2026年 05期
基于多约束变分融合的海表温度数据重构
王敏;谷文杰;郭晓峰;曹小萌;高锦文;通过在Argo浮标温度距平数据分析中引入多项约束条件，提出了一种基于多约束变分融合的海表温度数据重构方法，以此提升海表温度(Sea surface temperature, SST)的重构精度。首先，在Argo浮标观测点提取温度数据，并进行距平处理，得到离散的温度距平数据。然后，采用基于多约束条件的二维变分(Multi-constraint 2-dimensional variational, MC2D-Var)方法生成连续距平场，并在同化过程中分别引入海表面高度(Sea surface height, SSH)约束、东向海水流速和北向海水流速(Eastward sea water velocity and nnorthward sea water velocity, UV)产生的平流约束以及平流+SSH联合约束三种方案，以优化连续距平场生成效果。最后，将2018年世界海洋地图集(World ocean atlas 2018, WOA18)气候态SST叠加到连续温度距平场中，从而实现海表温度的重构。以2023年6月全球SST数据为例，采用随机抽样方式将Argo观测数据划分为训练集(70%)和验证集(30%),并基于三种约束方案生成0.25°×0.25°分辨率的SST场。验证结果表明，相较于逐日最优插值海表温度(Optimum interpolation sea surface temperature, OISST)数据(均方根误差(Root mean square error, RMSE)为0.902℃),本文提出的三种方案重构效果均有提升，其中方案1(SSH约束)和方案2(平流约束)的RMSE分别降至0.866和0.891℃,而方案3(联合约束)表现最佳，RMSE降至0.864℃。此外，对2023年1—5月的重构实验进一步验证了方案3的稳定性，与OISST相比，其RMSE分别降低5.55%、2.97%、7.26%、4.91%和11.46%,相较于WOA18数据，精度提升幅度分别达49.15%、42.09%、44.56%、47.30%和47.21%。结果表明，结合多重物理约束能够有效提升SST重构精度，为高精度海表温度重构提供了新的技术途径。
气象和海洋数据时间分辨率差异对渔船漂移轨迹预测精度的影响
张树钦;张丽雯;吕文琦;唐若莹;卓少挥;谢昕乐;本文基于南海万山群岛附近海域遇险目标(渔船)漂移轨迹实验获取的观测数据，探究并揭示了数据时间分辨率差异对渔船漂移轨迹预测精度的影响规律。基于约束性线性回归和非约束性线性回归，率定不同时间分辨率数据的风致漂移参数发现，遇险目标风致漂移速度(L)和顺风向漂移速度(DWL)与10 m风速拟合较好，且非约束性线性回归拟合效果较优。检验非约束性回归率定的风致漂移参数发现，相对于其他时间分辨率数据，30 min时间分辨率数据率定风致漂移参数拟合效果较优。对比AP98模型漂移轨迹预测精度发现，对于预测轨迹与实测轨迹误差较小的实验，时间分辨率数据的差异对其轨迹预测精度的总体影响不明显。对于误差较大的实验，不同时间分辨率数据对预测轨迹精度影响较大，当数据时间分辨率为30 min时，预测精度明显高于其他时间分辨率数据的预测精度，且在所有实验中30 min时间分辨率数据的整体平均误差最小。研究成果可为海上遇险目标漂移轨迹预测模型优化，以及遇险目标海上观测实验和数值预报动力场的时间分辨率设置提供科学依据。
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未来热带太平洋类厄尔尼诺型增暖加速的机制分析
牟桂勋;陈显尧;本文分析第六次耦合模式相互比较计划(Coupled model intercomparison project phase 6,CMIP6)的未来预估试验数据发现，在温室气体高排放(SSP5-8.5)情景下，未来东太平洋上层海洋的“类厄尔尼诺”型增暖呈现加速趋势。这种加速变暖的趋势主要是因为副热带环流圈加速减弱导致沃克环流加速减弱，进而削弱东风，抑制赤道上升流，导致东太平洋上层海洋热含量加速上升。风-蒸发-海表面温度反馈机制虽然也是形成“类厄尔尼诺”型增暖的空间结构的主要驱动机制之一，但对这种空间结构的加速增暖贡献相对较小。研究结果表明，在强排放情景下，热带东太平洋的动力学响应会形成正反馈加速放大变暖效应。
