本文探讨了北大西洋海表温度异常主模态在1980—2001年间的变化特征，分析了其对北大西洋涛动(North Atlantic oscillation, NAO)和大气河(Atmospheric river, AR)的影响。结果表明，1980—2001年间北大西洋海表温度异常主要呈现三极子型分布特征，但是在20世纪90年代早冬期间，其主模态发生变化，呈现马蹄型分布特征，并对晚冬的大气环流产生了显著的反馈作用。分析其物理机制发现，马蹄形型海温异常通过调控海气界面的水汽和热量输送，改变了大气风场及水汽输运的方向，引起AR移动路径的北移。在AR登陆欧洲北部时所激发强降水的影响下，挪威上空非绝热加热增强，加强了该区大气的斜压不稳定和风暴轴活动，进而促使NAO偏东。相比之下，20世纪80年代早冬的海温异常呈现三极子型分布特征，其分布特征主要是受NAO影响的结果，而因湾流区强海气相互作用的存在，其对NAO位相的反转及AR路径偏南也具有一定的反馈作用。
为了提升高分辨率谱域光学相干层析技术在活体斑马鱼(Danio rerio)大脑中的成像深度，本文利用电动调焦透镜实现系统样品臂焦点的轴向精确移动，并采集不同聚焦位置的光学相干层析图像，突破了单次成像聚焦深度的限制。同时，SwinFusion图像融合网络能够智能感知、提取和重建图像中清晰区域，实现图像高质量融合。研究显示，经动态聚焦后，系统成像深度由单次成像的180μm增至1.26 mm,实现了斑马鱼全脑成像。SwinFusion方法融合后，图像的边缘强度、峰值信噪比、信息熵和标准差分别为81.351、13.633、6.233和51.093,成像质量高于Gabor变换域方法和MF-CNN方法。在重建的三维模型中可以清晰地分辨端脑、间脑、中脑和延髓不同脑区的结构。研究结果表明，通过动态聚焦与图像融合方法相结合，可有效解决光学相干层析应用于活体斑马鱼大脑成像时成像深度受限的难题。
本研究利用2021年5—6月西北太平洋的调查数据，分析了黑潮延伸体海域溶解无机氮、磷酸盐、硅酸盐的分布规律及其影响因素。结果表明，研究海域营养盐空间分布受水文动力格局及生物地球化学过程的多尺度调控。黑潮与亲潮的相互作用通过物理-生物地球化学耦合过程主导了营养盐的分布格局：表层营养盐平面分布具有显著空间差异，受亲潮影响的北部海域硝酸盐浓度较南部普遍高3～4倍。溶解无机氮与磷酸盐垂向分布总体呈现出“表层消耗-中层富集-深层缓降”趋势；而硅酸盐因受硅质生物泵作用主导，浓度随深度增加持续累积。受水团动力与生物循环的协同调控，亚硝酸盐呈双极值分布，两个极值层分别对应真光层底部硝化作用平衡区和亲潮锋面微生物过程。黑潮延伸体海域内存在次表层反气旋涡导致等密度面下沉形成暖核及营养盐低值区以及因亲潮次表层入侵呈现低温高营养盐特征的现象。本研究揭示了西北太平洋黑潮延伸体海域营养盐的分布格局及其与相关水文过程的关系，加深了该海域营养盐的空间格局和控制机制的认识。
针对海浪波高统计特征受全球气候变化与人为因素的影响而不再满足一致性假设的问题，为更精准地推求海洋工程设计波高，本文在传统复合极值分布(Compound extreme value distribution, CEVD)基础上，引入非一致性建模方法，结合台风与非台风期间的极值波高数据，构建了改进的复合极值分布(Improved CEVD,ICEVD)模型。本文基于对比分析非一致性条件下传统CEVD和ICEVD模型的计算结果，采用期望超过次数(Expected number of exceedances, ENE)法、设计年限水平(Design life level, DLL)法、等可靠度(Equal reliability, ER)法和设计年限平均值(Average design life level, ADLL)法这四种方法推求设计波高，同时开展不确定性分析，验证了ICEVD模型的优越性。该模型不仅能弥补传统CEVD模型忽略非台风过程的缺陷，还能更准确地反映气候变化背景下极值波高的非一致特征，尤其适用于受台风与非台风天气系统共同影响的海域，为海洋工程设计波高的推算提供了新的技术途径。
