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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”。
[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。
[博士论文] 林杉
机械电子工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:在自然界中,广泛地存在着海洋深层水持续垂直向上的运动,即上升流现象。上升流的存在为海洋食物链增加了产能,产生了世界海洋的新工厂。
  受到自然界上升流现象的启示,人们想到通过放置人工系统的手段,引起海水自海底到海面流动的方法,即为海洋人工上升流技术。
  为了驱动人工上升流,国内外研发了多种相关装置,其中利用波浪能和海流能的装置较为方便和节能。但是,大部分波浪能和海流能引起人工上升流装置都存在着两个问题:一是带来的上升流效率较小,难以在大尺度上对海洋环境产生影响,也难以收回制造和布放装置的成本;二是装置在进行实地海试时往往在短时间内被严重破坏,造成实验不理想甚至实验失败。
  如何设计可靠的人工上升流引致的方案,尽可能利用海洋自然能量、不增加额外成本,并优化装置参数使之适用于海洋,是人工上升流领域的重要问题之一。
  本论文提出了一种利用海洋自身动能源源不断产生人工上升流的方法,不需要额外能源,且装置简单、成本低廉,容易大规模布放。
  本论文立足于对波浪和海流运动驱动的人工上升流理论的研究。区别于现有的各种人工上升流技术方法,以及各种波浪和海流的装置的是,本论文通过水波动力学的分析方法,将利用微振幅波的非线性特性引致水头差作为驱动力的思想应用于人工上升流工程领域,并对该人工上升流水头差进行定量的研究,为增加引致人工上升流的动力水头提供了一个新的思路。
  本论文基于微振幅波基本方程和伯努利方程进行建模,通过计算表明,在有波浪和海流的深水中,存在着能够引致上升流的动力水头差,且借助浮子式引致上升流装置,该水头差如果能够克服来自海况条件的外部阻力和来自浮子-管体系统的内部阻力,则可以作为动力引致人工上升流的产生。
  论文各章内容分述如下:
  第一章在调研查阅了国内外相关文献的基础上,论述了人工上升流技术研究的背景、目的和意义;介绍了国内外各种人工上升流技术的研究进展及取得的成果;介绍了相关的波浪和海流装置;总结了当前人工上升流技术研究方面的一些热点技术和存在的问题,以及本论文的主要研究内容。
  第二章对波浪/海流引致人工上升流理论进行了理论研究。波浪/海流引致人工上升流理论是一种基于波浪力学基础理论,以波浪和海流的运动作为动力驱动人工上升流的方法。本章改进和拓展了关于微振幅波的平均水位(mean water level)理论计算,使之应用于人工上升流。
  第三章主要讨论波浪/海流引致人工上升流技术水槽实验的过程与结果。实验分为固定装置实验和浮子装置实验两部分,以后者为主,并分成单独造流实验、单独造波实验和波流耦合实验三部分分别进行,验证了第二章理论模型在水槽中的可行性。
  第四章主要从管体的优化和浮子的优化两个角度讨论了如何选结构参数使波浪/海流引致人工上升流的效果发挥得更好,运用到的分析方法主要包括利用MATLAB实现的受力分析、利用Flow3D和Fluent进行的CFD仿真,以及参考部分水槽实验和现场实验为参考。
  第五章主要讨论浮子系统在海洋中工作时影响波浪、海流引致人工上升流效率的外部因素和内部因素,并据此预测了一些典型实际海况中的提升效率。
  第六章对本论文的研究工作及成果进行了归纳总结,并指出本论文今后进一步的工作内容与研究方向。
  本论文的主要创新点包括:
  1.系统性地研究了波浪运动产生人工上升流水头差的水动力学机制,并开展了波浪产生人工上升流装置的设计研究。
  2.通过理论证明,波浪运动引起的动力水头差在深水中存在,且通过计算和实验量化地表明,其能够被利用以作为引致人工上升流的动力。通过推算波浪和海流的耦合机制,将波浪引致人工上升流扩展到波浪和海流共同作用引致人工上升流,推算出波浪和海流的耦合机制,并用系列水槽实验验证了这种非简单线性叠加的耦合效果。
  3.对浮子系统应用于波浪/海流引致人工上升流技术进行了初步优化,对波浪/海流引致人工上升流的内外影响因素进行了分析,并结合海洋条件和系统结构,对特定海域下的引致上升流效率做出了初步预测。
[博士论文] 李彪
轮机工程 大连海事大学 2017(学位年度)
