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[硕士论文] 徐斌
地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:本文对闽江口表层沉积样品中硅藻进行了分析,将表层硅藻数据与环境数据进行了合理排序,分析了闽江口表层硅藻分布特征及其与环境因子的关系,利用研究区内表层硅藻数据建立硅藻一盐度转换函数,并用该转换函数恢复了研究区钻孔沉积样品古盐度。同时,结合研究区内地层划分以及钻孔硅藻组合特征等,分析了闽江口晚更新世以来海平面变化及海侵历史。主要研究成果如下:
  1.通过排序分析得出表层硅藻划分为4个硅藻组合带,其中包括2个亚带。Ⅰ带受近岸海水影响明显;Ⅱ带受水深控制,并受较强的潮汐作用影响;Ⅲ1带受潮汐和闽江径流共同影响;Ⅲ2带受潮汐和闽江径流共同作用,但水动力作用更强。
  2.通过删除MJ1站位以及MJ3站位中淡水种,在WA-PLS模型下建立函数,得出WA-PLS模型中Component5模型具有最大的相关系数(R2=0.98851)和最小的均方根误差(RMSE=0.63794),最大偏差仅为2.0631,确定Component5模型为最优转换函数。
  3.根据硅藻一盐度转换函数重建了闽江口3个钻孔盐度值。结果表明:DZK001钻孔重建盐度值范围为2.80~8.39,介于淡咸水至微咸水之间;DZK003钻孔重建盐度值范围为0~9.65,介于淡水至微咸水之间;DZK014钻孔重建盐度值范围为0~6.55,介于淡水至微咸水之间。
  4.闽江口揭露地层为上更新统及全新统。上更新统沉积物由灰色卵石层、淤泥和淤泥质土组成,其沉积厚度变化较大,变化范围为20m~30m,此层主要表现为海相沉积,淤泥厚度沿河口区逐渐增大;下全新统沉积物由深灰色淤泥及淤泥质土组成,此层沉积厚度变化范围为5m~20m,河口上游由海相沉积逐渐转为陆相沉积,河口区主要以海相或海陆交互相沉积;中全新世时期主要沉积淤泥及砂,整体沉积厚度变化较小,变化范围大致为3m~7m,河口上游表现为陆相沉积,河口区为海相沉积;晚全新世时期沉积灰色淤泥和灰黄色细砂及杂填土,沉积厚度变化不均,主要表现由人类工程活动引起沉积厚度变化。
  5.该研究区晚更新世以来主要发生了3次海侵作用:第一次海侵发生于晚更新世玉木亚间冰期,此次海侵为“福州海侵”;直到早全新世初期,发生了第二次海侵;第三次海侵发生于中全新世时期,此次海侵为“长乐海侵”。
[硕士论文] 赵晋军
矿物学、岩石学、矿床学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:南海西沙群岛形成于中晚全新世,然而由于缺乏精确的定年手段,对西沙群岛七连屿岛屿生态演化历史过程知之甚少。本学位论文选取西沙七连屿为研究区域,以采自七连屿赵述岛、北岛、中岛、南岛的海鸟粪土沉积剖面(编号分别为ZS2、BD1、ZD1、ND1;柱长分别为94cm、137cm、103cm、121cm)为研究对象。从几个剖面的粪土层中挑选了保存完好的海鸟生物残体(鸟骨、鱼骨、蛋壳、鱼鳞等)样品,通过分析剖面不同深度海鸟骨骼样品的14C年龄数据,构建了沉积剖面14C年龄-深度年代模型,在此基础上探讨了岛屿的发育过程。与此同时,结合反射光谱学和元素地球化学分析,重建了过去1000多年来七连屿岛屿生态环境演化过程。
  一方面,以海鸟骨骼AMS14C年龄数据为基础,详细介绍并对比传统数学拟合方法以及基于贝叶斯统计学方法构建的Bacon、OxCal、Bpeat、Bchron等14C年代学模型的优缺点,并选择Clam程序构建年龄-深度模型,从而分析西沙群岛七连屿四座岛屿生长速率以及海鸟数量演变过程。结果表明:过去近1000多年来,西沙七连屿岛屿沉积速率大体呈现出先快后慢的趋势,且平均生长速率为1.15±0.47mm·a-1,明显低于当前西沙海域海平面上升速率,全球变化将在一定程度上威胁到七连屿岛屿的安全;另一方面,以赵述岛(ZS2)鸟粪层剖面元素地球化学数据为基础,采用PCA主成分分析以及R型聚类分析方法,得出Ag、As、Cd、Co、Cu、P、Se、Zn这8种元素可作为西沙七连屿海鸟粪土标型元素组合。且元素分析所得出的PC1因子得分与反射光谱测得的鸟粪比例两者具有较好的相关性,表明反射光谱分析方法在重建七连屿岛屿海鸟数量变化具有可行性。最后得出西沙七连屿海鸟数量演变大致经历了缓慢增长期、稳定繁盛期、快速衰退期这三个阶段,并以鸟粪层沉积剖面底部最先发现鸟骨所在深度的年龄作为海鸟开始登岛的时间节点,得出西沙赵述岛、北岛、中岛、南岛开始有海鸟活动的时间应分别不晚于AD1172-1290年、AD984-1140年、AD413-684年、AD550-664年;此外,以鸟粪层所对应时段为海鸟繁盛期,得出赵述岛在AD1336-1811期间,鸟类数量维持在较高水平,同理可知北岛于AD1459-1888、中岛于AD777-1560、南岛于AD1503-1804期间,海鸟数量也分别达到峰值。总体而言,在小冰期时海鸟数量较多,表明西沙海鸟适宜相对凉爽的气候条件。
[博士论文] 胡东平
地球化学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:地质历史时期典型生物灭绝事件期间环境气候条件以及海洋碳硫循环的重建,对人类正确认识现代环境和生物危机以及促进人与自然和谐发展具有重要意义。本课题以晚奥陶世海相沉积岩为载体,探究当时生物大灭绝期间海洋和大气的化学条件及其变化机制以及对生物灭绝的影响。本文主要集中于以下三个方面:
  1.晚奥陶世海洋碳循环扰动机制的探究
  在具有详细生物地层控制的基础上,对采自美国内华达州Copenhagen Canyon剖面碳酸盐的无机碳同位素、87Sr/86Sr比值以及微量元素进行分析,并结合模型计算重建了当时海洋碳循环及其扰动的主要控制因素。结果表明,该剖面未受显著的后期成岩蚀变,记录了海水的原始同位素信息:晚奥陶期间存在两次显著的碳同位素正偏移(峰值分别为~+7‰和~+5‰),且与冈瓦纳冰川的开始和消融具有很好的一致性。对应地,87Sr/86Sr比值存在两次快速降低且与碳同位素和冰川协同变化。结合数据以及海洋箱式模型的综合分析,本文认为碳酸盐风化输入的增加是导致全球晚奥陶世碳同位素正偏的主导因素,不一定需要有机碳埋藏增加:冰川开始,海平面下降,碳酸盐台地风化加强,导致河流输入的碳同位素组成变重,从而导致海相碳酸盐的碳同位素组成正偏;冰川融化,海平面上升,碳酸盐台地被海水淹没,风化输入减少,海相碳酸盐的碳同位素组成恢复到初始值。
  2.贵州红花园剖面的多硫同位素(△33S,δ34S,和△36S)记录及其环境指示意义对采自贵州桐梓红花园剖面的沉积岩样品进行高精确度的多硫同位素组成以及碳、硫含量分析。首次在24.5亿年以来的地质记录中发现了硫同位素的非质量相关分馏(△33S最大可达~0.9‰)。通过对数据和硫同位素分馏原理的综合分析,认为与大规模火山喷发相伴随的平流层光化学反应是产生红花园硫同位素非质量相关分馏的原因。这一发现识别出晚奥陶期间华南曾存在多次平流层火山喷发,并将大规模火山活动和晚奥陶世生物灭绝联系起来;表明硫同位素的非质量相关分馏也能发生并保存在显生宙的地质记录中,为晚奥陶世生物灭绝的机制提供了新的视角,也为重建地史时期火山活动的生态和环境效应提供了新的有效研究手段。这一结论也得到其他地质记录的支持:在华南及全球中晚奥陶世地层中广泛发现大量蚀变火山灰夹层,表明当时全球火山活动频繁,与火山活动相伴随的环境恶化以及臭氧层空洞可能是造成晚奥陶世生物灭绝的原因之一。
