海洋与气候学视域下中北太平洋过渡区研究现状、启示与对策

中北太平洋过渡区是高低纬海洋西边界强化动力系统的接续区和交汇区,是大尺度和中小尺度海洋过程的突出集中区,是研究海洋和海气系统多尺度过程与海洋气候和环境生态效应的关键区。文章从海洋学和气候学角度简述中北太平洋过渡区相关海域有关科学研究成果,并就相关科学问题研究现状和不足提出启发性研究对策和建议。结果表明,中北太平洋过渡区对认识全球变暖背景下海洋与气候变化的临界条件、临界状态、跨界触发、通道机制等研究具有重要参考价值,建议通过国际合作主导引领相关地区海洋自主或联合调查,系统构建气候变化观测体系,发展多尺度过程互馈机制和可预测性研究,创建仿生仿真多功能耦合模型,突破致害致灾风险预评估与区划技术关键,为深化海洋与气候变化认识,防灾减灾研究,海洋区域治理和海洋环境与生态安全保障提供坚实的科技支撑。     

全球气候变化下海洋环流多尺度演变：联动协同与环境生态效应初探

海洋环流是海洋系统物质能量收支、配置、平衡、维持和变化的关键通道与机制。从全球海洋视角,基于目前海洋环流多变率动力过程与趋势演变的认知,重点综述气候变化下海洋环流的海盆尺度三维联动特征机制、洋际交换与协同、世界大洋经向输运变化以及相关的海洋气候与环境生态效应,依据研究现状和需求,提出研究建议。结果表明：全球一致性变暖路径与进程调控下,受驱动因子的演变与胁迫,海洋环流变化对副热带中高纬地区年际、年代际气候与环境变迁具有突出作用影响,并可产生显著环境生态效应和严重致灾风险。建议加大专精特新观测仪器自主研发,通过国际合作加大中高纬海洋环流多尺度动力过程综合调查的参与度和主导性,增强多学科融合交叉研究力度,有效提升深层次海洋环流变异及动力、环境、生态灾害影响的气候变化综合风险预测预评估和防治能力,为海洋领域能源开发、生态系统保护、气候变化应对与灾害风险治理提供必要的动力学参考。     

基于国家海洋治理和全球气候变化的我国海洋灾害防治

为建立和完善现代化的海洋灾害防治体系,提高我国海洋治理和应对全球气候变化的能力,文章以全球治理和国家治理为背景,在明确致灾因子、承灾体、灾害以及灾害风险和管理等基本概念及其内涵的基础上,分析全球气候变化背景下我国海洋灾害及其风险的特征以及海洋灾害防治的关键性和基础性科学问题,并提出我国构建海洋灾害防治体系的建议。研究结果表明:在全球气候变化的影响下,我国沿海地区的海洋灾害风险复杂多变且有所提升;提出以群-环-域为主体的体系架构,研究全球气候变化与区域海洋的响应和反馈、全球气候变化背景下海洋灾害与风险的特征和规律以及综合海洋灾害风险评估和海洋灾害防治等问题;在我国构建海洋灾害防治体系的过程中,应加强科学研究以及技术和信息支撑、促进区域和全球联动联防以及提高全社会对海洋灾害的认知和防范水平。     

全球海洋和海洋气候资料中心门户网站设计与实现

根据政府间海洋学委员会对全球海洋和海洋气候资料中心(CMOC)中国中心的具体要求,采用分层架构、B/S与C/S相结合等方式设计并研发CMOC/China门户网站和后台数据库管理工具,实现CMOC中国中心面向国内和国际用户发布和共享海洋水文气象数据和产品成果的目的。     

物联网在海洋相关领域研究与应用进展

随着科学技术的发展,物联网正成为海洋领域的前沿研究内容之一。在海洋观测领域,利用物联网构建海洋环境立体观测体系,对于研究全球气候变化、海上态势感知、海洋灾害预报等具有重大意义;在海岛生态监测领域,利用海岛生态物联网系统可以实现海岛生态的长期实时监测;在海洋牧场监测领域,利用物联网可以实现海洋牧场的环境、生物等要素的实时监测;在智能船舶领域,利用物联网可以实现船舶自身、港口、物流的信息自动感知。文章探讨了物联网在上述4个领域的研究与应用进展,以期进一步促进物联网在我国海洋信息化中的应用与发展。     

