基于格子Boltzmann法研究了波浪在潜堤上的破碎情况。通过建立数值波浪水槽,采用推板造波,模拟波浪与潜堤的相互作用,计算结果与实验数据进行对比,吻合良好,验证了该模型能较好地模拟波浪的破碎和传播。由于潜堤的阻碍和波浪破碎,沿程波高呈衰减趋势。在相同波高条件下,低水位反射系数随周期增大而增大,高水位反射系数随周期增大先增大后减小。

基于2016年4个季度的生态调查数据,本研究分析了山东荣成近海大型底栖动物的生态特征,并对调查海域生态健康状况进行评价。共发现163种大型底栖动物,双唇索沙蚕(Lumbrineris cruzensis)、多丝独毛虫(Tharyx multifilis)、丝异须虫(Heteromastus filiformis)为4 个季度共有优势种。2016年度大型底栖动物平均密度为301.83 ind·m^-2,平均生物量为58.89 g·m^-2;多样性指数(H′)、均匀度指数(J)、丰富度指数(d)的季度变化范围分别为2.50~2.58、0.80~0.87、1.20~1.89;聚类分析结果表明,4个季度的群落分布格局包含近岸群落和远岸群落,水深是影响该海域大型底栖动物群落结构的主要因子;AMBI和M-AMBI指数评价显示荣成近海底栖生态系统受到一定程度的干扰。本研究揭示了荣成近海大型底栖动物群落结构特征,可为该海域的生态环境保护提供参考依据。

本文选取南黄海及其邻近海域作为研究区域,对1970—2016年经过此区域的台风进行了统计和分析。研究发现,南黄海区域的台风发生频率较高,但时间集中且路径类型复杂多样,常见路径为登陆转向型和近海北上型。基于上述两种常见路径,本文选择3个典型台风,对比多种台风气压分布模型和台风移行风场模型,进行了台风风场的构造,并将模拟结果与实测风速对比,讨论各模型组合对南黄海典型台风的适用性。误差表明,藤田高桥嵌套气压分布模型和Jelesnianski移行风场模型的组合方案对近海北上型路径的201109号台风梅花和201007号台风圆规的模拟效果最好;Myers气压分布模型和宫崎正卫移行风场模型的组合方案对登陆转向型路径的201509号台风灿鸿的模拟效果最好。

2018年国家全面停止新增围填海项目审批之前,为了缓解土地供求矛盾,渤海沿岸进行了大规模围填海,长期的围填海活动导致海湾岸线发生了显著变化。为揭示莱州湾岸线变迁的主要原因以及渤海潮波系统对岸线变迁的响应,本文选取2000年和2020年两个典型年份的莱州湾岸线资料,统计20年间莱州湾岸线长度、海湾面积和海湾重心变化。基于岸线和水深数据,建立二维潮波数学模型,研究20年间莱州湾岸线变迁对渤海潮波系统、潮汐性质和最大可能潮差的影响。结果表明:2000—2020年20年间,莱州湾面积减少了8.02%,海湾岸线增长了77.65%,海湾西南部岸线变化最为剧烈,导致海湾重心向东北向方移动了2.21 km。莱州湾岸线变迁会引起渤海各分潮无潮点的位置移动和振幅的改变,其中黄河口附近M₂分潮无潮点向西北移动了1.4 km,秦皇岛附近M₂分潮无潮点向东北移动了1.7 km,渤海海峡偏南部的K₁分潮无潮点向东移动了2.1 km,渤海M₂分潮振幅整体呈现增大趋势,K₁分潮振幅变化主要发生在渤海海峡东侧。渤海潮汐以不规则半日潮为主,受莱州湾岸线变迁影响,黄河口外和秦皇岛附近海域不规则全日潮和规则全日潮所占海区范围缩小,渤海海域最大可能潮差增大。

海上溢油事故发生时,溢油在潮流和风的影响下扩散,会对所在海域的敏感区域产生严重的威胁。为研究溢油扩散轨迹,本文利用MIKE21 FM(DHI)的水动力模块(HD)和粒子追踪模块(PT)建立绿化岛周边海域工程溢油事故预测模型,计算模拟在不同风况下不同时刻发生溢油时油膜的扫海面积和油粒子移动路径。模拟结果表明:①溢油发生在涨潮时对绿华岛及周边环境的影响较大;②溢油初期风对油粒子的影响较小,在油粒子扩散后影响较大;③当风与潮流的作用叠加时,油膜扩散加剧,扫海面积扩大。

基于Delft3D模型建立湛江湾海域水动力数值模型,并通过实测水文数据对计算值验证基础上考虑溢油漂移、扩散、蒸发、乳化、吸附等过程建立湛江湾海域溢油扩散数值模型,对不同潮时(涨潮、落潮)与不同风况(静风、夏季常风、冬季常风、两种不利风况)下发生的原油泄漏事故进行溢油漂移扩散数值模拟,预测分析溢油24 h内油膜漂移扩散分布、累积扫海面积、油膜到达环境敏感区的时间以及岸线吸附分布图。分析结果表明:油膜的漂移扩散主要受潮流与风况共同影响,油膜的长期扩散方向与风向一致;溢油事故发生24 h内只有在不利风况条件下会对南三岛红树林保护区与渔业养殖区产生影响;特呈岛海洋保护区最易受污染威胁;静风条件下溢油影响范围最广,涨潮静风工况下24 h后油膜扫海面积最大,溢油影响面积达到57.89 km²;油膜最易在湛江湾顶岸线受到吸附。

