渤海底层低氧区的空间特征与形成机制

近海低氧区的发生是影响海洋生态系统健康的重要因素,也是海洋科学的研究热点.通过对2014年渤海夏季(8月末)航次观测数据的深入分析及与春(4月末)、秋(11月)两季观测的对比,研究了半封闭的渤海底层低氧区的分布特征、形成机制、及其与温盐结构的关系.结果表明,春季和秋季渤海底部溶解氧(DO)8 mg/L,但在夏季出现大范围底部DO低值区,其中DO3 mg/L的低氧区总面积约为4.2×10~3km~2,具有南、北"双核"结构,空间特征与双中心冷水结构基本一致.渤海中部断面分析表明渤海浅滩南北两侧洼地在夏季出现明显垂向分层,导致底部冷水团DO含量下降与明显酸化(p H7.8).冷水区稳定的沉积环境使其表层沉积物总有机碳(TOC)和总有机氮(TON)含量明显高于其他海区.对数据综合分析表明,渤海中部海水季节性层化及其对溶氧的阻滞作用是低氧区产生的关键物理机制,沉积物中累积的有机质在夏季的矿化分解是产生底部低氧和酸化环境的重要原因.该低氧区的产生是渤海生态系统剧变的结果和集中体现,与赤潮等生态灾害频繁发生和渔业资源衰退可能存在密切关系.     

渤海1958年和2000年夏季温盐场及环流结构的比较

渤海沿岸葫芦岛、秦皇岛、塘沽及渤海海峡北部北隍城4个海洋站35年(1961~1996)盐度观测资料显示上述4站的盐度分别升高了1.1, 1.6, 1.9和0.4. 盐度观测资料还显示, 过去35年中, 渤海至少发生了5次较大盐度变化过程. 比较1958年8月和2000年8月渤海大面观测资料, 渤海的盐度分布结构也发生了较显著的变化. 1958年8月老黄河口外海表层的低盐区已由高盐区替代, 盐度变化最大值达10.0以上, 且2000年8月从表层到底层盐度量值及分布结构基本一致. 比较两年全渤海的盐度可知, 渤海大部分海区盐度升高了2.0以上. 渤海温盐度场结构的变化导致了渤海环流变化. 数值模拟研究结果显示, 2000年8月渤海环流和1958年同期环流相比其结构发生了大的变化. 环流变化最显著区是渤海湾、莱州湾及其邻近的渤海中部海区. 1958年夏季存在的渤海湾外侧的顺时针流环和莱州湾外侧的逆时针流环在2000年夏季已消失, 渤海湾逆时针流环位置明显外移, 莱州湾内流动方向发生了180°的转向. 与渤海环流变化相应, 渤海和黄海的水交换量也随之发生了变化, 2000年8月较1958年8月渤海与黄海的月平均水交换量减少了0.7×10⁴ m³/s.     

夏季渤海温跃层下的双中心冷水结构的数值模拟

利用区域海洋模拟系统(Regional Ocean Modeling Systems, ROMS 3.0)数值模式和κ-ε湍流封闭方案, 对渤海温跃层的季节演变过程进行模拟. 再现了渤海层化自4月开始至9月结束的演变过程, 得到了层化时期渤海中部浅滩的南部和北部洼地的“非对称的双中心底层冷水”结构, 即位于辽东湾内的渤海北部洼地的底层温度要低于渤海南部低洼地的底层温度约1~4℃. 渤海地形特征产生的海水热容量的区域差异和净热通量的纬度差异是早期形成非对称的双中心冷水结构的主要原因. 数值Lagrangian浮子跟踪试验结果支持增温季节的北黄海和辽东半岛西侧的深层冷水对双中心冷水结构的维持有一定贡献, 且主要不是以平流方式直接进入南、北洼地中心, 其中北黄海和辽东半岛西侧的深层冷水对北部冷中心的贡献均明显超过对南部冷中心的贡献. 潮混合使南、北洼地冷中心温度的不对称性更加显著.     

