The estimation of ocean bottom seismographs' coupling characteristics by means of microshock recordings

A transient technique was used for estimating the bottom-instrument response function in experiments with bottom seismographs (OBS) in deep ocean. The sharp mechanical impacts on bottom seismograph usually induced by bottom displacements under the instrument (microshocks) are suggested as rough analogues of the impulses for the bottom-instrument system transient calibration. It has been found that microshocks has usually sufficiently small duration to be used for coupling characteristics estimates. Test measurements have shown that in many cases this method makes it possible to distinguish spectral features characterising earthquakes and seismic noise wavetrains from those which are caused by coupling resonances of the OBS-sediment inter-face.     

Optimum design of Ocean bottom seismometers

Ocean bottom seismometers (OBS) have been widely used during the past decade to collect seismic data for determination of the structure of the oceanic lithosphere, stress patterns in regions of earthquake activity, and geoacoustic parameters of the ocean floor. Data quality from these experiments has often been disappointing because of poor signal quality and high noise levels. Many of these problems result from motion of the OBS package that is decoupled from motion of the ocean floor. These coupling problems are more serious in the ocean than on land because of the low shear strengths of most ocean sediments. In this paper we continue to develop the theory of coupling of OBSs to soft sediments and arrive at results suggesting that OBS packages should be designed with: (1) the minimum mass possible, (2) radius of area in contact with the sediment proportional to the cube root of the mass, and the maximum radius less than 1/4 of the shear wavelength, (3) density of the OBS approximately that of the sediment, (4) a low profile and a small vertical cross section with water, and (5) low density gradients, and maximum symmetry about the vertical axis. Agreement of the theory with test data is good; most deviations are reasonable, given limitations of the theory and experiments. The theory also suggests that the coupling frequency, the frequency above which the OBS does not follow the motion of the sediment, is directly proportional to the sediment shear velocity.     

ENSO事件次表层海温的两个模态及其对大气环流的影响

利用SODA海洋同化资料和NCEP再分析大气资料,分析了热带太平洋次表层海温异常(subsurfaceoceantemperatureanomaly,SOTA)与厄尔尼诺与南方涛动(ElNi?o-SouthernOscillation,ENSO)循环的联系,及SOTA对大气环流的影响。回顾传统ENSO研究,指出存在的问题,提出了ENSO影响大气研究的新思路,得到以下结果:(1)以SOTA为基本资料的研究发现, ENSO事件有两个模态,主要出现在冬季的第一模态对冬季及夏季亚洲-北太平洋-北美地区上空中高纬大气环流有重要影响,主要出现在夏季的第二模态对该地区上空夏季热带和副热带大气系统有重要作用。(2)ENSO事件通过与ENSO相联系的热带太平洋海面温度异常(ENSO-relatedseasurface temperatureanomaly,RSSTA)对大气的异常热通量输送,强迫Walker环流和Hadley环流变化,导致热带和北太平洋及周边地区上空大气环流异常,进而影响相关地区冬季和夏季的气候。(3)海表面温度异常(seasurfacetemperatureanomaly,SSTA)包含RSSTA和大气异常导致的海温变化(sea temperature anomaly caused by atmospheric anomaly, STA)两部分, RSSTA是ENSO事件过程中海洋内部热动力结构调整导致的海面温度变化,在海洋对大气的热输送过程中,它随ENSO事件演变不断更新;STA是大气受RSSTA海洋异常加热后导致的大气环流异常对海面温度的影响,在海洋浅表层STA对RSSTA有重大影响。本文最后讨论了ENSO事件期间热带海洋对大气热输送过程,指出ENSO事件通过海洋内部热动力结构调整产生RSSTA,它直接对大气异常加热,导致大气环流和气候异常,局地海气之间负反馈过程产生STA,反过来抑制RSSTA。结果还指出,人们常用的SSTA变率实际上主要由秋冬季节RSSTA主导,丢失了春夏季ENSO信息,用SSTA研究ENSO事件存在局限性,这也可能是ENSO事件春季预报障碍的原因之一。     