  3.秀山和Vinini Creek剖面的汞(Hg)记录及其环境指示意义
  对采自重庆秀山和美国内华达州Vinini Creek剖面的沉积岩样品进行Hg浓度、Hg/TOC比值以及Hg同位素组成的分析测试。发现两个剖面在晚奥陶期间均呈现Hg富集特征(Vinini Creek剖面的Hg浓度高达736.6ppb),远高于正常海洋沉积物的Hg含量,表明当时外界Hg输入显著增加。结合Hg同位素数据,本文认为秀山和Vinini Creek异常的Hg富集特征是火山活动导致Hg释放增加的结果。晚奥陶世生物灭绝之前及附近层位的Hg富集信号指示火山活动可能是造成这次生物灭绝的原因之一,与本文多硫同位素研究的结论一致。
  另外,本文Hg浓度及Hg/TOC数据显示局部的沉积环境条件可能对沉积物Hg异常的记录产生显著影响。火山活动或其他过程导致的Hg输入增加在沉积物中的保存与有机质的埋藏量密切相关:当有机质的埋藏量大大超过Hg沉降的需求时,即使火山活动导致Hg输入增加,Hg/TOC比值仍然因为TOC含量高而偏低,不能真实反映Hg输入的异常;而如果有机质埋藏太少,Hg输入的异常也不能保存在沉积物中。因此,运用沉积物Hg/TOC比值作为古火山活动的指标时,应综合评估Hg浓度、Hg/TOC比值、TOC含量以及样品的沉积环境和古地理条件,以获得准确的古火山活动及环境效应信息。
[硕士论文] 吴国栋
环境工程 国家海洋局第一海洋研究所 2017(学位年度)
摘要:黄河三角洲历史上曾发生多次严重风暴潮灾害,给当地造成了重大经济损失和人员伤亡。随着黄河三角洲高效生态经济区的成立,黄河三角洲地区经济迅猛发展,风暴潮灾害造成的经济损失也呈现迅速增加的趋势,风暴潮灾害已成为影响和制约黄河三角洲地区经济社会发展的重要因素。因此,对风暴潮灾害进行深入研究,减少风暴潮灾害损失,对保障当地居民生命财产安全,保证黄河三角洲地区经济健康稳定发展有重要意义。
  本文利用气象科学和海洋水文科学相结合的方法,应用羊角沟、黄河海港两个测站2008-2010年的风向、风速、气压、逐时潮位、天文潮位等数据资料,对海域潮位、风场特点和明显风暴增水过程进行了统计分析,结果表明:
  (1)黄河海港属于正规日潮区,潮差较小,潮位受天文潮影响较小,周期性较弱,平均潮位较低,夏季平均潮位高于冬季,8月份平均潮位最高,1月份平均潮位最低。黄河海港12月份和4月份平均风速较大,8月份平均风速较小,2月份到10月份,东风分量占风向主导地位;羊角沟属于不正规半日潮区,潮差较大,潮位受天文潮影响较大,平均潮位较高,夏季平均潮位高于冬季,8月份平均潮位最高,1月份平均潮位最低,羊角沟东风分量占风向主导地位,4月份平均风速较大,9月份平均风速较小。
  (2)黄河三角洲地区发生风暴潮的典型天气形势有冷空气配合气旋型、台风北上型、冷高压型,其中冷空气配合气旋导致的风暴增水比较明显,风暴潮潮位较高,大多数严重风暴潮灾害都是在这种天气形势下发生的。
  (3)影响风暴增水最主要的因素是风应力,对于羊角沟和黄河海港,持续性东北大风和天文高潮叠加是导致风暴潮的直接因素。对实测高潮潮位出现时间和天文高潮潮位出现时间进行线性拟合,发现两者存在明显的相关关系,实测最高潮位一般发生在天文高潮位出现之前。对东北风平均风速和实测高潮位进行线性拟合,两者数据相关性较高。根据气象预报的东北风最大风速和东北风平均风速,通过与风暴增水的相关关系,估算风暴潮增水值,结合预报的天文潮位得到估算的风暴潮最大潮位。通过天文高潮位出现时间及东北大风持续时间,结合相关关系,对高潮位出现时间进行预报。
  (4)根据风暴潮高潮位和当地具体损失情况,对风暴潮灾害进行分级。根据黄河三角洲地形地势、沿海防潮海堤建设、沿岸经济布局、当地人口分布情况,预测风暴潮不同潮位高度情况下的影响范围和行业,进行受灾分析,制定风暴潮防御措施,减少灾害损失。
[硕士论文] 程朋
土木工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:浅层气是海洋环境中重要的工程地质灾害之一,在我国的黄渤海、东海和南海片区均有一定程度的分布,尤以东海近海片区分布最为典型。随着我国海洋经济开发以及对能源需求的持续增长,一些工程建设将不可避免会在潜存浅层气的海域范围内展开。深入研究海床含气沉积物的声学响应特性,进一步完善海洋含气沉积物的探测技术和识别理论,对于海洋环境下相关基础设施建设、能源和资源开采以及防灾减灾工程具有重要的意义。
  声学探测是海底沉积物无损探测的主要手段。本文以我国东海杭州湾海床含气砂质沉积物为研究对象,开展CT扫描实验,获取气泡尺寸分布,依据气泡共振规律,选取适宜的激振频率,开展声学响应特性实验研究,并与Anderson-Hampton模型对比,提出改进的声速模型。主要研究内容如下:
  第一,改造完善实验设备,基于GDS应力路径三轴仪,增加弯曲-伸展元测试系统、带有高精度低量程差压传感器的双压力室系统,并配合自主研制高压溶气饱和仪,成功实现了含气砂质沉积物的试样制备和声学实验测试。
  第二,为了解含气砂质沉积物中气泡的赋存状态与尺寸分布规律,自行设计加工了可用于含气砂CT扫描的装置,利用225kV-3D-micro-CT进行扫描,借助VGStudio MAX软件处理扫描图像,获得了含气砂质沉积物中的气泡赋存形态和尺寸大小分布;利用Log-logistic概率密度描述气泡尺寸分布规律,同时根据Log-logistic概率密度函数中参数属性,预测了含气砂质沉积物中孔隙率和含气量变化时,气泡尺寸分布规律。
  第三,基于气泡尺寸分布规律,得到气泡共振频率的范围,研究低于气泡共振频率下,含气砂质沉积物的声学响应,并结合室内三轴砂样尺寸大小,确定室内声学测试激振频率范围;选取适宜的激振频率,开展声学实验,获取了含气砂质沉积物的幅值和声速参数。
  最后,重点介绍Anderson-Hampton模型的适用性与局限,并与实验实测数据对比,阐述了模型预测与实测结果差异性产生的原因。依据含气量与压缩波速关系,提出了改进的含气砂质沉积物声速响应模型;针对该模型参数,进行灵敏度分析,检验了模型的适用性。
[硕士论文] 陈金月
地图学与地理信息系统 四川师范大学 2017(学位年度)
摘要:海岸带是区域生态环境、气候变化等地球科学的极佳切入点,研究海岸线的变迁有利于了解海岸带环境变化过程及其机理,为海岸带的可持续发展和保护提供服务。珠江三角洲大力发展海洋经济,海岸带开发程度高,岸线变动频繁,加上全球气候变暖、海平面上升的叠加作用,造成了海岸带生态环境的巨大破坏,对珠三角城市的智慧发展和海岸资源永续利用带来了极大影响。本研究选取珠江三角洲为研究区,综合运用Landsat系列遥感影像、地形图以及GoogleEarth等多元数据,目视解译1973年、1978年、1988年、1998年、2008年与2015年六期海岸线数据,并根据文献综述的先验知识对岸线的利用方式进行分类。在此基础之上,从海岸线空间分布、岸线利用程度、岸线位置变化以及不稳定性等四个角度,运用岸线组成、分形维数、多样性指数、岸线利用程度、端点变化速率以及不稳定性等多项指标,多尺度对珠江三角洲的海岸线变迁进行系统分析,讨论了引起其变化的主要驱动因素。最后,聚焦珠江三角洲的各市(特别行政区)岸段,探讨其岸线变化特征。结果表明:
  1)近40年来,珠江三角洲自然岸线比例持续下降,2015年已降至44.30%。主要驱动力因素由河口冲淤、海岸侵蚀等自然因素(万顷沙岸段的冲淤造陆)转化为区位政策和经济活动驱动下的剧烈改变,主要包括围垦养殖、港口建设和陆连岛工程等人为活动。
  2)珠江三角洲海岸线变迁呈显著的区域特征,沿海各市均存在大规模人工岸线的扩张,变化剧烈的区域集中在伶仃洋海区、磨刀门海区、黄茅海海区;从行政区划上来看,主要集中在广州市南沙经济开发区、深圳市大鹏湾与蛇口半岛、珠海市唐家湾-拱北、江门市崖南镇。
  3)1973-2015年间,珠江三角洲的海岸线分形维数变化趋势与岸线长度变化一致,除中山市1978-1988年出现波动以外,大致呈现持续增长趋势,岸线轮廓趋于复杂化。香港地区以显著地海岸线长度占比和基岩岸线比例,成为唯一一个高于珠江三角洲海岸线分形维数的地区。珠海、广州、深圳三地的海岸线分形维数有明显的增长趋势,三地是珠江三角洲的主要开发地区,特大型港口、城市建设用地、填海造陆等工程活动是其海岸线分形维数增长的主要因素。
  4)珠江三角洲岸线利用程度持续增加。利用方式主要包括围垦养殖、种植,滨海交通与港口码头,空间上从香港、广州逐步扩散至深圳-东莞、珠海-惠州、中山和江门。
  5)岸线不稳定性有显著的空间集聚及分布特征。珠江口西岸及以西地区岸线不稳定性高于珠江口东岸及以东区域;岸线扩张具有显著的空间和阶段特征。1973-2015年长时间尺度上,珠海、广州两地岸线扩张的平均速率较快;1973-1978年,岸线扩张较快的区域分布于珠海、江门、广州;1978-1988年间,深圳市沿岸扩张增长迅速;1988-1998年,新增热点区域包括东莞、中山地区;1998-2008年,扩张至整个研究区;2008-2015年,研究区扩张速率有放缓趋势。
  本研究揭示了近40年来珠江三角洲海岸线变化的时空特征,能够为海岸功能划分、资源开发与优化以及生态经济建设提供基础资料和信息支持,促进珠三角海岸带智慧发展,未来应持续关注珠江三角洲海岸线的变迁及其对生态系统的影响。
[硕士论文] 韩伟孝
物理海洋学 国家海洋局第一海洋研究所 2017(学位年度)
摘要:海浪是发生在海洋中常见的波动现象,有效波高(Significant Wave Height,SWH)是描述海浪特征的主要参数之一,在海洋研究和海洋环境预报中具有重要作用。卫星遥感是全球海洋SWH观测的重要手段,为海浪气候调查、海浪和其他海洋过程模型验证、海浪形成机制研究等提供了全球覆盖、长时间序列的沿轨海浪遥感数据。
  为了获取时空连续的全球海浪遥感数据产品,国内外对此开展了许多基于海浪沿轨数据的融合研究。现阶段主要的全球海浪融合数据产品,其空间分辨率为1°×1°难以满足海浪精细化特征研究的需求。因此,本文基于多源卫星遥感数据开展了全球海浪高分辨率遥感数据融合产品的研制。首先,使用美国国家数据浮标中心(National Data Buoy Center,NDBC)提供的浮标数据对T/P、Jason-1/2、ENVISAT RA-2、Cryosat-2、HY-2A等6颗卫星雷达高度计及ENVISATASAR海浪谱SWH数据进行了精度评价,根据二者的回归分析结果对遥感数据进行了校正。其次,基于反距离加权法并通过敏感性试验优选时空窗口,使用校正后的多源遥感数据得到了2000~2015年全球海浪遥感融合数据产品,其时间分辨率为1天,空间分辨率为0.25°×0.25°,优于现有的海浪遥感融合产品。最后,使用NDBC浮标数据对本文海浪融合产品进行了精度验证,结果显示二者整体平均RMSE是0.299m;与AVISO海浪融合产品相比,二者呈现高度的一致性,相关系数为0.93,这表明本文海浪遥感数据产品准确可靠,具有良好的全球适用性。
  应用本文融合得到的全球海浪遥感数据产品,分别对中国近海和全球海浪时空分布特征进行了统计分析,检验了本文产品的应用能力。中国近海海浪空间分布结果显示,浪高最大值位于巴士海峡以东海域,海浪冬季浪高最大,夏季最小;SWH月平均变化具有明显的年周期和半年周期;海面风速和海浪波高相关性分析表明,海浪波高时间变化特征与海面风速相似,具有明显的相关性。全球海浪空间分布结果显示,全球浪高最大值主要分布在南大洋西风带、北太平洋和北大西洋;季节特征明显,北半球春季浪高最大,夏季减小,秋季达到最小,冬季又增大,南半球变化与北半球相反;SWH月平均变化具有年周期、半年周期和季节周期,总体上具有逐年增大的趋势,且增大速度在加快。
[硕士论文] 郭富
海洋化学 国家海洋局第一海洋研究所 2017(学位年度)
摘要:生源硫化物是自然界中由生物生产、利用或转化的一类含硫物质,它们在硫的全球循环中所起的作用至关重要。二甲基硫(Dimethylsulfide,DMS)作为海洋中最重要的挥发性硫化物,其对全球气候变化以及酸雨等全球性环境问题能起到非常重要的影响。β-二甲基巯基丙酸内盐(Dimethylsulfoniopropionate,DMSP)和二甲基亚砜(Dimethyl sulfoxide,DMSO)分别作为DMS的前体物质和重要氧化产物,在很大程度上影响着海水中DMS的含量和分布。水团作为海洋中重要的水体功能单元,其性质的差异直接影响着生源硫化物的生物地球化学过程。因此,基于水团特征来研究生源硫化物的时空分布特征及其影响因素,有助于更加准确的把握生源硫化物分布变化的影响机制,从而为深入研究海洋生源硫对气候环境的影响提供新的思路。
  极地、亚极地海区能够放大全球气候变化所引起的微观效应,从而起到有效的指示作用。本文基于中国第5~7次北极科学考察白令海调查实验数据,在水团划分的基础上,分析了白令海各水团生源硫化物(DMS、DMSP、DMSO)的时空变化规律及其影响因素。得出的主要结果如下:
  1、白令海海盆区有3个水团,即上层水、中层水和深层水,其中,上层水具有高温、低盐、高溶解氧、高叶绿素、低营养盐的特征;中层水主要特征为低温,其他要素浓度水平介于上层水和深层水之间;深层水具有低温、高盐、低溶解氧、高营养盐、低叶绿素的特征,尤其是硅酸盐浓度较同类海区同深度水体高很多。白令海中陆架区有4个水团,即白令海陆坡水、白令海陆架冷水团、陆架表层暖水和混合变性水,其中,陆架表层暖水具有高温、低盐、低营养盐、低叶绿素特征;陆坡水具有高营养盐、低叶绿素特征;陆架冷水团具有低温、高溶解氧、高叶绿素特征;混合变性水的性质介于陆坡水和冷水团之间。北部内陆架区分3个水团,即阿纳德尔水、阿拉斯加沿岸水和白令海陆架水,阿纳德尔水具有低温、高盐、高营养盐、低叶绿素、低溶解氧的特征;阿拉斯加沿岸水则为高温、低盐、低营养盐;白令海陆架水主要特征为高溶解氧、高叶绿素。此外,白令海区域2012年为冷年(较暖年低2~3℃),2014、2016年为暖年,因此各水团温度2012年最低。
  2、白令海区2012年为冷年(较暖年低2~3℃),2014、2016年为暖年。受此影响,白令海二甲基硫化物的浓度和生物周转速率2012年小于2014年和2016年,例外的是北部内陆架区DMSP浓度2012年大于2014和2016年,可能与DMSP充当细胞内冷冻保护剂有关。二甲基硫化物生物生产速率略高于消耗速率,且生产和消耗速率空间变化趋势一致。白令海DMSO的水平分布趋势为:海盆区<中陆架区<北部内陆架区;DMSP则为:中陆架区<海盆区<北部内陆架区;DMS水平分布无明显规律。
