MASNUM-WAM海浪模式集合Kalman滤波同化研究-I.风场扰动对海浪模拟影响

模式集合样本的代表性和观测信息的可靠性是制约数据同化效果的重要因素,而前者对海浪模式同化的影响尤为显著。由于海浪模式对初始场的敏感性较弱,来自大气的风输入源函数是海浪的重要能量输入,如何合理地对风输入进行扰动,构造海浪的集合模式运行,是实现和改进海浪模式集合Kalman滤波同化的关键问题。为了实现海浪模式集合运行,本文提出了风场的三种集合扰动方案,分别为：纯随机数、随机场和时间滞后的风场扰动方法。本研究利用2014年1月ECMWF全球风场,基于这三种风场扰动方法开展了集合海浪模式的集合运行实验,并统计分析了海浪特征要素（有效波高）和二维波数谱对风场扰动的响应。结果表明,随机场集合扰动方案所构造的风场集合效果最佳,所得海浪模拟结果的集合样本发散度适中,能够较为合理地反映背景误差的统计特征,可用于进一步的集合Kalman滤波海浪数据同化实验。     

温度、饵料种类对中华哲水蚤(Calanus sinicus)油脂积累与生长发育的影响

中华哲水蚤(Calanus sinicus)C5期幼体的油脂积累是种群在黄海冷水团中得以顺利度夏的关键过程。本研究对温度(10°C和19°C恒温,10—19°CⅠ和10—19°CⅡ变温)与饵料种类(硅藻饵料,自然饵料)双因子培养实验进行研究,探讨温度和饵料种类对中华哲水蚤油脂积累与生长发育的影响作用。结果表明,不同的温度和饵料种类对C5期幼体的油脂积累均有影响。C5期幼体在变温组的油脂积累是10°C组的31%—102%,是19°C组的1.8—6.1倍,低温有利于C5期幼体降低个体代谢消耗以增加油脂的积累。在恒温培养下,C5期幼体在硅藻饵料组的油脂积累是自然饵料组的2.8倍,硅藻饵料比自然饵料更有利于油脂的积累。雌体的体长和油囊体积均随着温度的升高而减小。与硅藻饵料相比,在自然饵料组中雌体的性腺发育速度更快,性腺成熟度更高(繁殖指数:58%—65%)。     

Application research of enhanced in-situ micro-ecological remediation of petroleum contaminated soil

Experimental study of enhanced in-situ micro-ecological remediation of petroleum contaminated loess soil was carried out in Zhongyuan oil production areas, and the enhanced in-situ micro-ecological remediation technique includes optimistic in-situ microbial communities, physical chemistry methods, alfalfa planting and regulation of soil environmental elements. Experiments showed that the oil content in the contaminated soil with oil content about 2 898.25 mg/kg can be reduced about 98.61% after in-situ micro-ecological remediation for 99 days, which demonstrated the effectiveness of in-situ micro-ecological remediation methods for petroleum contaminated soil in central plains of China, and explored the practical and feasible application of these methods.     

基于18S和ITS-5.8S rDNA基因序列的白色霞水母(Cyanea nozakii)的分子鉴定与检测

采用通用引物PCR扩增法,测定了辽东湾海域的白色霞水母(Cyanea nozakii)螅状体、碟状体及水母体的18S以及ITS-5.8S r DNA序列,同时利用Gene Bank数据库中已有同源序列对其进行序列分析及系统分析。结果显示,白色霞水母3个个体的18S和ITS-5.8S r DNA序列完全一致。白色霞水母样品的ITS-5.8S r DNA序列与Gen Bank中未知真核生物的序列高度相似(≥99%),推测该物种可能是早期发育阶段(卵、浮浪幼虫或碟状体)的白色霞水母样品。霞水母属不同种间18S r DNA序列经比对后同源序列长度为1709bp,多态位点数33个;比对后ITS1同源序列长度为368bp,其中变异位点203个,简约信息位点数178个,单变异位点21个。基于18S r DNA基因序列的霞水母属种内和种间平均遗传距离分别为0、0.008,而基于ITS1序列的霞水母属种内和种间平均遗传距离分别为0.019、0.284。基于ITS1的种间遗传距离是种内遗传距离的15倍,适合于进行物种鉴定。NJ系统树的结果也表明同种的不同个体各自聚枝,其聚类结果大致与形态分类吻合。研究表明,ITS基因片段在霞水母不同种间变异较大,更适于大型水母种类鉴定、检测及属内种间水平的系统进化研究。     

象山港海洋牧场示范区大型底栖生物的时空变化

根据象山港海洋牧场示范区建设前(2011年)、建设中(2012年)、建设后(2013年)对象山港全港区、邻近区、示范区11个站位,进行5个航次调查所获得的大型底栖生物的资料,对比分析建设前后大型底栖生物的时空变化。结果表明:共鉴定出大型底栖生物59种,建设后建设中建设前,优势种变化明显。大型底栖生物密度、生物量表现为:建设前建设中建设后;建设中建设后建设前。多样性指数H’、丰富度指数d均表现为:建设前建设后建设中,均匀度指数J则表现为建设中建设后建设前。多因子方差分析结果表明:建设前后,大型底栖生物种类数、栖息密度、生物多样性指数均存在显著性差异。根据群落聚类及n MDS排序分析,建设前后大型底栖生物群落组成存在明显差异,双因素相似性分析(ANOSIM)结果同时表明,群落建设前后存在显著性差异(综合检验R=0.215,P=0.004)。SIMPER分析,大型底栖生物群落的平均相似性建设前建设后建设中。根据调查站位的数据作出丰度/生物量比较曲线(ABC曲线)分析表明,建设中大型底栖生物受到了强烈的干扰,人工鱼礁投放、大型海藻移植、增殖放流会对其周围海域产生影响,但建设后扰动消失,表明随着时间的推移,海洋牧场建设过程中带来的扰动逐渐减小,并围绕鱼礁群逐渐形成新的人工生态系统。     