海水酸化对厚壳贻贝(Mytilus coruscus)外套膜代谢组的急性影响

海洋酸化是当前全球面临的最为紧迫的环境问题之一,已显现出对海洋生物的严重影响。贻贝是我国重要的经济贝类之一,但目前尚缺乏海洋酸化背景下厚壳贻贝的分子响应相关研究。为此,对厚壳贻贝外套膜组织开展了急性酸化条件下的代谢组学分析,以期了解厚壳贻贝在酸化条件下,其外套膜组织的代谢物组成和含量变化。采用超高压液相色谱-串联质谱技术,结合代谢物数据库搜索和鉴定,从厚壳贻贝外套膜中鉴定代谢物总计7882种。与对照组相比,酸化处理后的厚壳贻贝外套膜组织中共有497种代谢物含量发生显著变化(P<0.05),其中,320种差异代谢物显著上调,177种显著下调。差异代谢物富集的代谢通路主要包括脂代谢、信号转导、维生素代谢、核酸代谢、氨基酸代谢以及ABC转运体。结合外套膜游离氨基酸组成分析以及抗氧化活性分析,推测厚壳贻贝通过激活尿素合成、增强细胞膜流动性以及加强渗透压调节和钙离子转运等方式来应对海洋酸化的威胁。上述研究为深入了解贻贝应对海洋酸化的分子策略,以及在海洋酸化大背景下的贻贝健康养殖奠定了基础。     

渤海表层悬沙分布季节变化特征与控制因子的数值研究

针对整个渤海海域悬浮泥沙季节变化及其影响机制的数值研究相对缺乏且机制尚不清晰,基于ROMS三维海洋模型对渤海海域水动力环境与悬沙分布开展数值模拟。模拟结果显示,渤海海峡环流终年“北进南出”,夏季环流明显强于冬季,并呈现外围逆时针环、内部顺时针环的“双环”结构。渤海中部海域在夏季存在明显的温跃层现象,其强度分布与等深线较为一致,温跃层在4月开始形成,7月最强。渤海表层悬沙分布具有显著的季节变化,冬季悬沙浓度最大,秋季次之,春季再次之,夏季最小。控制悬沙浓度的波流底切应力在秋冬季节较大,春夏相对较小,且流致切应力始终在波流切应力中占主导地位。秦皇岛海域悬沙浓度常年偏低的主要原因是位于M2无潮点附近,属于弱潮流区,底层流速相对较小,底部沉积物发生再悬浮概率较小。夏季温跃层的存在在一定程度上减小了底边界层流速,增大了流速的垂向梯度,对底部悬浮泥沙的向上扩散有明显的抑制作用。因此,温跃层的存在是造成夏季表层悬沙浓度最低的重要原因。     

失稳背景流下对称型海洋内波的生成演变

本文采用无海底地形但考虑海洋跃层和剪切背景流的二维非静力准不可压缩方程组的数值模式,开展失稳垂向剪切背景流下线性和非线性对称型海洋内波生成演变的数值实验,并对结果进行分析、比较和讨论。研究结果表明,线性内波强度随积分时间始终呈指数增长,并有内波的对称不稳定;而非线性内波强度则在发展期呈准线性增长,最终进入稳定期。线性增长比非线性增长要快得多,非线性效应具有维稳作用。对该线性和非线性对称型内波,在跃层附近位密度扰动均有大值中心,即其为跃层所俘获,这与实际观测相一致;流函数与位密度扰动两者均有很好配合,位密度扰动的正、负中心分别相应于流函数的上升、下沉运动,表明有从海底向上的斜对流发生,且以跃层为顶盖。对线性内波来说,随积分时间增加,其波形大体不变,其正、负振幅也大体相同,并有符号相反原地增长的两个倾斜环流圈,而在它们之间则有较强倾斜上升流。非线性内波波形随积分时间改变,倾斜环流圈数目也在增加,最终形成负环流强于正环流的结果,并导致流函数、位密度扰动水平梯度剧增,其可视为间断。     

