收稿日期:2011-10-28

为研究南黄海浮游动物垂直迁移的季节变化,分析了2006年至2007年4个季节布放潜标中声学测流仪的观测数据.结果是:声学测流仪测量的后向散射强度呈现显著的日变化特征,这是由浮游动物垂直迁移造成的;在4个季节中都出现这一凌晨向下、黄昏向上的垂直迁移,但是垂直迁移发生的时间有季节变化.利用南黄海辐射通量的直接观测数据,讨论了垂直迁移发生时间与光照的关系,结果表明垂直迁移的季节变化主要受光照的影响.这对于研究浮游动物垂直迁移机制有一定意义.     

基于声学方法的南黄海浮游动物垂直迁移季节变化研究

为研究南黄海浮游动物垂直迁移的季节变化, 分析了2006 年至2007 年4 个季节布放潜标中声学测流仪的观测数据。结果是: 声学测流仪测量的后向散射强度呈现显著的日变化特征, 这是由浮游动物垂直迁移造成的; 在4 个季节中都出现这一凌晨向下、黄昏向上的垂直迁移, 但是垂直迁移发生的时间有季节变化。利用南黄海辐射通量的直接观测数据, 讨论了垂直迁移发生时间与光照的关系,结果表明垂直迁移的季节变化主要受光照的影响。这对于研究浮游动物垂直迁移机制有一定意义。     

基于浊度计和ADCP的悬沙浓度估计与分析

作者采用浊度计和声学多普勒流速剖面仪(ADCP)在近海区域连续、定点观测的应用中,利用浊度与悬沙浓度之间良好的线性关系,对潮汐半月周期内的浊度和ADCP后向散射声强数据进行相关性分析,讨论了小、中、大潮期间利用ADCP后向散射声强反演悬沙浓度的可靠性,反演过程中综合考虑了声学近场非球面扩散和本底噪声的影响。结果表明,在实验海域中,小潮情况下,各水层内悬浮泥沙成分较为稳定,ADCP后向散射声强与浊度变化相关性较高,达到0.91;而在大潮情况下,ADCP后向散射声强与浊度变化的相关性降低,悬沙浓度及成分容易在海流的影响下发生变化。     

基于声学仪器与粒径分析仪研究东海浮游动物昼夜垂直迁移过程

浮游动物的昼夜迁移活动与其种群变动和摄食节律紧密联系,浮游动物昼夜移动的研究已经成为种群动力学研究的一个重要组成部分。2013年夏季在浙江东部近海,结合声学多普勒流速剖面仪(ADCP)和激光粒径分析仪(LISST-100)等仪器进行了一次定点周日连续观测。通过声学反演方法,得到后向散射强度剖面的时间变化,结合LISST-100得到的水体悬浮物粒径谱,研究了浮游动物垂直迁移及其习性。分析发现了可能是精致真刺水蚤的一次昼夜垂直迁移过程,其在夜间进入跃层附近进食,白天蛰伏于底层低温高盐的台湾暖流水中,垂向迁移速度达到了0.05 m/s。LISST-100观测还发现在夜间跃层边界处大粒径颗粒聚集和100～150 μm大小的颗粒物的减少,水体中不同粒径的悬浮颗粒物有明显的昼夜变化节律,推测水体中不同层次生物群落结构存在昼夜差异。     

应用走航式ADCP测量分析与验证金塘水道的高悬沙浓度

在金塘水道西口门2006年冬季和2007年夏季大、小潮期间应用美国RDI公司生产的300 kHz声学多普勒流速剖面仪(ADCP)进行25 h的走航式断面观测,同步采集水样过滤获得悬沙浓度.实测断面流速、流向表明:落潮时流向为东南向,涨潮时分两股,靠近北仑为西南向,靠近金塘岛为西北向;夏季大潮最大流速为260 cm/s,大于冬季大潮;观测期间断面悬沙浓度为0.4～1.5 g/L,冬季大于夏季约0.3～0.5 g/L;ADCP后向散射强度冬季大于夏季约5 dB.应用实测CTD数据进行声吸收系数校正,通过计算,断面后向散射强度分布趋势基本不变.后向散射强度与悬沙浓度成正比,与水深成正比,垂向分布与潮时有关,冬季小潮水深增大时,后向散射强度反而减小.回归ADCP后向散射强度与水样悬沙浓度之间半经验半理论统计关系,发现冬季不成线性关系,夏季成线性关系,且相关性较好,相关系数为0.7,说明夏季较高浓度下后向散射强度可以表示悬沙浓度的大小.夏季大、小潮期间高分辨率的悬沙浓度断面数据分析表明,反演后的悬沙浓度值与流速成正比;近岸悬沙浓度大于断面中部;涨急和落急时同一水深高低含沙量值错落分布,涨憩和落憩则分层明显;大潮悬沙浓度大于小潮流约0.05 g/L.断面两端点反演后的悬沙浓度与实测值比较,呈现半日潮含沙量双峰特征,夏季大潮反演后的悬沙浓度与实测值分布一致,实测值大于0.9 g/L时,两者量值相差大,小潮则拟合很好.因此,应用走航式ADCP测量高悬沙浓度是可行的,它可大大提高测量效率,为获取现场悬沙浓度提供了一种新方法.     