  3、白令海海盆区,各水团DMS的含量大小为:上层水>中层水>深层水,各水团浓度平均值分别在5~15、2~8和0~1 nmol/L之间;在海盆北部靠近陆坡的区域,受气旋式涡流的影响上层DMS高值水舌有明显向下延伸趋势;各水团DMSPd浓度平均值在2~35 nmol/L之间,而DMSPp平均值在6~110 nmol/L之间;上层水和中层水DMS和DMSPd的分布主要受Chl-a的影响,深层水中温盐胁迫影响DMS和DMSPd的分布。
  中陆架区,表层暖水DMS和DMSP浓度较高,DMS、DMSPd和DMSPp平均值分别在2~11、20~40和27~87 nmol/L;陆坡水和混合水次之,平均值分别在0~2、2~40和18~78 nmol/L;陆架冷水团浓度相对较低,平均值分别在0~2、1~18和14~50 nmol/L;表层暖水、陆架冷水团和白令海陆坡水DMS和DMSP分布的受控因素较为复杂,混合变性水受Chl-a影响明显。
  北部内陆架区,阿纳德尔水中DMS和DMSP浓度最低,DMS、DMSPd和DMSPp平均值分别在0~3、12~28和20~80 nmol/L;白令海陆架水和阿拉斯加沿岸水中较高,平均值分别在1~15、12~47和44~120 nmol/L;白令海陆架水DMS与DMSP受温盐的影响明显,阿拉斯加沿岸水和阿纳德尔水影响因素较复杂。
  4、白令海DMSOd和DMSOp的分布趋势一致,其浓度从表层到底层随水深增加浓度降低,表层水团DMSOd和DMSOp浓度均在55 nmol/L以上,底层水团则低于25 nmol/L。从水团分析发现海盆区各水团DMSO受DMS氧化和浮游植物合成影响较大;中陆架区表层暖水主要受生物生产控制;北部内陆架区阿拉斯加沿岸水和白令海陆架水高于阿纳德尔水。
[硕士论文] 蓝玉峰
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文利用美国联合台风警报中心(Navy Joint Typhoon Warning Center,JTWC),中国气象局上海台风所(CMA),日本气象厅(Japanese Meteorological Agency,JMA)的TC最佳路径资料以及美国国家环境预报中心(NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)的再分析资料,分析研究西北太平洋(西太)强TC频数与厄尔尼诺-南方涛动(El Ni(n)o-Southern oscillation,ENSO)相关关系的年代际变化。结果表明,在1983-2014年期间(后一阶段)西太强TC频数与Ni(n)o3.4指数显著相关,而在1950-1971年期间(前一阶段)两者相关并不显著。
  进一步发现,相比前一阶段,后一阶段西太强TC的生成频数、平均生成位置和生命史在El Ni(n)o,La Ni(n)a年之间差异明显增加,并且这些差异主要体现在西太的东南象限。在后一阶段,El Ni(n)o年强TC在西太东南象限的频数是增加的,而在La Ni(n)a年强TC在西太东南象限的频数是减少的。这一切都证明在后一阶段ENSO对西太强TC的影响明显增强,特别对于El Ni(n)o年。
  研究发现,后一阶段El Ni(n)o年,热带太平洋正SSTA的西移是提高西太强TC频数与Ni(n)o3.4指数相关关系的关键因素。在后一阶段El Ni(n)o(La Nina)年,正(负)的SSTA的西移,引起西太东南象限MPI的正(负)异常,同时正(负)SSTA的西移会引起热带太平洋上升(下沉)运动移至太平洋中部,上升(下沉)运动的西移进而导致局地中层相对湿度增加(减小),局地风速垂直切变减弱(加强),因此有(不)利于TC在西太东南象限生成。由于在后一阶段El Ni(n)o年,东南象限生成的TCs在洋面上移动和发展的时间更长,因此能从温暖的海洋吸取更多的能量,更容易发展成强TC,从而提高后一阶段西太强TC频数与ENSO的年际相关。
[硕士论文] 王悦
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:利用1979-2015年NCEP/NCAR月平均再分析资料、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的月平均降水资料(CMAP)以及英国哈德莱中心海表温度月平均资料,采用Kao and Yu(2009)定义CP型ENSO指数的方法,计算了夏季CP型海温(SST)异常指数,并分析了中部型ENSO和海洋性大陆区域(MC)气候异常的联系。同时在分别滤除IOBM(IOD)保留IOD(IOBM)信号和同时滤除IOBM、IOD信号的情况下,研究了中部型ENSO和海洋性大陆区域气候的联系和影响机制,分析了IOD(IOBM)在这种联系中所起的干扰作用。结果表明:
  当夏季CP型SST正异常事件发生时,MC的核心区域(中太平洋)区域出现显著降水和气温负(正)异常,此时MC核心区域有明显的负(正)热源异常,大气受冷却(加热)而下沉(上升),同时潜热释放之外的非绝热加热表现为负(正)异常,易于导致降水负(正)异常。MC区域与中太平洋间主要通过水平环流和垂直环流建立联系。(1)中部型ENSO指数显著正异常时,在对流层低(高)层,MC区域和中太平洋间存在由关于赤道的对称气旋性(反气旋性)环流对而形成的直接联系,并使得MC区域东部辐散(辐合)偏弱,而MC区域西部辐散(辐合)偏强。(2)在垂直剖面上,赤道中太平洋海表温度的正异常和MC核心区域的大气异常冷却有利于促使该地区低层赤道西风异常增强并进而利于CP型SST正异常的维持,并由此通过反Walker环流圈促进MC区域下沉运动增强。此为MC与中太平洋间的直接联系,可由Bjerkness机制进行解释。而位于中太平洋与秘鲁地区的异常垂直环流亦可用这一机制进行解释。MC与中太平洋间的间接联系主要表现在由赤道外低纬和中纬地区均存在的沿弧形路径上的垂直环流而建立的MC与中太平洋地区的联系上。这些弧形垂直剖面上的垂直环流不仅与局地Hadley环流有关,还与热带和中纬度的Rossby波动有关。
  IOD不改变海洋性大陆区域降水负异常的特征,但可造成降水范围的东、西向偏移和增强太平洋上降水正异常。同号年时,IOD使得热带太平洋海温异常表现为负、正的偶极型分布,异号年时为负、正、负的三极型分布。虽然IOD使得同、异号年时MC区域海温异常影响范围不同,但均增强了CP型ENSO与MC区域环流异常的联系。同、异号年均在MC区域对流层低(高)层辐散(合),与之相应的垂直环流在MC和太平洋间形成了一完整的反Walker环流圈,易于造成降水负异常。
  类似地,IOBM亦不改变海洋性大陆区域降水负异常的特征,但影响MC区域降水范围的变化和增强太平洋上降水正异常。IOBM使得MC区域海温异常变化与地表气温变化一致。同、异号年均在MC区域对流层低(高)层辐散(合),易产生下沉运动,有利于造成降水负异常。IOBM基本不影响同号年辐散风和垂直环流运动,但使异号年下沉运动加强。
  以上结果有利于人们深刻认识CP型ENSO对MC地区气候的影响机理以及与热带外环流异常的联系。
[硕士论文] 王颖杰
物理海洋学 国家海洋局第一海洋研究所 2017(学位年度)