全球海洋地球化学调查进展

地球化学参数是与气候、环境、生态、资源等关系最为密切的指标之一,过去几十年中在矿产资源勘查、环境保护等领域得到了充分应用。海洋地球化学调查和研究工作也在不断深入,但缺少类似陆地地球化学填图那样系统的专项工作,对全球海洋资源、环境的评估与研究的支撑作用仍不够明显,元素含量及同位素组成等在全球海洋中的分布趋势仍认识不足。笔者对全球海洋沉积物、岩石、结核结壳和水体的无机地球化学调查进展进行了系统梳理,全面介绍了目前已开展的工作和取得的主要成果,以期为全球尺度地球化学研究提供重要参考。     

浪致混合对亚热带冬季海洋混合强度的影响

上层海洋在全球气候系统中起着至关重要的作用。对上层海洋层结及混合的模拟偏差一直是海洋和气候数值模式发展中悬而未决的问题。本文首先评估了CMIP5中45个模式对上层海洋层结模拟的偏差,确认了冬季亚热带地区海洋模式垂向混合偏强。随后,基于自然资源部第一海洋研究所地球系统模式(FIO-ESM v1.0),分别开展了1986−2005年期间包含和关闭海浪垂向混合情况下的数值实验,分析浪致混合对亚热带冬季海洋混合强度模拟的影响及机制。发现浪致混合使得气候模式中亚热带海域冬季的海洋层结增强,增强的层结使上层海洋更加稳定。首次揭示了增加浪致混合反而降低了海洋总体的垂向混合率：浪致混合使北半球冬季亚热带海域混合率从无浪实验的227 cm²/s降低到有浪实验的178 cm²/s,降低了21.6%;南半球冬季亚热带海域混合率从无浪实验的189 cm²/s降低到有浪实验的165 cm²/s,降低了12.7%。进一步分析发现,浪致混合主要是通过增加冬季亚热带海域上层海洋的热含量从而强化了海洋的层结,最终改善了气候模式对上层海洋混合的模拟。     

EGTA滴定法测定海水Ca2+浓度精度评估及其在近海海域实测的必要性

海水Ca²⁺浓度是计算碳酸钙饱和度的重要参数之一,通常由海水钙盐比值计算得出,但该方法在受多种因素影响的近海海域可能不适用。本研究开展了EGTA自动电位滴定法对不同盐度海水Ca²⁺浓度测定精度和准确度的研究,探究“盐效应”对Ca²⁺浓度测定可能存在的影响,并比较了近海养殖区海水实测Ca²⁺浓度与通过钙盐比估算值的差异。研究表明：(1)EGTA自动电位滴定法测定不同盐度海水Ca²⁺浓度精度较高,在各个盐度条件下,5次平行测定的标准偏差为0.001～0.006 mmol/kg,精度均优于0.1%;(2)在盐度20.00～34.62范围内,Ca²⁺的实测值与通过钙盐比值计算所得的相对误差为-0.043%～0.023%,准确度在±0.05%内;(3)不同盐度海水样品Ca²⁺浓度的实测值与理论值基本吻合,电位滴定法测定Ca²⁺浓度不存在“盐效应”问题;(4)受陆源输入过程的影响,近海(烟台牟平养殖区)表层及底层海水Ca     

深海锚泊浮标的二阶动力分析

计算了规则波上深海锚泊浮标的运动响应和锚泊线的动力响应。在对浮标的二阶漂移力计算时考虑了锚系的影响,并将浮标平均漂移的计算结果与不考虑锚系影响的结果进行了比较。本文计算所用浮标为单点系泊浮标,锚链由不同重量的分段组成。