海南岛老爷海人工红树林湿地固碳细菌群落特征研究
赖郑霞;吴丹;赵志忠;韩知序;余玉莹;为探究海南省万宁市老爷海人工红树林湿地固碳细菌群落结构及其环境驱动机制，本研究以光滩与红树林地土壤为研究对象，综合运用高通量测序技术与荧光定量PCR分析方法开展系统研究。研究表明：除个别光滩采样点(如GT2)外，红树林地土壤固碳细菌基因丰度总体高于光滩。Chao1物种丰富度指数显示红树林地微生物物种丰富度更优；而Simpson多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均呈现空间异质性，表现为在距海较远的样点，光滩的多样性高于红树林地；而在距海较近的样点，则红树林地高于光滩。固碳优势菌门主要为变形菌门(Pseudomonadota)和蓝细菌门(Cyanobacteriota),优势菌属占比：贪铜菌属(Cupriavidus)占比16.11%～24.66%,硫杆菌属(Thiobacillus)占比10.39%～12.77%,硫杆状菌属(Sulfuricaulis)占比9.13%～10.54%;且两类生境存在29个标志差异物种，分属于α-变形菌纲、β-变形菌纲、γ-变形菌纲。主坐标分析(Principal coordinates analysis, PCoA)结合相似性分析(Analysis of similarities, ANOSIM)、置换多因素方差分析(Permutational multivariate analysis of variance, PERMANOVA)显示，湿地固碳细菌群落结构存在明显不同，组间差异大于组内差异。冗余分析(Redundance analysis, RDA)表明：光滩生境固碳细菌群落结构主要受有机碳、易氧化有机碳、粉粒、细砂、有机质、全氮、全磷、黏粒、含水率、pH等因子驱动，红树林地生境则以有机碳、黏粒、易氧化有机碳、有机质、全磷、粉粒、细砂、含水率为关键影响因子，其中土壤粒度与有机碳是两类生境的共同主导因子。研究结果显示，人工种植红树林可通过改善土壤理化性质重塑固碳细菌群落结构与多样性，在滨海湿地生态修复与碳汇功能提升中展现出重要的应用潜力与实践价值。
广西垌尾红树林湿地小型底栖动物群落分布特征
蒋心茹;高蕙;郑淑惠;潘良浩;慕芳红;为探究红树林不同植被类型及其内部小生境中小型底栖动物的群落分布特征，本研究于2021年9月对广西壮族自治区垌尾红树林保护小区开展了采样调查，研究了秋茄林、白骨壤林、桐花树林、海漆林和光滩生境及其内部小生境(沉积物和凋落叶)中小型底栖动物的空间分布及其影响因素。从沉积物和凋落叶中分别鉴定出10和11个小型底栖动物类群。在沉积物中，小型底栖动物的平均丰度为(577.22±448.52) ind.·10 cm~(-2),平均干质量生物量为(502.33±379.25)μg·10 cm~(-2);在凋落叶中，附生小型底栖动物的平均丰度为(28.36±21.21) ind.·g~(-1),平均干质量生物量为(26.14±5.57)μg·g~(-1)。沉积物和凋落叶小型底栖动物的丰度和生物量在不同生境间均差异显著。沉积物中小型底栖动物丰度和生物量均与所测环境因子间无显著相关性；凋落叶附生小型底栖动物的丰度与表层沉积物叶绿素a含量和脱镁叶绿酸盐a含量均显著正相关，生物量与表层沉积物叶绿素a含量和凋落叶的纤维素缩合单宁含量均显著正相关。不同生境间群落结构差异显著，有机碳含量是解释沉积物中群落差异的最佳因子，凋落叶中的群落差异归因于叶绿素a含量和有机碳含量的环境组合。沉积物和凋落叶之间小型底栖动物群落的差异也显著。本研究结果显示，湿地中的小型底栖动物群落的空间分布受植被覆盖状况(植被有无和类型)及小生境类型的综合影响，而可获得性食物资源的空间异质性可能是影响小型底栖动物群落特征的主导因素。
基于形态学与环境DNA技术的青岛崂山区域典型水库及河流浮游生物多样性分析
