基于集合经验模态分解法的重力极潮提取与研究

重力极潮,即极移引起的重力变化,是地球由于惯性离心力变化导致地球形变的综合反映,其观测和研究有助于了解地球在长周期频段的响应,约束地球形变、地球内部构造和物理参数.区别于以往研究,本文采用了集合经验模态分解方法（Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD）从全球5个超导重力仪台站连续重力观测资料中提取重力极潮、消除仪器漂移及极潮频段以外的大部分噪声信号,该方法所用的基函数是基于自身信号获得的;在此基础上,利用最小二乘匹配法分离极潮中的周年项和Chandler项,估算Chandler周期的极潮潮汐因子.结果表明,基于EEMD得到的极潮潮汐因子与前人基于其他消除仪器漂移方法（数学模型或小波分析）得到的结果相符合,精度相当,但由于这种方法是自适应的,因此本文结果更能反映实际物理过程.     

鲜水河—安宁河断裂带深部构造特征、固体潮应力变化与地震触发相关性研究

本研究通过反演241,561条纵波和209,363条横波高质量的地震走时数据,获得了鲜水河、安宁河断裂带的P波、S波以及泊松比的三维结构模型,并结合相位分析与Schuster测试讨论了该断裂带上地震事件的触发与其深部构造以及固体潮所产生的应力变化三者之间的关系.结果表明,鲜水河—安宁河断裂带26.5°N、28°N、29.5°N以及31.5°N四个位置附近存在低速、高泊松比异常,可能暗示着深部流体(包括部分熔融物质)的上涌.这些大范围分布的流体提高了孕震层的孔隙流体压力,削弱了断层面之间摩擦力,在鲜水河—安宁河断裂带形成了一些具有高度地震活动性的区域.此外,相位分析与Schuster测试的结果表明,鲜水河—安宁河断裂带附近的地震触发与固体潮剪切应力的变化密切相关.综合分析的结果表明,固体潮与构造应力对地震触发可能存在某种“合”的关系.在分布着大量流体的区域,地震事件可能对固体潮更加敏感.     

引力无需时间传播——“由固体潮发现引力以光速传播的观测证据”不成立

重力固体潮调和分析结果无法证明引力以光速传播。首先,根据固体潮理论,进行调和分析时固体潮理论值和观测值的时间序列是同步的,不存在时差;其次,天体起潮力仅与万有引力有关,与光速无关;第三,调和分析得到的潮汐因子仅反映地球介质的物性变化,相位滞后则反映地球介质的粘滞弹性,两者与天体引力及光到达观测点的时差无关;第四,汤克云和骆鸣津在论证过程中作了过多的人为改正,有些改正使用不当;第五,万有引力与引力波是两个不同的概念,万有引力是相互作用的两个物体之间的一种空间性质,它与两个彼此相互作用的物体同在,无需时间传播,而引力波是一种时空涟漪,需要在特定条件下产生,通过波的形式从辐射源以光速向外传播,并以引力辐射的形式传输能量,两者不可混淆。汤克云与骆鸣津认为,重力固体潮理论值隐含两个假设：1）引力以光速传播;2）引力及光的时差等于重力固体潮调和分析结果的时差。这两个假设并不成立,汤克云与骆鸣津关于引力是以光速传播的论证是一个误会,引力不需要时间传播。     

东海近岸海域赤潮与环境因子的关系

【目的】探讨东海沿海赤潮发生与环境因子的关系。【方法】对2003-2016年东海11个赤潮监控区的调查与监测数据进行统计分析,并采用Spearman秩相关系数法研究了赤潮与环境因子关联关系。【结果】东海近岸海域赤潮发生与水温、pH与溶解氧呈显著正相关关系,与活性磷酸盐、硝酸盐等无机营养盐呈显著负相关关系。【结论】赤潮发生时水温一般为25～33℃,pH为8～9,溶解氧5～10 mg/L,营养盐处于极低值水平。     

黄酮化合物对球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)生长和光合活性的影响

近年来,我国近岸海域赤潮暴发日益频繁,严重危害海洋生态环境、渔业及近海旅游业等海洋经济的发展,也给人类健康带来了威胁。本文研究了两种黄酮化合物槲皮素和杨梅素对我国赤潮暴发种球形棕囊藻生长的影响,并利用调制叶绿素荧光技术探究藻细胞光合作用PSⅡ反应中心光合活性对黄酮胁迫的响应。结果表明:槲皮素和杨梅素均能有效抑制球形棕囊藻的生长(半抑制浓度IC50,5d值分别为0.068和0.309mg/L);槲皮素(16.0mg/L)在第5天对藻细胞的抑制率达到最大(89.38%±0.42%),杨梅素(16.0mg/L)在第7天对藻细胞的抑制率达到最大(84.76%±1.82%);相较于杨梅素胁迫,球形棕囊藻的光合作用对槲皮素胁迫更敏感[0.20mg/L槲皮素胁迫7天后,最大光化学量子产量(F_v/F_m)、实际光化学量子产量(Yield)、最大相对电子传递速率(rETR_(max))和光能利用效率(α)值分别降低18%、14%、24%和28%]。研究结果以期为赤潮暴发的防治技术提供基础的理论科学参考。     