为探索 “蟹公寓”养殖条件下,拟穴青蟹养殖的适宜饵料,本研究通过投喂缢蛏(Sinonovacula constricta, SC)、杂鱼(Hypophthalmichthys molitrix, HM)、青蟹配合饲料(CF)和鳗鱼饲料(EF)等4类饵料,比较分析了不同饵料投喂下拟穴青蟹的特定生长率、生化指标及酶活性。结果显示,缢蛏组特定生长率显著高于其他组(P＜0.05)。血清生化指标中,鳗鱼饲料组的白蛋白含量显著低于其余各组(P<0.05)。肝胰腺生化指标中,总蛋白含量各组差异不大(P＞0.05),白蛋白含量鳗鱼饲料组显著低于其余各组(P＜0.05),甘油三酯含量青蟹配合饲料组的最高。生化酶活指标中,杂鱼组SOD活力显著低于其余各组(P＞0.05),Na⁺K⁺-ATP酶活力则是鳗鱼饲料组最低。消化酶中,胃蛋白酶和淀粉酶各组差异不大(P＞0.05),脂肪酶则是杂鱼组显著高于其余各组(P＜0.05)。相关性分析中,杂鱼组特定生长率与蛋白酶活力表现出显著正相关(P＜0.05)。研究结果表明,在“蟹公寓”养殖条件下,缢蛏是综合指标最好的饵料,在拟穴青蟹的特定生长率及生化酶活方面有很大优势;但青蟹配合饲料在青蟹肝胰腺指数及甘油三酯含量上有一定优势。

基于1979—2019年欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)ERA5逐月平均风速、有效波高,分析了风速和有效波高的时空变化特征。利用Mann-Kendall检验法分析其年际变化和经验正交函数分析方法(Empirical Orthogonal Function, EOF)研究空间分布特征。结果表明:(1)南大西洋风向以30°S,10°W为中心逆时针旋转,风速大值区以东南信风带和西风带控制区为主,低值区以副高和低压带控制区为主。冬季风速高于其他季节,且全年风速和风向分布天气系统的季节变化有关。(2)有效波高与风速之间有很强的相关性,且二者都呈纬向环状型空间分布特征。冬季有效波高整体最大,夏季整体偏小。(3)Mann-Kendall检验结果显示风速和有效波高年际变化均呈上升趋势,风速在2006和2009年附近出现突变,有效波高于1994年前后出现突变。(4)风速EOF第一模态显示,信风带-西风带与副高带-低压带反向型分布,前者风速呈显著上升趋势,后者呈下降趋势。有效波高EOF第一模态显示:60°S以北海域有效波高变率为正位相,以南为负位相,正位相区域有效波高增大趋势显著,负位相区域有效波高减小趋势显著。

天然沉积物上的可交换态磷量对水体磷浓度具有重要的调控作用,它是水体富营养化预测与调控时关注的重点之一。截距法是计算沉积物可交换态磷量的常用方法,通过该方法计算的可交换态磷量常与固体浓度(C_s)正相关,这与提取法和固体浓度效应理论的结果相反。故本文通过理论分析与实验探讨截距法出现正相关关系的潜在原因。结果表明,截距法计算的结果可以表示在实验条件下沉积物与水体间可交换的磷量(Q₀),而不能表示沉积物全部含有的可交换磷量(NAP)。对于同一组实验数据,吸附等温图横坐标的选择影响Q₀与C_s的相关关系:以初始磷浓度(C₀)为横坐标对应的Q₀-C_s是负相关关系,以平衡磷浓度(C_e)为横坐标对应的Q₀-C_s是正相关关系。此外,若以C_e为横坐标,计算得到的Q₀的物理含义不明确。因此,为尽可能避免C_s与Q₀正相关关系的出现以及使Q₀的含义合理化,建议在使用截距法时宜以C₀为横坐标。

利用Landsat影像提取了盐城1997年到2017年的海岸线,采用基线法对海岸线变迁进行了定量分析。结果表明:1997—2017年的20年间,盐城海岸线长度变化不大,人工岸线比例逐渐升高;向陆后退岸段位于灌河口到射阳河口之间,以废黄河口为中心,平均变化率分别为-0.46 m/a;向海推进岸段分布于射阳河口和北凌河口之间,平均变化率为140.6 m/a,每5年平均变化率为305.16 m/a、160.79 m/a、121.02 m/a和102.86 m/a,海岸向海前进的速度在减缓,前进幅度在逐年减小。海岸南北冲淤拐点向南扩展至射阳盐场附近。农业围垦、养殖围垦、港口和海岸防护工程建设是盐城海岸线变迁的主要原因。

