The long-term trend of Bohai Sea ice in different emission scenarios

Based on a coupled ocean-sea ice model, this study investigates how changes in the mean state of the atmosphere in different CO_2 emission scenarios(RCP 8.5, 6.0, 4.5 and 2.6) may affect the sea ice in the Bohai Sea, China,especially in the Liaodong Bay, the largest bay in the Bohai Sea. In the RCP 8.5 scenario, an abrupt change of the atmospheric state happens around 2070. Due to the abrupt change, wintertime sea ice of the Liaodong Bay can be divided into 3 periods: a mild decreasing period(2021–2060), in which the sea ice severity weakens at a nearconstant rate; a rapid decreasing period(2061–2080), in which the sea ice severity drops dramatically; and a stabilized period(2081–2100). During 2021–2060, the dates of first ice are approximately unchanged, suggesting that the onset of sea ice is probably determined by a cold-air event and is not sensitive to the mean state of the atmosphere. The mean and maximum sea ice thickness in the Liaodong Bay is relatively stable before 2060, and then drops rapidly in the following decade. Different from the RCP 8.5 scenario, atmospheric state changes smoothly in the RCP 6.0, 4.5 and 2.6 scenarios. In the RCP 6.0 scenario, the sea ice severity in the Bohai Sea weakens with time to the end of the twenty-first century. In the RCP 4.5 scenario, the sea ice severity weakens with time until reaching a stable state around the 2070 s. In the RCP 2.6 scenario, the sea ice severity weakens until the2040 s, stabilizes from then, and starts intensifying after the 2080 s. The sea ice condition in the other bays of the Bohai Sea is also discussed under the four CO_2 emissions scenarios. Among atmospheric factors, air temperature is the leading one for the decline of the sea ice extent. Specific humidity also plays an important role in the four scenarios. The surface downward shortwave/longwave radiation and meridional wind only matter in certain scenarios, while effects from the zonal wind and precipitation are negligible.     

软刚臂单点系泊系统静力特性分析

软刚臂系泊系统是一种利用压载质量为浮式生产储油装置(FPSO)提供回复力的单点系泊方式。为快速准确地评估多铰接组成的软刚臂系统的受力状态,避免应用高复杂度的有限元软件,进而快速完成优化设计等任务,建立一种静力计算方法十分有必要。因此,针对由刚臂(YOKE)、柔性系泊腿和压载舱组成的刚柔多体系统,以分解组合的方式,提出一种二维静力计算方法,用以研究FPSO软刚臂系泊系统的静力特性。该方法主要依靠软刚臂的几何构型,在有限铰接约束下,形成非线性静力平衡方程,建立了压载舱式水上软刚臂单点系泊系统二维静力平衡计算算法。采用OrcaFlex、SESAM等软件开展了理论和数值对比分析,同时与系泊试验结果开展验证分析。对比结果表明,文中所提方法计算精度较高,可为软刚臂单点系泊系统的研究提供可靠支持。     

温度、盐度和pH对钝缀锦蛤耗氧率和排氨率的影响

为探究温度、盐度和pH对钝缀锦蛤(Tapes dorsatus)耗氧率和排氨率的影响,作者采用室内实验生态学方法研究了不同温度、盐度和pH对钝缀锦蛤呼吸代谢的影响。实验设定了5个温度梯度(18℃、21℃、24℃、27℃、30℃)、5个盐度梯度(18、21、24、27、30)和5个pH梯度(5、6、7、8、9)。结果表明,温度对钝缀锦蛤的耗氧率影响显著(P<0.05),但对排氨率影响不显著(P>0.05),在温度18～30℃范围内,耗氧率随温度的升高而升高,而排氨率随温度的升高先降后升;盐度对该贝的耗氧率和排氨率影响极显著(P<0.01),耗氧率和排氨率随盐度升高先上升后下降,耗氧率和排氨率峰值分别出现在盐度为27和24; pH对钝缀锦蛤的耗氧率和排氨率影响不显著(P>0.05), pH为6～9时,钝缀锦蛤的耗氧率和排氨率变化幅度较小。在温度18～30℃,耗氧率与排氨率之比(O∶N)为5.56～45.4;在盐度18～30,O∶N为17.14～40.09;在pH5～9范围内,O∶N为27.59～40.41。研究结果为进一步研究钝缀锦蛤的生理生态奠定了一定基础。     

