基于深海矿车-稀软土相互作用的矿车触底过程分析

多金属结核赋存在深海5.0 km左右的平原区域,该区域的稀软沉积物含水率高、承载力低。深海采矿车在触底过程中,矿车下方稀软沉积物受到冲击后易发生扰动破坏,从而极易引发矿车沉陷,这将严重影响矿车的正常作业,甚至会导致停机。矿车是否沉陷与其触底后的应力分布形式密切相关,但尚无理论对其进行分析。通过开展采矿模型车不同触底速度下的触底试验,揭示了矿车触底后下方土体竖向应力随时间的变化规律及分布范围。在传统理论基础上,推导并验证了一种考虑履齿影响的竖向应力值的理论公式。研究发现,触底后下方土体的应力值会快速增长并趋稳定,且达到稳定应力值所需时间与触底速度成反比。随着触底速度增大,矿车下方应力泡形状会从平滑单峰向单峰两侧有平台的形状变化,车体正下方的应力传播得最远。相对于平板,履齿板应力影响深度显著增加。经误差分析,改进的理论公式比传统理论与试验结果吻合效果更好,提升了深海矿车触底后应力计算精度。文中研究围绕矿车触底后的海床应力分布进行了一系列讨论,可为深海矿车低扰动、防沉陷设计提供理论参考。     

非线性波浪与柔性水面漂浮式光伏结构作用的数值模拟

大型水面漂浮式光伏系统具有水平面积大、垂向抗弯刚度低的特点,在外海波浪作用下,柔性光伏系统的水弹性运动响应较大。针对漂浮式柔性光伏结构的特点,建立了二阶非线性波浪与柔性漂浮式光伏耦合作用的频域数值模型,基于模态展开法实现结构运动与流体作用的解耦。其中,柔性漂浮式光伏结构的水弹性运动响应利用经典欧拉-伯努利梁振动方程模拟,流体域利用二维Rankine源及关于海底的镜像作为格林函数建立边界积分方程,采用高阶边界元方法求解。通过对比验证,建立的耦合模型具有较好的精度。利用该模型计算分析了不同波高和结构抗弯刚度时的结构运动响应,发现非线性波浪力引起的结构运动响应不可忽略。还研究了波浪周期和结构抗弯刚度对结构弹性变形的影响规律：波浪周期越大,结构的弹性变形越由低阶模态占主导,结构运动幅值分布越平缓;结构抗弯刚度越小,结构的弹性变形包含越多高阶模态成分,结构运动幅值分布波动越大。     

上硬下软层状土中锚板抗拔承载特性研究

锚板基础是一类在海工系泊系统中广泛应用的锚固基础,其特点是具有较高的承载力和稳定性。锚板的承载能力是基础设计的重要参考因素,而承载能力与土体的性质密切相关。现有关于锚板承载力的研究多集中在单一均质土层中,而对层状土尤其是上硬下软这类层状土体中的承载特性认识不足。基于数值分析,综合考虑层状土的分层性质,对锚板基础在硬黏-软黏层状土体及砂土-软黏土复合土体中的承载特性展开研究,分析锚板埋深、土层抗剪强度比、层厚比及土体性质等关键因素对锚板周围土体破坏模式和承载力的影响。结果表明：在硬黏-软黏土体中,随着抗剪强度比、层厚比的增加,极限承载力均显著增加;在砂土-软黏土体中,极限承载力同样随着层厚比的增加而增加,当下层软黏土中的锚板破坏进入局部破坏后,层厚比对承载力的影响逐渐减弱。研究可以为上硬下软层状土中锚板基础的承载力确定提供计算方法和理论参考。     

体目标垂直尺度估计试验研究

垂直尺度特征是水下航行体目标区别于常规尺度模拟目标的重要特征。针对小孔径基阵目标尺度估计需求,提出了一种体目标垂直尺度估计方法,通过实测的水下航行体缩比模型高频回波测试数据进行垂直尺度估计。结果表明：能够通过小孔径基阵实现对水中航行体的尺度特征进行有效估计,并且发射信号的形式变化会有不同的特征表征结果。实验初步验证了方法的有效性。     