以发育成熟的掌状海带(Laminaria digitata)孢子体为材料,进行游孢子的放散、附着,形成胚孢子后,分别在不同的温度、光强和营养盐(氮、磷)浓度条件下培养,观察配子体生长发育和有性生殖的过程和特征,探究其配子体形成、排卵以及幼孢子体形成的最适环境条件。结果显示:氮浓度为4 mg/L、磷浓度为0.4 mg/L的营养盐浓度有利于掌状海带配子体的形成和成熟及幼孢子体的形成,营养盐浓度较低(氮≤1 mg/L,磷≤0.1 mg/L)或较高(氮=8 mg/L,磷=0.8 mg/L)均显著降低掌状海带的配子体形成率、排卵率以及幼孢子体形成率;15 ℃组的配子体形成率显著高于其它温度组,排卵率稍低于10 ℃组,15 ℃、光强≤40 μmol photons/(m²·s)组的幼孢子体形成率显著低于10 ℃组;20 ℃下,无排卵及幼孢子体形成;温度15 ℃、光强20 μmol photons/(m²·s)的条件下配子体形成率较高,而温度10 ℃、光强40 μmol photons/(m²·s)的条件下配子体排卵率和幼孢子体形成率显著较高。上述结果表明,掌状海带生殖过程中不同阶段对温度和光强的需求有较大差异。本研究获得了掌状海带有性生殖不同阶段适宜的温度、光强和营养盐(氮、磷)条件,可为掌状海带人工苗种繁育和养殖提供理论依据。

巴伦支海东部区域蕴含着丰富的油气资源,但存在海冰覆盖。随着气候变化,海冰持续消融,使得东部区域维持开放水域的时间延长,波浪特征也会随之发生变化,有必要开展研究,为在该海域服役的海洋工程结构的设计、建造与作业提供参考。本文收集美国冰雪数据中心的海冰密集度卫星遥感数据,绘制海冰边缘线分析海冰范围的变化。根据边缘线结果在东部海冰消融区选取代表点,采用欧洲中期天气预报中心最新数据集ERA5波浪数据,统计波浪基本特征,抽取波高的年极值和季节极值序列,通过GEV、Gumbel、Weibull和ME分布模型对有效波高的设计参数进行了研究。结果表明,随着海冰减少,代表点无浪频率显著降低,近年来几乎全年有浪。根据波浪重现值结果,夏季是最合适的作业季节。

通过对万宁小海沉积物环境数据调查与分析,并采用地累积指数、富集因子及潜在生态危害指数对表层沉积物进行评价。结果表明,表层沉积物重金属Zn、Cd、Pb、Cu、As、Hg含量的平均值分别为36.1 mg/kg、0.09 mg/kg、24.7 mg/kg、4.0 mg/kg、7.62 mg/kg、0.100 mg/kg,TOC平均含量0.42%,硫化物平均含量226.75 mg/kg,属于沉积物第一类标准。2005至2011年,Zn、Cd、Pb、Cu、As和Hg变化趋势为整体呈下降趋势,且Zn、Cd、Pb和Cu在2011年平均含量最低。TOC变化趋势为,1988至2004年上升,到达最高峰1.20%,与海水养殖业蓬勃发展有关,然后呈下降趋势,2011年接近1988年前TOC的值,小海的碳循环收支平衡,与小海综合治理有关,生态环境改善,受海水养殖人为影响变小。相关性表明硫化物、TOC、Cu、As及Hg具有相同或相似污染源,与海水养殖和工业废水有关。地累积指数和富集因子评价污染程度排序均为:Hg＞Cd＞Pb＞As＞Zn＞Cu。小海沉积物各站位的RI平均值为219.76,属于中等生态危害。6种重金属的潜在生态风险大小依次为:Hg＞Cd＞As＞Pb＞Cu＞Zn,Hg与Cd为主要潜在生态危害因子,与2005年及2008年对比,RI变化规律为2008＜2011＜2005,仍需重视海洋沉积物中Hg和Cd污染治理,防止海洋环境进一步恶化。

本文着重回顾了近二十年来国内外学者对黑潮入侵南海的路径、影响机制、季节和年际变化,及其对南海环流、水团性质和中尺度涡等方面影响的主要研究成果。黑潮自吕宋海峡入侵南海的路径可分为三种形式,其在吕宋海峡的水体输送呈“三明治结构”。黑潮入侵受到季风、海面压力梯度、中尺度涡、β效应、ENSO、PDO等多种因素的影响。由于受到黑潮自身强度和其他多种因素的影响,黑潮入侵南海的强度冬季大于夏季。年际变化取决于厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)和太平洋年代际变化(PDO),而ENSO和PDO又是通过影响北赤道流分叉点位置的南北向移动制约黑潮入侵强度。黑潮水作为印尼贯穿流的一部分,将高温高盐水带到南海,或脱落反气旋涡影响南海中尺度涡结构。