慕士塔格冰芯中大气粉尘记录的季节变化

根据帕米尔东部的慕士塔格冰芯中氧同位素比值和微粒记录, 揭示了过去近40 a来该地区大气粉尘的季节变化特征. 研究显示, 慕士塔格冰芯中粉尘浓度的高值和较粗的粒径具有与氧同位素比值相似的变化趋势, 约有50%~60%的高粉尘浓度样品出现在氧同位素比值的高值时段, 即夏季高温期, 而在春季和冬季出现的频率较低. 气团反轨迹追踪结果表明西亚(如伊朗-阿富汗高原)和中亚地区是慕士塔格粉尘的主要源区, 这些源区的尘暴频发期出现在夏季(5~8月份). 而中国西部和北部的尘暴频发期出现在春季(3~5月份), 两者在时间上存在差异. 亚洲粉尘传输路径上不同地点(如日本、北太平洋和格陵兰)的粉尘浓度出现的季节与中国西北部地区一致, 其浓度峰值出现在春季(尤其是4月). 亚洲干旱区的不同区域在尘暴频发季节上存在显著差异, 这将有助于深入理解其对北半球粉尘的贡献及其气候效应.     

利用兴安落叶松树轮最大晚材密度重建大兴安岭北部5～8月气温变化

对大兴安岭北部3个样点的兴安落叶松(Larix gmelinii)树轮样本进行树轮密度的分析,相关分析结果显示,树轮最大晚材密度年表与夏季气温变化有显著正相关关系,利用其中两个样点的树轮最大晚材密度对研究区1855年以来5～8月的平均最高气温变化进行了重建,重建值的解释方差量为39.5%.在大兴安岭北部过去的154年里,存在4个冷期:1874～1893,1927～1948,1951～1960和1992～2002年;以及4个暖期:1855～1873,1894～1916,1961～1991和2003～2008年.该地区20世纪末冬季气温的变暖现象比夏季更为明显.重建结果与研究区周边的气温序列均有较好的一致性,可以指示较大区域的气候特征.     

晚上新世南海北部底栖有孔虫Bulimina alazanensis含量变化及其原因探讨

南海北部大洋钻探184航次1146站晚上新世以来的研究发现, 底栖有孔虫Bulimina alazanensis 的含量3.2～2.0 Ma BP逐渐减少, 并在2.1 Ma BP前后发生锐减, 其变化幅度达90%. 其他底栖有孔虫属种如Globobulimina subglobosa和Cibicidoides wuellerstorfi的含量则是在2.1 Ma BP之前较低, 而2.1 Ma BP之后增加. 对比浮游、底栖有孔虫的氧、碳同位素变化, 发现 B. alazanensis 的含量变化与氧、碳同位素的波动相对应: 当氧同位素值较轻, 即暖期时, 该种的含量处于峰值; 而当氧同位素值变重时, 该种含量也降低. 与碳同位素变化对比, 该种的高峰值分别与底栖有孔虫碳同位素的高值、浮游有孔虫碳同位素的低值对应. 结合北极冰盖扩张、东亚冬季风加强、表层生产力增加等诸多因素, 认为晚上新世由巴士海峡进入南海的深层水由较暖、溶解氧含量较高的西太平洋深层水团, 在2.1 Ma BP前后, 变为溶解氧含量较低的中层水团, 同时随着北极冰盖的扩张, 东亚季风的加强, 南海表层海水生产力增 加, 底层海水逐渐富营养且缺氧, 逐渐对B. alazanensis的生产形成压力, 导致该种自3.2 Ma BP开始含量逐渐降低, 并在2.1 Ma BP前后达到最低.     

海洋漏油之灾

2011年6月4日以来,位于渤海中南部海域的蓬莱19-3油田连续发生漏油(也称溢油)事故。截至9月6日,漏油累计造成5500多km2海水污染。漏油会带来水质污染和生态灾难,并导致渔业、旅游业等相关产业受损。     

复合脱氮剂-吹脱法处理高浓度氨氮废水试验研究

在传统吹脱法处理高浓度氨氮废水基础上, 复配了一种以乳酸乙酯为主、乙酸为辅的有机复合脱氮剂, 探讨了在不同脱氮剂投加量、水位深度等条件下对废水中氨氮去除率的影响, 并对不同高浓度氨氮废水中的氨氮去除率作了分析. 研究结果表明, 在脱氮剂投加量为30 mg/L、pH值为9~11、吹脱水位深度400 mm、吹脱时间大于2.5 h、常温(25℃)条件下, 可把废水中氨氮浓度从21006.0 mg/L降低到10.6 mg/L, 氨氮去除率高达99.95%; 加热到45℃时, 可把废水中氨氮浓度从21006 mg/L降低到0.2 mg/L, 氨氮去除率高达99.999%；对于氨氮浓度在800~30000 mg/L的废水, 通过相应条件下常温吹脱后, 废水中剩余氨氮浓度都在15 mg/L以下, 吹脱出来的氨气通过吸收装置吸收, 无二次污染.     