青岛外海潮致第二模内孤立波的观测研究

根据在青岛附近海域开展的现场观测数据介绍了一种可能的新的第二模内孤立波的产生机制。温度链观测数据显示在2 h内孤立波特征由显著的第一模内孤立波变为了显著的第二模内孤立波。所观测到的第二模内孤立波的波面起伏和它的垂直结构同KdV(Korteweg-de Vries)方程的理论结果吻合良好,对应涨潮引起的内波非线性系数、频散系数以及Ursell数的变化和第二模内孤立波的产生相匹配。这些结果表明,所观测到的第二模内孤立波可能是由于涨潮导致的局地层结快速变化引起的。进一步分析表明,局地层结快速变化可能由潮汐推动黄海冷水团边缘锋面移动引起。     

北印度洋半日潮波的数值模拟研究

基于FVCOM(Finite Volume Coast and Ocean Model)模型,建立北印度洋海域(31^°~102^°E,16^°S~31^°N)的M₂和S₂分潮潮波数值模式,研究北印度洋半日潮潮汐、潮流分布特征。对底摩擦系数进行数值试验,利用代价函数梯度下降法,得到分潮调和常数向量均方根偏差(RMSE)的变化曲线,逼近并确定最优的底摩擦系数。将采用该系数的模拟结果与TOPEX/Poseidon卫星高度计交叉点的调和常数数据、国际海道测量组织(IHO)及部分文献中的验潮站数据进行比较与验证,一致性较好。其中对比卫星数据的振幅偏差为2~4 cm、迟角偏差为7^°~8^°,与验潮站数据的振幅偏差为3~6 cm、迟角偏差为8^°~9^°。根据模拟结果,分析了北印度洋海域M₂和S₂分潮潮波传播特征和潮流椭圆的空间分布特征等。M₂分潮潮波在阿拉伯海南部有1个无潮点,在波斯湾内有2个无潮点,最大振幅超过80 cm;潮流在西北印度洋和孟加拉湾中部大多为顺时针旋转,其余海域大多为逆时针旋转;流速在阿拉伯海东北部、安达曼海、波斯湾和孟加拉湾北部较大,最大流速为160 cm/s,其他海域较小。S₂分潮的潮波传播特征、无潮点的位置和潮流椭圆的空间分布特征等都与M₂分潮类似,但潮波振幅和潮流流速等都相对M₂分潮较小。研究完善了北印度洋海域2个主要半日分潮M₂和S₂的整体特征。     

基于局部时间步长方法的潮流数值模型研究及应用

为了准确快速地模拟潮流过程,将局部时间步长(LTS)方法应用于基于黎曼近似解通量——有限体积法的浅水模型。LTS方法和传统整体最小时间步长方法的计算性能对比表明,两种方法的计算结果定量差异远小于模拟值与实测值之间相对误差;但由于LTS方法对每个网格采用了与稳定性条件相适应的尽可能大的时间步长,计算效率大幅度提高。本模型计算所得渤海、黄海、东海的潮流传播过程、潮汐调和常数的空间分布、无潮点位置,以及长江口和杭州湾区域的潮流过程与已有认识和实测资料吻合良好。     

内潮耗散与自吸-负荷潮对南海潮波影响的数值研究

利用非结构三角形网格的FVCOM海洋数值模式,在其传统二维潮波方程中加入参数化的内潮耗散项和自吸-负荷潮项,计算了南海及其周边海域的M_2、S_2、K_1和O_1分潮的分布。与实测值的比较表明,引入这两项对模拟准确度的提高有明显效果。根据模式结果本文计算分析了研究海域的潮能输入和耗散。能量输入计算表明,能通量是潮能输入的最主要构成部分,通过吕宋海峡断面进入南海的M_2和K_1分潮能通量分别为38和29GW;半日周期的自吸-负荷潮能量输入以负值居多,而全日周期的自吸-负荷潮能量输入以正值居多,因而自吸-负荷潮减弱了南海的半日潮,并加强了南海的全日潮。引潮力的作用也减弱了半日潮而加强了全日潮,但其作用要小于自吸-负荷潮。潮能耗散的分析显示底摩擦耗散在沿岸浅水区域起主导作用,内潮耗散则主要发生在深水区域。内潮耗散的最大值出现在吕宋海峡,且位于南海之外的海峡东部的耗散量大于位于南海之内的海峡西部的耗散量。对M_2和K_1分潮吕宋海峡的内潮耗散总值分别达到16和23GW。     

水位改正的天文潮时差方法

针对传统时差法水位改正按距离内插计算的潮时差可能与实际情况存在较大差异,进而影响水位改正效果的问题,提出利用天文潮直接计算站间潮时差实施水位改正的方法,研究了我国沿海部分验潮站天文潮与实测水位之间潮时系统的差异与变化性质,并分析了不同分潮选择下确定的天文潮对站间潮时差计算值的影响量级。利用黄海沿岸与北部湾的验潮站设计了天文潮时差水位改正试验,比较了传统时差法与天文潮时差方法的效果。试验和分析表明,利用天文潮计算潮时差比传统时差法更接近实测潮时差,且8分潮水位改正结果的中误差控制在5 cm以内,比传统时差法的水位改正精度提高了近一倍,实现了对传统方法的改进,证明了利用天文潮进行时差法水位改正的可行性。