海洋生态系统净生产力研究进展

海洋生态系统净生产力 （net ecosystem production,NEP） 表示总初级生产力 （gross primary production,GPP） 和呼吸作用 （respiration,R） 过程之间的差异,它对碳收支平衡、海洋生态系统营养状态乃至气候变化等研究具有十分重要的指示意义。影响海洋 NEP 的因素有细菌、浮游生物、温度、太阳辐射、海冰融化、水团迁移、富营养有机质排放以及海水酸化等。目前计算 NEP 的方法可分为实验培养测定及数据模型计算两种。溶解氧培养法及同位素标记法等是经典的培养测定方法,但存在误差较大且重现性较差等问题。数据模型计算即借助养分质量平衡、响应面模型、O2/Ar 示踪等方法,通过将现场实测数据和生物地球化学模型结合,进行高时间分辨率的连续性观测,这也是目前测算 NEP 的主流应用手段。然而,相较于发达国家,我国在 NEP 的研究设备、技术、测定方法等方面仍存在一定差距。今后的研究重点将是建立 NEP 指标与表征海洋环境、气候变化之间的耦合关系以及 NEP 测定方法的改进,这将有助于深入理解和探索全球变化背景下海洋生态系统响应机制及变化趋势。     

海上风电升压站平台高程确定标准的合理性研究

为保证海上风电升压电站建设的经济合理与安全可靠,合理确定海上风电升压电站平台高程十分必要。文中从波浪与潮位的遭遇组合、最大波高取值与现行相关标准的比较、最大波峰高度计算的合理性等方面,全面分析了确定海上风电升压站平台高程各组成项取值标准的合理性,研究认为现行标准明显偏高。建议海上升压站平台底部高程按"100年一遇极端高水位+重现期50年波列累积频率1%的最大波峰高度+安全超高"确定。结合工程实例计算分析,按本文建议可使海上升压站平台高程明显降低,从而节省工程造价,还可减轻升压站工程对周边风机的遮蔽影响,以达到多发电量的效果。     

基于浮标资料的中国东部海域最大波高特征分析

利用原国家海洋局2010—2015年的浮标资料,计算渤、黄、东海有效波高和最大波高的线性关系,并通过1992—2011年共20 a的数值模拟有效波高资料计算中国东部海域各月的2.5 m、4 m、6 m以上最大波高频率和最大波高月极值分布。结果发现:中国东部海域由北至南,最大波高与有效波高的比值逐渐增大;最大波高频率和最大波高月极值空间分布均由渤海、黄海至东海逐渐增大,最大波高频率的极值12月最大,4或5月最小,最大波高月极值9月最大,4月最小。其时空分布表明:受不同天气系统影响,夏秋季台风较多,容易出现极值较大的最大波高;秋冬季冷空气较强,虽然最大波高极值相对较小,但大浪持续时间长、频率大、影响范围广。     

波浪溢流作用下海堤内坡高性能加筋草皮护坡防侵蚀特征研究

基于1∶1的大型水槽试验结果,分析了波浪溢流过程中位于海堤内坡的高性能加筋草皮护面的侵蚀特征。试验观察表明试验期间有一定土壤的损失,但护坡无明显的破坏;土面高度测量表明,当土壤流失发展到一定深度后,如果水动力强度变化不大,侵蚀趋于逐渐停止,这种现象称为侵蚀上限;结合试验现象对侵蚀上限进行了初步解释,并讨论了侵蚀上限达到前的侵蚀速率特征;植株密度监测表明,试验期间的草茎密度基本不变,草叶密度在开始几次试验期间持续减小,而后达到一个稳定值,这对于海堤的可持续防护有重要意义。研究成果能够为波浪溢流期间海堤内坡防御的相关研究和工程措施提供参考依据。     

长江口横沙东滩典型海堤越浪量现场和试验研究

越浪量是允许越浪海堤设计的重要参数。在对以往相关研究成果进行回顾和分析基础上,结合长江口横沙东滩促淤圈围五期工程现场波浪和越浪量实测资料,通过对横沙东滩典型断面型式进行整体和断面物理模型试验,研究结构各参数对越浪量的影响,进而提出适合长江口海堤的越浪量计算公式。公式计算结果与试验数据吻合良好,与Van der Meer公式相比具有较好的一致性。     

赤道东印度洋和孟加拉湾障碍层厚度的季节内和准半年变化

利用2002—2015年ARGO网格化的温度、盐度数据, 结合卫星资料揭示了赤道东印度洋和孟加拉湾障碍层厚度的季节内和准半年变化特征, 探讨了其变化机制。结果表明, 障碍层厚度变化的两个高值区域出现在赤道东印度洋和孟加拉湾北部。在赤道区域, 障碍层同时受到等温层和混合层变化的影响, 5—7月和11—1月受西风驱动, Wyrtki急流携带阿拉伯海的高盐水与表层的淡水形成盐度层结, 同时西风驱动的下沉Kelvin波加深了等温层, 混合层与等温层分离, 障碍层形成。在湾内, 充沛的降雨和径流带来的大量淡水产生很强的盐度层结, 混合层全年都非常浅, 障碍层季节内变化和准半年变化主要受等温层深度变化的影响。上述两个区域障碍层变化存在关联, 季节内和准半年周期的赤道纬向风驱动的波动过程是它们存在联系的根本原因。赤道东印度洋地区的西风(东风)强迫出向东传的下沉(上升)的Kelvin波, 在苏门答腊岛西岸转变为沿岸Kelvin波向北传到孟加拉湾的东边界和北边界, 并且在缅甸的伊洛瓦底江三角洲顶部(95°E, 16°N)激发出向西的Rossby波, 造成湾内等温层深度的正(负)异常, 波动传播的速度决定了湾内的变化过程滞后于赤道区域1~2个月。     