夏季台湾海峡的悬浮颗粒通道:现场粒度端元分析的证据

应用端元分析模型对2010年夏季在台湾海峡海域由现场激光粒度分析仪(LISST)获得的悬浮颗粒现场粒度数据进行了反演,分离出与河口羽流、细粒沉积区、粗粒沉积区颗粒物动力学过程关联的3个悬浮颗粒现场粒度端元类型.应用夏季西南季风盛期各端元含量空间分布结构的分析,可分辨出珠江河口羽流携带的悬浮颗粒穿越台湾海峡进入台湾西部近岸海域的输运路径,观测到河口悬浮颗粒跨陆架输运载体由上层水体到跃层水体的沿程调整,证明了台湾海峡中部细粒沉积区的上层水体为夏季台湾西部沿岸来源悬浮颗粒横跨海峡的输运通道,而中下层水体则为夏季台湾海峡南部粗粒沉积区悬浮颗粒通过台湾海峡进入东海陆架的主要通道.     

四川盆地地表水酸化现状与趋势

2009～2011年间对四川盆地地表水的酸化现状进行了一次大规模调查.通过对采集的90多个地表水样的pH和主要阴阳离子浓度的分析发现,除了重庆铁山坪溪流的pH低于6.0,万州开县天蛾池、重庆铁山坪溪流和峨眉山金顶池塘等少数地表水的酸中和容量(ANC)低于0.200mmoleL1,从而表明这些地表水体可能已经发生严重酸化之外,其他水体均具有较高的pH和ANC,表明在四川盆地地表水酸化可能并非严重的区域环境问题.这里存在30多年的严重酸沉降污染,部分水体与20多年前的调查结果相比存在明显的酸化趋势,表现为ANC显著下降,同时SO42和NO3浓度显著升高.SO2和NOx排放的增长是地表水酸化的原因,其中SO2的贡献更明显.四川盆地广泛分布的紫色土具有较高的化学风化速率,是地表水具有较强的酸中和容量的原因.而在周边山地分布着黄壤等风化速率较低的土壤类型,严重的酸沉降可能导致个别地表水的酸化.     

青藏高原及其邻近地区上空平流层-对流层之间大气的质量交换

利用卫明莹1987年提出的直接诊断分析方法,使用1978～1996年逐日的NCEP资料,讨论了青藏高原及其邻近地区上空平流层-对流层之间大气质量交换,同时还利用1988-07～1993-12逐月的SAGE资料,计算了100hPa上的气溶胶和臭氧的年际变化情况.结果表明:（1）青藏高原及其邻近地区夏季以对流层大气穿过对流层顶进入平流层的输送为主,这种输送的范围和强度在盛夏7～8月份最强,出现了两个极大值中心,分别位于孟加拉湾北部和青藏高原东南侧,高原上空也为一大值区,只是比前两者小一些;冬季则以平流层大气下沉进入到对流层的输送为主,此向下的运输在1月份强度最强.（2）就青藏高原及其邻近地区上空平流层-对流层之间19年平均夏季总的质量交换来看,青藏高原及其邻近区域上空穿越对流层顶有净的对流层大气质量输送到平流层,其大小约为14.84×10~(18)kg.由此推出夏季青藏高原与青藏高原东南侧及孟加拉湾北部连成一片的区域是其周围低层大气向对流层高层及平流层低层输送的一个重要的物质通道.（3）青藏高原及其邻近地区穿越对流层顶的质量有可能将该地区中、低层气溶胶粒子携带到对流层顶附近,致使该地区对流层顶附近气溶胶浓度增大,而使臭氧浓度减小.     

冰岛北部陆架3000年以来夏季表层海水温度及古气候事件

冰岛北部陆架MD992271孔沉积硅藻中喜暖硅藻数量持续减少以及喜冷藻类数量不断增加, 反映了该区近3000年来气候变冷的趋势, 而硅藻组合中这两类硅藻数量呈周期性的此消彼长, 指示在趋冷的背景下, 气候的冷暖交替过程. 转换函数计算结果表明, 该孔夏季表层海水温度变化大致可分3个阶段, 在1400 cal. aBP以前, 温度基本高于平均值; 在1400~700 cal. aBP之间, 温度在平均值上下起伏, 而在700 cal. aBP后, 温度均处于平均值之下. 在这3000多年间, 还存在着4次明显的降温事件, 降温事件的中心分别位于约2600, 1900, 1300和600 cal. aBP. 上述夏季表层海水温度变化和冰岛北部陆架HM107-03和MD992275孔资料相对比, 明显具有一致性, 同时也可与GISP2冰芯氧同位素及北大西洋深海沉积记录对比, 说明冰岛北部陆架晚全新世夏季表层海水温度变化, 受区域性气候变化的控制. 直接导致上述海水温度变化, 是影响该区暖流和寒流作用此消彼长的结果, 而冰岛周边海域3000年来海流分布的基本格局未有明显改变.     