南沙群岛珊瑚礁生态系中稀士元素的垂直转移过程研究

海洋沉积物中稀土元素的分布、转移行为已有许多报道。地球环境中稀土元素的行为是当今地学研究的热门课题,稀土元素的分布特性和转移行为研究与环境有极大的相关性,通过研究环境中稀土元素的转移行为就可了解环境演变的信息,所以海洋环境中稀土元素的研究具有重要的意义(Fleet,1984; Piper,1974; Schijf et al.1995;赵一阳等,1994;王中刚等,1989;张丽洁等,1995)。海洋中颗粒物质垂直转移过程研究对研究海洋在全球变化(特别是全球气候变化)中有重要意义,但目前的研究仅集中于以碳为核心的生源要素和某些微量元素(宋金明等,1996;宋金明,1997),至今稀土元素在海水中垂直转移过程研究尚未见报道。珊瑚礁生态系是最重要的海洋生态系之一,研究珊瑚礁生态系中稀土元素的垂直通量,即热带海域稀土元素在海水中垂直转移过程,继而椎测对全球气候变化的影响,为研究海洋在全球气候变化中的作用提供了新课题。 本文首次报道用沉积物捕捉器(ST)收集南沙珊瑚礁潟湖中颗粒物质,研究稀土元素的垂直通量和不同形态稀土的垂直通量,以及稀土元素垂直转移的控制因素。     

现代海洋环境监测体系和海洋管理背景下的浮游生物监测

浮游生物在海洋生态系统中处于基础性地位,为促进我国浮游生物监测工作的发展,文章在现代海洋环境监测体系和海洋管理的背景下,从海洋生态系统保护、全球变化研究和现代海洋管理3个方面,系统梳理和分析浮游生物监测的意义和价值,并对我国相关领域的工作提出启示和展望。研究结果表明:浮游生物的恶性暴发和入侵对海洋生态系统造成严重影响,各类国际公约和政府间协议都将浮游生物监测作为保护海洋生物多样性的重要内容;浮游生物的分类信息以及其分布区和物候学特征对气候变化和海水温度的指示信息,可作为全球变化研究的重要指标;浮游生物监测已被广泛应用于国内外现代海洋管理中,主要包括海洋生态系统服务评价、海洋环境影响评价和海洋生物资源评价3个方面;我国浮游生物监测工作在浮游生物分类和鉴定以及大数据应用方面存在不足,未来应加强相关能力考核、标准化计量认证、数据整合共享和新技术手段运用。     

关于建立我国“海洋倾废区信息管理系统”的初步设想

如何将海洋要素测量数据用于海洋管理和其他社会公益服务，一直是制约我国海洋研究事业发展的主要因素，同时也是保障海洋研究投入与产出良性循环的关键。本文作者试图从海洋倾废区监测的角度出发，就监测设备和方法，数学模型的建立，以及如何将倾废区监测和模型计算结果用于倾废区监查管理问题，提出了自己的看法。     

我国海洋领域适应气候变化的政策与行动

从建立健全法律法规、加强海洋气候观测、开展海岸带风险评估和防护、进行极端海洋灾害的预警报、实施海洋生态保护、加强水资源综合管理和开展专项科技行动7个方面,对我国海洋领域适应气候变化的研究进展、对策、管理和行动进行了分析和归纳。总结了近年来我国海洋领域为应对气候变化所做的工作成果,对未来采取的各项适应行动提供方法、内容的借鉴和指导。     

海洋酸化对浮游植物生理生态影响的研究进展

当前全球气候变化下的上层海洋变暖与酸化对以浮游植物为主的海洋生态系产生了重大影响,理解此背景下的海洋浮游植物生理生态响应,对我们理解和抑制全球气候变化具有重要意义。在全球大气二氧化碳分压（pCO₂）升高情景下,浮游植物通过光合作用、微生物循环等过程,通过不同功能群对海洋生源要素循环模式的改变,进而影响区域及全球海洋的生物地球化学循环。研究全球浮游植物对海洋酸化生理生态的响应使得我们对生物地球化学系统的认识更加全面、系统。     

