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。     

南海大洋钻探及海洋地质与地球物理前沿研究新突破

南海是西太平洋地区规模最大且具有代表性的边缘海盆地之一。经过近几十年的研究积累,尤其是通过实施5个国际大洋钻探航次(1999–2018年)与国家自然科学基金委“南海深海过程演变”重大研究计划(2011–2019年),我国科学家获得了大量宝贵的第一手资料,取得了一系列创新进展与重大突破,标志着南海海洋地质与地球物理研究正走向国际前沿。重要研究成果包括:(1)新提出南海是“板缘张裂”盆地,与经典的大西洋型陆缘模式不同;(2)大洋钻探首次获取了基底玄武岩样品,结合中国在南海首次深拖地磁测量实验,精确测定了南海海盆玄武岩年龄,揭示南海海盆从东向西分段扩张;(3)大洋钻探结果发现南海陆缘岩石圈减薄之初岩浆迅速出现,未发现缓慢破裂造成的蛇纹岩出露;(4)发现南海扩张结束后仍存在大量岩浆活动,可能受控于多种构造与地幔因素;(5)地球化学证据与地球动力学模拟都显示南海岩浆的形成受到周边俯冲带的影响。目前我国的海洋地球科学正在进入崭新的发展阶段,有望以南海为基点,开始拓展到周边大洋,通过主导大型研究计划以及建设我国大洋钻探平台,以提升我国在南海、西太平洋与印度洋海洋地质科学研究的实质性影响力与引领地位。     

印尼贯穿流源区马鲁古海与哈马黑拉海水团来源的季节和年际变化

So far, large uncertainties of the Indonesian throughflow(ITF) reside in the eastern Indonesian seas, such as the Maluku Sea and the Halmahera Sea. In this study, the water sources of the Maluku Sea and the Halmahera Sea are diagnosed at seasonal and interannual timescales and at different vertical layers, using the state-of-the-art simulations of the Ocean General Circulation Model(OGCM) for Earth Simulator(OFES). Asian monsoon leaves clear seasonal footprints on the eastern Indonesian seas. Consequently, the subsurface waters(around 24.5σ_θ and at ～150 m) in both the Maluku Sea and the Halmahera Sea stem from the South Pacific(SP) during winter monsoon, but during summer monsoon the Maluku Sea is from the North Pacific(NP), and the Halmahera Sea is a mixture of waters originating from the NP and the SP. The monsoon impact decreases with depth, so that in the Maluku Sea, the intermediate water(around 26.8σ_θ and at ～480 m) is always from the northern Banda Sea and the Halmahera Sea water is mainly from the SP in winter and the Banda Sea in summer. The deep waters(around27.2σ_θ and at ～1 040 m) in both seas are from the SP, with weak seasonal variability. At the interannual timescale,the subsurface water in the Maluku Sea originates from the NP/SP during El Ni?o/La Ni?a, while the subsurface water in the Halmahera Sea always originates from the SP. Similar to the seasonal variability, the intermediate water in Maluku Sea mainly comes from the Banda Sea and the Halmahera Sea always originates from the SP. The deep waters in both seas are from the SP. Our findings are helpful for drawing a comprehensive picture of the water properties in the Indonesian seas and will contribute to a better understanding of the ocean-atmosphere interaction over the maritime continent.     