摘要:海洋波浪能被认为是最具潜力的可再生能源之一,在众多的波浪能利用技术中,多节漂浮式波浪能转换装置以其单机功率大、波能转换效率高、抗浪能力强、海况适应性好等众多优势,展现了极好的发展前景。深入研究该类型装置,对缓解我国能源紧缺、环境污染等问题具有重要的现实意义,目前,国内对该类型装置的研发还较为滞后。其中,水动力性能分析是波浪能转换装置研发的最基础工作。本研究以工程应用为背景,针对我国海况条件,采用理论分析、时域频域的机理研究、海上试验验证和数值模拟相结合的方法,对该装置的水动力性能进行了系统研究,重点分析了浮体运动和波能转换的机理问题。
  考虑装置铰接浮体间PTO(Power Take-off,能量提取系统)约束和作用力,基于多刚体动力学理论,建立了装置波浪运动的数学模型;引入浮体间运动约束方程以表示PTO系统的运动约束,从而将波浪中运动的多节浮体构成相互连接的系统并使得模型可解。应用波浪绕射理论推导了双节铰接浮体结构物在波浪中所受的波浪激励力和波浪激励力矩的解析表达式,并通过数值模拟进行了验证。
  基于多尺度理论,推导求解了多节铰接浮体在静水中和波浪中的垂荡-纵摇运动的时域近似表达式,推导过程和求解结果揭示了浮体波浪运动的响应特性和位移、速度等的运动合成机理。通过对装置PTO系统的影响分析,发现在较大范围内,装置的波浪能俘获宽度比随着PTO阻尼系数或回复弹簧弹性系数的增大而持续增大,因此,在理论上对该类装置的PTO系统进行优化是不可行的。PTO阻尼的非线性对浮体纵摇运动具有影响,波浪能俘获宽度比均随着PTO阻尼速度指数的增加而减小。
  根据浮体随波运动的周期性特征,建立了表征双节铰接浮体式装置幅频响应的四元一次复数方程组,解析分析表明,各节浮体纵摇幅值相等,在运动上相差一个相位差。通过分析浮体几何尺寸对装置的共振运动、相位差以及波能俘获的影响,提出了基于浮体共振与浮体运动相位差的浮体优化方法,求解出浮体相对于波长λ的无量纲最优尺寸分别为:最优长度LN=0.5,波浪周期T>3.0s时,最优半径RN=0.065,最优吃水DN=0.08。
  综合考虑系泊系统、风、流等约束或环境载荷的影响,建立了多节铰接浮体波浪运动的CFD数值模型。分别对波浪要素、系泊系统、风、流载荷以及阵列布置对三节浮体式装置水动力性能的影响进行了数值模拟,结果表明:在线性波条件下,装置的两组PTO阻尼各自的转换功率没有明确的规律;在小波高的情况下,装置的波浪能俘获宽度比基本不变,波高较大时,俘获宽度比随着波高的增大而减小;对于本文所研究的漂浮式波浪能转换装置,水深基本不影响装置的水动力性能;装置在不规则波条件下的波浪能转换功率大约相当于线性波条件下的38%-65%,且两组PTO阻尼的转换功率较为一致;在斯托克斯二阶波条件下,装置的波浪能转换功率比在线性波条件下更大,大约为线性波条件下的110%-145%,波浪能俘获宽度比大约为线性波条件下的55%-65%。无论是在无流还是有流情况下,锚索连接于浮体2的中间位置,也即整个装置的中间时,装置可以获得最佳的俘获宽度比;连接于装置两端的锚索,当锚素质量较小时,可提升装置的波浪能转换的功率;通过对风速的影响分析,发现在黄渤海水域最常见的周期为2.5s-4.0s的波浪中,较小的风速通常会小幅降低装置的俘获宽度比,较大风速则有利于俘获宽度比的提高;装置在流中的运动和能量转换十分复杂,流主要通过两个方面对波浪能转换装置施加影响,一是波流相互作用造成装置的运动周期、幅值发生变化,该因素可通过波浪遭遇周期理论和波能流、波浪作用守恒原理进行分析。二是流的载荷作用于装置,使得装置所受的锚索张力发生变化;在对装置阵列布置的研究中,从波浪能俘获能力的角度分析,得出在波浪周期为2s、3s、4s和5s时,装置之间不受影响的最小距离约为并排布置间隔1.0λ,直线布置间隔2.25λ。
[硕士论文] 刘森明
船舶与海洋工程 集美大学 2017(学位年度)
摘要:单点系泊系统在海岛建设、海洋开发、海洋农业生产等领域都发挥着重要的作用。为确保单点系泊系统在不同海洋环境载荷下具有高度的可靠性和良好的环境适应性,以及平台上设备的正常运行及工作人员的安全,准确模拟单点系泊系统在不同环境载荷作用下平台的运动特性显得十分重要。
  本文参考DNV海上浮式平台设计的相关规范,对系泊状态下波浪发电平台-缆索-浮筒-锚链组成的耦合系统作为一个整体在风、浪、流等海洋环境载荷下平台的稳定性进行研究,论文主要研究的内容包括以下四个方面:
  (1)基于势流理论、控制方程和边界条件建立了“波浪发电平台-缆索-浮筒-锚链-锚”相互耦合作用下的数学模型。将两个相互作用的浮体运动进行分解,再由速度势积分求出每个浮体的绕射势和辐射势,得到漂浮式波浪发电平台系泊系统总体运动方程。
  (2)应用几何非线性有限元方法对锚链系统进行动力分析。通过算例验证了该方法能正确得出系泊锚链的运动状态,同时对不同主控参数下系泊锚链的受力及位置进行分析,最后对系泊锚链的非线性动力响应进行规律总结。