纳米TiO2对菲律宾蛤仔消化腺中Cd的蓄积与生化响应的影响

随着纳米科技的发展及纳米颗粒在纺织、食品、太阳能及水处理等各行业的应用,进入水生环境的纳米颗粒对其中痕量金属的生物地球化学循环及其生物学效应的影响受到关注。本文研究了水环境中分布最广泛的纳米二氧化钛(n-TiO2)对镉(100μg·L^-1)在海洋双壳类菲律宾蛤仔体内生物利用性及生物效应的影响,通过14d的暴露实验,在环境真实浓度下研究Cd在蛤仔体内的蓄积量及毒性。暴露期间测定了蛤仔消化腺中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽S-转移酶(GST)、丙二醛(MDA)和金属硫蛋白(MT)等生物标志物的活性或含量,同时分析了消化腺中Cd的蓄积。暴露3d后,Cd处理组及n-TiO2+Cd处理组均观测到蛤仔消化腺内Cd含量显著升高(p<0.05),并随时间延长而不断升高。各处理组SOD活性在整个暴露周期内与同期对照组相比均无显著差异。CAT(3d)和GST(7、14d)活性仅在Cd处理组出现显著升高(p<0.05)。Cd处理组在暴露结束时出现MDA含量的显著增加;n-TiO2单独及联合处理组MDA含量显著上升出现在7d后,至暴露结束时与对照组无显著差异。随暴露时间的延长,只有Cd处理组中蛤仔消化腺MT的含量呈现显著升高。结果表明,相同浓度条件下,Cd对蛤仔的亚致死毒性高于n-TiO2,而n-TiO2能够通过抑制Cd的生物积累而减轻后者对蛤仔的毒性,这种影响与n-TiO2对Cd的吸附作用有关。     

海底玄武岩中次生组分HCl溶解实验研究

次生组分沉淀是海底岩石中普遍存在的现象,次生组分去除是减少次生组分干扰、获取海底岩石高质量数据的关键。选择西太平洋麦哲伦海山区MK海山相对新鲜的玄武岩作为研究对象,经研磨、均一化后将粉末样品分为49份,其中48份分别以0.25,0.50,1.00,1.50,2.00,2.50 mol/L六种浓度的足量HCl溶解0.5,1,2,4,8,16,32和64 h后,选取溶解残渣测定主要氧化物和特征微量元素质量分数,确定HCl溶解法在去除次生组分的同时不会对海底新鲜玄武岩中原生组分造成影响的HCl浓度-时间组合。结果表明,在HCl浓度为1.00～2.50 mol/L,溶解时间为0.5～2 h的12种HCl浓度-时间组合均可保证海底玄武岩中原生组分的安全,并可有效去除次生组分。综合海底蚀变玄武岩次生组分去除实验研究,推荐使用1.00～2.00 mol/L HCl,溶解时间在0.5～1 h的实验方案。     

仿生机器鱼尾鳍推进效率的多参数优化研究

仿生机器鱼作为一种高效、高机动的水下机器人,得到了科研人员的广泛关注,对BCF方式机器鱼尾鳍推进效率的研究是其中的重点方向。目前对尾鳍推进效率的优化研究,大多局限于尾鳍单一参数的优化,这与自然鱼类的游动状态相差甚远,因而不能真正达到推进效率最大化的目的。本文提出了尾鳍多参数优化方案,通过对尾鳍转动频率、摆动幅值、击水角度和摆动周期等参数的联合优化,得到一组特定游速下的参数值,结果表明本研究对象在游速0.6L m/s时(L为体长),数值计算推进效率为65.7%,仿真推进效率为64.3%的,均大于目前单一参数的优化结果,充分体现了尾鳍多参数配合的优越性。本文的研究,对提高仿生机器鱼的推进效率具有积极作用。     

太湖钩虾种群时空分布特征及与环境因子关系分析

在对太湖湖滨带钩虾种群空间分布前期调查的基础上,于2013年4月、8月和11月对太湖底栖动物钩虾种群的分布和水质情况进行了调研。钩虾种群密度在太湖水域空间上表现出明显的差异性,其高值区域出现在太湖的西北部,且随季节变化较大,其中,冬季钩虾种群密度最高。通过主成分分析(PCA)筛选出影响太湖水质的主要指标为氮和磷(方差解释率为52.2%),相关分析表明钩虾种群密度对数值与第一主成分氮和磷呈正相关,而与第二主成分透明度呈负相关。研究表明钩虾种群空间分布的差异与氮磷水平关系最密切,其次是透明度。     

无人水下智能海洋测绘装备的机遇与挑战

针对海洋测绘面临的问题,分析了无人时代海洋测绘技术的发展机遇,提出了无人水下智能海洋测绘的新模式,讨论了无人水下智能海洋测绘的技术体系和无人水下智能海洋测绘装备的关键技术,以及无人水下智能海洋测绘的装备产业链,展望了无人水下智能海洋测绘装备的发展趋势及应用前景。     