海洋上层暖水在热带气旋迅速增强中的作用:基于台风威马逊(1409)的个例研究

在登陆海南岛之前,台风威马逊在南海北部从热带风暴级别迅速增强成为超强台风。观测数据的分析结果显示,海洋上层的异常暖水在威马逊的迅速增强过程中扮演了重要的角色。威马逊期间,南海北部的海表面温度相比于气候态海表面温度暖很多。这部分异常暖水为威马逊提供了更多的能量,从而导致了威马逊的迅速增强。数值模拟结果进一步证明,南海北部的暖水在台风威马逊的迅速增强过程中起重要作用。如果没有这团异常暖水的影响,威马逊只增强25 hPa,仅为有暖水影响条件下增强程度的58.1%。     

一种基于Curvelet变换的合成孔径雷达海洋内波图像的斑点噪声抑制方法

合成孔径雷达是海洋内波研究中最重要的工具之一。雷达图像中的斑点噪声会严重降低图像的质量,这一问题在处理和分析信号较弱的二模态内波信号和上升型内波信号时极为明显。合成孔径雷达图像中的海洋内孤立波的信号具有明显的尺度性和方向性。同时,curvelet变换作为一种同时具备尺度分辨率和方向分辨率的数学变换,能够对一幅雷达图像在不同尺度、不同方向和不同位置上进行分析。本文给出了一个基于curvelet变换的合成孔径雷达海洋内孤立波图像的斑点噪声抑制方法。该方法可简述为：(1)对一幅合成孔径雷达海洋内孤立波图像进行curvelet变换,获得curvelet系数;(2)分别仅仅保留一个尺度的系数,将其它尺度的系数置为零,利用处理之后的系数分别重建图像,得到仅仅用一个尺度的系数重建的图像;(3)分别计算上一步中得到的图像的均方差,根据波浪理论,图像的方差代表能量,方差越大则能量越大,以此可以确定内波信息集中的尺度;(4)在每个尺度下,分别计算每个方向的curvelet系数矩阵的平均值,以此确定内孤立波信号集中的方向;(5)在上两步工作的基础上,仅仅保留内波信号集中的尺度和方向的系数,而将其它尺度和方向的系数置为0,得到一幅提取主波信息的图像;(6)将上一步得到的提取主波信息的图像加回到原始图像中,从而达到增强波浪信息并抑制斑点噪声的目的。大量的实验验证表明,该方法不仅能有效地压制斑点噪声,而且能有效地增强波浪信号。     

曹妃甸近岸及周边海区碎屑矿物组成特征及其环境意义

为探讨曹妃甸近岸及周边海区沉积物碎屑矿物组成特征以及曹妃甸大规模围填海工程对其影响,作者对2013年10月采自曹妃甸及周边海区的表层沉积物样品采用轻重矿物分离的方法进行了鉴定。结果表明:大规模围填海工程在改变曹妃甸岸线形态的同时也改变了其冲淤环境,使得碎屑矿物组分在大规模围填海前后发生一定变化。研究区的沉积物整体以轻矿物为主,平均含量为97.83%,其中曹妃甸近岸平均含量为95.57%;重矿物平均含量为2.17%,其中曹妃甸近岸平均含量为4.43%。研究区的重矿物优势矿物主要有普通角闪石、绿帘石和自生黄铁矿,其中普通角闪石所占比例在曹妃甸近岸达到最高值(36.41%);轻矿物的优势矿物主要有石英、斜长石和风化碎屑,其中石英所占比例也在曹妃甸近岸达到最高值(62.72%)。研究发现,曹妃甸近岸沉积物碎屑矿物相对含量增加而重矿物基本不变,这在一定程度上揭示了大规模人工围填海工程对曹妃甸近岸及周边海区沉积环境的影响。     

利用监督分类快速提取分层设色图件中数据的方法

为了快速将分层设色图件中象元的颜色值转化为具有实际意义的属性标识或物理、化学参数值,从而提取分层设色图件中包含的数据,作者提出了根据不同颜色分量(RGB)构建颜色特征空间,基于最小距离监督分类方法快速提取分层设色图件中数据的方法。使用该方法对东半球海域海面水汽分布数据进行提取,取得了良好的效果。该方法可以广泛应用于物理海洋、环境科学、地质调查、地理信息系统建库等多个行业领域的数据提取工作中。     

基于HJ-1A/1B的2014年黄海海域浒苔灾害时空分布

自2007年以来, 黄海海域每年的5月初～8月中下旬浒苔(Ulva prolifera)会周期性地暴发与消亡,导致海洋生态环境被破坏以及经济损失。利用2014 年的HJ-1A/1B遥感影像, 利用神经网络监督分类及RULE规则影像重分类动态阈值法, 对2014年的浒苔的漂移路径、各时期影响的海域面积、分布面积以及暴发高峰期的最大面积进行了动态监测。结果表明, 2014年浒苔持续时间为101 d, 5月中旬开始在江苏省盐城市近海出现零星斑点, 分布面积为2.299 km², 影响面积为1 744.799 km²; 6月初到6月中旬浒苔广泛分布于黄海海域, 分布面积扩大至1 367.145 km², 达到当年的峰值; 从6月下旬开始, 浒苔进入衰退期, 浒苔分布面积、相对聚集密度均急剧缩小, 但影响面积的峰值出现在该时期; 8月初消亡于青岛附近海岸, 8月20日遥感影像已难以监测到浒苔的存在。2014年黄海海域浒苔经过了“出现—发展—暴发—衰退—消亡”5个发展阶段。