深海多金属硫化物采矿研究进展及其前景探讨

随着陆地金属矿产资源的日渐枯竭,深海多金属硫化物逐渐成为海洋矿产资源勘探的新趋势。文章介绍了全球主要海底多金属硫化物矿床的成因及分布特点,阐述了多个国际矿业公司和国际海洋组织对西南太平洋、大西洋和印度洋海底块状多金属硫化物勘探活动的最新进展。从海底多金属硫化物的金属品质、深海采矿的法律政策和环境保护等方面对海底多金属硫化物的开发前景进行探讨,并提出积极投身国际海底资源开发规章制定,进一步细化国内法律制度,为深海采矿提供良好的法律制度环境;提升深海治理能力,增强我国在深海领域的话语权;完善深海技术装备体系,提高深海开发创新能力等建议。     

胶州湾秋季文石饱和度分布及控制因素分析

基于2017-10-18航次在胶州湾调查获取的水文、碳化学和叶绿素a(Chl a)等数据与资料,分析了秋季该海域文石饱和度(Ω_arag(现场))的分布状况,探讨了影响其空间分布的主要控制因素。结果显示,秋季航次期间胶州湾表层Ω_arag(现场)为1.85～2.57,平均值为(2.20±0.24);其分布具有较大的空间差异,低值位于湾的西部和东北部(<2.05),高值位于湾口(>2.45),总体上呈现出由湾口向湾顶逐步降低的趋势。除了通过分析Ω_arag(现场)与温度、盐度和Chl a的相关性来定性确定Ω_arag(现场)的主控因素外,我们还通过引入总碱度与溶解无机碳的差值作为Ω_arag(现场)的指征参数,定量确定了影响Ω_arag(现场)空间分布的主要过程及其贡献。研究发现,陆源输入是影响胶州湾秋季Ω_arag(现场)空间分布的最重要因素(>50%),而温度和生物过程的影响相对较小。     

海洋气候数据集生成与分析简介

科技部的"十三五"重点研发计划项目"全球气候数据集生成及气候变化关键过程和要素监测"中资助了"海洋气候数据集生成与分析"课题,针对全球气候变化研究对全球海洋环境数据的需求,该课题拟基于国内外多源卫星遥感数据和现场观测资料,发展与全球气候变化相关的海面能量平衡、海洋动力环境参数与过程、海洋水色和海冰等数据产品生成技术,构建全球海洋气候数据集产品生成系统,生成我国首套长时间序列、高精度、高时空一致性的全球海洋气候数据集,为全球气候变化研究与应对提供海洋数据支撑和服务,提升我国在全球气候变化关键过程和要素方面的监测能力。     

Quantifying the non-conservative production of potential temperature over the past 22000 years

The energy budgets of the ocean play a crucial role in the analysis of climate change. Potential temperature is traditionally used as a conservative quantity to express variations associated with “heat” in oceanography, such as the heat content and heat transport. However, potential temperature is usually not conserved during turbulent mixing, so the use of conservative temperature is more accurate. Based on climatological simulations under the modern and Last Glacial Maximum (LGM;~21 ka;ka=thousand years ago), as well as a transient climate simulation of the past 22 000 years, we quantify the errors induced by the neglect of the non-conservation of potential temperature in paleo-climate research for the first time. The temperature error reaches 0.9℃ near the coasts aff ected by river discharges but is much smaller in the open oceans, typically 0.03°C above the main thermocline and less than 0.01℃ elsewhere. The error of the ocean heat content (OHC) is roughly 3×10^22 J and is relatively steady over the past 22 000 years. However, the OHC increases to six times the original value during the last glacial termination from 20 ka to 7 ka. As a result, the relative OHC error decreases from 1.2% in the LGM climate to 0.14% in the modern climate. The error of the ocean meridional heat transport (OMHT) is generally smaller than 0.005 PW (1 PW=10 15 W), with very small temporal variations (typically 0.000 4 PW), and induces a relative OMHT error of typically 0.3% over the past 22 000 years. Therefore, the neglect of the non-conservation of potential temperature induces a relative error of generally less than 1% in the analyses of basin-scale climate variations.     

海洋激光雷达反演水体光学参数

研制了一套船载海洋激光雷达,用于探测海水光学参数垂直廓线。2017年8月,该系统在黄海海域进行了实验测量。在准单次散射模型中引入原位测量的光学参数,实现了理想激光雷达回波信号的模拟,并将该理想信号与系统响应函数卷积后精确复现了实验的激光雷达信号。采用Fernald后向迭代积分法(简称Fernald法),比较了不同水体悬浮物激光雷达比下反演的激光雷达衰减系数α与原位漫射衰减系数Kd的差别。基于停航时标定的水体悬浮物激光雷达比,采用Fernald法获得了走航时的激光雷达衰减系数。进一步地,提出一种基于米散射激光雷达数据和原位测量的后向散射数据的融合算法,模拟了高光谱分辨率激光雷达(HSRL)反演α的过程,并将其与Fernald法进行了比较。实验结果表明,自研的海洋激光雷达能够有效探测海水光学参数,基于合适的水体悬浮物激光雷达比的Fernald法可以有效应用于米散射激光雷达的反演,未来无需假设的HSRL在海水光学参数探测领域具有更大的优势。     

