2004年春季长江河口水体与沉积物表层的叶绿素a浓度分布

2004年5月7日至12日在31°~31.8°N、122.5°E以西到海水上溯至0盐度的长江河口进行14个站位叶绿素a浓度的现场观测,其中N1~N3、M1~M3、S1~S3和R6这10个观测站用3条渔船在4天内进行潮周期的涨憩、落急、落憩、涨急、涨憩5个潮时的准同步周日采样观测;对S2、S3、R2、R3、M3、N2和N3这7个位于长江入海口门站位进行表层泥样的叶绿素a浓度观测。结果表明,观测海区表层海水叶绿素a浓度为0.230~11.500μg/dm3,平均值为(1.514±1.712)μg/dm3,高值出现在观测海区东北部的长江冲淡水稀释区,表层海水叶绿素a浓度平面分布从该区的东北部向西南方向逐渐降低,离岸越近叶绿素a浓度越低,低值出现在长江口门内和测区西南部的广阔浑水区域;底层叶绿素a浓度为0.291~2.620μg/dm3,平均值为(1.186±0.531)μg/dm3,其变化幅度与平均浓度均明显低于表层。在涨憩、落急、落憩、涨急和涨憩5个潮周期中水柱平均叶绿素a浓度为1.198~1.910μg/dm3,涨憩和落急潮时,叶绿素a浓度自表层向底层逐渐下降;落憩和涨急潮时,表层的平均叶绿素a浓度略低于中层和底层。2004年春季观测海区叶绿素a浓度与往年夏季和秋季的观测结果相近,但明显高于冬季。表层沉积物叶绿素a浓度为(0.089±0.052)μg/g(湿重),仅占其上方水体平均叶绿素a浓度的极少部分,两者具有良好的相关性。     

长江口水体表层悬浮泥沙时空分布对环境演变的响应

基于1974-2009年15个时相的陆地卫星影像,采用Gordon模型在长江口地区开展了悬浮泥沙浓度反演研究。对反演结果的时空分布规律分析表明:近40 a来长江口悬浮泥沙浓度最大下降幅度达40%;悬浮泥沙浓度演化规律与长江口来沙量变化规律具有较好的相关性;曲线拐点与2003年的长江截流、2006年三峡水库蓄水等重大工程事件吻合良好。在忽略波浪、地形等影响因素的情况下,在长时间跨度范围内,遥感技术反演的长江口悬浮泥沙浓度对长江流域环境变迁与人类水利工程活动响应敏感,较好的揭示了环境的变迁。     

陆地水体对气候影响的数值研究

本文提出了一个非静力平衡中小尺度数值模式,在模式中包含云的微物理学参数化方案、地面温度和水温预报方案、边界层湍流参数化方案、长波和短波辐射参数化方案,且包含地形。模式具有较好的积分稳定性,能精确地模拟边界层内气候的演变过程。本文用该模式研究了陆地水体对温度、湿度、风和湍流强度的影响,模拟结果与实测资料一致,反映了陆地水体对周围气候环境的影响过程和规律。     

水体主要成分对表观光学量的影响

遥感反射率是水色遥感中很重要的表观光学量,它和水中色素物质含量有很密切的关系,尤其是在二类水体中,对研究和反演水色3要素：浮游植物色素、总悬浮物、可溶性有机物的浓度起着很重要的作用。通过对分析模型进行模拟分析,同时利用2003年春季黄东海试验的实测数据,对3要素不同含量和相应的遥感反射率之间的关系进行初步探讨,得出一些结果。     

水质扩散系数在伶仃洋水域水体交换中的影响分析

选取珠江河口伶仃洋水域为例,建立了贴体曲线坐标系下的二维珠江河口水流数学模型,并采用纯隐格式的混合有限分析法对数学模型进行了离散和求解。在对模型验证的基础上,针对珠江河口伶仃洋水域中的水质扩散系数选取问题进行了分析和探讨。研究表明,主潮汐通道水体的置换率基本不受扩散系数取值的影响,扩散系数的影响主要体现在远离伶仃洋主潮汐通道和示踪剂浓度分界线的水域,并初步推荐了该水域示踪剂扩散系数的取值范围。     