水深是浅海重要的地形要素,是海洋测绘的重要内容,利用遥感手段反演水深,可以快速高效的获取水下地形。为了更好的反演水深,本文采用WorldView-2多光谱遥感影像和激光实测数据,分别利用BP神经网络、随机森林和极限学习机模型,以海南三沙市的甘泉岛为研究区域进行水深反演,并对比结果评价其反演精度。结果表明:BP神经网络、随机森林和极限学习机三种模型中,随机森林模型水深反演的精度最高,验证点的均方根误差是0.85 m,平均绝对误差为0.60 m,平均相对误差为3.54%,决定系数R²达到0.97。总体对比,在0~2 m,随机森林模型反演效果更佳;在2~5 m水深范围内,极限学习机模型反演效果更佳;其他水深范围内,随机森林和极限学习机反演效果都比较好。

本文基于IFREMER中的卫星实测数据,配合非结构化三角网格,对SWAN模式中的风能输入、白帽耗散、底摩擦导致的能量耗散项及相关参数在中国近海进行了敏感性分析和适应性修正,修正模型的适用性通过25年的数值试验得到了验证。研究结果表明,NCEP再分析风速在目标海域与实测数据有较好的一致性,可用作波浪数值模拟的强迫风场;风能输入及白帽耗散均采用Komen模式,系数值为1.86×10^-5,是适用于该海域的最优参数组合;COLLINS模型及其默认参数最适用于中国近海考虑底摩擦导致的能量耗散;修正后SWAN模型模拟有效波高的精确度提升且具有很好的适用性。

台风造成的灾害是海洋结构物建设中需要考虑的重要因素之一。本文对东营市孤东采油厂附近海域1960年至2019年期间发生的31场台风进行模拟,抽取工程地点潮位序列,采用广义极值分布对极值潮位和增水的持续时间进行边缘分布拟合,采用Gumbel-Hougarrd copula函数构建了二者的联合分布。考虑风暴潮出现频次的影响,采用泊松复合极值分布开展概率分析。结果表明由此估计的联合重现期可以较好地反映风暴潮致灾程度,为沿海的防灾减灾和海洋结构物设计提供参考依据。

基于2013年夏季对秦皇岛海域46个站位的调查数据,分析了叶绿素a浓度分布及其与环境因子(水温、盐度、化学需氧量、溶解氧、pH、活性磷酸盐、无机氮)的关系,并对秦皇岛海域营养状况进行了评价。结果表明,叶绿素a浓度范围为0.50～7.79μg·L^-1,平均值为(2.10±1.38)μg·L^-1,平面分布呈近岸高、离岸低的趋势。通过叶绿素a浓度与环境因子相关性分析以及氮磷比(N/P)分析发现,活性磷酸盐可能是叶绿素a浓度的主要控制因子。基于营养状态质量指数(NQI)和富营养化指数(EI)评价标准,秦皇岛海域整体营养状况表现为贫营养。

为了更好地研究浮游植物群落对环境扰动的响应,2016年3月、5月和9月在淮河流域南湾水库先后开展了3次浮游植物调查,并同步开展了总氮、总磷、高锰酸盐指数等水质指标监测。通过采用相关性分析、浮游植物丰度-生物量曲线法等方法研究了南湾水库水生态受到的干扰响应过程。结果显示:南湾水库水化学指标和浮游植物种群数量随季节变化显著。除总氮外,大部分指标在3月和9月较低,能达到II类或III类水质标准。ABC曲线分析则进一步显示浮游植物群落5月受到较大的环境污染扰动,从而导致了9月份处于污染较重阶段。水质指标与浮游植物丰度等参数的相关性分析表明,ABC曲线的变化与高锰酸盐指数、可溶性总磷变化有关,这可能与南湾水库同期库周较强的农业生产活动密切相关。

为研究固定化培养方式对海洋微藻的生长、光合色素含量和叶绿素荧光参数的影响,本研究以一种小球藻(Chlorella sp.)为研究对象,利用海藻酸钠(sodium alginate,SA)作为载体、以氯化钙(CaCl₂)为交联剂,研究固定化和液体悬浮态培养方式对小球藻细胞密度、光合色素含量、叶绿素荧光等参数的影响。结果表明:固定化与悬浮态培养小球藻的细胞密度有显著差异(P<0.05),培养后期(6—10 d),固定化小球藻的细胞密度显著高于液体悬浮态小球藻;固定化与悬浮态培养小球藻的光合色素含量有显著差异(P<0.05),试验中后期(4—10 d),固定化小球藻的叶绿素a、b和类胡萝卜素含量均显著高于液体悬浮态小球藻(P<0.05);固定化与液体悬浮态培养小球藻的叶绿素荧光参数有显著性差异(P<0.05),培养后期固定化小球藻的潜在活力、实际光能转化效率、量子效率均显著高于液体悬浮态小球藻(P<0.05)。综上所述,固定化培养方式对小球藻生长及光合作用具有明显的促进作用。

雷达系统的研究和开发一般要经过反复的试验,为解决实地测试浪费大量人力、物力的问题,本文建立了一个以海杂波为主的回波模拟器,用于雷达测试,降低成本。本文先在Elfouhaily谱基础上利用尖浪模型建立非线性动态海面,利用网格映像法将海面划分为不同的分辨单元。首次将网格化的海面与回波的后向散射特性相结合生成模拟回波,并且在模拟过程中提出了一种利用海浪特点对擦地角进行修正的算法。最后将模拟出的回波与实测和理论数据进行分析拟合,证明了模拟回波的有效性。