  (3)运用水动力软件AQWA对规则波作用下单点系泊的漂浮式波浪发电平台与系泊浮筒相连接的系泊锚链进行耦合分析。分析了规则波况下波浪发电平台随波浪频率变化的附加质量力、辐射阻尼力和六自由度响应RAO值,以及环境载荷入射角与系泊锚链倾角的变化对发电平台运动特性的影响。将仿真结果与已有的实验数据进行验证,说明了仿真结果能在较大程度上反映实验结果,具有可行性。
  (4)分析了随机海浪、风、流等海洋环境下单点系泊的漂浮式波浪发电平台及其系泊缆索在极限海况下运动情况,分析谱峰因子对发电平台的影响,风、浪、流共线和不共线的情况下系泊锚链和平台的运动情况等。
[硕士论文] 张明镛
船舶与海洋工程 集美大学 2017(学位年度)
摘要:海洋能蕴藏丰富,对其进行合理的开发利用可以缓解当前的能源危机,对建设节能环保、可持续发展型的社会意义重大。波浪能是一种存在形式不稳定的海洋能源,不但分布广且可开发性强。目前,波浪能被广泛应用于发电领域,利用其进行海水淡化的研究也越来越受到关注。我国海域面积广阔,但是淡水资源匮乏,利用波浪能进行海水淡化,不仅可以一定程度满足一些岛屿居民的用水需求,而且改变了传统用电或用油驱动的海水淡化方式,既节省了能源,又减少了对环境的污染。
  本文设计了一套阵列筏式波浪能海水淡化系统,主要包括了波浪能的采集子系统、液压能量的传递子系统以及反渗透海水淡化子系统。通过理论计算和模拟仿真分析两种形式结合对系统进行建模以确定各个子系统模型理论上的可行性。
  首先介绍了波浪能海水淡化的研究背景、意义及其在国内外的发展现状。对目前应用较多的热分离与膜分离海水淡化技术作分析比较,选用适合本系统的反渗透膜式海水淡化方法并分析了其原理及技术特点。
  其次,为将波浪能加以利用设计了阵列筏式波浪能采集装置,确定了波浪能海水淡化系统方案以及方案中各子系统的组成。用三维软件Solidworks建立了波浪能采集装置的三维模型,分析各部分的运行机理。用AQWA水动力软件建立波浪能采集装置的水动力模型并进行仿真,根据仿真结果和数据从整体结构上优化浮子的布放方式和平台的楔形角,提高波浪能的采集效率。
  最后,为液压能传递子系统中所涉及到的元件进行理论计算以及设备选型,根据元件型号,利用AMESim仿真软件对液压系统建模、模拟系统运行过程,分析其内部参数变化规律,再根据仿真结果调整、优化液压系统结构,提高波浪能的转换效率和淡水产水量。
[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] 严珊珊
应用经济学 集美大学 2017(学位年度)
摘要:21世纪以来,围绕海洋资源的开发逐渐成为滨海国家抢占未来世界经济发展制高点的机遇,而我国“海洋强国”战略的提出也凸显出大力发展海洋经济的决心。海洋产业集聚发展带来的集聚效益能够有效带动产业发展和区域经济,是海洋产业发展的有效模式,但也具有局限性,其发展同样受到资源环境的制约。唯有综合考虑海洋产业集聚发展与区域资源环境承载力,才能实现海洋事业的可持续发展,实现“海洋强国梦”。
  福建省作为我国的海洋大省,区位条件优越,海洋资源丰裕,具备巨大的海洋经济发展潜力。在“海洋强国梦”以及海洋生态文明建设背景下,福建省如何实现海洋产业集聚与区域资源环境协调互动发展尤为重要。
  对国内外相关研究文献进行梳理后,本文首先对涉及的相关概念进行界定,详细探讨海洋产业集聚与资源环境的耦合作用机理;其次分析了区域资源环境下福建省海洋产业集聚的现状;再次,运用灰色关联分析法对海洋产业集聚与资源环境系统的耦合作用进行实证检验;然后,引入耦合发展评判模型,进一步对两系统的耦合协调发展程度进行测定;最后,提出了提升福建省海洋产业集聚与资源环境协调发展的对策建议。本文研究结果表明:福建省海洋产业集聚系统和资源环境系统各因素间的耦合关系在中等相关关系以上,耦合协调类型处于初级协调和中级协调间徘徊,在耦合机制中整体处于中等水平,耦合关系要想向更高的耦合类型跨越,关键在于集聚结构的调整优化。今后,福建省应当通过推动海洋产业集聚升级、建设海洋生态文明等方面的措施,进一步提升两系统间的协调发展水平。
[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] 管向阳
土木工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:浅层气是一种重要的海洋工程地质灾害,能对钻井、石油平台、海底光缆、输油管线等海洋工程造成严重的破坏。气体的存在改变了海洋沉积物的力学性质,很多海洋工程的设计和施工过程中不得不考虑海底浅层气的影响。海洋含气沉积物在近海、湖泊、大陆架、深海等区域有着较广泛的分布,它是一种特殊的非饱和土,饱和度通常较高。在海洋环境中,波浪荷载作用可能诱发海床液化,从而对海床建筑物与构筑物的安全构成威胁。但以往对于液化的研究主要集中于饱和砂土,却鲜有对海洋含气砂质沉积物的液化响应特性的报道。当前,我国正加快探索和开发海洋资源,探讨波浪荷载作用下海床含气沉积物的液化响应特性,可进一步提升对海洋工程地质灾害的认知水平,为海洋工程的勘察设计提供参考,具有重要的意义。
