定量识别研究表明,研究站位的黏土矿物有26%～72%来源于亚洲大陆风尘输送,11%～55%来源于台湾东部河流输入,11%～26%来源于吕宋岛弧物质输送。近千年来沉积物物源的变化特征较好地反映了中世纪暖期、小冰期和现代暖期这3个百年尺度的全球性气候变化阶段。亚洲大陆风尘输送和台湾东部河流输入对研究区沉积物的相对贡献量变化反映了中世纪暖期较强的东亚冬季风特征和台湾地区较为干旱的气候环境,同时也反映了小冰期逐渐减弱的东亚冬季风强度和台湾地区较为湿润的气候环境。现代暖期和中世纪暖期在东亚热力差异和降水异常上的差别反映了人类活动对沉积物的扰动。而研究区小规模的沉积特征突变事件主要与暴雨、台风和地震活动相关。     

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。     

镀镍多壁碳纳米管对序批式反应器性能及其微生物群落的影响

本文研究了长期暴露条件下镀镍多壁碳纳米管(MWCNTs-Ni)对序批式反应器(SBR)性能、微生物酶活性和微生物群落的影响。研究结果表明,10mg/LMWCNTs-Ni的长期暴露未对SBR去除有机物产生影响,而NH+4-N的去除率由(99.10±0.60)%明显降至(39.04±1.61)%。与进水中未加入MWCNTs-Ni时的第32天相比,活性污泥比耗氧速率(SOUR)和脱氢酶(DHA)活性在第148天时分别降低了17.43%和24.32%;而脱氮速率和与脱氮相关的微生物酶活性均降低了60%以上,从而导致SBR对氮的去除效果明显降低。MWCNTs-Ni的长期暴露导致活性污泥活性氧(ROS)产生量和乳酸脱氢酶(LDH)释放量在第148天时分别增加了67.23%和65.33%,表明MWCNTs-Ni的长期暴露能够诱导活性污泥中微生物产生氧化应激和细胞膜损伤。高通量测序结果表明,长期暴露于10mg/L的MWCNTs-Ni条件下,活性污泥中与硝化过程相关菌属(Nitrosomonas、Nitrosospir、Nitrospira)和与反硝化过程相关菌属(Dokdonella、Dechloromonas、Steroidobacter、Devosia、Thermomonas)的相对丰度明显降低,进而影响到SBR对氮的去除。该研究结果可为评价MWCNTsNi对污水生物处理系统的潜在影响提供一定的理论基础和技术依据。     

盐度对序批式生物膜反应器性能及微生物活性的影响

本文研究了盐度变化对序批式生物膜反应器(SBBR)性能及微生物活性的影响。研究结果表明,进水盐度不超过1.5%时,SBBR对COD的平均去除率高于88.63%,但进水盐度为2.5%时,对SBBR的COD去除产生抑制。当进水盐度由0%增加到2.5%时,NH^+_4—N去除未受到影响,出水NO^-_3—N浓度在0.30～3.30 mg/L范围内变化,然而出水NO^-_2—N浓度从0 mg/L逐渐增大到(4.35±0.02) mg/L。比耗氧速率由进水盐度为0%时的(27.39±1.16) mg O_2/(g MLSS·h)增大至进水盐度为1.5%时的(83.41±1.17) mg O_2/(g MLSS·h),而在盐度为2.5%时比耗氧速率降低至(38.62±1.08) mg O_2/(g MLSS·h)。比氨氧化速率、比亚硝酸盐氧化速率、比硝酸盐还原速率和比亚硝酸盐还原速率均随着进水盐度从0%增加到2.5%而逐渐降低。当进水盐度为2.5%时,氨单加氧酶、亚硝酸盐氧化还原酶、硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶和脱氢酶的活性与盐度为0%时相比分别降低了41.48%、95.86%、28.57%、27.85%和48.13%,表明盐度增加抑制了微生物酶的活性。     

北戴河退化滨海湿地土壤微生物多样性研究

滨海湿地退化是全球关注的一个热点研究问题,其中湿地退化对土壤细菌群落结构和生态学功能的影响程度目前知之甚少。对北戴河大潮坪滨海湿地植被区和退化区土壤细菌多样性、环境因子和共现性关系的研究显示,滨海湿地植被区微生物香农指数显著高于退化区的,细菌OTU注释结果表明变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)是主要的细菌类群,它们相对丰度共占群落的85%～95%。厚壁菌门的芽胞杆菌纲(Bacilli)在退化区丰度显著高于植被区的,浮霉菌门的Planctomycetia和Phycisphaerae在植被区的丰度明显高于退化区的。环境因子分析表明,退化区域微生物群落结构受土壤多环芳烃(PAHs)质量比和土壤含盐量的影响,其中土壤PAHs质量比高于1.273 mg/kg时,微生物多样性呈现下降趋势,土壤含盐量和细菌的丰富度呈负相关关系。属间共现性关系(Co-occurrence)研究表明随着滨海湿地的退化,土壤中固碳细菌的生态学功能逐渐增强。对滨海湿地退化影响土壤细菌群落结构和生态学功能的进一步认识,为滨海湿地生态修复和效果评价提供了科学依据。