摘要:北极的快速变化对周边陆地和海域,甚至全球的气候系统等都产生了重要的影响,因此对于北极海域水文特征和水体结构的研究已经成为极地物理海洋学的热点问题。白令海作为连接北冰洋与中低纬度海洋的重要海区,是近年来我国北极科学考察的重点调查海域。目前我国已经进行了七次北极科学考察,在白令海获得了大量珍贵的实测数据。本文在我国第1~6次北极科考的CTD温度、盐度和溶解氧数据的基础上,结合国际共享资料,系统分析了白令海水文要素的分布特征、水团的结构特性及海盆区水团的季节性变化特征,并讨论了西白令海冷水团的夏季变化特征及影响因素。主要研究结论如下:
  1.白令海海盆区和陆架区水文要素的分布特征分析结果表明:白令海海盆30m以浅的上层海洋具有高温低盐的特征。在40m附近存在显著的温跃层,跃层以下是低温冷水层;盐度随深度的增加而逐渐升高,中层海水的盐度表现出南高北低的特征,并在北部近陆坡区形成高温低盐下降水舌;断面上溶解氧含量可分为三层,200m以浅含量最高,200~1500m水层含量最低,1500m以深含量随深度增加逐渐上升。圣劳伦斯岛以北陆架区东部表层水体具有高温、低盐、低溶解氧的性质,西部水体具有低温、高盐的特征。圣劳伦斯岛以南陆架区温跃层出现在20m层附近,该部分海区中的溶解氧分布与温度、盐度均表现出了一定的相关性。
  2.夏季白令海海盆区的水团可以分为三类:高温、低盐的白令海上层水(4.2℃<T<11.0℃,31.5<S<33.3),分布于表层40m以浅;低温的白令海中层水(0.5℃<T<4.2℃,32.3<S<33.8),大致位于40~300m水层;高盐的白令海深层水(1.2℃<T<4.2℃,33.8<S<34.7)。圣劳伦斯岛以北陆架区东部为阿拉斯加沿岸水,西部为阿纳德尔水,中部为白令海陆架水。圣劳伦斯岛以南陆架区的水团可以分为四类:白令海陆架水、白令海陆坡水、混合变性水及阿拉斯加沿岸水。
  3.白令海海盆区中层冷水的厚度自南向北逐渐加深,可延伸至水下379m,中层冷水最低温度可达0.54℃(1999年),温度最高为1.99℃(2014年);白令海西部陆架区冷水团最低温度低于-2℃(1999年),冷核最高温度为-1.33℃(2003年)。1999年、2008年及2012年冷水团的分布范围较大,冷核温度在各调查年份中较低,冷水团具有明显的“冷年”特征。2003年、2005年、2014年冷核的最低温较高,冷水团分布范围及平均厚度值均比较小,具有“暖年”的特点。
  4.在白令海西部陆架区,2000~2005年及2014年1~3月的海表面平均气温相对其他年份较高,冷核中心的温度也相对较高,两者之间的变化有较高的一致性。白令海和鄂霍次克海的偶极子型海冰异常EOF第一时间模态结果显示,陆架区冷水团为冷年的年份偶极子型海冰变化处于明显的负位相,而冷水团为暖年时偶极子型海冰变化为正位相。
[硕士论文] 崔梦雪
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文采用1948年至2014年NCEP/NCAR大气再分析资料以及延伸重建海温资料,基于大气海洋间不同的主导关系分别对冬、夏季北半球中纬度海区大范围海温异常进行分类,探究相应的海气结构特征。统计结果表明,无论是冬季还是夏季,在北半球中纬度海区大气影响海洋个例均多于海洋影响大气的个例,即大气强迫海洋占主要地位,但也存在海洋对大气的反馈作用。
  对于冬季北太平洋大气影响海洋而言,海表面温度(SST)暖异常区上空伴随着东北—西南走向的相当正压高低压异常(东北高西南低),对应于东南风异常和大气深厚暖异常,表现为暖脊结构,冷异常情况与此相反。SST异常为净热通量异常与风速异常共同作用引起。对于海洋影响大气而言,在SST暖异常区上空西部为南北向高低压异常(北高南低),东部为低压异常,对应于偏东风异常;SST冷异常区上空为偶极型的南北向高低压异常(南高北低),对应于偏西风异常。位势高度异常表现出相当正压结构且较大气影响海洋时相应偏弱,大气温度异常比较浅薄并主要局限于低层。海洋温度异常主要表现为,在大气影响海洋时海温异常由表层下传,海洋影响大气时则为上下一致的温度异常。
  对于冬季北大西洋大气影响海洋而言,北大西洋大气结构与北太平洋类似,而海洋影响大气时,在SST暖异常区上空为西北—东南走向的低—高—低压三极子异常,大气温度暖异常非常浅薄,海洋温度结构异常与冬季北太平洋类似。
  夏季北太平洋与北大西洋无论是大气影响海洋还是海洋影响大气,SST暖(冷)异常区上空均为相当正压高(低)压异常及反气旋(气旋)性环流异常,大气温度均为深厚暖(冷)异常。海洋温度异常则有不同:在大气影响海洋时,海洋温度异常主要集中在表层且维持时间短;而海洋影响大气时,海温为上下一致的温度异常且维持时间长。
[硕士论文] 汪子琪
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文利用1951-2013年逐月HadleySST资料、NCEP/NCAR全球再分析资料、NOAA地表气温资料与全球陆地降水重建资料以及中国地表气温逐月/逐日格点数据等海气多要素资料,探讨了ENSO与NAO关系的复杂性及其可能原因,并结合观测和数值试验探讨了两类ENSO引起的热带海气耦合和热带外大气环流响应的非线性特征,进一步,揭示两类ENSO通过调制NAO位相对中国北方地区造成的气候异常响应的差异,主要得到以下结论:
  (1)ENSO与NAO之间的联系难以用简单的线性关系进行描述,除了热带火山爆发事件对二者关系的可能干扰之外,主要由于两类La Ni(n)a对NAO的影响近乎相反。NAO对ENSO事件的响应与ENSO海表温度(SST)异常的纬向位置有密切关联,NAO对EP型ENSO的响应是非线性的,EP型El Ni(n)o和EP型La Ni(n)a冬季NAO均表现为负位相;而NAO对CP型ENSO的响应是准线性的,CP型El Ni(n)o对应NAO负位相,CP型La Ni(n)a对应NAO的正位相。
  (2)两类ENSO对NAO的非线性影响可能与热带太平洋的背景SST分布有关。由于热带太平洋背景SST表现为西暖东冷,CP型ENSO事件的最大SST异常中心靠近暖池东边缘,此处海温临近激发对流阈值,ENSO事件发生时对流异常响应较为敏感,而EP型ENSO事件SST异常主要位于热带东太平洋冷舌区,背景海温较冷且处于Walk环流下沉支,La Ni(n)a事件发生时难以引起较大的对流响应,而EP型El Ni(n)o强度较强,即使发生在冷舌区也可以引起对流降水。因此,EP型冷暖事件产生的局地大气响应异常非线性特征明显,进而可通过大气遥相关型影响热带外大气环流。数值模拟试验证实了两类ENSO期间热带太平洋SST异常的强迫效应,说明了ENSO对NAO的非线性影响关键是由于ENSO冷暖SST异常纬向位置差异所引起的局地海气耦合的不同导致的。
  (3)两类ENSO可通过NAO调制欧亚北部及中国北方冬季气温。两类El Ni(n)o和EP型La Ni(n)a冬季,NAO呈现负位相,北大西洋急流随之减弱,从而导致暖湿空气的输送减弱,纬向温度平流的负异常使欧亚北部气温较气候态偏冷,同时,欧亚大陆上空海平面气压距平场呈现北正南负的结构,自北大西洋的暖湿空气可以直接影响下游东亚地区,且由于西伯利亚高压偏强,中国北方尤其是东北地区气温偏低;而在CP型La Ni(n)a冬季,虽然NAO出现正异常响应,但其空间结构存在位置偏移,因而纬向温度平流的作用并不显著,中国北方冬季气温偏高的信号不明显。并且,两类El Ni(n)o对中国北方冬季极端低温发生日数的影响与对季节平均气温的影响相类似,均使中国北方冬季极端低温事件的发生频次增多;而两类La Ni(n)a对极端低温的影响较弱。