大深度分层流体中二维淹没浮体的波浪力分析

研究了大深度分层流体中二维任意形状淹没浮体的波浪力特性。首先基于一种合适的格林函数,采用边界积分方程法研究了流体中浮体对水波散射问题,然后通过单个淹没圆柱体的透射能和反射能与解析方法结果的比较,对所提出的方法进行了验证,最后分析了在不同的几何和物理条件下几种形状的浮体对波浪力的特有影响,得到了一些有意义的结果,这对分层海洋中淹没浮体的设计具有重要的参考价值。     

悬沙水体不同波段反射比的分布特征及悬沙量估算实验研究

我国沿岸、河口附近水域具有高悬沙量的特点.悬沙的分布、扩散、沉降过程影响港口、航道水深的维持,影响生态环境.利用卫星遥感资料开展悬沙遥感及定量算法研究,在我国已取得诸多成果,挥才兴等[1]提出了几种悬沙定量的经验和半经验模式.“七五”攻关分别对黄河口和长江口提出了对数模式、线性分析模式和双峰比模式,Ma等[2]将模式识别方法应用于悬沙遥感.90年代后期,国际上陆续发射多颗海色卫星,我国也计划发射海色卫星,为有效地利用海色卫星资料,进一步开展悬沙定量算法及传感器谱段选择研究具有重要意义.     

近岸水体中海洋雪对细颗粒微塑料沉降过程影响的实验研究

海洋微塑料是全球共同面对的环境问题和挑战,然而目前海洋微塑料从源到汇的输运和沉积过程及影响机制尚不明确。已有研究发现微塑料颗粒的垂向沉降过程受到海洋雪等水体悬浮物质的影响,但是目前相关研究只局限于定性的观察分析。在实验室中模拟含有海洋雪的近岸水体环境,使细颗粒微塑料(PS微球、PVC颗粒)与海洋雪产生碰撞、聚集,观测微塑料或微塑料-海洋雪聚集体的沉降过程。研究结果表明,水体中含有海洋雪时,一方面海洋雪会促进微塑料颗粒自身的聚集,形成更大的聚集体;另一方面由于海洋雪包裹微塑料形成松散的聚集体,导致平均沉速减小。50 μm以下的微塑料其沉降过程受海洋雪的影响较大,平均沉速减小35%以上;微塑料密度越大,受海洋雪的影响越小,平均沉速减小10%以下。沉降速率的减缓,意味着微塑料在水柱中的停留时间增加,处于不同深度的水生生物可能有更多时间和概率与微塑料接触,增加了鱼类等水生生物摄入微塑料的风险。     

二类水体的MODIS数据大气校正及在渤海表层水体叶绿素浓度监测反演中的应用研究

提出一种适用于中国近岸二类水体的大气校正方法,解决了水色遥感软件SEADAS由于无法计算近岸的二类水体离水辐射率而简单地将其设为0的问题。应用该方法计算出的离水辐射率反演了渤海表层水体的叶绿素浓度,并选取近岸同期监测点的实测值对反演结果进行验证。通过对比反演值与实测值,多数相对误差值均较小于10%,证明了反演结果较为准确,同时反演的叶绿素浓度的空间分布也符合冬季渤海的水团和环流状况。这说明应用改进后的大气校正方法能够很好地用于渤海表层水体的叶绿素浓度反演。     

钦州湾的生态环境特征及其与水体自净条件的关系分析

利用1990-1999年10a问6个航次的调查资料,分析研究了该湾的生态环境特征及其与水体自净条件的关系。结果表明：该湾水体的自净条件较好,与水体的物理、化学和生物因素有密切关系。其中较强的水动力作用是污染物输送和扩散的有利条件：水体中硝酸盐含量及其所占DIN的百分比值较高,既体现了陆源含氮化合物的输入影响,也体现了含氮有机物在化学净化过程中的净化效果;R(NO3-N)与Chl-α的显著正相关性以及水域中生物种类的多样性和较高的生物资源量,则显示了水体自净能力对海洋生物的重大影响作用。     

非均一相互作用能对超薄膜生长影响的Monte Carlo模拟研究

利用Monte Carlo (MC)模拟技术研究了非均一的吸附原子与基底相互作用能在一定的生长条件下对超薄膜生长过程的影响.非均一相互作用能是由基底表面原子在垂直和水平方向上实际位置与理想晶格原子位置的偏差所造成.本文用高斯分布来表示这种非均一相互作用能.模拟结果表明:非均一相互作用能对超薄膜的生长过程及薄膜的形貌有显著的影响.这种影响同时受到生长条件的限制,在中等温度时相互作用能的非均一性对岛的个数、平均大小的影响最显著;温度的增加在一定程度上可抵御相互作用能的非均一性对薄膜生长的影响.     