近红外偏振辐射卫星数据的海洋耀光动态检测

太阳光入射海表特定区域形成海洋耀光,呈强反射和偏振特性。在卫星海洋遥感中,海洋耀光对遥感成像质量有较大影响,尤其对海洋上空云、气溶胶及海色等研究干扰较大,因此剔除海洋耀光是卫星遥感数据处理过程中首先要解决的重要问题。以PARASOL卫星的POLDER3载荷数据为研究对象,获取载荷成像时刻太阳及观测几何、海表风速风向及气溶胶光学厚度等参数,采用海气辐射传输相关理论,结合耀光角和多角度NIR偏振辐射信息(865 nm),构建基于近红外偏振辐射特性规则的OGDD模型,获取耀光角临界值实现耀光动态检测。以印度洋某海区为研究对象,获取实测耀光区NIR通道的大气层顶反射率和偏振反射率,利用OGDD模型将耀光角判别临界值调整为34°。相比MODIS经验临界值(40°),标记耀光像元相对减少了30%。结果表明,该方法不仅能通过动态调整临界值准确识别海洋耀光,为云检测及云物理特性反演提供可靠的源数据,还能为高分五号卫星多角度偏振载荷在轨定标及气溶胶反演提供支持。     

不确定海洋环境中基于贝叶斯理论的多声源定位算法

环境参数失配导致定位性能大幅度下降是匹配场定位所面临的难题之一。应用贝叶斯理论对环境聚焦,是当前解决该难题的研究热点。环境聚焦方法的实质是将未知环境参数和声源位置联合优化估计,当出现多个目标时,估计的参数会随着声源个数成倍增加,因此不得不利用有限的观测信息来实现众多参数的估计。本文采用最大似然比方法,获得信号源谱和误差项的最大似然估计,实现这些敏感性较弱参数的间接反演,有效降低了反演参数维数和定位算法复杂度。针对遗传算法的早熟和稳定性差的问题,改进了似然函数的经验表达式。将多维后验概率密度在参数起伏变化范围内积分,得到反演参数的一维边缘概率分布,求解最优值的同时进行反演结果的不确定性分析。本文仿真了位于相同距离、不同深度的两个声源,使用仿真实验验证了提出算法的有效性。     

海洋温差能开发特点及其对生态环境的影响方式

根据海洋温差能转换(OTEC)工艺过程的特点,分析了海洋温差能开发对海洋生态环境的特殊影响。认为大流量吸排水形成的大尺度水团在海洋中的重新分布,致使厂址周边海水的层化结构和环流结构以及海水盐度、溶解氧和营养水平等参数发生变化,进而对海洋环境造成很大改变,形成了OTEC技术特殊的环境影响方式。还着重分析了羽状流对初级生产力的影响,以及卷载和冲击对海洋生物的影响,分析归纳了海洋温差能开发生态环境影响的关键评价因子,对下一步的研究重点提出了建议。为未来开展洋温差能开发以及全面评价海洋温差能开发造成的生态环境影响提供技术参考。     

虚拟海洋场景构建与技术研究

随着传统GIS应用向三维立体方向发展,三维虚拟场景在信息认知、空间规划管理、时空挖掘与分析等方面的应用逐渐成为研究热点。本文基于Skyline平台集成遥感影像数据、地形数据、纹理特征数据、倾斜摄影测量数据、三维全景数据和三维模型数据,构建了集虚拟海岛海岸带模型、虚拟海底地形模型和虚拟水体模型于一体的虚拟海洋场景,并针对场景构建中涉及的多源影像数据集成技术、多尺度影像实时切片技术和基于OGC服务的数据集成技术开展了研究。构建形成的虚拟海洋场景在海洋应用服务系统中开展了实践应用。     

海洋温差能时空分布变异特征定量评价方法研究

海洋温差能资源时空分布特征分析和总量估算是其开发利用及选址、设计的基础工作。本文通过研究海洋温度场的变化特征,结合信息熵理论,应用高斯分布函数,建立了一种新的海洋温差能资源评估算法,即海洋温差熵(ocean temperature differences entropy, OTDE)算法,提出了表征温差时空变异特征的海洋温差熵作为评估参数,并结合中国南海海域开展了温差在不同时间尺度和空间范围上不确定性变化的定量研究。结果表明:中国南海榆亚暗沙、黄岩岛附近海域的海洋温差时空分布较稳定、资源可预测性强,是海洋温差能开发建址的理想区域,可为今后南海温差能资源评估及电站选址提供技术参考。