绿色海堤的沉积地貌与生态系统动力学原理: 研究综述*

绿色海堤是传统结构工程与海岸生态系统共同组合而成的新型海堤, 用以应对未来海面上升、风暴加剧给低地海岸防护带来的挑战。需解决的问题主要有海岸生态系统消浪过程及生态系统在海堤体系中的配置方式。理论分析、现场观测、物模数模所获结果表明, 海岸生态系统确有显著的消浪功能: 1) 陆架泥区消浪, 其机制以再悬浮和浮泥运动为主, 底部摩擦为次; 2) 潮滩下部的粉砂细砂滩底部摩擦和推移质运动共同造成波能耗散, 而上部的泥滩则以再悬浮和悬沙输运为主; 3) 在盐沼、红树林、海草床等由植被构成的生态系统, 植物通过形态阻力、茎秆运动来阻滞水流、耗散波能, 其效能高于沉积物床面对波能的耗散; 4) 生物礁主要有珊瑚礁和牡蛎礁, 其消能作用主要通过床面摩擦和波浪破碎, 效能较高, 尤其是在风暴期间。生态系统如何成为海堤的有机组成部分, 尤其是侵蚀型海岸的生态位修复和绿色海堤整体设计, 还需进一步研究相关的科学问题: 与硬质工程结合的盐沼-牡蛎礁的适应性生物学; 未来环境变化条件下生态系统的稳定性; 绿色海堤生态系统空间配置及其与风暴事件的时间尺度匹配; 基于均衡剖面理论的海堤形态优化。     

水下无线光通信中关键技术的研究与进展

由于水下无线光通信（Underwater Wireless Optical Communication,UWOC）具有高速率、低延迟和高保密性等优势,成为了水下无线通信的潜在应用。针对UWOC系统的模型及研究现状进行了简要的总结,重点阐述了UWOC系统所用到的关键技术,包括光源的选择、调制编码、探测、信道建模等关键技术,并介绍了一种UWOC系统的设计方案。最后针对实现水下长距离通信和高速率传输等问题,总结了UWOC未来的发展趋势及所面临的挑战,为UWOC将来的发展方向及实用化提供了参考。     

海草恢复生态学与修复技术研究进展

海草是一类生活在近海区域的高等被子植物,初级生产力高,是全球重要的碳汇之一,具有净化水质、消浪固滩,以及为珍稀濒危海洋生物提供栖息地和保护地的功能。无节制的人类活动和频发的极端气象灾害导致近岸海洋污染加剧、海洋生态系统退化和海草床大面积消失。本文以相关海草床修复生态学基础理论为出发点,在自然因素和人为因素两个方面归纳了海草修复需要考虑的因素,梳理了国内外海草修复实践和技术理论方法,提出了利用营养物质、植物激素和物种共生关系等人为促进海草床生长的技术方法,并从法律角度、技术体系、保护体系和科普宣传等方面提出了促进我国海草床修复的建议,以期为我国海草床保护与修复工作提供理论基础和技术参考。     

Bottom water temperature measurements in the South China Sea,eastern Indian Ocean and western Pacific Ocean