Efficient estimation of extreme response of drag-dominated offshore structures by Monte Carlo simulation

The paper describes a novel approach to the problem of estimating the extreme response statistics of a drag-dominated offshore structure exhibiting a pronounced dynamic behaviour when subjected to harsh weather conditions. It is shown that the key quantity for extreme response prediction is the mean upcrossing rate function, which can be simply extracted from simulated response time histories. A commonly adopted practice for obtaining adequate extremes for design purposes requires the execution of 20 or more 3-h time domain analyses for several extreme sea states. For early phase considerations, it would be convenient if extremes of a reasonable accuracy could be obtained based on shorter and fewer simulations. The aim of the work reported in the present paper has therefore been to develop specific methods which make it possible to extract the necessary information about the extreme response from relatively short time histories.The method proposed in this paper opens up the possibility to predict simply and efficiently both short-term and long-term extreme response statistics. The results presented are based on extensive simulation results for the Kvitebjørn jacket structure, in operation on the Norwegian Continental Shelf. Specifically, deck response time histories for different sea states simulated from an MDOF model were used as the basis for our analyses.     

防波堤的人工神经网络Monte Carlo法可靠性分析

防波堤建设费用巨大,且一旦遭到破坏,后果甚为严重,因此,如何准确地计算防波堤的可靠性意义重大.随着人工神经网络理论的快速发展,人工神经网络方法在结构可靠性分析中的应用逐渐得到重视.基于神经网络的Monte Carlo法计算直立式防波堤的可靠性,概率意义明确.以秦皇岛典型直立堤为算例,采用基于神经网络的Monte Carlo法对直立式防波堤进行可靠性分析时,将直立堤滑动破坏和倾覆破坏的极限状态方程中的所有参数均作为变量处理,并将计算结果与Monte Carlo模拟的直接抽样法、重要抽样法以及独立变量JC法的计算结果进行对比.结果表明:基于神经网络的Monte Carlo法和Monte Carlo模拟的直接抽样法、重要抽样法计算结果相近,而比独立变量JC法的计算结果略低.     

水下光辐射测量的阴影效应及其校正方法研究

用后向Monte Carlo模拟方法计算多仪器水下光学系统测量水体向上辐亮度和辐照度时由测量系统阴影导致的误差,给出了这种误差与入射太阳光相对于仪器的水平方位角之间的关系,给出了测量船对测量的影响与入射太阳光天顶角之间的关系.提出了一种辐亮度仪器自阴影误差的多光谱校正方法,模拟结果表明校正后误差小于5%.     

蒙特卡洛方法模拟黄东海区水体光学特性的技术研究

基于海洋光学辐射传输原理,采用蒙特卡洛方法,建立水体光学特性的正演模型,该模型可以利用水体的固有光学特性作为输入,模拟水体的表观光学特性。文中将其应用在我国近岸海域,利用本模型与2003年春季黄东海区的实测数据进行模拟,并对模拟所得遥感反射率光谱的谱型和数值与实测数据进行对比分析,结果表明:模型给出的遥感反射率的模拟结果与实测数据谱型一致,符合我国近岸二类水体的典型光谱,并且数值偏差能够控制在20%以内,为今后进一步研究我国近岸水体光学特性打下基础。     

层化海洋中二阶多色波对可渗透结构的绕射问题

可渗透结构具有使波浪作用减弱的效应,而海水的层化及水波的非线性使结构的波绕射产生多层复杂机制。将可渗透结构应用于复杂海况条件中,海水的层化性、波浪的非线性及结构的透空性构成了波绕射的一个十分复杂的数学问题。该问题存在理论研究的必要性,而文章则着重探讨其数学分析的可能性。通过引入二层海的层化海模式及Stokes二阶波的非线性波模式,给出了二阶多色波对透空结构的波绕射的定解问题提法,提出了复合形式的二阶多色波辐射条件式及可渗透结构的二阶物面条件式,应用特征函数解法与积分法推导了多色波对结构绕射的一阶势解与二阶作用的耦合积分解式,并讨论了解式所涉及无穷积分的算法。     