后向散射强度与温跃层关系研究

2003年8月12-13日，用300kHz的坐底式声学多普勒海流剖面仪(ADCP)在台湾海峡北部海区进行了观测。根据回声强度计算得到的后向散射强度具有明显的日变化，这是浮游动物的垂直迁移造成的。此外，后向散射强度还与叶绿素、浊度和温度梯度有关，其中叶绿素、浊度和温度梯度对后向散射强度的贡献分别是1．41，7．73和3．54dB。温度梯度最大值的深度与后向散射强度第一个峰值的深度一致，故根据后向散射强度能推断出温跃层的位置。     

北半球夏季中高纬海洋声散射层分布研究

利用第八次北极调查走航ADCP后向散射强度数据,结合太阳高度、海冰密集度和实测水体环境参数数据,统计分析了中高纬海洋声散射层的时空变化特征。结果表明,纬度越高,声散射层在海表滞留时间越短,即使在极昼期间及全海冰覆盖海域,虽然其迁移幅度和后向散射强度减弱,但仍受太阳高度变化影响,且二者具有较强的时序相关性;在北极中央海域,不仅声散射层迁移活动较弱,且出现无明显散射层的情况,可能是因为该海域浮游动物和鱼类聚集度相对较低且迁移活动微弱,超出了本文所用ADCP的探测精度范围;从鄂霍次克海至白令海西南海域,往返ADCP数据均显示有两个后向散射强度上高下低,但垂直迁移时间同步的声散射层,且二者间距随纬度增加而逐渐减小并合为一体,这可能是由不同生活习性的海洋生物造成的。     

基于船载ADCP和LADCP观测的南海声散射层

依据2012年ROSE航次船载ADCP和LADCP的观测数据,对南海秋季声散射层的垂向分布特征和日变化进行了分析;根据估算出的散射层中散射体的垂向迁移速度,对散射体类型进行了分析。观测结果表明,南海存在着2个声散射层,一个声散射层位于0~200m,散射强度具有显著的日变化特征,即白天弱,夜晚强;另一声散射层则处于300~500m的深度,其散射强度的日变化与另一个相反,白天较强,夜晚变弱。通过计算可得,散射体的垂向迁移,在傍晚时分运动方向向上,速度约为1.74cm/s;而凌晨左右运动方向向下,速度约为1.39cm/s。观测结果还表明,ADCP和LADCP的观测结果能够互相补充,更有利于对声散射层的细致研究。     

基于ADCP回声的黑潮-亲潮混合区浮游动物昼夜垂直迁移研究

利用深海潜标所搭载的声学多普勒流速剖面仪(acoustic doppler current profiler,ADCP)得到的后向散射强度Sv,研究了黑潮-亲潮混合区浮游动物的垂向分布、其昼夜垂直迁移(diel vertical migration;DVM)的基本特征、多时间尺度变化及对反气旋式中尺度暖涡的响应.结果表...     

南海北部声散射季节变化

声散射是重要的声学现象,海洋水体产生的高频声散射信号既可用于开展多种目的的声学海洋学研究,也可能对水下声学设备产生干扰,而海洋水体背景声散射具有显著的时空变异特征,因此针对特定海区开展声散射时变观测具有重要意义。本文利用在南海北部布放的锚系系统所搭载的声学多普勒流速剖面仪,获取了覆盖4个季节的累计约80 d的声散射数据,数据包括75 kHz和300 kHz两个频段,观测水深几乎覆盖了从海面到约600 m水深的整个水体。结果表明,水体在垂向上分布着上散射层和深散射层2个主要散射层。上散射层分布深度在冬夏较浅,位于约100 m以浅,在春秋较深,位于约200 m以浅;深散射层分布深度同样为冬季最浅,位于约300 m以深,但夏季则最深,位于约400 m以深。因此,两散射层的距离在夏季最远,在春秋最近。2个散射层的声散射强度（Sv）同样具有明显的季节变化,上散射层散射强度夏秋较强而春冬较弱,深散射层则正好相反。     