青岛近海物理-生物地球化学过程及其生态响应

近些年来,夏季黄海浒苔大规模暴发,并在青岛近岸海域大面积聚集,引起了广泛的关注。本文基于在夏季和冬季所获得的多学科调查资料,重点研究了青岛近海的水文-生物地球化学过程及其生态影响,阐明了该海域物理-化学-生物等多参数之间的耦合响应。研究显示,夏季黄海冷水团的边界可扩展至青岛近岸海域,并在局部涌升至上层水体,形成沿岸上升流;该上升流可对上层营养盐产生一定的补充,进而促进浮游植物的繁殖,并于底层海域对应形成溶解氧（DO）和pH的低值。夏季青岛近海的上升流可能还有利于随南风漂移至此的浒苔的生长,并在一定程度上引起浒苔的局地旺发;同时,夏季该海域特定的锋面系统对浒苔聚集的影响也不容忽视。冬季黄海暖流在苏北浅滩外侧向山东半岛南部海域延伸,扩展至青岛近海的暖水舌与近岸低温水之间的锋面特征明显,而且在向岸暖水与近岸冷水间还对应形成了明显的营养盐和叶绿素（Chl-a）锋面。该项研究从多学科交叉的视角,增进了对青岛近海物理、化学和生物过程之间耦合关系的认识。     

中法海洋卫星（CFOSAT）同步观测台风引起的风场和海浪

利用中法海洋卫星（CFOSAT）最近观测的风场和海浪场,报道了超强台风玲玲（2019）过境中国近海水域期间台风浪的初步研究结果。结果显示,台风路径右侧风速超过14 m/s大风区的有效波高超过5 m,与理论估算一致。观测主波波长为150 - 180 m,风场为西南向,海浪向东传播。风向和浪向的偏移随台风中心距离增大,接近理论预测。     

南海沉积物细菌胞外蛋白酶在家族水平上的多样性

海洋产蛋白酶细菌及其分泌的胞外蛋白酶在降解有机氮以推动海洋氮循环进行方面发挥着重要作用,但目前对这二者多样性的认识非常有限。本研究自南海沉积物中筛选得到90株产蛋白酶细菌,并通过N-端氨基酸序列,分析了其胞外蛋白酶在家族水平上的多样性。16S rRNA基因序列分析的结果表明,筛选的产蛋白酶细菌均属于Gammaproteobacteria纲,且大多数属于Alteromonadales目和Vibrionales目的不同属。对其中14株菌株的14个胞外蛋白酶的N-端氨基酸序列分析表明,所有这些蛋白酶属于金属蛋白酶的M4家族或丝氨酸蛋白酶的S8家族。本研究提供了海洋沉积物产蛋白酶细菌在类群及其胞外蛋白酶在类型上的新细节,这将有助于全面了解微生物酶促降解海洋沉积物有机氮的过程和机理。     

FY-3D and FY-3C onboard observations for differential code biases estimation

GPS Solutions - As parameter estimation and statistical testing are often intimately linked in the processing of observational data, the uncertainties involved in both estimation and testing need...     

连作马铃薯根系分泌物鉴定及其对尖孢镰孢菌(Fusarium oxysporum)的作用

为了揭示马铃薯连作化感物质与枯萎病之间的关系,通过水培和田间长期定位试验相结合方法,收集不同连作年限马铃薯根系分泌物,采用GC-TOF-MS进行分离鉴定.结果表明:在检测到的马铃薯根系分泌的48种物质中有机酸占30种.比较轮作、连作5年和连作10年马铃薯根系分泌物中有机酸的相对含量,发现苹果酸和棕榈酸的差异比较大.马铃...     

高温焙烧对白云母晶体结构和物性影响研究

通过X射线荧光光谱仪、X射线粉晶衍射分析、热重分析、扫描电镜等表征手段,研究焙烧温度对白云母晶体结构特征、物性变化的影响.结果表明:白云母在25～1 200℃温度范围的加热过程变化主要分为三个阶段:25～500℃,该焙烧温度段对白云母的晶体结构、光学性质、表面形貌影响甚小;600～1 000℃,白云母虽保持片层状晶体结...     

文安5.1级地震的一些异常特征

对文安5.1级地震的一些异常进行了分析和总结,认为地震逆时针方向迁移可能是地震空间活动的一个基本特征,其可作为背景异常。震前,地磁交汇法出现的异常,再次显示出该方法对地点预测的最大优势,交汇点附近即是未来震中区。这些异常特征对我们认识地震和预测地震都具有一定意义。