周星方;王孝程;刘倩;李怡君;王云飞;车臻;王悠;周仲元;针对气候变化和水环境污染导致的水生态环境恶化、水生生物多样性下降等问题，环境DNA(Environmental DNA, eDNA)技术作为一种精准的生物多样性检测方法，在保护水质和维护水生生态系统稳定性方面发挥着关键作用。本研究于2022年6—8月，在该区域内首次采用传统形态学检测方法与环境DNA技术相结合的方法，对保护区域内的崂山水库、大石村水库、书院水库和白沙河的浮游生物群落结构进行了调查，并探讨了eDNA技术在浮游生物长期检测中的应用潜能。结果表明：传统形态学检测方法在调查区域内共鉴定出浮游植物109种，隶属7门、10纲、35科、61属，水库群落结构以绿藻和蓝藻为主，白沙河则以硅藻、绿藻为主；共鉴定出54种浮游动物，隶属5纲、22科、31属，群落组成以轮虫为主，其次为桡足类和原生动物。调查区域内多样性分级评价结果为较好—一般；水体的水质较好，富营养化水平较低，处于贫—中营养状态。采用eDNA技术共鉴定出浮游植物69种，隶属2门、7纲、14目、25科、38属，显著低于用传统形态学检测方法调查的结果；鉴定出浮游动物84种，隶属2门、2纲、3目、15科、24属，明显多于利用传统形态学检测方法调查的结果。进一步分析表明，采用eDNA技术与传统形态学检测得到浮游生物种类较为接近，且优势属结果相似性较高，这证明了eDNA技术在青岛崂山区域浮游生物检测中的可行性，可作为本区域内浮游生物资源检测的有效补充手段。
胶州湾入海河流及直排污口水体中多环芳烃污染特征及来源解析
闫一丹;王晓雪;梁生康;刘旭东;云书畅;叶永成;崔文连;李俊龙;金小伟;曹亚俐;王修林;多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)作为一类具有“三致”效应的持久性有机污染物，在高强度人类活动的近海地区广泛分布，环境风险备受关注。目前，由于缺乏对入海排污单元和重点行业PAHs排放量时空变化的认知，对PAHs污染陆海统筹防治形成制约。本研究环胶州湾排污单元为研究区域，分析了其2022年8月(丰水期)和2023年4月(枯水期)7条入湾河流和4个公共污水处理厂直排口水体中溶解态PAHs(Dissolved polycyclic aromatic hydrocarbons, DPAHs)和颗粒态PAHs(Particulate polycyclic aromatic hydrocarbons, PPAHs)的组成、浓度及入海通量的时空变化，应用特征比值和主成分分析法(Principal component analysis-multiple linear regression, PCA-MLR),解析环湾地区PAHs的主要来源，采用排放因子法，估算了胶州湾排污单元PAHs的排放量及主要行业贡献率。丰水期和枯水期，入胶州河流和直排口水体中DPAHs浓度，受光降解等环境因素的影响，整体呈现丰水期低于枯水期的特征，均值分别为(207.4±52.9)和(645.9±184.8) ng·L~(-1);PPAHs浓度受颗粒物通量增加和吸附效应增强的协同作用，整体则呈现丰水期高于枯水期的特征，均值分别为(78.3±132.3)和(17.7±11.1)μg·g~(-1);其中，丰水期DPAHs以3环为主，枯水期以4环为主；丰水期和枯水期PPAHs均以3环为主。丰水期PAHs的入海通量为1 645.5 kg·month~(-1),约为枯水期的13.6倍。基于PAHs特征比值和PCA-MLR结果表明，环湾排污单元PAHs主要来源于石油煤炭和生物质不完全燃烧过程。环湾排污单元内16种PAHs的年排放量为82.37 t·a~(-1),按照占比，排污单元由高到低依次为大沽河(45.8%)、墨水河(20.3%)、海泊河(10.8%)、李村河(7.0%)、娄山河(5.7%)、镰湾河(4.1%)、团岛(3.5%)和洋河(2.8%)排污单元。按照重点行业贡献率，由高到低依次为交通源(51.7%)、生活源(32.3%)和工业源(16.1%)。研究结果可为胶州湾PAHs污染精准施策提供科学依据。