Tidal exchange of zooplankton between Lough Hyne and the adjacent coast

Plankton samples collected in November 2002, February, May and August 2003 were used to examine seasonal variation in tidal exchange of zooplankton biomass, abundance and species composition between Lough Hyne Marine Nature Reserve and the adjacent Atlantic coast. Micro- to mesozooplankton were collected by pump over 24-h sampling periods during spring and neap tides from the narrow channel connecting the semi-enclosed water body to the Atlantic. Sample biomass (dry weight) and total zooplankton abundance peaked in the summer and were lowest in winter, showing a positive relationship with temperature. Zooplankton biomass, total abundance and numbers of holo- and meroplankton revealed import during some diel cycles and export in others. However, the tidal import of these planktonic components was generally dominant, especially during May. The greatest import of numbers of holoplankters and meroplanktonic larvae occurred during May and August, respectively. There was no significant variation in sample biomass between periods of light and dark, but some variation in zooplankton abundance could be explained by this diel periodicity. Significant differences in sample assemblage composition between flood and ebb tide samples were always observed, except during winter neap tides. There was a net import of the copepods Temora longicornis and Oithona helgolandica and the larval stages of Mytilus edulis during spring and summer. Proceraea cornuta and Capitellid trochophores were imported during winter, and a hydrozoan of the genus Obelia during the spring spring tides. Seasonal export from the lough was shown by Pseudopolydora pulchra larvae (autumn and spring), Serpulid trochophores (autumn) and veligers of the bivalve Anomia ephippium (summer). It is suggested that the direction of tidal exchange of meroplanktonic taxa is related to the distribution of the adult populations. Copepod naupliar stages dominated the assemblages except during May spring tides when the copepod Pseudocalanus elongatus made up over 22% of the abundance. The general import of micro- to mesozooplankton may, in part, explain the higher densities of this size-class of zooplankton within the semi-enclosed system of Lough Hyne.     

长江口北支悬沙浓度在潮周期内和大小潮周期尺度的变化特征及输运研究

Profiles of tidal current and suspended sediment concentration(SSC) were measured in the North Branch of the Changjiang Estuary from neap tide to spring tide in April 2010. The measurement data were analyzed to determine the characteristics of intratidal and neap-spring variations of SSC and suspended sediment transport. Modulated by tidal range and current speed, the tidal mean SSC increased from 0.5 kg/m3 in neap tide to 3.5 kg/m3 in spring tide. The intratidal variation of the depth-mean SSC can be summarized into three types: V-shape variation in neap tide, M-shape and mixed M-V shape variation in medium and spring tides. The occurrence of these variation types is controlled by the relative intensity and interaction of resuspension, settling and impact of water exchange from the rise and fall of tide. In neap tide the V-shape variation is mainly due to the dominant effect of the water exchange from the rise and fall of tide. During medium and spring tides, resuspension and settling processes become dominant. The interactions of these processes, together with the sustained high ebb current and shorter duration of low-tide slack, are responsible for the M-shape and M-V shape SSC variation. Weakly consolidated mud and high current speed cause significant resuspension and remarkable flood and ebb SSC peaks. Settling occurs at the slack water periods to cause SSC troughs and formation of a thin fluff layer on the bed. Fluxes of water and suspended sediment averaged over the neap-spring cycle are all seawards, but the magnitude and direction of tidal net sediment flux is highly variable.     

Patterns of summer vertical and horizontal currents in coastal waters of the northern Gulf of Aqaba, Red Sea

This study was focused on analysis of the horizontal and vertical current components with correspondence to tide variation, heat flux, seiches and relative backscatter intensity in coastal waters of the northern Gulf of Aqaba during the summers of 2001–2004. Spectrum analysis has shown eight distinguishable peaks of the tide measurements. In addition to semidiurnal and diurnal barotropic tides, signal periods of 8.13, 5.89–6.32 and 4.06 h were related to shallow water compound and overtides of the principal solar and lunar constituent and to seiches (second and third mode) generated in the Red Sea, whereas seiches of the first mode might enhance the semidiurnal tide signal. The shortest periods of 1.02–1.05, 0.50 and 0.36 h were related to seiches (first, second and third mode, respectively) generated in the Gulf of Aqaba. The spectrum analysis and cross-correlation tests of the horizontal and vertical current components and relative backscatter intensity suggested that the vertical motion at the diurnal period was either due to migration of zooplankton or to water convection. Both of which were of the same order as vertical motion induced by horizontal motions of water particles projected parallel on the bottom gradient line. On the other hand, semidiurnal and diurnal periods detected in the vertical currents were caused by the strong signal in the cross-shore current component, first mode seiches generated from the Red Sea and tide. This could be considered as an indicator of the dominant force influencing the currents, such as winds, thermocline depth, seiches and tidal forcing. A permanent convection during summer is likely to occur in the shallow coastal waters due to relatively high inclined bottom, high evaporation and blowing of dry air, as well as the observed dominance of the downward vertical currents in coastal waters.     