[硕士论文] 蒋琳
海洋气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:东中国海是一个物产丰富、陆架宽广的海域,很多动力学现象在此发生。近海陆架上的物质输运过程会引起营养物质、幼鱼、沉积物以及污染物的传输等等,具有重大的研究意义。而陆架陷波(coastal trapped waves,简称CTWs)是大陆架和斜坡区域近岸水流变化的主要影响因素之一,对陆架区域的物质交换和混合会产生很大的影响。目前关于CTWs引起的跨陆架输运机制并不清楚,因此本文从理论出发,首次将CTWs机制引入输运讨论。
  首先,推导出适合东中国海特殊地形的CTWs公式。其次,在量级为10-1Nm-2的理想风应力的条件下,将强迫CTWs理论应用到东中国海,研究了东中国海强迫CTWs所致的跨陆架输运。本文将跨陆架流场分别分为4项:地转平衡项(简称GB)、二阶波动项(简称SOW)、底部摩擦项(简称BF)和埃克曼项(简称EK);以及3个模态:开尔文波模态(简称KW)、第一陆架波模态(简称SW1)和第二陆架波模态(简称SW2)来分析。研究发现:从这4项的作用来分析,只有GB项和EK项对输运的影响是持续的,而BF项对输运的贡献仅限于近岸60-240km,SOW项的作用可以忽略;从3个模态的作用来分析,跨陆架输运主要受KW、SW1的影响。同时底摩擦对于跨陆架输运具有重要作用,随着线性底摩擦系数的不断增加,跨陆架输运的波动趋势越来越弱直至近似于平滑斜线。
  东中国海强迫CTWs模式的理论分析是比较理想的情况,为了得到更加真实的结果,本文还对东中国海ROMS(Regional Ocean Modeling System)模式数据进行了分析。结果分析发现从山东沿岸至江苏沿岸存在这一支周期为2.7、4.2和10.4天左右的由北向南传播的CTWs波动,其最大的相速度为10ms-1左右。同时根据所选的沿岸剖面和50m等深线上的跨陆架剖面计算沿岸和跨陆架输运大小,对其用整体经验模态分解(简称EEMD)方法后分解出周期约为2.7、4.2和10.4天由CTWs造成的输运,计算发现CTWs对沿岸输运的贡献明显大于其对跨陆架输运的贡献。
[硕士论文] 夏成龙
海洋地质 国家海洋局第一海洋研究所 2017(学位年度)
摘要:菲律宾海板块位于欧亚板块、太平洋板块和印度-澳大利亚板块的交汇处,大地构造位置特殊。晚中生代以来,菲律宾海板块经历了三大板块的多期俯冲、碰撞,发育了全球最为显著的沟-弧-盆系统,其成因及构造演化可有效约束西太平洋洋陆过渡带的复杂动力学过程。
  本论文通过搜集和整理了国内、外有关菲律宾海板块及邻区的地质、地球物理的最新调查和研究成果,利用国际上公开发布的水深、重力、磁力、大洋钻探以及洋壳年龄等数据,对菲律宾海板块及邻区的地质特性和地球物理场特征进行了深入研究。根据地质与地球物理数据的联合解释,详细阐述了菲律宾海板块海底扩张的阶段性特征,建立了菲律宾海板块61 Ma以来的构造演化模型。
  研究表明:
  (1)菲律宾海板块形成和演化主要受太平洋板块、欧亚板块及印度-澳大利亚板块三大板块的构造运动控制,根据地球物理场的差异,可将菲律宾海板块分为西菲律宾海盆区、四国-帕里西维拉海盆区及伊豆-小笠原-马里亚纳岛弧区三个构造单元。各种地质与地球物理数据表明菲律宾海板块经历了多期弧后扩张和多次构造旋转,并且这三个构造单元的年龄由老及新,不同的形成时代构成了菲律宾海板块多期弧后扩张的时间序列。
  (2)菲律宾海板块的扩张特征主要表现为西菲律宾海盆、四国-帕里西维拉海盆以及马里亚纳海槽的阶段性扩张。按照扩张特征及演化程度的差异性,将菲律宾海板块划分为八个扩张阶段。西菲律宾海盆的阶段性扩张是板块俯冲与地幔柱联合作用的结果,沿菲律宾弧和伊豆-小笠原-马里亚纳弧俯冲的海沟持续后撤为海盆的形成提供了驱动力。四国海盆、帕里西维拉海盆以及马里亚纳海槽都是海沟向海方向迁移引起的岛弧周期性裂解和弧后扩张形成的产物。
  (3)菲律宾海板块主要由四个弧后/弧间盆地组成,总结各个海盆的扩张特征,得出了这些边缘海盆地的一般演化过程为岛弧裂解、高速弧后扩张、慢速弧后扩张以及扩张后作用四个阶段。弧后扩张前的裂解作用是弧后盆地形成的第一个阶段,该阶段的主要特征是岩石圈拉张减薄,继而断裂,扩张脊延伸;洋壳在弧后高速形成是弧后盆地形成的第二个阶段,该阶段的弧后扩张速率相对较高;慢速扩张是弧后盆地形成的第三个阶段,该阶段扩张速率较第二阶段减慢,直至扩张停止;海盆完全形成后往往存在弧后构造活动,根据扩张轴处的岩石地球化学特征和定年数据,扩张后岩浆作用是扩张末期或者弧后扩张停止后一个普遍的阶段。
[硕士论文] 栾坤祥
海洋地质 国家海洋局第一海洋研究所 2017(学位年度)
摘要:海底峡谷是大陆边缘地貌中常见的大型水下地貌单元,常发育于大陆边缘的大陆架中部以及坡折带,以浅而深的长条或分叉的凹陷斜坡地形为主要特征,其横剖面通常呈U型和V型,峡谷口常出现海底扇地形,是陆源碎屑沉积物和其他颗粒沉积物由陆地向深海输送到重要通道。海底峡谷由于其地理位置和沉积环境的特殊性,受到了国内外众多学者的广泛关注和重视。本文以南海北部陆坡区为研究区,构建研究区海底峡谷的识别方法,分析研究区海底峡谷分布与形态特征,并建立南海北部陆坡区海底峡谷识别判定标准。结果对于识别分析南海海底峡谷具有较强的指导意义。
  研究区位于南海北部陆坡区E114.5°~120.5°、N19°~22.7°,水深20m~4000m范围内,水深和地貌类型变化较大,发育有众多海底峡谷、海脊、海底洼地、断层等地貌单元。
  本文主要研究是构建基于人工监督的海底峡谷自动识别方法。以南海北部陆坡区的多源水深数据构建研究区数字高程模型(DEM),根据海底峡谷的几何形态特征和物理特性对其进行识别研究,构建峡谷识别的指标及其阈值,以此为基础对识别出的海底峡谷的形态参数进行分析统计。得到以下结论:
  (1)对比分析已有资料与方法,构建一种人工监督下自动识别海底峡谷的技术方法。基于数字高程模型(DEM)对其进行分步处理,能较为准确的自动提取海底峡谷地形特征线-谷底中轴线以及峡谷谷壁,从而识别出海底峡谷。与已有峡谷的验证结果表明,此方法在数据在密度足够的情况下,具有较好的准确度。
  (2)对比三种不同格网精度DEM数据海底峡谷的识别效果。其中格网精度为1km的DEM数据对峡谷长度大于150km、平均峡谷宽度大于5km,峡谷最大下切深度大于300m的大型海底峡谷有较好的识别效果;格网精度为500m的DEM数据对峡谷长度大于50km,平均峡谷宽度大于3.5km,峡谷最大下切深度大于250m的峡谷识别效果较好;而格网精度为50m的DEM数据可较好的识别出长度大于30km,峡谷宽度大于1km,最大下切深度大于200m的峡谷。
  (3)共识别出研究区的34条海底峡谷。根据研究区海底峡谷头部地貌位置划分,将其划分为陆坡峡谷31条(峡谷头部止于陆坡),陆架-陆坡峡谷3条(峡谷头部切割到陆架)。根据研究区海底峡谷平面形态划分,陆坡峡谷中直线型海底峡谷24条,树枝型海底峡谷7条;陆架-陆坡峡谷中直线型海底峡谷2条,蛇曲型海底峡谷1条。
  (4)依据研究海底峡谷形态分布与特征,归纳总结出适用于我国南海北部陆坡区海底峡谷的识别与判定标准。
[硕士论文] 付丹