文章报道了一批新的海底底水温度(BWT)数据,其中南海(SCS)158个站位、东印度洋(EIO)30个站位及西太平洋(WPO)37个站位。基于这批新的BWT数据,获得南海和西太平洋海域底水温度与水深经验关系,可为地球物理和物理海洋提供准确、可靠的海底温度边界。这将有助于海底油气资源调查与评估。同时,这批实测数据表明:1)水深超过3500m的海域,其底水温度在南海约为2.47℃,比东印度洋(～1.34℃)和西太平洋(～1.60℃)稍微偏高。这与大洋传送带模式所预测的情况比较吻合。该模式认为:低温高盐的海水,从北大西洋格陵兰岛和冰岛附近海域下沉到深层,然后向南流动,再与南极洲周围海域的低温高盐海水一同向北进入印度洋和太平洋。而南海是一个相对比较封闭的热带边缘海,其内部海水与印度洋和菲律宾海交换有限,导致海水温度整体高于印度洋和太平洋。2)台西南盆地水深在2700～3000m的部分站位,其底水温高达约3.00℃,明显高于其周边同水深海域底水温度(平均值约为2.33℃)。这可能是台西南盆地海底水热活动导致的结果。3)在东印度洋和西太平洋水深超过4800m海域,底水温度随着水压增大稍有升高,其升高率分别为10.6mK·MPa~(-1)和12.0mK·MPa~(-1)。这与理论估算的深层底水绝热压力温度梯度范围较为吻合。这也意味着东印度洋和西太平洋深层底水,主要由绝热自压作用导致其温度随着深度的增大而升高。     

保持局域特征的多源海冰图像融合与分类

本文提出一种保持局域特征的多源海冰图像融合方法,并在此基础上进行海冰分类。本文提出的多源海冰图像融合方法包括保持空间局域融合和保持特征局域融合两方面。首先,通过学习得到投影矩阵和相似矩阵。投影矩阵将多源像素进行投影变换,得到保留像素空间局域特性的融合向量。相似矩阵度量像素特征间的相似性,通过拉普拉斯特征分解,得到保留像素特征局域相似性的融合向量。然后,将空间融合向量和特征融合向量进行像素综合,得到融合图像。在此基础上,本文设计一种滑动集成分类方法进行融合图像像素分类。提出的分类方法利用滑动集成的特点,在分类时增强刻画了海冰局域特性。由于本文的保持局域融合框架不仅刻画了海冰在物理空间中的邻接关系,而且考虑不同海冰类型的特征关系,因此其在多源图像（多光谱和合成孔径雷达（SAR）图像）的海冰分类任务中表现优异。实验结果表明本文提出的基于保持局域特征融合的多源海冰图像分类方法有效提升了海冰分类精度。     

辽东湾海洋工程可靠性设计的海冰参数选取

海冰参数的合理取值是海洋工程海冰灾害风险评估的重要内容。利用1950—2018年的冰情等级(5个等级)数据,进行了1950—2018、1950—1990、1991—2018三种情景下的回归分析,确定了不同时期的冰情等级概率分布密度函数。利用鲅鱼圈雷达观测站2002—2017年的海冰现场实测资料,分别对鲅鱼圈附近海域一般冰厚、最大冰厚、最小冰厚进行概率分布拟合。基于上述概率分布结果,给出不同冰情等级的重现期,进而对海冰作业条件给出的设计参考值进行评价。结果表明:1990年以后2级、3级冰情重现期相对1990年之前变小,4级、5级冰情重现期相对1990年之前变大,规范给出重现期范围已不能代表辽东湾冬季海冰情况。本研究成果可为辽东湾海洋工程可靠性设计提供重要数据支撑。     

滨海社区空间演变分形研究——以厦门市高浦社区为例

滨海城市社区的空间形态及其海岸线表现出一定程度的复杂性,发展量化描述方法对于其可发展研究有重要的理论与应用价值。本研究基于分形理论,以滨海城市厦门的高浦社区为研究对象,利用计盒法对该滨海社区空间形态和边界进行复杂性分析和分形维计算,研究社区空间形态复杂性演变规律。结果表明:作为典型海湾渔村的高浦社区空间形态具有分数维,呈现分形结构特性。自1989年至今,该社区空间形态的分形维数呈现增长态势;社区边界的分形维数呈现下降态势。社区空间形态的分形维数与社区建筑占地面积、建筑总面积、建筑密度、容积率都表现出相关性。这表明滨海社区在快速城市化进程中,社区规模急剧扩张可能会导致空间形态和边界复杂性的显著变化。