辐射沙洲地形对南黄海潮汐过程的影响

利用海岸及大洋环流模型FVCOM三维数值模式模拟了南黄海区域辐射沙洲地形条件下的潮波运动,并与实测天文潮进行验证,保证了计算精度.在相同动力条件下,又模拟了去除辐射沙洲地形时的南黄海潮波运动情况.结果表明:辐射沙洲地形使得潮波波形发生形变,落潮历时大于涨潮历时,且越接近近岸这种差异越大,非线性效应显著;辐射沙洲地形的存在使得辐射状汊道的流速变大,均超过1 m/s,涨潮期和落潮期流速均大于辐射沙洲北部的废黄河口和南部的长江口;与此同时,辐射沙洲地形的存在使得该海域潮能通量变大,加快了潮能耗散,也使得临界层化参量值向近海移动,即潮混合锋区向近岸移动.同时,伴随着近岸层化参量值变小,海水掺混在辐射沙洲地区更为严重.     

籼稻组织培养高频率植株再生

以籼稻品系R402的幼胚作为外植体,研究了不同配比的激素对愈伤组织诱导及植株再生的影响.MS+2,4-D 2mg/L作培养基,愈伤组织诱导率达100%;愈伤组织在MS+KT 2.5 mg/L+NAA0.5Ⅱmg/L的培养基上,分化频率为75.9%;继代培养5次后仍可保持52.2%的分化频率.R402是水稻遗传操作的理想受体材料.     

在大麦花药——花粉培养中甘露醇预处理机理的研究

本文利用冬性二棱大麦品种Igri为材料研究了甘露醇预处理的作用机理.1.MET(多效唑)对甘露醇预处理效果的影响.附加0,02,0.4,0.6,O.8mp/L MET到0.3mol/L甘露醇溶液中预处理花药3d,愈伤组织诱导率差异不显著.绿苗分化率随着MET用量的增加而明显提高,最高处理为0.8mg/L,达到61.2%对照仅为25.6%.绿苗产量以0.6mg/L处理最高,达到19.6株/花药;次之为0.8mg/L处理,达到19.1株/花药,两者都显著高于对照.这表明MET能提高愈伤组织的质量.     

东北四龙湾玛珥湖现代硅藻氧同位素组成与水体温度的热力学分馏特征

硅藻氧同位素已日益成为重要的定量古气候研究手段,但在我国仍处探索阶段.选取东北四龙湾玛珥湖进行了为期2a的湖泊监测、样品收集和现代硅藻氧同位素研究,为该玛珥湖定量化古气候记录研究奠定基础.逐步氟化条件实验表明,我们已完全具备和掌握了硅藻氧同位素研究的实验设备和技术方法.现代硅藻样品的氧同位素结果显示,在3.6～24℃的水体温度区间硅藻氧同位素与生长温度存在着线性分馏关系,分馏梯度为–0.185‰/℃～–0.238‰/℃,与近年来不同水体、不同地区、不同种属以及实验室培养硅藻的研究结果有良好的一致性,揭示了硅藻壳体氧同位素的分馏效应主要受控于生长温度.四龙湾表层和底层沉积硅藻氧同位素的对比研究发现,二者存在一定的差别,可能与不同深度沉积过程的差异以及硅藻来源差异有关.     

营养盐对泰来草光合无机碳利用方式的影响

海草光合无机碳利用策略的研究有助于揭示其生态适应机理.然而,目前有关营养盐对海草光合无机碳利用策略的影响方式尚不清楚,亟待开展研究.本研究选取两个受不同程度人类活动影响且环境营养盐差异较大的热带典型海草床(海南岛潭门和西沙永兴岛海域),结合氧电极技术、叶绿素荧光技术和非损伤微测技术,对比探讨海草优势种泰来草(Thalassia hemprichii)光合无机碳利用方式的异同.研究发现,在添加碳酸酐酶抑制剂乙酰唑胺(acetazolamide, AZ)和乙氧苯噻唑胺(6-ethoxyzolamide, EZ)后,潭门海域泰来草光合放氧速率显著降低,但AZ和EZ的抑制差异不大,表明其主要通过胞外碳酸酐酶的作用吸收HCO₃^-;同时添加碱性缓冲液三氨基甲烷盐酸盐(hydroxymethyl, Tris),对潭门泰来草光合放氧的抑制率高达100%,且最大相对电子传递速率和H⁺内流速率降低,表明其存在H⁺/HCO₃^-协同转运方式.然而,在添加AZ和EZ后,西沙永兴岛泰...     