崇明东滩潮沟浮游动物数量分布与变动

根据2008年4-12月对上海市崇明岛东滩潮沟进行4个季节的浮游动物调查资料,研究了崇明东滩潮沟浮游动物的数量分布及变动。结果表明,调查区浮游动物总丰度较高,四季变化明显。受潮汐作用的影响,夏、秋、冬三季落潮时丰度大于涨潮时,春季涨潮时丰度则大于落潮时。浮游动物在6条潮沟的平面分布不均匀,春季东旺沙边滩区和北八边滩区的数量明显多于近团结沙边滩区,夏、秋季分别以东旺沙边滩区和北八滧边滩区的数量最多,冬季则以近团结沙边滩区的数量最多。主要优势种细巧华哲水蚤(Sinocalanus tenellus)、中华华哲水蚤(Sinocalanus sinensis)、火腿许水蚤(Schmackeria poplesia)、四刺窄腹剑水蚤(Limnoithona etraspina)和四刺破足猛水蚤(Mesochra quadrispinosa)等数量的季节、潮汐变化及各时期的空间分布格局差异明显,其数量分布情况决定了浮游动物总数量的分布。盐度是影响冬、春季涨潮时浮游动物总丰度分布的主要因子,水温则是影响夏、秋季涨潮时总丰度分布的主要因子。此外,径流及潮流等动力因素对潮沟浮游动物数量的时空分布也产生重要影响。     

琼州海峡潮流能资源的数值模拟评估

近年来,我国能源消耗量不断的增长使我们更加重视可再生能源的开发利用,而我国近海拥有复杂的海岸线和广阔的大陆架,其中许多海域蕴藏着丰富的潮流能资源。潮流能资源评估则是其电站站址选择、发电量预测等工程设计的首要工作。结合两个站位的潮流实测数据,本文利用FVCOM海洋环流数值模式较好的模拟了琼州海峡潮波传播状况,分析了该海域潮流能资源水平分布规律和时间变化特征,初步估算了该水道的潮流能的理论蕴藏量,并采用FLUX方法对该水道的技术可开发量进行了评估。结果表明,琼州海峡中心海域功率密度高,两岸资源低;可能最大流速、大潮年平均最大功率密度、小潮年平均功率密度和年平均功率密度等特征值分布基本相似;其丰富区域出现在海峡东口南部海域以及海峡中部海域,其中东口南部海域可能最大流速可达4.6 m/s,表层流大潮年平均最大功率密度为5996 W/m²,小潮平均最大功率密度仅为467 W/m²,年平均功率密度为819 W/m²,代表点超过0.7 m/s的潮流流速年统计时间约为4717 h;海峡潮流能资源理论蕴藏量为189.55MW,利用FLUX、FARM、GC方法得到该水道的潮流能可开发量分别为249GW/yr、20.2GW/yr和263GW/yr。     

Variations in turbulent energy dissipation and water column stratification at the entrance of a tidally energetic strait

We observed tidal currents, turbulent energy dissipation and water column stratification at the entrance of a narrow strait (Neko Seto) in the Seto Inland Sea, Japan, using a free-falling turbulent microstructure profiler (TurboMAP) and acoustic Doppler current profiler (ADCP). The variation in turbulent energy dissipation at the entrance of the strait was not at quarter-diurnal frequency but at semi-diurnal frequency; turbulent energy dissipation was enhanced during the ebb tide, although it was moderate during the flood tide. This result is consistent with the results of Takasugi (1993), which showed the asymmetry of tidal energy loss during a semidiurnal tidal cycle using control volume analysis. It is suggested that significant turbulent energy dissipation is generated in the strait, which influences the properties of water outside the strait when tidal currents flow out from the strait.     

