波流边界层水沙运动数值模拟——Ⅲ.底部高含沙层模拟

为了解析底部高含沙层特征,研究了物理影响机制和时均含沙量剖面。采用波流边界层1DV泥沙数学模型,结合试验资料,通过设置不同的计算工况进行了影响因素敏感性分析;在此基础上,提出波浪相关的时均泥沙扩散系数分布,考虑主要影响机制,推导了基于边界层物理过程的波浪作用下时均含沙量剖面表达式。结果表明,底部高含沙层与波浪边界层密切相关,是受水动力和床面形态综合影响的结果。仅建立高含沙层与水动力或床面形态的单一关系是有局限性的。含沙量层化效应和制约沉速对底部高含沙层具有重要影响。提出的平底床面含沙量剖面表达式为幂函数-Rouse-指数分布,漩涡沙波床面为指数-幂函数-Rouse分布。预期可应用于二维和三维泥沙数值模拟。     

Meridional Variation of the 1955-2003 Sea Level Anomalies in the Tropical Pacific Ocean Associated with El Ni(n)o Events

The Sea Level Anomaly-Torque (SLAT, relative to a reference location in the Pacific Ocean), which means the total torque of the gravity forces of sea waters with depths equal to the Sea Level Anomaly (SLA) in the tropical Pacific Ocean, is defined in this study. The time series of the SLAT from merged altimeter data (1993-2003) had a great meridional variation during the 1997-1998 El Ni(n)o event. By using historical upper layer temperature data (1955-2003) for the tropical Pacific Ocean, the temperature-based SLAT is also calculated and the meridional variation can be found in the historical El Ni(n)o events (1955-2003), which suggests that the meridional shifts of the sea level anomaly are also intrinsic oscillating modes of the El Ni(n)o cycles like the zonal shifts.     

Changes in nitrogen and phosphorus and their effects on phytoplankton in the Bohai Sea

Systematic studies of the changes in dissolved inorganic nitrogen (DIN) and dissolved inorganic phosphorus (DIP) and their effects on phytoplankton over the last 30 years in the Bohai Sea are presented. The amount of sewage disposal, use of fertilizer and the Huanghe River runoff were found to have a significant influence on the DIN or DIP concentrations in the Bohai Sea over the last 30 years. Moreover, the changes in DIN and DIP resulted in changes in the limiting nutrients of phytoplankton in the Bohai Sea from nitrogen in the early 1980s to nitrogen-phosphorus in the late 1980s, and then to phosphorus after the 1990s. In addition, changes in nitrogen and phosphorus had a significant effect on the phytoplankton community structure. The half saturation constant (K _s) was used to evaluate the effect of nutrients on the phytoplankton community structure in the Bohai Sea over the last 30 years. Cell abundance percentages of dominant phytoplankton species with high K _s values for phosphorus and low K _s values for nitrogen have decreased since the 1980s, while those of dominant phytoplankton species with low K _s values for phosphorus and high K _s values for nitrogen increased during this period.     

承德北部茅荆坝地热田地热流体的水化学和同位素特征及其成因

承德北部茅荆坝地区地表出露的地热水温度高达98.7 °C,赋存于裂隙较发育的侏罗世中粗粒二长花岗岩热储,${\mathrm{SO}}_4^{2-} $含量较高,但关于该区地热流体的补给来源、循环演化过程与成因机制研究尚少。为了认识该基岩山区地热系统的成因以合理开发利用地热资源,在区域地热地质调查的基础上,测试分析了不同水体的水化学组分、地下水年龄（3H和14C）、硫酸盐硫、氧同位素（δ34S-${\mathrm{SO}}_4^{2-} $和δ18O-${\mathrm{SO}}_4^{2-} $）、碳酸盐碳同位素（δ13C-$ {\mathrm{HCO}}_3^-$）、锶同位素（87Sr、86Sr）等特征值。结果表明：（1）茅荆坝地区地热水化学类型以${\mathrm{SO}}_4 $—$ {\mathrm{Na}}$型为主,硅酸盐矿物的溶解及阳离子交换作用促进了地热水中${\mathrm{Na}}^+ $、${\mathrm{K}}^+ $和SiO2的富集,水中${\mathrm{SO}}_4^{2-} $并非来源于硫酸盐岩矿物溶解,推测为H2S气体从深部还原环境上升到浅部氧化后生成${\mathrm{SO}}_4^{2-} $,也可能来源于高温地热水与硫反应形成的硫酸盐;（2）地热水n(87Sr)/n(86Sr)均值为0.7092,与海相碳酸盐岩比值接近,揭示热储深部可能存在海相碳酸盐岩储层;（3）地热水属于古地下水,14C校正年龄为11.9～14.9 ka,循环更新能力差,由周边山区的大气降水补给,补给高程在1532～1632 m;（4）地热系统深部热储温度为142～144 °C,高温中心位于热田北部。研究结果对冀北山地地热资源的可持续开发利用具有重要意义。     

