全球变化背景下暖水珊瑚礁生态系统的适应性与修复研究

暖水珊瑚礁生态系统是热带海域最具生物多样性和代表性的生态系统之一。本研究分析了全球变化背景下暖水珊瑚礁生态系统的变化和风险,开展了受损暖水珊瑚礁生态系统退化和消失的致灾因子归因分析,综述了暖水珊瑚礁生态系统的适应性与修复技术研究。分析表明:①过去几十年来,暖水珊瑚礁生态系统快速退化,包括大面积白化和死亡、多样性明显减少和生态功能显著衰退,主要归因于海洋升温与人类活动等致灾因子的影响;②在温室气体高排放浓度情景下(RCP 8.5),相比工业革命前,到本世纪中叶,南海升温将可能远超过2℃,这表明南海暖水珊瑚礁生态系统正在逼近其气候临界点,即全球升温高于2℃时,90%~99%以上的暖水珊瑚将消失;③1980年代以来,海洋升温、海洋热浪和强热带气旋等海洋气候变化致灾因子对南海暖水珊瑚的危害性(影响的强度、范围和时间)明显增加,对暖水珊瑚礁生态系统产生了严重的影响;与此同时,近岸海域的过度或破坏性捕捞、采挖和潜水等人类活动,对暖水珊瑚造成了严重损害,增加了暖水珊瑚的气候脆弱性,而这种人类活动既是局部的,也是全球性的现象,使得暖水珊瑚更难以适应全球变暖的影响。分析还表明,为了增强暖水珊瑚适应气候与环境变化的恢复力(韧性),人们开展了诸多受损珊瑚礁生态系统的适应性与修复研究,但主要是采用无性繁殖或结合人工基质的修复方式,而应用有性繁殖技术恢复受损珊瑚礁的方式仍较少;最近,暖水珊瑚耐热的基因适应性研究取得了重要进展,为暖水珊瑚适应全球变暖提供了一种新的途径。本研究最后探讨了中国受损珊瑚礁生态系统的修复问题与对策。     

基于卫星高光谱遥感影像的浅海水深反演方法

遥感水深反演具有非接触测量和省时省力等优点,能够为航海、岛礁工程与珊瑚礁生态调查等活动提供重要参考。随着高光谱遥感卫星数量的增长,基于高光谱遥感影像的水深反演具有良好的发展与应用潜力。HOPE（Hyperspectral Optimization Process Exemplar）算法是比较常用的高光谱水深反演算法。鉴于HOPE算法在低遥感反射率海域会出现水深被高估的问题,本文基于Hyperion高光谱遥感影像提出一种改进的水深反演算法。该算法针对危险或难以到达海域往往具有水体光学性质较为均一的特点,利用深水区遥感反射率的观测值来估计整个研究区域内的水体光学性质参数并将其固定,以便减少未知参数数量,解决水深被高估的问题,最终达到提高水深反演整体精度的目的。塞班岛和中业岛的实验结果表明,改进算法能够有效克服常规HOPE算法在低遥感反射率水域高估水深的问题。改进算法能够将平均遥感反射率小于0.0075sr^-1（塞班岛）和0.001 sr^-1（中业岛）范围内的水域的水深反演平均绝对误差从常规HOPE算法的2.94 m和6.44 m分别降低至2.56 m和4.99 m,从而能够相应地将整体的均方根误差从3.18 m和5.39 m分别降低至2.30 m和3.32 m,而将整体的平均相对误差从32.4%和27.1%分别降低至30.6%和23.9%。因此,改进算法在提高卫星高光谱遥感影像水深反演效果方面具有可行性和有效性。     

南海资源环境地理研究综述

南海及沿岸地带是亚太地区经济发展最有活力和潜力的地区之一,受全球变化和人类活动的影响,南海资源环境正发生快速变化,对社会、经济、生态和环境带来新压力。本文从地理空间信息角度,以海岸资源、海洋资源和珊瑚礁资源的地理研究为综述内容,梳理了该区域岸线遥感监测、油气资源储量及渔业资源渔获量的地理差异、珊瑚礁地貌遥感监测与珊瑚白化等相关研究进展,讨论了已有研究的成果及其薄弱方向,依据发展趋势探讨了未来研究工作的重点。综述发现,南海资源环境的地理空间研究中,主要成果表现在资源环境的大面积快速监测与地理分异性方面,但在资源分布的内在机制及资源开发的环境效应影响方面仍缺少足够的研究。未来可望获得突破的研究主要包括：区域时空多尺度特征及其效应,区域间自然和社会发展的分异和规律,多源数据融合的南海资源动态监测的精度与时效的提高,以及资源变化过程的海洋生态与环境综合效应研究等。     