  本文以我国东部杭州湾海域和东海片区普遍存在的海底浅层气工程地质灾害为背景,以杭州湾海床粉细砂土为研究对象,借助中国科学院武汉岩土力学研究所自主研制的高压溶气饱和仪,基于GDS动三轴实验系统和GCTS空心扭剪实验系统,重塑制备不同初始气体含量的含气砂样,开展循环(波浪)荷载作用下海床浅层含气砂土的液化响应特性试验研究。主要内容如下:
  1、为使试验研究更切合实际,研究了东海北部水文地质条件,分析了波浪理论的适用范围,给出了东海北部海域波浪荷载的计算公式。
  2、为探讨初始含气量和动荷载幅值对含气砂土液化特性的影响,针对不同气体含量的高饱和度含气砂土施加不同幅值的循环荷载,研究了饱和度和动荷载幅值对砂土动应变、动孔压、动强度及液化特性的影响,分析了含气砂质沉积物的液化响应特性,提出了一种适用于含气砂的孔压增长模型,得到了循环荷载作用下含气砂土的动强度曲线。
  3、为考虑波浪荷载下主应力轴连续旋转对海床含气砂土液化响应特性的影响,在主应力轴连续旋转条件下,针对不同初始饱和度的含气砂施加不同幅值的波浪荷载,进行轴向与扭向耦合剪切试验,研究了主应力轴连续旋转条件下含气砂土的动应变、动孔压、动强度及液化响应特性,分析了主应力轴连续旋转对砂质沉积物的动强度影响规律。
[硕士论文] 胡珊
船舶与海洋工程 集美大学 2017(学位年度)
摘要:本文以已经成功海试的漂浮式波浪能发电平台为研究基础,利用水动力学分析软件AQWA对漂浮式波浪能发电平台的采能装置进行数值模拟优化研究,在实验室造波水槽中搭建模型实验台进行实验优化分析,及探索了船艏角度和浮子质量对浮子采能效率的影响,并设计了一种漂浮式波浪能发电平台的变质量浮子系统及其控制方法。研究的主要内容包含以下几个部分:
  (1)介绍几种浮子式波浪能发电装置及其波浪能采集效率研究进展,并指出目前漂浮式波浪能采集装置优化研究存在的各种问题。
  (2)利用微幅波理论以及水动力学分析软件AQWA对该漂浮式波浪能发电平台进行数值模拟优化研究。得到了不同浮子间距、浮子摆放方式和浮子臂长度等情况下的浮子采集波浪能的效率。将数值模拟优化前后的模型图和采能效率进行了对比及分析,最后结果表明:1m的浮子间距优于0.25m的浮子间距,浮子垂直摆放方式优于水平摆放方式,浮予臂长短交错排布方式优于浮子臂长一致的排布方式。
  (3)在实验室造波水槽中搭建模型实验台进行实验优化研究。在相同波况下进行小组对比实验,得到了不同浮子间距、浮子个数、浮子摆放方式和浮子臂长度等情况下的浮子采能功率。将实验优化前后的模型图和采能功率进行了对比分析,结果发现:浮子垂直摆放优于浮子水平摆放,浮子臂长短交错排布优于浮子臂长一致的排布方式,这与数值仿真结果吻合。
  (4)探索了相同波况下,不同浮子的采能效率及不同船艏楔形角和不同浮子质量情况下的各浮子采能效率。结果发现:a、沿波浪的传递方向,各浮子的采能效率依次减小,并且减小的幅度逐渐增加。b、在该平台和波况下,浮子质量较小,采能效率会较高。但具体的质量选取需要根据实际情况来定。c、浮子采能效率随着船艏楔形角的增大而增大。但是船艏楔形角不宜太大,影响平台自对浪效果。
  (5)设计了一种漂浮式波浪能发电平台变质量浮子系统及其控制方法,实现了质量可变技术在波浪能发电装置中采能部分的新应用,增加了波浪能的利用率。
[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] 靳姗姗
物理海洋学 国家海洋局第一海洋研究所 2017(学位年度)
摘要:南海是世界上最大的半封闭边缘海,通过多个海峡分别与中国东海、西太平洋、印尼海以及印度洋进行水体交换,在外海水和近岸径流的共同影响下,南海水团变性明显,故大洋水团的定义和划分方法并不完全适用于南海。本文取“浅海水团”定义为:理化性质相近、具有规律的季节变化以及“内同性”和“外异性”的宏大水体。该定义与K-means聚类算法的原理相契合,因此,本文基于1966-2013年间南海的WOD13温盐观测数据,分别在整个海域和5°×5°的各小区域内,利用K-means算法对水团进行划分,并结合系统聚类法和T-S点聚图分析南海各水团的分布、温盐性质及其季节变化,以及太平洋水和黑潮水进入南海后的变性过程。其中,在K-means计算过程中,分别根据类内距离和函数和密度值函数进行水团数和初始聚类中心的确定。