为了加强“21世纪海上丝绸之路”关键节点海域的海浪灾害危险等级的预报能力,本文基于ERA-interim再分析数据评估了斯里兰卡海域海浪的危险指数,并对海浪危险等级进行了概率统计,对今后防灾减灾、沿海开发及海岸带管理具有实际指导。经分析:1)波高及波周期单指标的海浪灾害危险指标间不能相互代替,且单指标的海浪灾害危险等级分布不能完全反映真实海况;2)在双指标海浪灾害危险性评估下,斯里兰卡海域海浪危险指数的时空分布表现出明显的季节性差异,危险等级为III级的海域占比最大,大值区主要分布于斯里兰卡西部及南部小范围海域;3)由年平均海浪危险指数分布可知,仅有小范围海域的危险等级达到了I级,75 %左右海域的灾害危险等级为III级;且双指标海浪灾害危险性评估更加全面的反映真实海况。

分析生物扰动对沉积物理化特征的影响有助于了解沉积物中及沉积物-水体界面的生物化学过程,也可以在生态修复等应用中发挥积极作用。总结分析了多种大型底栖动物的扰动行为对沉积物理化特征影响的相关研究。生物对沉积物物理结构的改变能力与生物类别有关,生物扰动影响着不同粒径沉积物的分布。总体上,生物扰动促进了沉积物中营养盐和重金属向上层水体的迁移与释放,减轻沉积物污染的同时可能增加了水体的污染程度。沉积物的氧化还原状态因生物的活动而改变,并影响其他生化过程。在总结分析的基础上,对群落水平试验以及生物扰动参数分析等内容的研究进行了展望。

当前对海洋沉积物再悬浮的过程的研究主要分为海洋流体的动力作用和动力作用下沉积物的动力响应过程两方面,内孤立波能够在海洋跃层间传输数百米,诱发极强的垂向流动,引起沉积物再悬浮。基于此设计水槽实验,设置土坡实验组和土层对照组,控制渗流条件的有无,进而控制海床沉积物动力响应的充分与否,通过制造下凹型内孤立波,改变海床沉积物的底质条件和内孤立波的振幅,对比分析不同条件下内孤立波浅化破碎导致的沉积物、再悬浮现象,探讨渗流条件对再悬浮过程的影响。实验发现在内孤立波作用下,流速越快,沉积物悬浮物浓度增加值和变化速率越大,悬浮物浓度的变化幅度与悬浮物浓度最大值呈正相关。具备渗流条件,动力响应充分的土坡区域,在内孤立波作用下能够维持较高的悬浮物浓度更长时间,悬浮物浓度持续变化时长明显更久,且在流速较小时,悬浮物浓度变化速率较慢。对于底质不同的沉积物,粘粒越高对内孤立波的动力响应速度越慢,具体的变化规律也有所差异。当沉积物成分为砂质粉砂时,土层区域的最大悬浮物浓度增加值总是大于土坡区域,但在作用间隙,土坡区域能够维持较高的悬浮物浓度更长时间,最大能达到土层区域的2.5倍。当沉积物成分为粘土质粉砂时,土坡区域的悬浮物浓度增加值是土层区域的1.6~2.2倍,且局部较多的粘粒会降低孔隙通道的渗透性,不利于颗粒的输运和泵送。

本文提出了一种新型防波堤结构:半椭圆型防波堤,并对两种尺寸的半椭圆型防波堤模型进行了一系列的物模试验,重点分析了椭圆弧形结构面在波浪作用下的水力特性,为新型防波堤的设计施工提供参考。通过π定理确定了半椭圆型防波堤波浪力的影响因素,包括波陡H/L,相对波高H/D,尺度参数b/L,通过试验数据分析了半椭圆型防波堤所受波浪力随这三个影响因素的变化规律并比较了两种半椭圆型防波堤模型的受力特点。结果表明:波浪力随H/D的增大而增大,随H/L、b/L的增大而减小;模型1所受波浪力较大,且水平波浪力远大于竖直波浪力,模型2所受波浪力较小,且水平波浪力和竖直波浪力大小接近。

海上风电基础在波流作用下会产生局部冲刷,基础悬臂长度增加,严重影响基础的稳定性和安全性。为探究波流共同作用下海上风电三脚架基础的局部冲刷特性,在波流水槽中针对不同安装角度的三脚架基础开展了局部冲刷试验,研究了局部冲深历时特性、影响因素及冲坑形态特征。研究结果表明,在单独波浪作用时,中心立柱对下游桩起到了一定的掩护作用,减弱了冲刷的发展。在波流共同作用时,波浪提供了底床拖曳力,而水流提供了泥沙运输力,冲刷深度明显增加。当安装角度为30°时,三脚架双桩一侧的阻水效应更大,部分水流被导向单桩一侧,导致冲刷深度增大。随着流速、波高和KC的增大,基础周围冲刷深度逐渐增加。提出了采用KC预测平衡冲刷深度的经验公式,可较准确地预测三脚架基础在波浪作用和波流共同作用下的局部冲刷的平衡冲刷深度。