船载ADCP资料的潮流分离方法在厦门港断面重复走航中的应用

本文运用Candela等提出的潮流分离方法,选用高斯函数作为基函数,采用Matlab程序,首次对厦门港嵩鼓水道的船载ADCP断面重复走航资料进行潮流分离计算．通过对14个计算点的Candela方法计算结果与引进差比关系准调和分析方法计算结果的分析比较可见：（1）两种方法计算所得余流在大、小潮的相关系数分别为0．9882和0．8521,余流相对误差在大、小潮分别为0．065和0．150,而所得余流方向在大、小潮的相关系数分别为0．9982和0．9865,余流方向相对误差在大、小潮分别为0．023和0．027．两种方法计算的余流及其方向的相关性很高（在样本数为14,置信度为α=1％时,相关系数大于0．6610,结果是可信的）,而平均相对误差也很小．（2）对14个计算点的M2、S2、K1、O1、M4和MS4等6个分潮的计算结果（共有84个样本数据）进行分析比较,两种方法计算所得6个分潮的长轴、长轴方向和短轴在大潮的相关系数分别为0．9838、0．8960和0．2335,而在小潮的相关系数分别为0．9656、0．7555和0．2209．这两种方法计算所得6个分潮的长轴、长轴方向和短轴在大潮的平均相对误差分别为0．375、0．071和0．753,而在小潮的平均相对误差分别为0．287、0．254和0．845．两种方法计算的分潮长轴及其方向的相关性很高（在样本数为84,置信度为α=1％时,相关系数大于0．283,结果是可信的）．相应的分潮长轴的相关性略低,但是在样本数为84,置信度为α=5％时,相关系数均大于0．217．可认为在置信度为α=5％时,计算结果是可信的,而平均相对误差则略显较大．综上所述,我们认为采用Candela等的方法对船载ADCP断面重复走航资料进行潮流分离计算是可行的．     

成山头海域潮流能资源可开发量评估

针对潮流能资源较丰富的成山头外海域,利用FVCOM数值模式,在良好模拟该海域潮流场的基础上,运用能量耗散原理,对该海域的潮流能资源可开发量进行了评估。结果表明,在转换装置的拖拽系数为0.07时,面积为27km2的成山头近岸海域的可开发潮流能资源约为17.9MW,其中大潮期间的可开发量高达37.7MW,而小潮期间则为7.3MW。在此条件下,该海域大潮期间涨急和落急时刻的流速分别减小了40%和38%,但发电装置对潮汐的影响较小,在成山头顶端的高潮潮位仅下降了4cm。     

广东红海湾海流季节性特征分析

基于2017年春季和冬季的海流资料分析了红海湾海区海流特征、潮流状况、涨落潮流特性、余流特征及表层漂流特征。研究海域共布设3个临时潮位观测站和11个全潮水文观测站。根据流速、流向过程曲线和潮位过程曲线的关系,得出涨(落)潮流速最大的时刻和最小流速发生时刻与潮位关系并非固定在高(低)潮时或半潮面左右,由此看出,研究海域的潮波介于驻波与前进波之间,属于不规则半日潮流主导的海域。研究海域中大部分站位潮流属于往复流,少数站位潮流运动具有一定的旋转性,平均涨潮流速最大为7 cm/s,平均退潮流速最大为14 cm/s。春季大潮期和中潮期各站余流流向整体为偏东向,小潮期,除少数测站余流流向偏向南东向,其余测站余流流向偏西向;冬季大潮期和中潮期各站余流流向整体为偏西向,小潮期,湾西侧余流流向偏西向,湾东侧余流流向偏南东向。垂向上各层余流流速由表至底逐渐减小,流向基本一致。     

泉州湾水域浮游植物群落的昼夜变化

对福建省泉州湾口、大坠岛以北水域的浮游植物群落作了准同步昼夜连续观测,观测时间分别在2001年11月至2002年8月内的秋(11月)、冬(2月)、春(5月)、夏(8月)季大潮期.结果表明,该水域的叶绿素a生物量(以下简称生物量)受湾内高生物量的影响在潮汐作用下出现波动,高潮期出现低生物量,低潮期出现高生物量.靠近内湾的站位生物量大于湾外的站位;底层水体中的生物量普遍大于表层,底栖硅藻成为生物量变化的重要部分.调查海区生物量呈现昼夜节律变化,生物量白天高于夜间.进一步的分析表明,在潮汐和昼夜变化综合作用下,浮游植物的群落结构发生相应变化,白天的多样性指数低于夜间,浮游植物昼夜群落的不相似度很高.群落中一些种类如中肋骨条藻白天大量增殖,出现较高的优势度,昼夜平均密度比值达到9,变化节律明显.研究认为,尽管海区潮汐和流向左右着生物量变化,浮游植物的生态学过程如细胞增殖、再悬浮、扩散等过程在昼夜生物量变化中仍产生较大作用.