  本文将南海水划分为10个水团:沿岸冲淡水(F)、近岸混合水(M)、南海表层水(S)、南海南部陆架水(SS)(仅夏季出现)、黑潮表层水(KS)、南海次表层水(U)、黑潮次表层水(KU)、南海次-中层水(UI)、南海中层水(I)、南海深层水(D)。季节尺度上,各水团温度的变化表现为为冬低夏高,但从表层到底层,变化幅度逐渐减小;表层水团(F、M、S、TS)盐度的变化表现为冬高夏低,主要取决于河水径流和降水的变化;表层以下水团(U、UI、I、D)受对应水层太平洋水的强烈影响,各水团盐度的季节变化不明显,尤其是南海中层水,低盐特征非常显著。KS和KU分别是表层和次表层黑潮水入侵南海(冬季强于夏季,次表层水强于表层水)而成,温盐性质无明显的季节变化。本文中得到的各水团性质及其变化与已有结论较为一致,表明改进后的K-means算法在南海水团的划分上具有高效性和准确性。
[硕士论文] 李天宇
气候系统与气候变化 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:基于1960-2014年NCEP/NCAR(美国环境预报中心和国家大气研究中心)的逐日再分析资料以及NCPC(美国气候预报中心)的海温资料和大气环流及海洋指数,通过计算风暴轴指数、经验证交分解(EOF)等方法,研究了冬季北半球北太平洋风暴轴(PST)和北大西洋风暴轴(AST)之间不同时问尺度下的协同变化特征,并利用回归和相关分析对风暴轴的年际和年代际协同变化特征与同期海气系统的空间耦合关系进行了探讨。主要结论概括如下:
  (1)从所定义的冬季北半球两大洋风暴轴的纬度、经度和强度指数来看:三个指数均存在明显的年际变化和年代际变化,其中年际分量的方差贡献远大于年代际分量;对于单个风暴轴来讲,无论是滤波方差场原始序列还是其年际分量和年代际分量序列,每个风暴轴各自的纬度指数和经度指数均呈显著正相关,表明每个风暴轴各自的南北位移和东西位移具有很好的协同性;虽然从原始序列来看,两个风暴轴之间各指数之间的相关关系均并不显著,但是对于年际分量序列和年代际分量序列,两个风暴轴之间均具有显著的协同性变化,其中,在年际尺度上,两者仅强度变化之间具有显著的正相关,而在年代际尺度上,AST的经度(纬度)变化与PST的强度(纬度及强度)变化均具有显著的负相关。
  (2)EOF结果表明,两个风暴轴之间协同变化的空间结构在年际尺度上反映的主要是强度的变化,第一模态为两者强度在其气候平均位置附近同时减弱(增强)并伴随AST整体和PST东部均略有北抬(南压),第二模态为两者强度在其气候平均位置附近同时减弱(增强)并仅伴随AST整体略有南压(北抬);而在年代际尺度上,第一模态为AST整体偏北(南)中东部偏强(弱)与PST整体偏南(北)中东部偏弱(强)的反位相协同变化;第二模态为两个风暴轴的强度在其气候平均位置附近同时增强(减弱)的一致性协同变化。
  (3)进一步分析表明,两个风暴轴之间以不同模态协同变化时,与同期海温、遥相关型及环流异常等海气系统之间均呈现出很好的空间耦合关系,但具有不同的特点。
[硕士论文] 谢泽林
海洋气象 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:南极第三大冰架埃默里冰架位于东南极普里兹湾区域。由于气候条件的限制,通常在夏季开展普里兹湾水文观测,仅凭夏季的水文观测数据无法全面理解普里兹湾海洋-海冰-冰架构成的复杂系统。因此,需要通过数值模式理解普里兹湾区域的物理过程。本文利用涡分辨率海洋-海冰-冰架耦合区域模式,模拟普里兹湾区域海洋-海冰-冰架相互作用过程。耦合区域模式需要使用再分析资料作为大气强迫场驱动海洋,然而目前并没有针对普里兹湾区域的大气再分析资料与观测数据的对比研究,所以,在对普里兹湾进行模式模拟之前,对五套主流再分析资料与站点数据进行对比分析,选取一套适用于普里兹湾的大气强迫场。除此之外,由于海洋对大气变化会产生响应,选定一套再分析资料之后,将用来驱动全球海洋-海冰模式,分析风应力输入海洋中能量的气候变率特征。
  为了选取一套适用于普里兹湾的大气强迫场,对比五套再分析资料和来自英国南极局的站点数据。五套再分析资料分别为:欧洲中心再分析资料(ERA-Ⅰ),日本25年再分析资料(JRA-25),日本55年再分析资料(JRA-55),美国国家环境预报中心再分析资料(CFSR)和美国国家航空航天局再分析资料(MERRA)。站点数据包括:两个人工观测站,Davis和Mawson;三个自动气象站,AM02,AmeryG3和MtBrown。通过再分析资料与站点数据的风和温度对比,选定一套再分析资料之后,用于强迫普里兹湾区域模式以及全球海洋-海冰模式。普里兹湾区域模式和全球海洋-海冰模式使用的是麻省理工学院海洋环流模式(MITgcm)。
