珊瑚礁破碎带附近波浪演化和波生流实验研究

为了研究珊瑚岸礁破碎带附近波浪演化和波生流特性,通过水槽实验对规则波浪作用下珊瑚岸礁上沿礁分布的水位和流速进行了详细的测量。在典型卷破波条件下,测试了礁冠存在与不存在的两种情况。实验结果表明,多重波浪反射作用引起岸礁上形成不完全驻波,而破碎带附近的浅化作用则产生高次谐波,波浪破碎所耗散的波能主要来源于主频波,礁坪上透射波成分中二次谐波与主频波的能量相当;礁冠的存在引起破碎带宽度减小、礁坪上增水变大以及礁坪上各次谐波变小;礁冠不存在时,岸礁上波生流的沿礁分布与平直海岸相似,而礁冠的存在一定程度上阻碍了礁坪上水体向外海的回流。研究成果将丰富和发展珊瑚礁水动力学理论,并为岛礁工程的建设和维护提供一定的理论参考。     

北大西洋温带气旋的时空变化特征分析

基于ECMWF 1979—2016年ERA-interim海平面气压场再分析数据,利用气旋自动追踪算法,建立了北半球大西洋区域温带气旋数据集。基于这套数据集,计算了逐季节气旋的个数、强度、空间分布以及爆发性发展等气候特征。研究表明:北大西洋区域的气旋年总数有增加趋势,但未达到显著水平,存在3～4 a的显著性周期;气旋个数的季节差异不大,冬季强气旋以及爆发性气旋所占比例均为各季节中最高,夏季则相反。除秋季外,爆发性气旋数量都表现出显著的增加趋势,特别是2010年以后,强爆发性气旋数量增加明显。气旋发生爆发性增长的区域集中分布在北大西洋的西南象限,特别是紧邻北美东海岸区域。北大西洋气旋多于近岸生成,包括北美东南沿海和欧洲西海岸沿岸。北大西洋气旋主要路径受西风带的影响,以西南-东北路径从北美沿海移向东北,进入北大西洋,有1/5的气旋能进入北极极区,进入极区的位置集中分布在格陵兰岛以东,气旋的路径密度随着时间不断变化,具有季节性和地域性。     

规则波作用下珊瑚砂岛地形演变实验研究

基于概化的水平一维珊瑚砂岛模型,开展物理模型实验,通过对规则波作用下砂岛剖面高程随时间变化的测量,重点分析砂岛形态因素（初始高度和宽度）和砂岛初始位置变化对砂岛地形演变的影响。结果表明：波浪作用下珊瑚砂岛发生高程的下降和砂岛向潟湖侧的延长及迁移,砂岛达到平衡冲淤地形所需要的时间随着砂岛初始高度、初始宽度和距离礁缘初始位置的增大而减小;砂岛高程的冲刷下降量随着砂岛初始高度的增加而增大,随着砂岛初始宽度的增大而减小,随着岛前坡脚距礁缘初始距离的增大而减小;3种影响因素中,砂岛初始高度对高程的变化影响最大;砂岛向潟湖侧的相对迁移量随着砂岛初始高度的增加而减小,随着砂岛初始宽度的增大而增大,随着岛前坡脚距礁缘初始距离的增大而减小;3种影响因素中,砂岛初始位置对迁移的变化影响最大。通过回归分析得出预测砂岛高程变化和水平迁移的经验关系式。     

防浪建筑物影响下珊瑚礁海岸波浪传播变形试验

通过测试一系列不规则波工况研究了防浪建筑物存在下珊瑚礁海岸附近短波、低频长波和增水的变化规律,并对比了防浪建筑物的不同位置情况。分析结果表明：波浪在沿礁传播过程中,短波波高沿礁坪持续衰减,低频长波波高沿礁坪逐渐增大,波浪增水则沿礁坪基本保持不变;海岸附近短波随着防浪建筑物与礁缘距离的变大而减小,低频长波则在防浪建筑物处于礁坪后部时达到最大,防浪建筑物位置的变化对于礁坪波浪增水的影响可以忽略。通过理论分析证明了珊瑚礁地形上低频长波是由于群波破碎造成的破碎点移动而产生的;当特定波况作用于特定位置的防浪建筑物时,低频长波在礁坪上会发生一阶共振效应导致其能量在海岸附近达到最大值。     

东风螺、弯竹蛏和斑节对虾的壳基质蛋白组学分析

从软体动物中的腹足纲、双壳纲以及节肢动物中的甲壳纲分别选取了3种中国沿海常见的品种——东风螺、弯竹蛏、斑节对虾,提取并分析它们的壳基质蛋白。利用液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）技术对蛋白质组学进行分析发现特定的蛋白质具有明显的种属差异：①N66蛋白（一种碳酸酐酶）通常存在于弯竹蛏中,但不存在于东风螺和斑节对虾中,揭示N66蛋白质具有特异性,在未来的物种鉴定中可能具有重要的参考意义;②角质层蛋白AM1199和CP14.6存在于斑节对虾的表皮结构中,在东风螺和弯竹蛏中未检测到;③血蓝蛋白同时在3种动物外壳的基质蛋白中被鉴定出来,揭示了其在不同物种的外壳形成与发育过程中的重要作用。该研究为壳基质蛋白在软体动物或节肢动物外壳中的鉴定提供了基础,也为探索不同物种的生物矿化过程提供了重要参考。     