老化前后聚乳酸微塑料对斑马鱼的毒性效应
郑秀明;颜菲菲;刘小洋;杨桂朋;张婧;聚乳酸(Polylactic acid, PLA)作为传统塑料的替代品，虽具有生物相容性的优势，但其在自然环境中很难完全降解，并易通过光氧化和机械磨损等老化过程形成微塑料(Microplastics, MPs)。本研究通过紫外老化获得老化PLA(Aged-PLA,A-PLA),并经过30天的暴露实验，结合生长发育指标、肠道组织病理学、抗氧化酶的活性、16S rRNA和荧光定量PCR等技术分析PLA和A-PLA对斑马鱼肠道和大脑健康的影响，全面评估老化前后MPs对斑马鱼的毒性效应。结果表明：相较于PLA,A-PLA具有更加粗糙的表面和降低的表面电位，这进一步抑制了斑马鱼的生长发育。PLA和A-PLA处理组均导致肠道杯状细胞密度的减少，并且高浓度A-PLA处理组(Aged-HPLA,A-HPLA)细胞密度仅为对照组的19.06%。暴露30天后，斑马鱼肠道组织中抗氧化酶的含量均显著升高(P<0.05),且表现出与暴露浓度相关的显著变化。同时伴有肠道菌群结构的改变和微生物多样性的降低，这表明MPs引起了斑马鱼的氧化应激并且导致肠道微生物发生紊乱。此外，大脑组织中炎症相关基因肿瘤坏死因子α基因(TNF-α)、白细胞介素10基因(IL-10)和白细胞介素基因(IL-1β)表达异常，同时诱导AChE含量的升高，并且A-PLA比PLA表现出更大的毒性，这些结果表明MPs对斑马鱼大脑健康产生了负面影响。综上所述，长期暴露于MPs会引发水生生物的氧化应激反应、造成肠道损伤、微生物生态失调以及炎症因子基因的异常表达，进而危及水生生物的健康。
基于土著微生物的复合肥料对黄河口盐碱土的改良效果研究
庞晴;丁海兵;本研究以黄河口盐碱土为研究对象，通过筛选其中的土著微生物菌群(如乳杆菌属(Lactobacillus)和芽孢杆菌属(Bacillus)),以麸皮和米糠为载体并添加无机营养盐，研发了一种新型复合微生物肥料。通过菠菜盆栽实验，探讨了该肥料不同施用量对黄河口盐碱土理化性质及植物生长的影响。结果表明，施用该复合微生物肥料显著降低了黄河口盐碱土的pH值和电导率(Electrical conductivity, EC),使其pH值降低0.38—0.98,接近中性；电导率最低可降至545.67μS/cm,显著减轻了该土壤对菠菜生长的抑制。在菠菜盆栽实验结束时，该土壤有机质含量较不添加复合微生物肥料的对照组土壤提高22.54%～84.95%,速效磷、速效钾、有效氮含量分别较对照组提高118.99%～350.32%、21.33%～86.34%,22.96%～149.17%。对菠菜生长指标的测定结果表明，菠菜在施加1%复合微生物肥料的黄河口盐碱土中长势最好，与对照组相比，其地上部分干重增加56.56%;株高、茎粗和叶面积分别增加32.27%、28.57%和46.35%;叶片叶绿素含量和1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, RuBisCO)活性分别提高90.54%和248.98%。在菠菜生长的过程中，使用新型复合微生物肥料的土壤拟杆菌门(Bacteroidota)相对丰度较对照组显著提高20.15%,土壤细菌微生物群落组成变化显著。向盐碱土壤添加1%比例的新型复合微生物肥料，能够达到最佳改良盐碱土壤和促进作物生长的效果。
AB3217A及其衍生物的模块化合成
孙超民;王自强;王鹏;宋妮;李明;本研究报道了具有抗螨虫活性的天然产物AB3217A及其衍生物的模块化合成。以易得的茴香霉素和D-木糖硫苷衍生物为起始原料，通过木糖C2位苯甲酸酯的邻基参与效应调控的立体选择性木糖β-糖苷键的形成和DDQ(2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌)介导的分子内交叉脱氢醚化反应作为关键步骤，经9—10步反应以5.6%～8.9%的总收率实现了AB3217A及其结构类似物的合成，从而为其生物活性研究奠定了物质基础。
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