  站点观测和再分析资料的对比结果表明:再分析资料之间的风速存在较大差异;再分析资料使用的模式无法模拟出南极大陆沿岸真实的强气流;在五套再分析资料中,JRA-25更适用于普里兹湾区域模拟。利用JRA-25驱动普里兹湾区域模式,模拟结果表明:模式模拟的海冰和温盐与卫星观测以及水文观测基本一致。区域模式还模拟出了变性绕极深层水入侵大陆架的过程,并发现新的入侵路径,即普里兹湾东边界流。利用JRA-25驱动全球海洋-海冰模式,模拟结果表明:风应力输入到海洋中的能量会对大气扰动产生显著的响应。北大西洋涛动(NAO)正位相的年份风应力输入到海洋中能量的大值区北移且加强;南半球环状模(SAM)正位相年份输入到南大洋的能量大值区也南移并加强,且输入到南极大陆沿岸流中的能量也有显著增加。经验正交函数分解(EOF)分析结果表明:NAO主导了风应力输入到北大西洋区域的能量变化。而SAM解释了南大洋区域风应力输入能量的第一模态,第二、三模态解释了受ENSO影响的情况。
[硕士论文] 白文蓉
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:通过CMIP5提供的25个工业革命前控制试验(piControl)模拟数据评估分析了热带太平洋气候平均及两类El Ni(n)o(即东部EP和中部CP型El Ni(n)o)期间海表盐度(SSS)空间结构差异及其与海表温度(SST)、降水和纬向流的关系。结果表明:
  (1)模式对于气候平均SST、降水、SSS和纬向流的空间技巧评分依次减小,SST与SSS空间相关关系证明SSS对SST存在明显的反馈机制。SSS与降水、SSS与纬向流的空间相关说明降水和纬向流均影响SSS。其中,暖池、SPCZ(SouthPacific Convergence Zone)降水与同区域SSS的关系大于纬向流与SSS的关系,而ITCZ(Intertropical Convergence Zone)纬向流和日界线SSS关系大于降水与SSS的关系。
  (2)SSS异常变化与ENSO事件密切联系。SSS异常EOF第一时间序列超前EP型ENSO指数10个月,可能与西风爆发引起西太平洋暖淡水向东积聚有关;SSS异常EOF第二时间序列超前CP型ENSO指数5个月,但模式模拟的超前滞后性不明显。特别的,SPCZ区域SSS异常超前EP和CP型ENSO指数10个月。
  (3)EP型SST和降水水平分布的模拟能力强于CP型,SSS则为CP型强于EP型。CP型模拟的SST、SSS和降水异常中心位置较EP型偏西且强度偏弱;CP型SST、降水和SSS三者空间分布的线性一致性比EP型好,即在CP型中,SST影响降水,进而影响SSS,同时SSS对SST调制的反馈机制较显著,而对于EP型,由于海洋水平平流和非局地效应等因素,使得SST与SSS空间对应较差;
  (4)依据多模式模拟的SSS空间技巧评分高低将CMIP5模式分为两类,技巧评分低(高)的模式模拟SST、SSS和降水异常值的中心位置偏西(偏东)型,引起中心位置偏移的原因与模式模拟赤道太平洋冷舌的位置有关,即赤道太平洋冷舌西伸显著,导致发生El Ni(n)o时SST异常变暖西伸显著,进而使得降水异常和SSS异常位置偏西。同时,技巧评分低的模式还易出现向东南延伸的负SSS异常,原因是双赤道辐合带的东南分支过于明显,即降水偏多,导致SSS偏淡。SSS变化会影响ENSO的发生发展。
[硕士论文] 韦洋洋
环境科学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:南极地区是研究气候变化和生态环境响应的重要场所。湖泊沉积物由于具有相对高的分辨率和良好的年代序列被认为是重建气候和生态环境变化的可靠载体。生物标志物和单体碳同位素等有机地球化学指标在南极古环境研究中应用广泛。南极地区湖泊沉积物中生物标志化合物的种类、含量、分布特征以及碳同位素组成特征可以很好地指示环境中有机质输入状况和沉积环境的变化,同时也可以重建研究地区生态环境演化历史。本研究主要选取东南极罗斯海地区生物粪土沉积物、西南极菲尔德斯半岛和东南极拉斯曼丘陵湖泊近表层沉积物,以及保存较好的生物残体和一些环境介质样品,通过有机生物标志物和碳、氮同位素地球化学等方法,从历史的角度探讨南极典型地区湖泊沉积物中脂类生物标志物和碳、氮同位素地球化学分布特征及其所反映的气候和生态环境变化信息。涉及的主要研究内容和得到的主要研究结果如下:1.南极湖泊沉积物长链烷基脂质有机地球化学分析