基于侧扫声呐的深海广域复杂地形快速搜探声图优化方法

针对海底复杂地形地貌场景,以及自主水下潜器（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）航行时存在扰动,搭载大量程侧扫声呐设备进行广域快速搜探时,采集的侧扫声呐数据在生成图像时,存在严重的瀑布图畸变、增益失衡、亮暗不均的问题,难以直观呈现海底地形地貌。结合侧扫声呐成像原理、侧扫声呐设备特点、AUV 运动传感信息、图像处理方法,提出融合运动特性与海底基线提取的畸变校正方法、融合侧扫声呐设备特性的垂向增益校正方法、自适应直方图均衡的亮度校正方法。实验表明,所述方法可清晰呈现地形地貌信息。     

基于CMIP6数据的北极海冰未来分布和变化趋势分析

文章基于第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的情景模式比较子计划的4种强迫情景,利用6个模式的输出数据对北极海区海冰密集度和海冰厚度的未来空间分布和长期变化趋势进行分析,并结合海面气温分析了其对海冰变化的可能影响。结果表明,不同强迫情景下2030年、2040年和2050年北极大部分海域海冰密集度均超过50%,海冰厚度约为1.5 m左右,其中东格陵兰海、巴伦支海、喀拉海和楚科奇海部分海域海冰密集度和厚度相对较小。2015—2050年两者整体均呈现下降的特征,部分海区的海冰密集度在高强迫情景下每年降低最大可超1%。2050年高强迫情景的季节变化结果显示,大部分海区冬春季海冰密集度超过90%,且各月均呈现下降趋势。海冰厚度方面,冬春夏大部分海区海冰厚度超过1 m,而秋季大部分海区海冰厚度小于等于0.5 m。12月至翌年5月全域海冰厚度以减小为主,其余月份却出现小范围海冰厚度增加的区域。至2100年的长期变化趋势方面,北冰洋中心区、东格陵兰海和楚科奇海海冰密集度和海冰厚度均随时间增加而减小,其中北冰洋中心区减小速率最大,同时三个海区海面气温将在未来持续增温。此外,海面气温的空间分布和长期变化趋势均与海冰密集度间存在较明显的相反变化特征,说明了气温对海冰的可能影响。本研究可为未来北极海冰在不同的强迫情景下的变化特征提供一定的参考。     

海洋产业集聚、海洋资源禀赋与海洋经济增长

海洋产业的发展对海洋资源具有高度依赖性,在建设“海洋强国”背景之下,研究海洋产业集聚、海洋资源禀赋与海洋经济增长具有重要意义。文章基于2006—2019年我国沿海11个省（自治区、直辖市）的数据,利用固定效应模型实证检验海洋产业集聚与海洋经济增长的关系基础上,分析海洋资源禀赋的调节效应,最后进一步利用空间杜宾模型分析海洋产业集聚对海洋经济增长的空间溢出效应。得出如下结论：海洋产业集聚与沿海地区的海洋经济增长之间存在“倒U”型关系;通过调节效应检验可知,海洋资源禀赋在海洋产业集聚影响海洋经济增长的过程中发挥调节效应,海洋资源禀赋既能够通过促进实物资本投资、降低交易成本等产生“资源福音”,也能挤出海洋产业科技创新与人力资本投资从而产生“资源诅咒”;通过空间计量分析可知,海洋产业集聚对海洋经济增长具有显著的空间溢出特征。     

基于连续帧与注意力机制的水下小目标自主检测算法

针对声呐对水下小目标探测时目标特征少,常规目标检测算法性能不佳的问题,提出了一种以 YOLOv5 目标识别算法为基础的连续帧识别改进算法。该算法通过连续帧数据提取模块以及轻量的通道空间注意力模块,提取声呐连续帧信息,提升了 YOLOv5 算法的识别能力。湖上前视声呐时序数据集算法验证试验表明,在几乎不增加推理时间的前提下,改进算法的平均检测精度比 YOLOv5 算法提升了 13.7%。该改进算法预期可在水下小目标自主检测任务中应用。     