海洋化学 国家海洋局第一海洋研究所 2017(学位年度)
摘要:本文针对南大洋海洋近地层大气污染物分布特征及源解析的科学问题,于中国第32次南极科学考察(CHNARE)期间,采集中国近海至南大洋近地层海洋大气氮氧化物(NOx)和大气气溶胶颗粒物样品,研究了海洋近地层大气中氮氧化物,大气气溶胶颗粒物中多种金属元素和16种多环芳烃(PAHs)的空间分布特征,并对其来源进行解析。具体研究内容如下:
  (1)采用Saltzman法对中国近海至南大洋海洋近地层大气环境中气态氮氧化物日平均浓度进行测定。结果显示:海洋大气环境中气态氮氧化物日平均浓度的变化范围为0.001~0.046 mg/m3,NO日平均浓度的变化范围为0.001~0.036mg/m3,NO2日平均浓度变化范围为ND(未检出)~0.015 mg/m3。中国近海至南大洋海洋近地层大气NOx中NO占主要成分。南极圈外海洋近地层大气NOx分布特征显示:离陆地越近,NOx浓度越高,NO2:NO值越大,反映出海陆差异及人为污染对海洋近地层大气的影响。远离陆地的南大洋航段NOx显示较低的大洋背景值;南桑威奇群岛的火山活动导致附近海域高浓度的NOx分布,西风带的阻隔导致该区域NOx向周围扩散时,难以穿越西风带,向南极大陆边缘扩散的趋势更加强烈,影响大范围南大洋近地层大气NOx浓度分布;人为活动可能是南极半岛和中山站附近海洋近地层大气高浓度NOx和高NO2:NO值的重要原因。
  (2)采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对南大洋大气总悬浮颗粒物中16种金属元素进行测定。结果显示:南大洋大气气溶胶中金属元素平均浓度从大到小顺序排列为:Ca>Mg>Fe>Cr>Mn>65 Cu>As>63 Cu>Ni>V>Co>Cd>Ag>Mo。其中Mg和63 Cu之外,大洋中金属元素均存在未检出现象。Ca,Mg和Fe浓度较高,最高浓度分别为4208.9 ng/m3、963.8 ng/m3和91.8 ng/m3,其余金属元素含量较低,最大浓度在10-2~10之间。在全球范围上,金属元素在近岸地区浓度较大,远离内陆及火山活动的南大洋中含量最低。南桑威奇群岛(28.00°W,60.56°S)常年的火山活动导致该海域大气气溶胶中存在大量的火山源气溶胶,对海洋近地层大气气溶胶中金属元素的分布产生明显影响,火山活动产生Fe元素在南大洋年沉降通量约为2.7×109 g即2700 t,单位面积每年沉降通量为0.77mg/(m2·a)。金属元素富集因子法源解析结果显示:西澳大利亚弗里曼特尔港海域气溶胶金属元素主要来源于人为源;南极半岛和中山站海洋气溶胶中金属元素存在一定的人为源;其他南大洋海域气溶胶金属元素主要来源于自然源。
  (3)采用气相色谱质谱法(GC-MS)对南大洋近地层大气总悬浮颗粒物中16种PAHs进行测定。结果显示:ΣPAHs总浓度在0.3021~4.4631 ng/m3之间,相对于近海大气气溶胶PAHs污染物含量较低。在16种PAHs中五环化合物占南大洋近地层大气气溶胶中PAHs比例最大,三环化合物次之,六环化合物第三。PAHs比值法源解析结果显示:海洋大气气溶胶中PAHs主要由海陆源化石燃料燃烧产生的污染物扩散至海洋引起的;南极圈内海洋大气受南极大陆人为活动影响,但是可能受气象条件清除作用影响较大。
  (4)本文首次观测到南大洋南桑威奇群岛(28.00°W,60.56°S)附近海域近地层大气因火山活动而排放的大气污染物质,其中氮氧化物以南桑威奇群岛为中心往南大洋扩散,由于西风带等影响,被隔离在南大洋内部,并且主要往南桑威奇群岛西部南大洋海域扩散。金属在南桑威奇群岛因火山活动排放的地壳元素导致周围海域金属元素相对于南大洋海域异常升高。但是南大洋近地层大气气溶胶中PAH主要来源于外来的人为污染源,且南桑威奇群岛火山活动不产生PAHs,所以南桑威奇群岛附近海域PAHs的含量没有明显的升高迹象。
[硕士论文] 赵晨英
环境科学 国家海洋局第一海洋研究所 2017(学位年度)
摘要:氧(O)、碳(C)、氮(N)和磷(P)等生源要素在海洋生态系统中扮演着重要的角色。近年来人类活动的增强导致近岸海域出现了一系列的环境问题,如富营养问题日益凸显、低氧现象不断加剧等,这些海洋环境现象严重威胁了海洋生态系统的稳定。研究近岸海域生源要素的生物地球化学循环和收支过程对于了解区域物质循环、环境演变和近海环境保护具有重要的科学和现实意义。
  本研究以典型的乳山湾外养殖海域和渤海和黄海为研究对象;通过对乳山湾外邻近海域的综合调查,着重分析了溶解氧(DO)、有机碳、氮和磷的含量及分布特征,并结合水文、生物和培养试验等同步观测数据以及数值模式,探讨了DO、有机碳、氮和磷与水文、化学及生物之间的关系,并建立了乳山湾外邻近海域溶解氧、碳、氮-磷的收支模式,旨在量化典型养殖海域物质循环与环境变化的相互关系。另依据对黄渤海以及黄河和长江的综合调查,并结合相关的历史资料,分析了黄渤海水体和沉积物中氮与磷的组成、分布及历史变化,建立了黄渤海氮-磷的收支模式,探讨了影响该区域氮和磷分布的主要因素,明确了陆-海界面、海-气界面、底界面和海洋内部主要生物地球化学循环过程,揭示了河流物质输入变化对黄渤海氮-磷循环和生态环境造成的影响。上述工作旨在丰富人类活动影响下的典型海域生源要素的生物地球化学过程的认识,以期为区域物质循环和陆海相互作用研究提供科学依据。
  本文主要结论如下:
  (1)2009年夏季乳山湾邻近海域水体DO含量为3.21~11.8 mg/L,均值为6.99mg/L; DO的平均值在7月最高,6月与9月次之,8月最低;表层水体DO的分布差异较小,而底层水体DO分布差异较大,并出现DO低值现象。DO的收支结果表明,水体耗氧是主要的DO消耗过程,约占水体总耗氧量的79%,底泥耗氧占总耗氧量的21%;海-气界面交换输入的氧的量占总输入的74%,光合作用产氧过程对于氧补给的贡献占总输入量的22%左右;水交换作用对于整个调查区域水体中DO输入的贡献相对较低,其对DO的净输送量仅占总输入量的4%左右。乳山湾邻近海域底层水体溶解氧低值现象主要受物理过程控制,较高的水体与底泥耗氧速率为低溶解氧的维持提供了基础。
  (2)2009年夏季乳山湾近海水体溶解有机碳(DOC)含量为0.70~3.19 mg/L,均值为1.80 mg/L; DOC的平均值在7月最高,6月与9月次之,8月最低,2014年8月份DOC的变化范围(1.79~15.2 mg/L)高于2009年同期水平,颗粒有机碳(POC)的变化范围为0.04~1.33 mg/L;水体有机碳的分布受陆源输入、海洋初级生产以及潮汐的共同影响。研究区域夏季颗粒有机碳(POC)的沉降通量为(25±0.8)g/m2,约占初级生产固碳量的66%; DOC在沉积物-水界面存在由沉积物向上覆水释放的现象;乳山湾湾口DOC释放通量为14.4~97 g/(m2·a),占水体DOC存量的1.1%~13.4%。人类活动一定程度上影响了乳山湾及其近海有机碳的构成与循环收支过程,是区域环境变化的重要驱动因子之一。有机碳的收支结果显示,有超过50%的有机碳会随潮流输送到乳山湾外海,反映了潮流在有机碳输送中巨大作用;沉积物-水界面DOC的交换会影响底界面有机碳的收支与循环过程,海域底界面有机碳的降解所产生的溶解有机碳是水体DOC的重要来源,最终保存在沉积物中的碳其埋藏量约占初级生产的13%。此外,相对较低的溶解氧水平可能会增加DOC的交换通量,影响碳在陆架边缘海的埋藏。