基于FVCOM海洋模式,对六横岛邻近海域建立高分辨率的三维海洋数值模型。精细化模拟了六横岛邻近海域潮汐、潮流的主要特征,模式结果同1个验潮站与2个测流站观测资料吻合明显,可以反映六横岛邻近海域潮汐、潮流运动特征,同时给出了M₂、S₂、K₁、O₁、M₄、M₆等4个主要分潮同潮图与表层潮流椭圆空间分布以及2个浅水分潮同潮图,并分析了潮汐类型系数、最大可能潮差以及潮汐不对称现象分析,最后分析了涨急、落急、涨憩、落憩等经典潮况的表层流场以及表层、0.6 h层、底层的余流空间分布。分析表明,M₂、S₂、O₁分潮均呈南高北低的分布特征,空间分布上M₂、S₂、O₁振幅分别为115～145、15～30、19～24 cm,而K1分潮空间分布无显著特征,振幅在20～30 cm,且主要分潮传播方向一致,均以东海前进波形式传入,对M₄、M₆分潮振幅分别为2～20、1～6 cm,同时空间分布特征和传播方向与主要分潮相反。基于调和分析结果计算潮型系数与最大可能潮差,整个海域呈正规半日潮性质且最大可能潮差南部海域可达600～650 cm,北部海域则在450～550 cm;通过计算潮汐不对称性,六横南部海域落潮速度大于涨潮速度,北部相反。4个潮况下,落急流场最大,最大可达220 cm/s,而四个主要分潮最大流速分别在160、60、22、12 cm/s,空间分布上均为外海旋转流、近岸往复流的特征;余流的分布上,表层、0.6 h层、底层在岬角处最大可达25 cm/s,但随水深升高余流逐渐减弱。

董家口港突堤码头缺乏防波堤掩护,易受极端海况影响。本研究分析了董家口港突堤码头前沿的ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)和温深仪所捕捉到的台风“利奇马”引起的港区水动力环境异常变化,可为突堤码头船只靠泊环境预报提供重要参考。本文主要结论有:“利奇马”台风期间董家口港风暴潮位以最大减水为对称中心呈“V”型分布,其变化受风速主导,台风中心接近董家口时,风暴潮位滞后响应时间较短,台风中心远离时,风暴潮位滞后响应时间较长。台风期间观测余流普遍小于20 cm/s,对港口威胁较小。码头有效波高受风区影响显著。码头位置“先头涌”先于风速极值12 h出现,且涌浪谱峰频率位于30万吨原油船和40万吨矿石船的横摇谐振区内,需提前加以防范。台风浪的混合作用使得观测点底层海水升温约1℃,由于温跃层受到破坏,台风过后底层水温降温缓慢,降温趋势为0.15℃/天。

近几十年来,中国近海传统渔业资源出现衰退,近海渔业资源出现“资源空心化”现象,渔业可持续发展的基础不牢。本文从资源经济学角度出发,分析了近海渔业资源衰退和出现“资源空心化”等问题的经济学原因,结合联合国粮农组织提出的蓝色增长理念,探究了国内外绿色发展带来的经济和社会效益,提出了实现渔业资源的资产化管理、资源扩大再生产和渔业共享资源的产权转化等建议,以此为中国近海海洋渔业绿色发展提供参考。

对2015—2020年山东半岛强对流不同天气分型下的时空分布特征、物理量参数、落区预报进行了分析研究。结果表明:强对流天气主要发生在低槽、高空冷涡、西北气流、副高边缘和横槽5种天气形势下;强对流天气事件主要集中在6—8月,下午至夜间最易发生,多为不均匀分布;空间分布主要表现为西部型、东部型、全区型和局部型四种特征,其中局部型事件最多;不同的天气形势配置,物理量参数特征差异较大,副高边缘型CAPE值和K指数均大于其他形势,高空冷涡型的垂直风切变SHR6和总指数TT数值最大,西北气流型的CAPE值、K指数偏小,SI值可为正数;弱冷锋和海风锋导致强对流最易发生在烟台西部,随后东移减弱,东部型多发生在夜间,多为地面辐合线影响所致,倒槽的位置不同也决定着强对流落区的不同;全区型主要发生在高空冷涡或者强的低槽冷锋影响之下;局部型与副高边缘及西北气流型相对应,地面辐合线为主要触发系统,与海陆地形和山区地形有很好的对应关系。

冲刷对于既有结构物基础的承载力及安全稳定性有较大影响,结构物基础最终冲刷深度的预测为结构物基础设计提供理论依据。由结构物基础冲刷产生的防护问题研究也愈来愈受到人们重视,本文从实体抗冲与减速不冲角度对传统防护方法进行介绍,现有传统防护方法对结构物基础有较好的防护效果,但针对深远海域海上结构物基础的防护有很大的局限性。

