中国物理海洋学研究70年:发展历程、学术成就概览

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团,以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强,研究领域不断拓展,涌现了大量具有广泛影响力的研究成果,其中包括:提出了被国际广泛采用的“普遍风浪谱”和“涌浪谱”,发展了第三代海浪数值模式;提出了“准调和分析方法”和“潮汐潮流永久预报”等潮汐潮流的分析和预报方法;发现并命名了“棉兰老潜流”,揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等,系统描述了太平洋西边界流系;提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流);不断完善了中国近海陆架环流系统,在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流,以及陆架波方面均取得了深刻的认识;从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结;发展了浅海水团的研究方法,基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制,在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献;阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制,揭示了中尺度涡的三维结构,定量评估了其全球物质与能量输运能力;基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征,提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制;构建了“南海内波潜标观测网”,实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识;发展了湍流的剪切不稳定理论,提出了海流“边缘不稳定”的概念,开发了海洋湍流模式,提出了湍流混合参数化的新方法等;在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识,并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响;研发了全球浪–潮–流耦合模式,推出一系列海洋与气候模式;发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统;建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模 型实验平台;发展了ENSO预报的误差分析方法,建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系,揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应;初步建成了中国近海海洋观测网;持续开展南北极调查研究;建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统,为中国气象减灾提供保障;突破了国外的海洋技术封锁,研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器;建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型,为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示,经过70年的发展,中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍,这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军。     

北部湾典型海岛生态系统服务价值空间异质性对比研究

基于北部湾海域典型海岛高分1号数据,借助于CART决策树方法,获取了广西北部湾两个典型海岛的景观格局数据,并采用生态系统服务价值计量模型、空间自相关模型及地统计学中的变异函数模型对其生态系统服务价值进行了空间异质性分析。结果表明:团和岛单位面积生态系统服务价值是七星岛的1.08倍,但其变异系数低于七星岛;七星岛由于其地质背景为泥沙岛,景观格局受到人类活动以及自然环境的强烈干扰,趋向于复杂化和破碎化;而团和岛由于所处的外部环境以及自身的地质特征,景观格局呈现出整体斑块化分布状态;团和岛的景观格局主要受到结构性因素的控制,而七星岛则以随机性因素控制为主,选用变程和Moran’s指数来表征其复杂化和破碎化,来决定其优先开发时序,可对前者进行适当开发,而对后者适当进行生态保护;对受到结构性因素影响的岛屿在进行开发时,时序的识别选用变程和Moran’s指数来表征,若变程和Moran’s指数越小,说明海岛整体的景观分布格局趋向于复杂化和破碎化,反之生态系统较好,可进行优先开发。同时本文构建了北部湾海岛生态系统异质性评估与自然资源管理框架,并提出了海岛管理的建议与对策。     

Capsizing Probability of Dead Ship Stability in Beam Wind and Wave for Damaged Ship

The International Maritime Organization has developed the second-generation intact stability criteria. Thus, damage stability criteria can be established in the future. In order to identity the capsizing probability of damaged ship under dead ship condition, this paper investigates two methods that can be used to research the capsizing probability in time domain, which mainly focus on the nonlinear righting lever GZ curve solution. One method subjects the influence of damaged tanks on the hull shape down to the wind and wave, and the other method is consistent with the real-time calculation of the GZ curve. On the basis of one degree of freedom rolling equation, the solution is Monte Carlo method, and a damaged fishery bureau vessel is taken as a sample ship. In addition, the results of the time-domain capsizing probability under different loading conditions are compared and analyzed. The relation of GM and heeling angle with the capsizing probability is investigated, and its possible reason is analyzed. On the basis of combining the time-domain flooding process with the capsizing probability calculation, this research aims to lay the foundation for the study of capsizing probability in time domain under dead ship condition, as well as provide technical support for capsizing mechanism of dead ship stability and damage stability criteria establishment in waves.     

岩藻黄素纳米复合物的制备及抗氧化、抗肿瘤活性研究

岩藻黄素是一种脂溶性类胡萝卜素,由于其水溶性差、环境敏感性强,使其应用受到限制。本研究采用有机溶剂浸提、大孔树脂纯化法,从裙带菜中提取高纯度岩藻黄素。通过复凝聚反应制备乳清分离蛋白-岩藻黄素-阿拉伯胶纳米复合物。通过透射电镜观察,纳米复合物呈光滑的球形,粒径约为44nm。红外光谱则表明,岩藻黄素与乳清分离蛋白、阿拉伯树胶发生相互作用,导致联烯键、乙酰基等特征吸收峰被遮蔽。与单一岩藻黄素相比,纳米包封的岩藻黄素具有较好的抗氧化活性稳定性。抗肿瘤实验表明,纳米复合物保留了岩藻黄素抑制HT29细胞增殖的生物活性。     

FIO-ESM气候模式北太平洋海表温度和降水的季节性预报技巧评估

The seasonal prediction of sea surface temperature(SST) and precipitation in the North Pacific based on the hindcast results of The First Institute of Oceanography Earth System Model(FIO-ESM) is assessed in this study.The Ensemble Adjusted Kalman Filter assimilation scheme is used to generate initial conditions, which are shown to be reliable by comparison with the observations. Based on this comparison, we analyze the FIO-ESM 6-month hindcast results starting from each month of 1993–2013. The model exhibits high SST prediction skills over most of the North Pacific for two seasons in advance. Furthermore, it remains skillful at long lead times for midlatitudes. The reliable prediction of SST can transfer fairly well to precipitation prediction via air-sea interactions.The average skill of the North Pacific variability(NPV) index from 1 to 6 months lead is as high as 0.72(0.55) when El Ni?o-Southern Oscillation and NPV are in phase(out of phase) at initial conditions. The prediction skill of the NPV index of FIO-ESM is improved by 11.6%(23.6%) over the Climate Forecast System, Version 2. For seasonal dependence, the skill of FIO-ESM is higher than the skill of persistence prediction in the later period of prediction.     