表面流湿地沉积物再悬浮及其对湿地净化效果的影响

选取典型表面流人工湿地——盐龙湖人工湿地为研究对象,通过对沉积物理化性质分析,湿地系统水动力模拟,风场与悬浮物(SS)再悬浮浓度关系的拟合及全年再悬浮对湿地净化效果的影响估算,探索表面流湿地沉积物在动力条件下的再悬浮特征及此过程中营养物质的再悬浮量.结果显示:0.3～0.5 m水深沉积物的理论起动流速在18.54～22.62cm/s之间,模拟得到湿地运行过程中水体流速最大值为1.62 cm/s,会远小于理论起动流速值,因此湿地内部流动产生的底部扰动难以形成湿地底泥的大规模再悬浮现象.但湿地内部仍存在一定的底泥再悬浮效应,风场扰动是主要影响因素,风场作用受植物影响显著,萌发期(3-4月)和收割期(11月-次年2月)再悬浮贡献量大于生长期(5-8月)与成熟期(9-10月),并且当风速4 m/s时再悬浮浓度明显增加.再悬浮浓度与运行水深也有关,0.3 m水深SS再悬浮浓度分别高出0.4 m和0.5 m水深12.48%和18.67%;高锰酸盐指数(CODMn)分别高出12.61%和19.52%;总氮(TN)分别高出248.12%和341.94%;总磷(TP)分别高出35.53%和43.48%.全年SS、CODMn、TN和TP再悬浮量分别达到2.8、0.47、0.15和0.011 kg/m2.     

大型表面流人工湿地长期运行下底泥污染特性及氧化层甄别

研究湿地底泥污染特性及水-土界面边界层性质是明确大型人工湿地长期运行下底泥内源污染问题的关键.本文以典型人工湿地为例,通过综合布点垂向分层监测湿地底泥理化性质,明确底泥污染特性,分析水-土界面边界氧化层现象、性质及形成机理,探讨其性质成因.结果表明：与湖泊类似,长期运行人工湿地底泥也会产生氧化层,垂向由上到下分为氧化层、污染层、过渡层和健康层;运行6年的湿地底泥可形成厚约1 cm、无明显臭味、棕黄色可塑状的氧化层;与污染层相比,氧化层色味变淡、流动性减弱,含水率、d（0.9）、亚铁、总有机碳和总氮含量分别降低7.20%、54.04%、54.59%、17.89%和7.00%,氧化还原电位和总磷含量分别升高150.41%和18.17%;氧化层是由氧化、沉降协同作用下形成的底泥表层氧化态微环境,其中上覆水溶解氧水平越高越有利于提高氧化层致密程度,降低氧化层有机质、总氮含量,上覆水悬浮物浓度越高、水深越深越有利于增加氧化层厚度.     

H型浮式垂直轴风力机刚—柔耦合多体动力学建模及仿真

采用多体动力学方法研究了H型浮式垂直轴风力机的动力特性。将风力机叶片和塔柱处理为柔性体,浮式基础处理为刚性体,考虑柔性体的非线性变形,由拉格朗日第二类方程建立了浮式风力机系统的非线性刚—柔耦合多体动力学方程。系统载荷包括浮式基础受的波浪力、风机叶片旋转时受到的气动载荷、塔柱受到的风压载荷、系泊力以及系统阻尼力。编制了模拟系统响应的数值计算程序,该程序可以考虑浮式风力机系统的刚—柔耦合和气动力—水动力耦合效应。以5 MW风力机为例,计算了叶片的固有频率;分析转速对叶片固有频率的影响;计算风、浪联合作用下浮式风力机系统的动力响应。结果表明,随着风机转速的增加,叶片切向固有频率增加、法向固有频率减小;在风、浪联合作用下,浮式基础运动以波浪频率为主,气动载荷贡献较小。     