台风引起的强风和巨浪等灾害对山东半岛近海区域产生重大影响。本文通过使用第三代海浪模型SWAN,以Takahashi 和Fujita.t公式嵌套计算得到的台风模型风场与ERA5背景风场合成后的风场作为模型的驱动场,对2019年第9号台风“利奇马”过程中的台风浪进行模拟。根据模拟结果对台风浪的有效波高、平均周期、波龄的分布情况进行数值分析,初步探索了台风“利奇马”过程中台风浪的空间分布特征,为山东省开展台风浪预警及防灾减灾提供技术支撑。研究结果具有一定的科学意义和应用价值。

为提高渔场资源丰度预测准确性,以单位捕捞努力量渔获量(catch per unit effort, CPUE)为长鳍金枪鱼(Thunnus alalunga)资源丰度指标,利用海洋遥感、Argo等获取的海洋环境因子,在最优分布式决策梯度提升树(XGBoost)模型基础上,采用卷积神经网络(Convolutional Neutral Network,CNN)进行高维海洋环境数据特征提取,并利用模拟退火算法(Simulate Anneal,SA)对最优分布式决策梯度提升树(Extreme gradient boosting,XGBoost)模型进行超参数优化,提出了改进的XGBoost模型CNN-SA-XGBoost模型,实现对南太平洋长鳍金枪鱼资源丰度的回归预测。实验表明,在南太平洋长鳍金枪鱼资源丰度预测中,CNN-SA-XGBoost模型的均方根误差为0.486,较XGBoost减少12.4%,较多元线性回归(Multiple Linear Regression)、随机森林(Random Forest, RF)、BP神经网络等模型预测误差降低11.8%~28.4%。且改进的XGBoost模型在一定程度上改善了传统资源丰度预测模型面对高维环境数据和缺失值较多的渔业生产数据时预测误差较大的问题,为远洋渔场预报提供了新方法。

红树林、海草床、盐沼湿地是海洋“蓝碳”的重要组成部分,是碳汇能力极强的海洋生态系统。在国内外相关研究的基础上,本文综述了红树林、海草床和盐沼等几种典型滨海湿地的碳汇能力、湿地损毁对碳汇能力的影响以及修复和提升其碳汇能力的难点。对国内外现有的滨海湿地碳汇监测方法进行了综述,并从滨海湿地碳汇现状监测、湿地保护及增汇等几个方面提出建议和展望。在全球范围内滨海湿地具有较强的碳汇能力,是陆地生态系统的10倍。随着城市扩张,人为开发利用滨海湿地将转变为工业、建设用地,是滨海湿地生态系统碳汇能力丧失的主要影响因素,湿地的恢复难度大、周期长,具有较多的不确定性。目前滨海湿地碳源汇的监测方法主要有清单法、直接测量法及遥感监测法和生态系统模型法等监测方法。各国在对滨海湿地碳汇调查的研究不断地探索和完善的同时,还存在着诸多问题,因此滨海湿地调查需要加强以下方面的研究:开展滨海湿地碳汇摸底和生境质量调查;建立滨海湿地蓝碳调查体系同时将湿地利用变化考虑进来;整合现有碳汇调查数据形成数据库为政策制定模型优化提供可靠的数据支持;继续探索新型调查方法在碳汇调查中的应用。

采用截线样条法对海南文昌海域的珊瑚礁生态系统进行了调查,结合2012年和2018年同区域开展的历史调查数据,采用半定量的珊瑚礁健康指数法(coral reef health index:CI)分析了文昌海域珊瑚礁生态系统健康状况、变化趋势以及其主要的影响因素。结果表明,文昌海域调查到造礁石珊瑚11科31属79种,优势种以澄黄滨珊瑚、标准蜂巢珊瑚、秘密角蜂巢珊瑚、精巧扁脑珊瑚等环境耐受性的团块状造礁珊瑚为主,而敏感型的鹿角珊瑚科种类较少,覆盖率低。尽管文昌海域水质环境比较优越,但大型藻类覆盖率很高(平均覆盖率16%),珊瑚群落结构已经发生明显的转变,珊瑚礁健康指数CI值介于-0.44~0.95之间,珊瑚礁生态系统健康状况总体较差。推测海洋工程建设及养殖尾水排放影响是文昌海域珊瑚礁退化的主要原因。但与2018年相比,文昌海域珊瑚礁健康状况明显恢复(CI值从2018的-0.59提升至2020年-0.06),造礁石珊瑚平均覆盖率为12.75%,珊瑚补充量为0.9 ind/m²,与往年调查数据对比有所上升,且本次调查也没有发现短期内死亡的造礁珊瑚及珊瑚病害,说明该区域内的珊瑚礁生态系统有较好的恢复潜力,建议加强该区域的生态管控以及开展生态修复工作,以加速其自然恢复。