利用综合评分方法评估CMIP5模式对北极海冰的模拟能力

北极海冰冰盖自20世纪以来经历了前所未有的缩减,这使得北极海冰异常对大气环流的反馈作用日益显现。尽管目前的气候模式模拟北极海冰均为减少的趋势,但各模式间仍然存在较大的分散性。为了评估模式对于北极海冰变化及其气候效应的模拟能力,我们将海冰线性趋势和年际异常两者结合起来构造了一种合理的衡量指标。我们还强调巴伦支与卡拉海的重要性,因为前人研究证明此区域海冰异常是近年来影响大尺度大气环流变异的关键因子。根据我们设定的标准,CMIP5模式对海冰的模拟可被归为三种类型。这三组多模式集合平均之间存在巨大的差异,验证了这种分组方法的合理性。此外,我们还进一步探讨了造成模式海冰模拟能力差别的潜在物理因子。结果表明模式所采用的臭氧资料集对海冰模拟能力有显著的影响。     

几种虾蛄生物学特性和繁殖生物学研究进展

虾蛄(Squillidae)是重要的水产增养殖品种。目前针对虾蛄类的研究主要集中在其基础生物学和繁殖生物学方面,其中在虾蛄的纳精结构、性腺发育和幼体发育等研究方面还存在诸多分歧。作者综述了几种虾蛄类,如口虾蛄(Oratosquilla oratoria)、黑斑口虾蛄(O. kempi)、猛虾蛄(Harpiosquilla harpax)和棘突猛虾蛄(H. raphidea)的资源分布、生活习性、亲本、性腺和幼体发育等研究成果,以期为虾蛄繁殖生物学和人工育苗的深入研究提供参考。     

斑节对虾TSG101基因的克隆及表达分析

为探究肿瘤易感基因101(简称TSG101)对斑节对虾(Penaeusmonodon)的免疫应答作用,了解在细菌刺激下斑节对虾的机体发生的变化机制,本研究以哈维弧菌(Vibrioharveyi)和金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)为实验组,以磷酸缓冲液(PBS)为对照组,通过荧光定量分析展开对斑节对虾对菌刺激的免疫应答作用。结果显示,斑节对虾的TSG101在各组织中均有表达,在肝胰腺中的表达量最高。在金黄色葡萄球菌刺激下,斑节对虾的TSG101在肝胰腺中的表达量与对照组相比呈极显著上调(P0.01),第12小时的TSG101 mRNA的表达量达到最大(为对照组的21.60倍);在鳃中的表达量与对照组相比呈极显著上调(P0.01),第6小时斑节对虾TSG101的表达量达到最大值(为对照组的3.64倍)。在注射哈维弧菌第9小时,肝胰腺中的PmTSG101 mRNA表达量极显著上调(P0.01)且达到最大(为对照组的2.50倍)。实验结果初步表明,斑节TSG101参与斑节对虾的先天免疫反应,在金黄色葡萄球菌和哈维弧菌的刺激的情况下,该基因RNA水平的表达情况发生明显变化。     

紫刺参早期生长发育与体色形成的研究

本研究对紫刺参胚胎和幼体发育过程进行了显微观测,比较分析了其幼体早期生长情况与体色形成过程。结果表明:(1)在水温21.0±0.2℃条件下,紫刺参受精卵在受精10～15min后释放第一极体,5h 30min～6h 30min进入囊胚期, 18～20h发育成原肠胚; 30～34h进入耳状幼体阶段, 8～10d变态发育为樽形幼体, 12～14d发育成稚参;紫刺参胚胎和幼体发育时序与普通刺参无显著差异。(2)紫刺参早期发育中的樽形幼体发生率和附着变态率分别为58.4±4.7%和45.1±2.7%,高于普通刺参。(3)紫刺参浮游阶段后期随日龄增长表现出较普通刺参发育更快的优势,在日龄6～7d表现出显著差异(P0.05)。(4)紫刺参稚参在日龄35d前后自背部开始着色,50d～60d腹部开始着色,110d体表紫色转变近乎成参体色,完成变色过程。     

国际蓝碳合作发展与中国的选择

海洋储存了地球上93%的CO_2,是全球最大的碳库。发挥海洋固碳、储碳作用,对应对全球气候变化具有重要意义。《联合国气候变化框架公约》和《巴黎协定》是2020年后国际气候治理的基础,为国际蓝碳合作指明了方向,也提供了国际法依据。当前,国际蓝碳合作从科学研究向纳入国际气候治理方向不断推进,不少国际组织和国家已着手推动蓝碳国际规则制定。中国蓝碳资源分布广泛,特色鲜明,蓝碳发展起步阶段里中国的参与不仅是对全球应对气候变化的重要贡献,更有助于通过蓝碳合作增强我国在全球气候治理和海洋治理领域的影响力和话语权。我国蓝碳发展应从国内、国际两个方面着手。在国内夯实基础、补足短板,加强蓝碳基础研究和实践,建立蓝碳评估标准,加快蓝碳人才队伍建设。在国际上积极参与现有国际蓝碳计划,在"21世纪海上丝绸之路"等机制框架下开展双、多边蓝碳合作,推动全球蓝碳治理,从积极参与向适时引领发展。