地理信息技术支撑下的南海岛礁资源环境研究进展与展望

面积辽阔的南海是中国未来重要的能源接续区与资源基地,也是涉及国家海洋权益最为集中的区域。本文针对地理信息技术支撑下的南海岛礁研究现状,从南海岛礁现有基础数据成果、遥感手段岛礁基础地理信息提取方法及提取成果所做的岛礁分析与评价3方面,系统地回顾了国内外涉及南海岛礁资源环境研究的相关进展,评述了现有研究技术方法存在的不足,并对未来的研究进行了展望,在此基础上,提出了3个主要方向作为未来研究的重点：①促进遥感数据获取多源化,构建海量多源、多尺度南海岛礁遥感数据仓库;②加强技术协同创新,结合地理信息技术的发展,提升岛礁信息提取与监测的准确性与可靠性;③提升遥感分析智能化,研究并建立综合分析与情势推演平台及战略决策辅助支撑系统,以期为南海岛礁的进一步深入研究提供参考。     

Mass Diving Tourism – A New Dimension Calls for New Management Approaches

Diving has become a booming branch of the tourism business. The economies of many countries with reef-lined coasts depend on high numbers of tourist divers; the resultant degradation of reefs by mechanical damage is accepted due to the short-term gain from the tourism business. Many activities of recreational diving do not particularly require coral reefs – any varied three-dimensional structure (e.g. a wreck) may be sufficiently attractive. The conflict between the needs of nature conservation and the economic interests of diving tourism can be mitigated by the formation of artificial underwater attractions as reef substitutes. Based on experiments in the northern Red Sea, we propose to deposit calcium minerals from the seawater in situ by electrolysis on a template of any desired shape. After transplantation of living coral fragments, a diverse community will develop. With this method different modules can be designed and formed on the seabed which can serve different needs such as diver training, environmental education and recreation as well as reef rehabilitation. By a combination of such modules, a recreational underwater park can be formed well suited to function as a DAD (diver aggregation device) and therefore, divert diver pressure from the natural reef.     

Remote sensing composite information's trend surface analysis of Nansha Islands coral islets and reefs'top

INTRODUCTIONIntheseaareaofNanshaIslands,therearemanyshoalpatchandrapids.Themajorareaisclassifiedas"dangerouszone".Thereforeitisverydifficulttomakeanormalinvestigationonit.Consideringtheremotesensinginformationfeaturesreflectedbythecontrolfunctionoflocalgeographicstructureandthegrowthofcoralisletsandreefs,wefindthatthemostimportantfeatureofthegeographicsystemofNanshaIslandsisthatitsdistributionisregional.Thetrendsurfaceanalysissystembasedontheremotesensingcompositeinformationistoemulatet…     

环礁沉积体系的过程-产物关系: 勘察式模拟初探

海洋沉积体系的定量模拟可分为仿真和勘察式模拟,后者的目标是建立沉积特征的连续谱、凝练新的科学问题。本文提出一个勘察式模拟的方法论框架,即根据控制方程确定自变量的定义域,进而由模拟计算给出应变量的值域,并结合物质收支平衡原理和“圆台状环礁”几何模型,以此方法预估环礁及其海底阶地物质输运和堆积格局。环礁是珊瑚礁的独特类型,其礁盘区提供了礁体生长和礁外坡、海底阶地堆积的几乎全部物源。结果表明,环礁自身生长受控于生物碎屑生产,而海底阶地的范围和沉积速率不仅决定于离礁悬沙通量,而且受到环礁外水深和海盆环流的制约。悬沙输运和重力流过程形成常态沉降和水下滑坡的交替沉积。此模型所预测的环礁沉积体系高程-面积曲线与南海环礁的实际曲线相对照,可获得环礁演化的机制信息。模拟结果还提示了需进一步研究的科学问题,如环礁生长规模及其控制机制、环礁沉积体系中周期性沉积的时间尺度、环礁外坡由于珊瑚生长自组织机制形成的重力流事件与地震等极端事件的对比和机制识别、环礁群的海底阶地沉积记录多样性、海面变化对环礁演化的影响和沉积记录、环礁人居环境安全等。     