独山港表层沉积物重金属潜在生态风险的Monte Carlo模拟

基于沉积物重金属污染风险评估系统的不确定性和随机性,采用Monte Carlo模拟技术定量刻画沉积物重金属含量数据分布特征,并通过与潜在生态风险指数法的综合集成,评估了独山港海域表层沉积物重金属(Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg和As)的潜在生态风险水平。结果表明,港区中Cu、Pb和Zn为中等污染,Cd、Cr、Hg和As为轻微污染;综合污染指数C_d处于轻微污染的概率为38.32%,处于中等污染的概率为61.68%。所有7种重金属污染程度以及潜在生态风险指数RI均为轻微级。敏感性分析表明,Cu、Zn和Cr对C_d和RI起主导作用。     

基于GAM模型研究水温垂直结构对热带中西太平洋黄鳍金枪鱼渔获率的影响

黄鳍金枪鱼索饵水层影响延绳钓捕捞效率,而黄鳍金枪鱼索饵水层分布受水温垂直结构的影响,因此本文采用GAM模型分析次表层环境变量对延绳钓黄鳍金枪鱼渔获率的影响,评估黄鳍金枪鱼垂直水层分布对中西太平洋黄鳍金枪鱼延绳钓单位捕捞努力量渔获量(Catch Per Unite Effort, CPUE)的作用。模型结果表明,环境因子对热带中西太平洋延绳钓黄鳍金枪鱼渔获率空间分布影响明显。黄鳍金枪鱼延绳钓CPUE在2012年之后快速增多,高渔获率月份出现在北半球夏季,空间上在10°S,140°E附近区域。温跃层上界温度和深度、温跃层下界深度、18℃等温线深度、△8℃等温线深度及其和温跃层下界深度的深度差对延绳钓渔获率影响较大,是影响热带中西太平洋黄鳍金枪鱼延绳钓渔获率的关键环境因子。随着温跃层上界温度和深度值变大,延绳钓CPUE逐渐递增,对延绳钓CPUE影响密切的温度和深度分别为27～28℃和70～90 m。温跃层下界深度对延绳钓CPUE影响在250～280 m时最大;之后随着下界深度的变大,CPUE快速下降。18℃等温线深度对延绳钓CPUE影响呈现先震荡后递增的趋势,影响密切的区域在230 m深度上下。△8℃等温线深度与温跃层下界深度的差值对热带中西太平洋黄鳍金枪鱼延绳钓CPUE影响呈现先快速递减后缓慢增加的趋势,在深度差为70 m上下时影响最密切。研究结果揭示,在黄鳍金枪鱼活动水层受限或栖息水层和延绳钓作业深度相吻合时,延绳钓渔获率最高。依据黄鳍金枪鱼垂直活动水层调整延绳钓投钩,可以提高渔获率。因此,采用延绳钓CPUE进行渔场和资源评估时要考虑金枪鱼适宜垂直活动空间。     

东海西北部中层冷水垂直热结构数值预报方法研究Ⅰ.一维数值预报模式

文中,以水温垂直剖面的自模性将其由T-Z分布变为θ-η剖面为基础,在考虑海面加热,忽略热平流效应和来自海底的热通量情况下,将海洋分为4层,并在各层内利用其自模函数的积分趋于常量的特性,对引入自模函数的热传导方程进行推导运算,导出描述含中层冷水垂直热结构7个特征量的闭合方程组.当解得这些特征量之后,代入含有自模函数的温度表达式,即获得预报的整个水温剖面.为了检验模式的功能,我们利用东海西北部海域中27个测站,以5月5日和5月10日实测的特征量作为初值,分别试报了5月10日和5月15日的特征量及水温剖面.试报的结果表明:试报特征值和温度剖面与其实测值之间的平均绝对误差,特征温度小于或等于0.23℃,特征深度小于或等于1.18m,而水温剖面小于或等于0.20℃.由此可见,试报的效果是令人满意的.