茎柔鱼(Dosidicus gigas)是个体较大的头足类,其经济价值较高且是我国远洋鱿钓渔业重要的捕捞对象。本文基于2006—2015年9—12月秘鲁外海8°～20°S,95°～75°W范围内的海表温度(SST)和海面高度距平(SSHA)数据,构建了不同权重的栖息地指数模型(HSI),筛选出最优模型并对其进行验证。此外,利用最优模型预测茎柔鱼栖息地适宜性,并分析了不同强度厄尔尼诺年份下栖息地时空分布的差异性。结果表明,SST权重为0.7,SSHA的权重为0.3时的HSI为最优模型,利用2015年实际生产数据对模型进行验证,模型结果显示优良预测性能。对比2006年弱厄尔尼诺年份与2015年超强厄尔尼诺年份茎柔鱼渔场环境因子以及栖息地的时空分布,结果发现,与2015年超强厄尔尼诺年份相比,2006年弱厄尔尼诺事件期间,茎柔鱼渔场水温相对偏冷,海面高度较低,适宜的 SST 和SSHA 范围相对扩大,导致2006年更适宜茎柔鱼生存,有利的栖息地面积显著增加。研究表明,不同强度厄尔尼诺事件对茎柔鱼栖息地适宜性的影响呈现显著差异,未来针对气候变化的影响评估研究需要进一步考虑每个独立气候事件的特性。

近年来长江流域湿地退化现象愈加严峻,湿地生态补偿是保护长江流域的有效手段。以通洲沙江心岛生态湿地规划工程为例,借鉴征地补偿和流域生态补偿测算框架,构建长江岛屿湿地的补偿标准测算框架。基于经济学理论,运用市场价格法、机会成本法、重置成本法、影子工程法、成果参照法、费用支出法等评估方法,得出长江岛屿湿地生态补偿标准以机会成本为下限,以生态系统服务价值为上限。研究结果表明:通洲沙江心岛生态湿地的机会成本为16653.64万元,居民成本(养殖补偿、失业补偿)占4.14%,企业成本(搬迁补偿、安置补偿)占95.86%。生态系统服务价值为21762.65万元,维持服务(生物多样性补偿)占23.45%,调节服务(气体调节补偿、污染净化调节补偿)占19.36%,文化服务(科研教育、休闲旅游)占57.19%。规划工程提出的生态补偿标准为18083万元,在本研究测算出的补偿标准上下限之间,与研究区域的特征有较高的契合度,具有一定的合理性。这为提高长江流域生态补偿效益提供了科学指导。

自21世纪以来,由于港口用海、围海养殖等海岸开发活动使得莱州湾岸线发生了显著变化,从而引起了海湾水动力环境的改变。为了探究20年间海湾纳潮量和水交换对莱州湾岸线变迁的响应,本文选取2000年和2020年两个典型年份的莱州湾岸线数据,建立二维潮流与对流—扩散模型,研究20年间莱州湾岸线变迁对海湾纳潮量和水交换的影响。结果表明:2000—2020年20年间,滩涂围填导致海湾潮波势能增加,莱州湾最大可能潮差呈现增大趋势,潍坊港与广利港之间的湾顶增大尤为显著,增加最大值可达8 cm;莱州湾大潮期、小潮期和平均纳潮量分别减小了2.91%、1.42%和2.33%,海湾面积减少是纳潮量减小的主要原因;由于纳潮海域面积减少,海湾自净能力和水交换减弱,海湾半交换时间增长了15 d,从海湾局部水交换来看,受港口堤坝建设以及黄河口向海发育影响,海湾西部水交换减弱较为显著,导致西部海域半交换时间增长了40 d。

非淹没桩基作为海洋工程的必备支撑,极大地影响区域海洋的动力特性与生态环境。基于三维海洋-泥沙动力数值模型,以杭州湾海域为研究对象,分析非淹没桩基建设对涌潮与开阔海域潮汐动力与悬沙特性的影响。结果表明:桩基建设前后,潮流、悬沙浓度的变化趋势在桩周空间上的分布具有较高的一致性;由于桩基阻水,桩周有明显绕流现象;迎水面壅水,背水面形成低流负压区,显著增大了桩基附近海域涡度的数量级;流速与切应力降低,悬沙浓度随之降低;桩基之间流速与悬沙浓度增大。涌潮区域,大桥影响分潮相位进而影响潮位与潮不对称。涨落潮流向基本垂直于大桥桩基布置轴线,大桥阻水绕流效应改变局部流态。近底层流速变化导致底应力变化,影响沉积物再悬浮过程,进而改变悬沙浓度。大桥建设初期加快/减缓了海/陆侧南岸的向南泥沙通量。开阔海域风机桩基影响类似,量级较小。

利用海坛海峡海域春、夏、秋、冬4个季节特征月潮位资料和大、小潮水文同步调查资料,分析海坛海峡海域附近潮汐特征和海坛海峡潮流特征,并探讨了该海域余流变化特征的影响因素。结果表明:海坛海峡附近海域潮汐属正规半日潮,落潮历时普遍略长于涨潮历时;潮流属于正规半日潮流,浅水分潮流较显著,涨落潮主流向较明显,为往复流。海坛海峡海域潮波属于驻波性质。余流季节变化受东海闽浙沿岸流和季风影响显著,冬季余流方向总体向南,夏季整体呈北向。