  湖泊沉积物中一般存在具有较强奇偶优势的长链(>C24)烷烃和较强偶碳优势的长链烷酸,传统观点认为长链烷基脂质主要来源于陆地维管植物,是植物叶蜡的主要组成部分。由于全球大部分环境中都存在高等植物,许多科学研究很难发现沉积物中非维管植物的脂质来源。南极地区气候环境恶劣且缺乏维管植物,因此可以成为研究非维管植物脂质来源的有利场所。通过对东南极大明湖和南极半岛长湖湖泊沉积物中脂类化合物及其单体碳同位素分析,并与南极各种环境样品的脂质分布及其单体碳同位素特征开展了对比分析,研究结果发现两个湖泊沉积物样品(大明湖和长湖)中都存在大量的长链烷基脂质,南极半岛长湖沉积物长链烷基脂质主要来源于苔藓和地衣的贡献,但大明湖周围苔藓地衣分布稀少,因此该湖泊沉积物中检测到的长链脂质可能有其它来源。样品的单体碳同位素值也证明了大明湖沉积物中长链烷基脂质主要来源于水生环境,最有可能是源于水体中的微生物(真菌和细菌)或者是微生物对湖藻来源的有机化合物产生改造作用的结果,而维管植物对在高纬度的东南极湖泊环境的长链烷基脂质的贡献可以忽略不计。
  2.东南极蒲福岛地区粪土层脂类生物标志物特征
  对罗斯海蒲福岛地区粪土沉积物开展了脂肪酸和甾醇等有机地球化学分析,结果表明BI沉积剖面中脂肪酸以短链C16和C18为主峰,短链主要来源于湖泊藻类和生物粪便输入。醇类以粪便甾醇为主,将胆甾烷醇和异构粪甾醇含量分别作为企鹅和海豹数量的替代性指标,重建了历史时期企鹅和海豹的数量变化,结果表明在1680-1770AD和1860AD-至今两个时期企鹅和海豹的数量都有所增加,而海豹的数量变化相对而言更为剧烈。植物甾醇和叶绿素a在深度剖面上的变化趋势与企鹅和海豹种群数量变化相似,表明采样点周围生物活动与湖泊水生生态系统的发育具有密切关联。生物粪的输入为水生藻类的生长提供营养物质,促进藻类进一步生长。
  3.东南极难言岛湖泊沉积物有机碳同位素特征及其生态环境意义
  我们对东南极难言岛两个沉积柱IIL9和IIL1以及水生藻类等环境介质样品进行了总有机碳(TOC)、总氮(TN)和有机碳同位素(δ13Corg)分析,结果表明IIL9沉积物δ13Corg值在-14.6‰~11.6‰之间变化,平均值为-13.4‰(n=48),明显高于IIL1沉积物有机碳同位素值(-23.2‰~20.4‰,平均值为-21.8‰)(n=55),表明两根沉积柱的有机质来源不同。因此,有机碳同位素可以有效区分难言岛地区水系沉积物的有机质来源。将IIL9和IIL1沉积物δ13Corg值与南北极不同来源的有机质和湖泊沉积物δ13Corg数据进行比较,结果表明IIL9沉积物的有机质主要来源于藻类,而IIL1沉积物中低δ13Corg值表明了沉积物受企鹅粪便输入的影响较大。根据有关文献报道,并结合研究区的自然环境背景,我们认为IIL9沉积物中高δ13Corg值可能是由于水生生态系统中光合作用效率高而在水体中形成二氧化碳扩散限制环境,导致更多的13C被藻类同化吸收。IIL9沉积剖面中δ13Corg与TOC和TN的变化呈显著正相关,初步推断IIL9沉积物中的δ13Corg值与湖泊初级生产力的变化相关,较高的δ13Corg对应于更多的水生藻类生长,因此δ13Corg值可以用作指示初级生产力的变化。
  4.东南极罗斯岛CapeBird地区生物粪土沉积物中脂类生物标志物及其单体碳同位素地球化学特征
  南极企鹅和海豹对气候变化的响应具有一定的差异性。我们对罗斯岛CapeBird地区沉积物中保存的古海豹毛进行了形态学统计分析,发现在采样点附近活动的海豹种属主要是象海豹。通过对CapeBird地区古海豹毛和粪甾醇的分析表明在1280-1660AD时期,海豹曾生活在此处,该时期是海豹生存的适宜期晚期。同时发现在维多利亚地南部MarblePoint地区在约2.7KaBP存在象海豹适宜期早期。CapeBird地区生物粪土沉积物中脂肪酸的分布特征以短链C16和C18为主峰,推测研究的沉积剖面中有机质主要来源于生物粪便和藻类等植物残体的输入。脂肪酸单体碳同位素值范围在-34.7~-28.5‰之间,在深度剖面上短链脂肪酸单体同位素值与生物粪的输入量具有一定的关联,表明单体碳同位素不仅可以明确地指示沉积物有机质来源,而且有可能应用于古生态变化记录的重建。
  
[硕士论文] 高莉媛
海洋生物学 国家海洋局第一海洋研究所 2017(学位年度)
摘要:海洋脂溶性藻毒素是海洋微藻产生的一类毒性有机代谢物,易于通过食物链传递和积累,不仅对海洋生态系统、海洋渔业和养殖业产生影响,还对人类健康造成威胁。查阅国外相关文献可知,多种海洋脂溶性藻毒素在全球近海海洋环境中广泛分布。黄海和渤海是我国重要的经济动物产卵场、育幼场,在近岸海域有许多重要的海水养殖区;近年来,我国学者从黄海的多个典型养殖区海水中发现了多种脂溶性藻毒素,但是,还缺乏对黄海和渤海不同环境介质中脂溶性藻毒素分布特征的系统调查研究。