荧光淬灭剂TrueBlack Lipofuscin对珊瑚自体荧光的消除及其在免疫荧光标记中的应用

自体荧光是生物体内部组织成分在吸收光时自然发出的荧光,会影响人工标记荧光的有效识别,严重干扰对抗体标记的目的蛋白荧光的观察及数据分析,在珊瑚冰冻切片免疫荧光标记研究中尤为突显。为更有效地去除珊瑚组织切片中的自体荧光,本研究以共生模式种花伞软珊瑚（Xenia sp.）为研究对象,首次尝试在花伞软珊瑚冰冻切片免疫荧光染色中,使用一种在小鼠和人体组织切片中常用的TrueBlack Lipofuscin自体荧光淬灭剂,并与已有研究中的酒精梯度脱水法进行比较。结果表明,使用荧光淬灭剂TrueBlack Lipofuscin后,花伞软珊瑚组织切片中的自体荧光强度是传统的酒精梯度脱水法的52.4%,且在Cy5通道下效果最佳。同时,通过珊瑚免疫荧光标记实验表明使用TrueBlack Lipofuscin的实验组特异性荧光信号强度为对照组的205.3%,背景荧光和自体荧光基本去除。     

C60全珊瑚海水混凝土的钢筋锈蚀行为研究

采用线性极化电阻法,测试了C60全珊瑚海水混凝土（coral aggregate seawater concrete,简称CASC）的线性极化曲线、自腐蚀电位（E_corr）和极化电阻（R_p）,研究了不同暴露时间、不同种类钢筋CASC的钢筋腐蚀行为,提出了提升岛礁CASC结构耐久性的建议措施。结果表明：随着暴露时间的延长,CASC的E_corr和R_p均逐渐降低,钢筋的耐蚀性能逐渐减弱。不同种类钢筋CASC耐蚀性能规律为：316不锈钢筋优于有机新涂层钢筋,优于普通钢筋。即使暴露0 d,CASC中普通钢筋仍会发生锈蚀,表明普通钢筋在不附加任何防腐措施的条件下不适用于岛礁CASC结构。综合分析阻锈效果和成本因素,316不锈钢筋的性价比明显低于有机新涂层钢筋,建议岛礁CASC工程优先选用有机新涂层钢筋。     

Source and supply of sediment to a shoreline salient in a fringing reef environment

Reef-associated landforms are coupled to the health of the reef ecosystem which produces the sediment that forms and maintains these landforms. However, this connection can make reef-fronted coastlines sensitive to the impacts of climate change, given that any decline in ecosystem health (e.g. decreasing sediment supply) or changes to physical processes (e.g. sea level rise, increasing wave energy) could drive the sediment budgets of these systems into a net erosive state. Therefore, knowledge of both the sediment sources and transport mechanisms is required to predict the sensitivity of reef-associated landforms to future climate change. Here, we examine the benthic habitat composition, sediment characteristics (composition, texture, and age), and transport mechanisms and pathways to understand the interconnections between coastal morphology and the reef system at Tantabiddi, Ningaloo Reef, Western Australia. Benthic surveys and sediment composition analysis revealed that although live coral accounts for less than 5% of the benthic cover, coral is the dominant sediment constituent (34% on average). Sediment ages (²³⁸U/²³⁰Th) were mostly found to be thousands of years old, suggesting that the primary sediment source is relic reef material (e.g. Holocene reef framework). Sediment transport across the lagoon was quantified through measurements of ripple migration rates, which were found to be shoreward migrating and responsible for feeding the large shoreline salient in the lee of the reef. The derived sediment fluxes were comparable with previously measured rates of sediment production by bioerosion. These results suggest that sediment budgets of systems dependent on old (>10³ years) source materials may be more resilient to climate change as present-day reef health and community composition (i.e. sources of ‘new’ carbonate production) have limited influence on sediment supply. Therefore, the vulnerability of reef-associated landforms in these systems will be dictated by future changes to mechanisms of sediment generation (e.g. bioerosion) and/or physical processes. © 2018 John Wiley & Sons, Ltd.