细菌藿多醇的环境指示作用及其在海洋生态环境重建中的应用

细菌藿多醇（Bacteriohopanepolyols,BHPs）是细菌细胞膜中高度结构变异的五环三萜类化合物,易保存且受成岩作用影响较小,广泛分布于陆地和海洋环境中。BHPs作为一种新型微生物标志物,由于其细菌来源专属性和环境专属性,近年来已在示踪有机质来源、环境演变过程以及反演古环境方面表现出巨大的应用潜力。本文系统分析了近年来全球土壤、沉积物和海水中BHPs的组成、分布和来源,发现热带和温带区域中BHPs的多样性和含量通常高于寒带区域,且由土壤、河流、近海到外海海域逐渐降低。探讨了土壤标志物BHPs、细菌霍四醇同分异构体（BHT- Ⅱ）和35- 氨基霍多醇在有机质来源、缺氧环境、厌氧氨氧化和甲烷氧化活动方面的环境指示作用及在海洋生态环境重建中的应用,以期为示踪海洋生态环境变化提供新指标和新途径。     

中国边缘海海洋沉积生态环境反演中的生物标志物

中国边缘海是海—陆—气圈进行物质和能量交换最活跃的海域之一,重建中国边缘海海洋生态环境演变对深入探析人类活动和气候变化的耦合作用意义重大,海洋沉积物生物标志物为定性/定量揭示海洋生态环境演变提供有效手段,可为预测人类活动影响下的海洋生态环境演变趋势提供科学支撑。本文总结归纳目前海洋沉积物中常用的古菌、细菌和真核来源生物标志物在海陆来源、化学结构、分布规律与功能等方面的特征,分析了不同生物标志物类型在重建海洋温度、酸碱度、氧化还原环境和浮游植物演变过程中的应用状况,剖析了多参数生物标志物在重建中国边缘海生态环境演变中存在的问题。总体而言,利用生物标志物重建中国边缘海生态环境演变的研究大多还停留在定性描述水平;由于对生物标志物母源生物及其适应机制认识不足会导致对生物标志物指标的解译存在偏差,进而影响海洋环境重建结果的准确性;此外,多种重要海洋环境演变参数并未建立起有效的生物标志物指标。未来的海洋生态环境重建研究应从结合新技术新方法厘清生物来源,整合大数据分析方法构建有更精确对应关系的校正公式以实现定量反演和准确预测,同时结合功能微生物群落筛选出更具独特性的新型生物标志物等方面开展研究。     

Comparative mitochondrial genome analysis of Sesarmidae and its phylogenetic implications

Here, we sequenced the complete mitogenome of Parasesarma eumolpe (Brachyura: Grapsoidea: Sesarmidae) for the first time. The characteristics of this newly sequenced mitogenome were described and compared with other Sesarmidae species. The 15 646-bp mitogenome contains 13 protein-coding genes (PCGs), two ribosomal RNA genes (rRNAs), 22 transfer RNA genes (tRNAs), and an A-T rich region. All of the PCGs are initiated by the start codon ATN and terminated by the standard TAN codon or an incomplete T. The pairwise Ka/Ks ratio analysis shows that all 13 PCGs are under purifying selection, whereas the ATP8 gene is an outlier, with pairwise comparison values ranging from neutral selection (0.000) to positive selection (1.039). The gene arrangement of P. eumolpe compared with ancestral Decapoda shows the translocation of two tRNAs (tRNA-His and tRNA-Gln), which is identical to other Sesarmidae species. Phylogenetic analyses show that all Sesarmidae species are placed into one group, and the polyphyly of Eriphioidea, Ocypodoidea, and Grapsoidea is well supported. The relationship between gaps in the QIM region and the phylogeny of Sesarmidae is analyzed. It is obvious that both the G5 (the gap between Q and I) and G6 (the gap between I and M) decrease progressively with the evolution process. These results will help to better understand the genomic evolution within Sesarmidae and provide insights into the phylogeny of Brachyura.