西藏尼洋河水生生物群落时空动态及与环境因子的关系:1.浮游植物

于2008-2009年按照季节调查了西藏尼洋河浮游植物群落的组成、丰度和多样性,并运用多元统计方法定量分析了浮游植物的空间和季节变化特征及其与主要环境因子之间的关系.结果显示,尼洋河浮游植物共计7门29科48属,其中硅藻为优势浮游藻类.浮游植物Shannon-Wiener多样性指数(Pielou均匀度指数)在尼洋河中游(尼洋河下游)最高,其他河段呈下降趋势,符合中间高度膨胀假说.尼洋河沿程浮游植物的总丰度、物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数以及Pielou均匀度指数不存在显著差异,夏季的浮游植物物种丰富度与其他季节的存在显著差异,夏季总丰度与秋、冬季的存在显著差异,冬季的浮游植物Shannon-Wiener多样性指数与春季的存在显著差异,冬季的均匀度指数与其他3个季节的存在显著差异.尼洋河浮游植物季节演替依赖于外源性水源补充,沿程演替则与河道底质有着很大关系.典范对应分析(CCA)表明,尼洋河硅藻门舟形藻科的藻类与理化因子铵态氮、表层pH、表层水温相关,部分蓝藻以及绿藻与水质理化因子也存在着关联.分类回归树(CART)模型预测了尼洋河着生藻类时空分布与主要环境因子之间的定量关系,尼洋河浮游植物群落总丰度和均匀度指数受pH值影响较大,pH值低于8.0的水域浮游植物均匀度指数比pH值高于8.0的水域大,尼洋河浮游植物Shannon-Wiener多样性指数受到河道底质影响较大,底质为黏土的水域浮游植物Shannon-Wiener多样性指数较底质为砂石的大.这些关键环境因子对尼洋河水域浮游植物的时空变化有着重要的指示作用,建议加强对浮游植物及这些环境因子的关注,保障尼洋河水域生态环境的可持续发展.     

阿尔泰塔尔浪地区斜长角闪岩和辉长岩的形成时代、地球化学特征和构造意义

阿尔泰塔尔浪地区出露一些斜长角闪岩和辉长岩。其中,斜长角闪岩为基性岩浆岩变质的产物,SiO_2含量为45.42%～52.96%,具有较高的Al_2O_3(13.14%～17.92%)、Fe_2O_3~T(9.08%～16.88%)和TiO_2(0.82%～3.23%)含量。斜长角闪岩样品稀土元素曲线比较平坦,轻重稀土元素分馏不明显(La/Yb_N=1.53～1.79),无明显的Nb和Ta亏损。通过野外产状及地球化学特征分析,认为该斜长角闪岩形成于海山的构造环境。辉长岩SiO_2(46.96%～49.86%)含量稍低,TiO_2(0.38%～1.89%)变化较大,并富Al_2O_3(15.0%～20.81%)、CaO(10.13%～11.60%),具有中等至较高MgO含量(7.3%～8.3%)和相对较低的钾含量(K_2O=0.34%～1.03%),属亚碱性岩石系列(Na_2O>K_2O)。辉长岩呈现两种稀土元素组成特征。一种轻重稀土分馏不明显,配分曲线比较平坦(La/Yb_N=1.10～1.67),具有轻微的Eu正异常(δEu=1.03～1.10);另一种轻重稀土元素分馏较明显(La/Yb_N=5.97～6.39)并具有正的Eu异常(δEu=1.31～1.44),反映其形成过程中可能受到斜长石堆晶的影响。在微量元素蛛网图上,辉长岩具有明显的Ti、Nb和Ta负异常和Pb、Sr正异常,反映出明显的消减带岩浆特征。角闪石的~(40)Ar-~(39)Ar测年结果显示,辉长岩样品的坪年龄为266.9±6.1Ma,且年龄坪谱显示在其形成之后没有受到后期热事件的明显干扰,基本上反映了辉长岩的形成年龄。斜长角闪岩的~(40)Ar-~(39)Ar结果呈现出似马鞍型坪谱,其中最小的年龄坪(297.3±6.1Ma)可能反映了最近一期的变质事件,而且明显早于辉长岩的侵入。斜长角闪岩和辉长岩不同的形成时代和地球化学组成表明二者可能代表了两期不同的基性岩浆活动。斜长角闪岩所具有的板内和消减带的复合特征表明其原岩可能是洋壳在俯冲消减过程中增生的海山残片,而辉长岩所具有消减带特征显示在二叠纪时期阿尔秦地区仍存在受俯冲作用影响的地幔源区。阿尔泰二叠纪岩浆活动无论在岩浆属性还是规模上都与泥盆和石炭纪的岩浆活动存在巨大差异,表明这两个时期的构造背景存在较大不同,可能反映阿尔泰正处于某种构造转换机制的控制之下。