九龙江口营养盐的分布、通量及其年代际变化

于2008年4月至2011年4月对九龙江河口的营养盐进行了8个航次的调查,包含丰水期(5～9月)和枯水期(10月～次年4月).结果表明,九龙江口上游营养盐浓度很高(硝酸盐NO3-N120～230μmol/L,亚硝酸盐NO2-N5～15μmol/L,氨氮NH4-N15～170μmol/L,磷酸盐SRP1.2～3.5μmol/L,硅酸盐DSi200～340μmol/L),且枯水期高于丰水期.NO3-N是溶解态无机氮(DIN)的主要组分,枯水期NO3-N可占DIN的55%～72%,而丰水期该比例则高达67%～96%.NO3-N和DSi在盐度1～32的河口混合区基本呈现保守混合行为.SRP在盐度1～25的区域浓度变化很小(1.0～2.0μmol/L),在盐度>25的区域则被相对低营养盐的近海海水所稀释.利用高分辨率的径流量资料和淡水端实测营养盐浓度,计算出九龙江DIN,SRP和DSi的入河口通量分别为34.3×103tN/a,0.63×103tP/a和72.7×103tSi/a;而通过将营养盐在高盐段的保守混合规律外推至零盐度估算河口输出有效浓度的方法,估算出九龙江口营养盐的入海通量分别为34.8×103tN/a,0.82×103tP/a,71.6×103tSi/a.利用LOICZ推荐的营养盐收支模式方法,估算调查期间九龙江口对SRP的添加量为0.16×103tP/a.与世界其他河流对比,九龙江流域单位面积上的NO3-N产率处于较高水平.与历史数据相比,近10余年来九龙江口上、中游NO3-N和SRP的浓度增加2～3倍,而DSi浓度在九龙江口盐度梯度上的分布则改变不大.这种营养盐年代际变化与密西西比河DIN和SRP升高而DSi浓度大幅度下降的变化特征很不相同.     

活性污泥合成可生物降解塑料PHB的工艺优化研究

研究了活性污泥在两段工艺中进行可生物降解塑料聚-β-羟基丁酸酯(Polyhydroxybutyrate, PHB)的生物合成. 在第一段中, 按动态底物投加方式操作SBR选择和富集出具有贮存能力的活性污泥, 然后在第二段的批次反应器中完成PHB的贮存. 重点研究了操作条件的优化以期获得最高的污泥PHB含量. 评价了批次反应器中三个关键参数—溶解氧(DO)浓度、pH值和底物-生物量比(food-microorganism ratio, F/M)对PHB贮存过程的影响. 结果表明: 底物的吸收速率、PHB产率和胞内含量均随溶解氧浓度的提高而提高; 在7.0~10范围内, pH值对贮存过程没有明显影响; 提高F/M比有利于提高PHB的胞内含量, 在F/M比为4.5 C-mmol/C-mmol时, 获得了最高的PHB含量64%. 但当F/M比继续提高到6.0 C-mmol/C-mmol时, 发生了胞内PHB和外源底物同时被利用的现象, 结果导致PHB含量降低.     

理想海底地形的南海海洋经向翻转数值模拟

利用一个z坐标刚盖近似海洋环流模式, 分别在吕宋-台湾以东的闭边界和开边界两种情况下, 模拟了理想海底地形(1000 m平底)南海冬季和夏季上层环流的经向翻转(meridional overturning), 目的是为了分析黑潮入侵南海的可能影响范围及其对南海上层环流经向翻转的改变, 并比较这种影响的季节性差异. 模式采用气候平均的海面风场驱动, 热盐强迫采用基于向Levitus气候海面温度和盐度张弛的边界条件. 从模拟结果来看, 黑潮影响南海上层经向翻转的范围可达到10°N左右, 从而驱动南海上层海洋形成一个不闭合的经向翻转. 在冬季(1月份), 海水从大约400 ~ 500 m深处自北向南输送, 并且逐步上升, 在表层返回北部; 在夏季(6月份), 也有类似的情形, 海水从大约150 ~ 200 m深处自北向南输送, 并且逐步上升, 在表层返回北部. 该经向翻转描述了南海中、上层水的运动路径, 为研究南海风生-热盐环流动力学提供了理想化的参考依据.