性类固醇激素在虾夷扇贝性腺发育周期的分布

性类固醇激素不仅在脊椎动物性别分化、生殖、发育等过程中发挥重要作用,在部分软体动物中也参与生殖调控。本文分析了3种主要性类固醇激素(孕酮、睾酮和雌二醇)在虾夷扇贝性腺发育过程中的变化情况。首先通过组织学方法确定虾夷扇贝性腺4个发育阶段的周年分布:休止期(7—9月)、增殖期(10—12月)、生长期(1—2月)、成熟期(1—6月)。之后,采用酶联免疫吸附实验测定虾夷扇贝性腺各发育阶段中性类固醇激素的含量。结果表明,性腺中激素含量呈现孕酮>雌二醇>睾酮,它们分别约占激素总含量的60%、30%、10%;精巢中3种激素含量均呈显著正相关,但卵巢中仅孕酮和睾酮之间显著相关;研究还发现,虽然3种激素含量在性别、发育阶段之间差异均不显著,但睾酮比例和雌二醇/睾酮在生长期的精巢和卵巢之间差异显著,精巢睾酮比例高于卵巢,而卵巢的雌二醇/睾酮高于精巢。以上结果表明,性类固醇激素很可能参与虾夷扇贝生殖调控,在性腺发育、配子发生过程中发挥重要作用。     

应用酵母双杂交系统筛选虾夷扇贝FOXL2的相互作用蛋白

FOXL2是脊椎动物的雌性决定基因,在多种无脊椎动物中也被认为是雌性决定与分化的关键基因,但其在无脊椎动物中的作用机制目前尚不清晰。本文利用Clontech酵母双杂交系统筛查虾夷扇贝FOXL2的相互作用蛋白。研究首先构建诱饵质粒pGBKT7-FOXL2,并检测诱饵蛋白的毒性及自激活活性,结果显示诱饵蛋白对酵母菌株无毒,也无自激活活性。利用该诱饵质粒,本研究从虾夷扇贝酵母双杂交cDNA文库筛选得到17个阳性克隆,测序验证得到12个读码框正确的阳性克隆,它们来自4种蛋白:COP9信号复合体亚基5、钠/钾ATP酶β3、哺乳动物室管膜相关蛋白1和胰脂肪酶相关蛋白2。研究进一步将诱饵质粒与4种蛋白的猎物质粒进行共转化验证,结果均为阳性,表明这4种蛋白与虾夷扇贝FOXL2都可能存在相互作用。本文为研究FOXL2在无脊椎动物性别决定与分化中的作用提供了参考。     

地震资料中柱状流体运移通道形态参数及其地质意义

深部流体在向上运移的过程中,能够形成垂直-近似垂直的柱状通道,如气烟囱构造、流体逸散管道等。利用高分辨率地震资料,能够直观地对这些柱状地球物理异常进行精细的描述与刻画,从而统计其形态参数。综合不同海域的研究成果,本次研究系统总结归纳了柱状流体运移通道的8个重要参数,分别是发育层位、终止层位、平面形状、直径、高度和宽高比、反射偏移、椭圆率、拟合椭圆方位角。形态参数分别与通道群在平面上的展布方位、特殊的海底异常地貌(如海底麻坑、丘状体等)、深部构造发育与分布(如底辟、断层等)等进行耦合关联,能够进一步揭示柱状流体运移通道的地质含义。可将形态参数分为:(1)从形态学上对柱状通道进行直接分类的参数;(2)指示柱状通道形成诱发因素或形成过程的参数;(3)划分柱状通道幕式流体活动及期次的参数;(4)定义柱状通道中流体活动时间区间的参数;(5)间接反映柱状通道中流体通量相对大小的参数。实际研究过程中,单一形态参数难以准确反映出复杂地质背景下柱状通道的真实地质含义,多参数组合、相互对比验证,能够更好地对柱状流体通道的地质含义做出综合分析。     

一种海滩地表水和地下水的全耦合数学模型

海滩地表水与地下水间的相互作用对于海岸带的物质循环及生态环境有重要的影响。基于控制体的思想推导出了统一形式的地表水和地下水的控制方程,在此基础上不仅实现了地表水和地下水的全耦合模拟,也简化了动边界的处理。对一些经典算例的模拟结果验证了该模型的有效性。