为研究缆绳断裂对船舶系泊系统运动响应的影响，本文基于AQWA水动力分析软件建立了船舶码头系泊模型。首先在频域分析中计算船舶的六自由度幅值响应算子，识别出横摇与纵摇在0.4～0.6 rad/s存在显著共振峰；其次在时域分析中以恶劣海况(7级风、2.5 m波高)下最大受力缆绳组C5C6为研究对象，模拟计算缆绳因自身破损断裂及超过最小破断力(Minimum breaking load, MBL;1 500 kN)断裂这两种工况下船舶系泊系统的运动响应。结果表明，两种断裂情况均导致船舶纵荡显著增大(增速分别为2.1和6.5 mm/s),并使剩余缆绳张力提升32%～45%,护舷压力增大36%以上；特别发现断裂后10 min内会出现相邻缆绳相继失效的连锁反应。研究结果可为系泊安全、系泊系统设计、码头系泊应急等提供参考。
针对海洋大气气溶胶沉降中磷(Phosphorus, P)可溶部分对表层海水中浮游植物生长的重要支持作用，为明确黄、渤海海域气溶胶中P浓度及溶解度的时空分布特征，本研究利用2013—2018年间在黄、渤海五个航次中采集的53个大气总悬浮颗粒物(Total suspended particle, TSP)样品，分析了其中总P(Totle phosphorus, TP)和溶解态P(Dissolved phosphorus, DP)浓度。结果显示，黄、渤海大气气溶胶中TP浓度在1.5～135.2 ng/m3,DP浓度在1.3～39.9 ng/m3,P溶解度在12.5%～88.9%。P浓度及溶解度呈显著的时空分布特征：TP浓度呈现春季>秋季>夏季，DP浓度呈现春、秋季基本相当且均显著高于夏季，P溶解度呈现夏季>秋季>春季；空间上，渤海大气中TP和DP浓度高于黄海，但P溶解度低于黄海(气团来源和大气酸化是造成这种时空分布的重要因素);在气团来自受沙尘影响的北方陆源(Northern continental sources affected by sand dust, NCS-DS)的气溶胶样品中，TP浓度最高；在受北方陆源(包括NCS-DS和不受沙尘影响的北方陆源(Northern continental sources unaffected by sand dust, NCS-NDS))影响的气溶胶样品中，DP浓度高于受海洋源(Marine sources, MS)和南方陆源(Southern continental sources, SCS)影响的样品，P溶解度呈现MS>SCS>NCS-NDS>NCS-DS;大气酸化效应可使气溶胶中P溶解度提升10%～27%。
为探究隐秘小环藻(Cyclotella cryptica)异养培养脂质积累最适条件，本文首先针对F/2培养基中硝酸钠、二水合磷酸二氢钠、硅酸钠浓度及培养温度进行了自养和异养的单因素实验，随后以自养培养条件优化结果为对照，选取对生物量与总脂产率影响最大的3个因素(硝酸钠浓度、硅酸钠浓度和温度),采用响应面法进行培养条件优化，并结合转录组分析比较了两种培养方式下脂质代谢的差异。单因素实验结果显示，隐秘小环藻异养培养与自养培养的最适条件一致，即硝酸钠浓度为149.6 mg/L,二水合磷酸二氢钠浓度为11.44 mg/L,硅酸钠浓度41.75 mg/L,培养温度为25.0℃。响应面实验中，异养培养最适条件为硝酸钠浓度145.7 mg/L、硅酸钠浓度43.00 mg/L、温度26.0℃,自养培养最适条件为硝酸钠浓度147.2 mg/L、硅酸钠浓度为43.00 mg/L、温度为24.2℃,异养培养最适条件与自养培养稍有不同。与自养培养相比，在最适条件下异养培养的生物量与总脂产率分别提高了25.64%和51.53%。隐秘小环藻转录组分析显示，异养培养条件下隐秘小环藻糖酵解、磷酸戊糖途径、脂肪酸合成和长链脂肪酸延伸相关基因的表达增强，而三羧酸循环与脂肪酸降解相关基因的表达降低。研究结果表明，相较于自养培养，异养培养更有利于隐秘小环藻脂质的积累。本研究结果可为隐秘小环藻规模化培养与脂质生产提供了理论依据。