太平洋副热带东部模态水的年际变化及机制研究

根据2004—2014年的全球海洋Argo网格数据集(BOA_Argo)和ECMWF ERA-Interim再分析资料,计算了冬季太平洋副热带东部海区的水团变性率及水团形成率,对南北太平洋副热带东部新生成模态水的年际变化及其形成机制进行了研究。结果表明:北太平洋副热带东部模态水(NPESTMW)和南太平洋副热带东部模态水(SPESTMW)的新生成体积及核心密度在2004—2014年具有明显的年际变化:NPESTMW主要经历了2005—2009年和2010—2013年2次持续4～5a的体积和密度增加过程,其中体积最大值出现在2009年,最小值则出现在2005和2014年。南半球SPESTMW则经历了2007—2009年和2010—2013年共两次持续3～4a的体积和密度减小过程,其中体积的最小值出现在2009、2013年,最大值出现在2010年。合成分析发现,由冬季海面热通量异常引起的深混合层内与模态水密度相当的水团表层形成率异常,可能是导致NPESTMW和SPESTMW新生成水体积年际变化的重要因素;同时,SPESTMW新生成水的年际变化受局地风应力旋度的年际变化影响明显。     

基于ERA-20C再分析数据的中国近海波候研究

基于ERA-20C再分析数据,综合分析了1950—2010年间中国近海的海表风速、风浪、涌浪和混合浪的分布特点。结果表明,中国近海的风场主要受东亚季风控制,在南海南部靠近越南的海域夏季形成7 m/s的风速大值中心,冬季风速则可达9 m/s。风浪场的空间分布特点与风场相似,而受传播效应和浅水效应的影响,涌浪场四季均在吕宋海峡和东海东南部出现波高的大值中心。春夏季节中国近海大部分海域涌浪占优,与风速大值中心对应,夏冬季节南海南部10°N附近存在风浪池。趋势分析结果显示,风速和混合浪有效波高的线性趋势呈现相似的空间分布,南海的风速和波高分别以0.27 cm·s^-1/a和0.74 cm/a的速率显着增加。而渤海分别以-0.49 cm·s^-1/a和-0.85 cm/a的速率显著降低,黄海的变化率分别为-0.43 cm·s^-1/a和-0.79 cm/a。将中国近海风速和波高的年际变化分别与气候指数尼诺3.4进行相关分析,结果显示,冬季大部分海域的相关系数为负,而夏季在南海和东海海域则为正。     

波浪能发电平台系泊系统耦合动力响应及水动力分析

本文以一种新型波浪能发电平台为研究对象,分别采用基于三维势流理论的软件Sesam和基于有限体积法的Flow3D软件,对平台和发电浮子进行水动力分析。应用Sesam-HydroD模块计算了平台和发电浮子在频域内的运动响应,将平台和发电浮子的垂荡运动响应进行对比分析,结果表明,在正常海况下,平台与发电浮子垂荡运动相对幅值满足捕能系统的发电需求。应用Flow3D软件对平台整体进行水动力分析,结果表明,平台与发电浮子相对运动振幅在0.3～0.4m间,可满足发电需求。在此基础之上,应用Orcaflex软件,通过时域耦合动力分析的方法,计算了平台在自存工况和作业工况下的运动响应和系泊缆动张力响应,结果表明:在自存工况下,平台锚泊线的安全系数符合规范要求,平台具有良好的安全性能,能够适应恶劣的海洋环境;在作业工况下,平台的垂荡运动响应对波浪方向变化并不敏感,捕能系统不受波浪方向变化的影响,满足发电需求。另外,本文的研究结果能为类似的海洋平台的研究提供建议和参考。     

A high-precision heuristic model to detect home and work locations from smart card data

Smart card-automated fare collection systems now routinely record large volumes of data comprising the origins and destinations of travelers. Processing and analyzing these data open new opportunities in urban modeling and travel behavior research. This study seeks to develop an accurate framework for the study of urban mobility from smart card data by developing a heuristic primary location model to identify the home and work locations. The model uses journey counts as an indicator of usage regularity, visit-frequency to identify activity locations for regular commuters, and stay-time for the classification of work and home locations and activities. London is taken as a case study, and the model results were validated against survey data from the London Travel Demand Survey and volunteer survey. Results demonstrate that the proposed model is able to detect meaningful home and work places with high precision. This study offers a new and cost-effective approach to travel behavior and demand research.