  (3)夏季乳山湾邻近海域水体DIN和DIP的空间分布均具有明显的差异性,高值基本都出现在湾口区域;水体DIN主要存在形态为NO3-。潮汐潮流对于水体氮磷含量与分布的影响较为明显。上覆水-沉积物界面存在DIN和DIP从沉积物向上覆水扩散的现象,使得底层水体氮磷营养盐浓度高于表层水体。研究区域氮的收支表明,水体内部循环过程是初级生产所需DIN的主要来源,占初级生产总消耗量的86%,其次是水交换作用,占11%,底界面扩散对初级生产的贡献相对较小(3%);水体DIN的移出主要是通过沉积埋藏(80%)、向外海的输送(16%)和水体反硝化作用(4%);沉积的有机氮(ON)仅有6%重新活化进入水体,约70%的ON得以永久埋藏,另有24%的ON进一步矿化。磷的收支表明,水体内部循环过程贡献了初级生产所需DIP的91%,其次是水交换作用(9%),底界面扩散对初级生产的贡献<1%;水体DIP的支出主要是通过沉积埋藏(67%)和向外海的输送(33%);沉积的有机磷(OP)约90%得以永久埋藏,另有10%的OP进一步矿化,发生有机磷的早期成岩过程。对比氮和磷的收支结果,可以看出内部循环与缓冲作用是氮和磷获得补充的主要途径,不过外部来源的氮磷营养盐结构与系统内部具有显著的差异,对系统内部营养盐结构具有长远的影响。
  (4)黄渤海溶解无机氮(DIN)和溶解无机磷(DIP)的含量受水文、河流输入和沉积物界面扩散作用的影响,DIN和DIP均具有秋季高于春季和近岸高于离岸的时空分布特征。DIN的收支计算结果表明,底界面扩散是黄渤海水体DIN的主要来源,其次是大气、周边河流、地下水和东海的输入;黄渤海水体DIN的支出主要是通过沉积埋藏和反硝化过程。DIP的收支计算结果表明,黄渤海水体DIP的主要来源是磷酸盐吸附解吸过程,占外源总输入的91%,底界面扩散和大气输入为其次,河流和地下水的输入贡献相对较小;DIP的支出主要是通过沉积埋藏和向东海的输出。黄渤海每年有11 Gmol的氮在水体积累,并导致其浓度提高约0.6 mol/(L·a)。近些年来陆地向黄渤海输入氮通量的持续增加,加剧了氮营养盐的积累,导致非硅藻类浮游植物比例以及赤潮发生频率和面积显著增加,同时还提高了水体初级生产力和海洋磷的埋藏量,进而加剧了磷限制的趋势,并可能威胁生态系统的稳定。因此,人类活动引起的陆源输入变异对近海生态环境的影响值得进一步研究。
[硕士论文] 廖华夏
物理海洋学 国家海洋局第一海洋研究所 2017(学位年度)
摘要:厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)是全球最显著的年际海气耦合现象,对全球的天气与气候都有着重要的影响。当前海气耦合数值模式已经成为ENSO模拟与预测的重要工具,然而对参与最近的CMIP5(Coupled Model IntercomparisonProject Phase5)的多模式模拟结果分析表明海气耦合模式对ENSO的模拟仍存在较大的偏差。本文首先与观测对比评估了国家海洋局第一海洋研究所地球系统模式(FIO-ESM)历史实验(Historical)模拟ENSO现象以及热带太平洋基本状态的能力,进而通过上层海洋热收支手段对模式中厄尔尼诺(El Ni(n)o)和拉尼娜(La Ni(n)a)现象分别进行了分析,以探究ENSO演变过程中海洋热力学、动力学以及海气耦合的作用。
  与观测对比分析表明FIO-ESM模式能够较好地模拟出ENSO期间热带太平洋海表面温度、风场、降水变化的基本特征,但仍存在一些模拟偏差,如模拟的热带东太平洋平均海表面温度偏高,信风强度偏弱,ENSO周期的不规则性较弱,振幅偏强,厄尔尼诺事件出现东传的特性,ENSO到达盛期的时间也出现偏差。
  本文研究表明,纬向、经向、垂向的热量输运和海表面热通量都对ENSO的发展和消亡过程有着突出贡献:FIO-ESM模拟结果中,异常纬向流和平均垂向流导致的热量输运(纬向平流反馈与温跃层反馈)引导着ENSO的成长与衰退,控制ENSO的整个演变过程;由异常垂向流与平均经向流导致的热量输运使ENSO时期异常的海温得到进一步增强,影响着ENSO的强度;海表面热通量与SST异常反位相,对ENSO的成长起着反作用。
  对上层海洋热收支的进一步分析表明,对赤道太平洋地区海表面平均风场、温度场的模拟偏差会影响到ENSO发生时上层海洋温度场、流场的分布,进而导致模式对纬向、经向、垂向热量输运的模拟出现偏差。FIO-ESM模式模拟热带东太平洋平均SST偏高,在厄尔尼诺期间引发强烈的西风异常。模式对西风异常的模拟偏差增强了温跃层反馈的作用,会加剧ENSO的振荡幅度,减弱其周期的不规则性,并且由温跃层反馈主导的厄尔尼诺事件会出现东传的特征。由于模式模拟的冬季热带太平洋信风减弱、东太平洋冷舌收缩,减弱了冬季纬向平流反馈与温跃层反馈的作用,导致ENSO的季节锁相出现偏差。
[硕士论文] 王文欢
生态学 广西大学 2017(学位年度)
摘要:涠洲岛珊瑚礁位于南海北部的相对高纬度区域,处于珊瑚礁分布的北缘,该海域自然环境条件适合珊瑚生长发育。从20世纪80年代开始,人类活动影响对涠洲岛珊瑚礁生态系统所造成的干扰日渐显著,该礁区表现出衰退的迹象。但目前关于涠洲岛珊瑚礁的长期监测和群落演变的系统性研究较少,本研究根据2015年对涠洲岛珊瑚礁进行详细的野外生态调查,通过潜水观测、样条拍摄、样方照相、澄黄滨珊瑚骨骼的测量等获得涠洲岛石珊瑚的群落现状,结合关于该珊瑚礁区的历史研究资料,从活造礁石珊瑚覆盖率变化、多样性变化、群落结构变化等方面定量分析近30年来涠洲岛造礁石珊瑚群落的演变动态,判断石珊瑚群落的变化趋势,并对导致涠洲岛石珊瑚群落变化的影响因素进行探讨分析,结果表明:
  (1)涠洲岛造礁石珊瑚现有11科22属41种,优势种澄黄滨珊瑚和海孔角蜂巢珊瑚的重要值百分比分别是29.45%、12.06%。2015年该珊瑚礁区平均活珊瑚覆盖率为6.02%,浅水区域(深度1m~3m)活珊瑚覆盖率仅为1.67%,深水海区(深度3m~10m)活珊瑚覆盖率较高为10.37%。优势种澄黄滨珊瑚的平均年龄为21.44年,其中84.34%的澄黄滨珊瑚年龄低于30年。大量幼年澄黄滨珊瑚的补充表明全球变暖为处于相对高纬度的涠洲岛珊瑚礁带来一定的益处。
  (2)近30年来涠洲岛石珊瑚群落呈现明显的衰退趋势。平均活珊瑚覆盖率由1984年的50%下降到2015年的6%。1960s调查中的8个珊瑚种(占原有种类的29%)在2000-2015的研究中未记录,1980s调查中出现的4个珊瑚种(占原有种类的13%)在2000-2015的研究中缺失。优势种由现在抗干扰性强、生长率慢的块状滨珊瑚和角蜂巢珊瑚替代原来高复杂性、生长率快的珊瑚组合,包括枝状鹿角珊瑚、蔷薇珊瑚,叶片状牡丹珊瑚和块状蜂巢珊瑚、菊花珊瑚、扁脑珊瑚。1984年枝状鹿角珊瑚茂盛生长,部分区域覆盖率高达90%,但2015年在此区域几乎消失。石珊瑚群落结构的变化说明涠洲岛珊瑚生长的不利环境使群落中的敏感种(例如:鹿角珊瑚)退出优势类群之中,而团块状造礁石珊瑚由于具有较宽的生态位,始终占据优势。
  (3)随着经济建设和旅游业的不断发展,高强度且不合理的人类活动影响破坏了涠洲岛珊瑚礁区的生长环境,极有可能是导致近30年来涠洲岛石珊瑚群落衰退的主要原因。
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