1973—2020年洞庭湖水温演变特征

表层水温是影响湖泊水生生态系统的关键因素,研究其对气候变化的响应过程及机制是评估湖泊生态环境可持续发展的重要切入点。本文针对水温的长期演变趋势问题,基于实测水文气象数据,采用Air2water数据驱动模型重构洞庭湖长序列水温资料,研究湖泊表层水温在气象条件驱动下的演变特征,为湖泊生态环境监测、水安全保障和综合治理等提供理论依据。主要结论有：（1）尽管Air2water数据驱动模型以常微分方程的简化形式概化湖泊热力学过程,但可较准确地反演水温的变化趋势。根据长序列实测气温资料重构的1973 2020年洞庭湖日均水温序列具有较高的可信度。（2）1973 2020年,洞庭湖水温年内变化具有显著的上升期和下降期,且降温过程较升温快。在气候变暖背景下,年均水温呈现持续的波动性上升趋势,且1996年发生突变后上升趋势更为显著,其中城陵矶站和南咀站年均水温的上升率分别达到0.20和0.16℃/10 a。1996年洞庭湖流域的突变式增温主要是由冷季的显著增暖过程驱动。（3）采用广义单位线法建立水温气温之间的耦合关系,水温随气温上升的速率先增大至极大值后逐渐减缓。1996年水温发生突变后,水温随气温的变...     

珊瑚岸礁破碎带附近波浪演化实验研究

通过波浪水槽实验对珊瑚岸礁破碎带附近波浪演变规律开展研究,实验采用了概化的岸礁模型,测试了4种礁坪水深、4种礁前斜坡坡度和一系列入射波高的组合工况。对破碎带宽度和破碎带附近波浪的入射、反射、透射以及能量耗散进行了测量分析,透射波的计算考虑了礁坪上高次谐波的影响。结果表明:礁坪水深和入射深水波高的比值(即礁坪相对水深)是影响岸礁破碎带附近波浪演化的关键参数,而礁前斜坡坡度的影响在本文测量的范围内可以忽略不计。破碎带宽度与礁坪上浅水波波长为同一数量级,并与礁坪相对水深成反比;透射系数随礁坪相对水深的增大呈线性增长,而反射系数的变化却无类似规律;岸礁能够削弱超过50%入射波能,礁坪相对水深越小,波浪破碎造成的能量耗散越大。     

大糙率珊瑚礁附近规则波非线性特征实验研究

通过波浪水槽实验对大糙率礁面存在下珊瑚礁海岸附近规则波非线性特征参数(偏度、不对称度和厄塞尔数)的变化规律进行了研究。实验采用圆柱体阵列来模拟礁面的粗糙度,测试了一系列规则波工况。结果表明:偏度、不对称度和厄塞尔数的幅值分别在珊瑚礁破碎带结束位置、破碎带内和破碎带开始位置达到最大。3个参数的幅值均随着入射波波高的增大而增大;偏度值随着波浪周期的增大而减小,不对称度幅值和厄塞尔数随着周期的增大而增大;偏度值随着礁坪水深的增大而增大,不对称度幅值和厄塞尔数随着礁坪水深的增大而减小。深水厄塞尔数可以用来描述礁坪上波浪非线性参数的变化,最后给出了用其预测礁坪上3个非线性特征参数的经验关系式。     

采掘坑位置对珊瑚礁海岸波浪传播变形影响试验

为研究珊瑚礁坪上采掘坑位置变化对珊瑚礁海岸波浪传播变形的影响, 本文通过物理模型试验测试了采掘坑在不同位置和无坑情况下一系列不规则波工况的波浪特征。结果表明, 随着采掘坑位置朝岸线附近移动直至无坑时, 岸线附近的短波波高逐渐减小; 采掘坑的存在减弱了岸线附近的低频长波波高, 当采掘坑位于岸线附近时, 长波波高还受到局部水深增加的影响而进一步减弱。采掘坑从礁缘移动至岸线附近直到无坑时, 岸线附近的增水逐渐增大, 这种趋势在礁坪水深较大时更为明显。通过相干函数分析, 证明了礁坪上低频长波是由于短波群破碎点的移动而产生, 采掘坑位置的变化对低频长波的产生无明显影响; 通过传递函数分析, 验证了礁坪上的低频长波存在一阶共振放大效应, 采掘坑的存在减弱了这种放大效应, 当坑位于礁坪中间和岸线附近时, 这种减弱效应更为显著。     

粗糙珊瑚礁面附近波浪增水实验研究

通过在波浪水槽中采用概化的珊瑚岸礁物理模型来研究珊瑚礁海岸附近波浪增水的变化规律,包括平均自由表面的沿礁变化以及礁坪上的最大增水值。物理模型实验分别测试了不同礁面糙率密度影响下的一系列不规则波工况。结果分析表明:礁面粗糙时礁坪上的透射波高和最大增水值均相对于礁面光滑时减小;通过两个无量纲参数分析表明光滑礁面时,礁坪上最大增水随波要素的变化规律与此前研究数据基本吻合,前人研究推荐的无量纲数■和■需考虑礁面粗糙度的影响;礁面粗糙程度不同时,礁坪上的透射波高随礁面糙率密度的增大而减小,礁坪上的最大波浪增水则随之增大;最后通过沿水深积分对波浪求平均的水平一维动量方程解释了本实验的观测现象。