为建立高效的扇贝核磁共振波谱(Nuclear magnetic resonance, NMR)指纹图谱采集与功能注释方法，本研究通过正交设计优化了扇贝NMR图谱采集的代谢物提取方法，同时，针对NMR图谱代谢物注释率低的问题，创新性地提出了一种基于转录组数据联合构建加权基因共表达(Weighted gene co-expression network analysis, WGCNA)关联网络的图谱注释方法。结果显示，NMR代谢物最佳提取方法如下：甲醇与水按1∶1配比，匀浆90 s、重水pH值调至7.4。该方法能够获得最丰富的NMR信号峰，其定性与定量分析结果的重复率大于90%。通过采用该优化策略解析虾夷扇贝各组织的NMR图谱可发现，各组织均具有独特的代谢特征，其中肝胰腺和横纹肌中的高丰度代谢物均显著高于其他组织。肝胰腺中的高丰度代谢物均主要为果糖、岩藻糖、葡萄糖等糖类物质；横纹肌中的高丰度代谢物则包括糖原、ATP、乙酰乙酸、肉碱等与能量代谢有关的物质。此外，本研究利用转录组和NMR代谢指纹构建基因代谢物关联网络，并鉴定出与组织密切相关的代谢指纹-基因关联模块，结果显示，基于模块内基因的GO注释富集的代谢途径与各组织的生理功能高度一致，这表明该策略能够为NMR图谱的功能注释提供有效方法，同时也能够为NMR技术在贝类育种研究中的应用提供重要参考。
本文基于1981—2023年山东站点的气温观测数据及再分析资料，将传统的二维时-空矩阵改进为时-时矩阵进行经验正交函数分解，提取冬季山东气温季节内变化的主模态，分析季节内冷暖转换的大气环流异常。结果表明，山东气温除了冬季冷暖一致变化的全球变暖模态外，还存在前、后冬冷暖转换模态，模态方差贡献分别为15.2%、10.1%。对于前后冬冷暖转换模态，当北极涛动和北半球环状模均处于负位相，北极极涡强度减弱，平流层极涡为偏向欧亚一侧的偏心型，对流层极涡呈“L”型的多涡型；且后冬的极涡强度更弱，西伯利亚高压和阿留申低压共同减弱，东亚冬季风环流更弱，易造成山东气温的前冬偏冷后冬偏暖特征。当北极涛动和北半球环状模均处于正位相，北极极涡强度增强，极涡中心靠近北极，极涡中心形态主要呈现出北美-欧亚为长轴的纺锤型；相比于前冬，后冬的极涡强度更强，西伯利亚高压和阿留申低压共同增强，冬季风环流更强，更容易造成山东气温的前冬偏暖后冬偏冷的冷暖转换特征。
基于1991年至2019年水平分辨率为1/30(°)的OFES(Ocean general circulation model for the earth simulator)模拟结果，本文研究了南海东北部亚中尺度动能的年际变化特征和调控机制。计算结果表明，南海东北部亚中尺度动能具有显著的年际变化，总体上存在3～5 a的周期性。相关性分析显示，南海东北部亚中尺度动能的年际变化受到中尺度拉伸率和混合层深度的共同调控。其中，中尺度涡伴随的流场拉伸是调控该区域亚中尺度动能年际变化的主要原因，混合层深度的贡献则相对较弱。进一步研究发现，冬季南海东北部黑潮流径对亚中尺度动能的强度影响显著，当黑潮入侵呈现Looping流态时，中尺度拉伸率显著增强，亚中尺度过程也更加活跃。本研究揭示了南海东北部亚中尺度动能的年际变化特征和调控机制，这对深入研究该区域海洋多尺度动力过程相互作用和能量串级规律具有重要的参考价值。