  本研究以黄海和渤海以及黄海的典型海湾—海州湾、渤海的龙岛周边海域为研究海区;通过海上调查采样,获得海水、海水悬浮颗粒物和沉积物样品;在实验室中采用固相萃取法(SPE)对海水中溶解态的脂溶性藻毒素进行富集,悬浮颗粒物样品用超声辅助提取法处理,沉积物样品用加速溶剂萃取法(ASE)提取;采用高效液相色谱-电喷雾多级质谱法(HPLC-ESI-MS/MS)对海水(溶解态)、悬浮颗粒物和沉积物中的8种典型脂溶性藻毒素(OA、DTX1、YTX、PTX2、AZA1、AZA2、SPX和GYM等)进行检测;结合相关文献,对黄渤海海洋环境中脂溶性藻毒素的分布特征和来源进行探讨,主要研究结果如下:
  (1)对渤海表层海水、悬浮颗粒物和沉积物中的8种典型脂溶性藻毒素进行了大面调查研究。结果表明,渤海海域海水中检出2种脂溶性藻毒素PTX2和OA,其中以PTX2为主,浓度范围为0.59-6.95 ng/L,平均浓度为2.20 ng/L;在悬浮颗粒物中检出了4种毒素,分别为:PTX2、OA、AZA1和AZA2,也是以PTX2为主,最高浓度为3.68 ng/L;在沉积物中检出PTX2和OA,但含量均较低。脂溶性藻毒素在渤海中的分布呈近岸浓度高、远岸浓度低的趋势,在烟台北部、长岛群岛周围海域、渤海湾近岸海域、唐山南部及龙岛周围海域毒素含量相对较高。
  (2)黄海海水、悬浮颗粒物和沉积物中所含的脂溶性藻毒素种类与渤海基本一致,但在黄海一个悬浮颗粒物样品中检出了YTX,含量未到定量限,在沉积物中只检出了OA;黄海海水中也是以PTX2为主,浓度在0.49-14.14 ng/L范围内,平均浓度为4.19 ng/L,与渤海相比,黄海海水中PTX2的含量明显较高,尤其是北黄海区域出现高值区。脂溶性藻毒素在黄海中的分布也呈近岸浓度高、远岸浓度低的趋势,在黄海北部、海州湾、长江口区域脂溶性藻毒素的含量相对较高。北黄海是我国重要的贝类养殖区,养殖贝类污染脂溶性藻毒素的风险相对其他区域较高,应加强对北黄海海洋环境和养殖贝类中脂溶性藻毒素的监测。
  (3)2016年3月份和10月份,海州湾海洋环境中典型脂溶性藻毒素大面调查结果显示,从表层海水中共检出了5种脂溶性藻毒素,分别为OA、PTX2、DTX1、GYM和AZA2,其中以OA为主,3、10月份OA浓度范围分别为1.26-4.22ng/L,1.81-55.85 ng/L,平均浓度分别为2.39 ng/L、26.81 ng/L;3月份在海州湾检出的GYM是在我国海域海水中首次检出,10月份检出GYM呈大面积分布。悬浮颗粒物中检出了OA、DTX1和GYM,浓度均未到定量限。在海州湾(2016年5月份)沉积物中,检出了OA、DTX1和PTX2,DTX1占的比例最大,OA和PTX2的含量依次降低,3种典型脂溶性藻毒素含量均不高。总体而言,10月份海州湾不同环境样品中脂溶性藻毒素浓度水平明显高于3月份。2016年4月-2016年9月,对海州湾赤潮监控区6个站点海水、悬浮颗粒物和沉积物样品中的典型脂溶性藻毒素进行了监测,从表层海水检出了OA、DTX1、PTX2和GYM,其中以OA的浓度最高,平均浓度为23.19 ng/L;其中5月份表层海水中OA浓度水平远远高于其他月份,OA浓度最高达到133.9 ng/L。悬浮颗粒物及沉积物中脂溶性藻毒素含量相比海水中含量很低。自2016年4月至2017年3月,对海州湾连岛附近两个站点海水和悬浮颗粒物中的脂溶性藻毒素进行了为期一年的监测(每个月1次),连岛东站位9月份海水中毒素浓度达到一年当中的最高值,连岛西站位春季5月份毒素浓度最高,在9月份又出现一个小高峰。综合以上数据结果不难发现,针对海州湾海洋环境中的脂溶性藻毒素,应在5月份与9、10月份进行重点监测。
[硕士论文] 葛菲
力学 北京交通大学 2017(学位年度)
摘要:由于温度、盐度在垂向上的差异,自然界中的海洋是天然的分层流体。同陆地一样,海洋底部也具有不同的地质形态。海山是海洋地质形态中不可缺少的部分,其存在对海水的流动结构具有重要的影响,研究海山三维分层流动对人们认识海洋、开发海洋、利用海洋具有重要意义。
  本文利用数值模拟的方法研究了海山对海水上游结构及下游结构的影响,并通过大量工况的计算得出定性和定量的结论。通过对比不同雷诺数(Re)和分层强度(K)的算例发现:海水的垂向运动强弱依赖雷诺数和分层强度,并随雷诺数的提高显著增大,随分层强度的提高而显著降低。
  进一步的数值模拟结果显示,海山上游会出现明显的上升流。分层强度越低,上升流的分界点越容易在较低雷诺数下出现。通过定量分析获得了均质海水分界点高度的标度律。此外,本文根据对不同截面垂向流率的定量分析,对海山垂向流率与雷诺数的依赖关系进行了拟合。
  本文对均质海水和分层海水的三维海山绕流进行了试算,并对其上下游结构进行了定性、定量分析,但是仍然需要更多的理论分析、海上测量和实验室实验结果对文中的结论进行验证。
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