摘要：合理的调查采样设计及优化可以降低调查费用,确保调查数据的准确性,实现调查采样效益的最大化。本研究量化了调查费用,在考虑估计准确度基础上,将调查费用作为评价指标加入到采样设计优化中,应用计算机模拟重抽样方法和模拟退火算法进行航线规划。基于2013—2015年春、秋季海州湾渔业资源底拖网调查数据,使用克里金插值法模拟了该海域星康吉鳗(Conger myriaster)、方氏云鳚(Enedrias fangi)和大泷六线鱼(Hexagrammos otakii)在春、秋季的相对资源量分布,作为其分布的"真值"。应用分层随机抽样模拟不同样本量下的调查采样,估计各目标鱼种的资源量指数,以相对偏差(RB)的绝对值来评价目标鱼种资源量指数估计的准确度,以调查费用、超标概率作为费用评价指标,以综合评价指标(IEI)作为衡量准确度和费用的综合指标。结果表明:各鱼种资源量指数估计的RB值随样本量增加而降低,但各鱼种的RB值不同。不同评价指标确定的最优站位数不同,按RB值确定的最优站位数较高,调查费用超过预算;按调查费用确定的站位数较低,但无法有效保证资源量指数估计的准确性;按IEI确定的最优站位数处于中间水平,能兼顾调查费用和资源量指数估计准度。综合考虑调查费用和航线规划的采样设计不仅能确定最优站位数,还可以确定调查设计的站位空间位置、站位调查顺序和调查费用。调查者可以根据实际费用预算,从模拟方案中选择费用低、RB低的理想采样设计方案开展调查。

摘要：原位观测是海洋环境观监测与安全保障的基础手段,对提升海洋环境时空变化规律的认识和数值预报水平起着至关重要的作用。但是实施基于原位观测的海洋环境保障措施存在覆盖范围有限、观测成本高昂,以及非常时期实施困难等问题。随着海洋强国战略的深入推进,未来国家海洋利益空间将不断拓展,海洋环境保障的立体性、复杂性、未知性将不断增强,这对系统化、信息化、智能化的海洋环境保障提出了更高要求。当前有效解决方案之一是通过实施环境适应性保障对有限的原位观测资源布局进行优化设计,最大化海洋环境观测网建设效益。本文系统介绍了美国海军在海洋环境适应性保障建设方面的成果与经验,通过海上试验展现了实施海洋环境适应性保障措施的必要性和优越性,随后梳理了高分辨率海洋水文环境数值模拟技术、海洋水文环境适应性观测敏感区诊断技术、无人移动平台协同组网观测技术及无人移动平台观测资料同化技术等海洋环境适应性保障建设涉及的关键技术及其发展现状,最后总结了我国在海洋环境适应性保障建设方面的研究进展。作为一项复杂的系统工程,海洋环境适应性保障将有助于颠覆传统海洋环境保障模式,牵引我国海洋环境保障装备发展,推动相关研究领域理论和技术进步,对我国海洋环境保障体系建设产生深远影响。

摘要：为进一步研究南海北部陆坡海洋动力过程对深海海底边界层的影响,研发了“深海海底边界层原位观测系统(In-situ Observation System for Bottom Boundary Layer in Abyssal Sea)”,ABBLOS。观测系统主体为坐底式深海运载平台,最大工作水深可达6 700 m(实际工作水深取决于搭载设备的耐压水深),是研究深海海底边界层问题的重要技术创新。观测平台由上下两部分框架结构组成,上部框架用于搭载和回收观测设备,下部支撑架为配重,并且用于提供距离海底1 m的观测空间;同时创新性地设计了“卡槽定位-螺栓紧固”的连接方式连接上下两部分,连接方式简单可靠,保证了平台回收成功率。ABBLOS集成了75 k-ADCP、高频ADCP、ADV、高精度压力计、海底摄像机等设备,以及甲烷、温盐深、浊度、溶解氧、氧化还原电位等传感器,首次实现了内波、中尺度涡等海洋动力过程与海底边界层物理化学参数的动态变化同步观测,特别是可以观测距离海底1 m高度范围的水体流速剖面,并且达到7 mm一层的垂向空间分辨率。研制完成后,2020年在南海北部陆坡神狐海域655 m和1 405 m水深处分别成功布放并回收,观测时间共计34天,采集到观测站位上覆海水的流速剖面结构,捕捉到了平均周期为1天1次的内波作用过程,以及海底边界层的多种物理化学参数。初步分析655 m水深处的观测数据后,发现深海海底边界层的温度、压力、溶解氧、密度和盐度等参数受控于海洋潮汐过程,尤其是温度和压力的变化基本与潮汐周期同步。海底边界层氧化环境较为稳定,甲烷浓度由高变低,但是基本在海洋溶解甲烷平均浓度范围内。与潮汐相比,内孤立波对深海海底边界层水体的影响程度较小,但是明显可以引起沉积物的再悬浮,引起的海底边界层的海水浊度从背景值的0.01 NTU增大到48 NTU,海底摄像机也记录到了内孤立波期间深海底层海水突然变浑浊的过程,说明南海内孤立波可以影响海底沉积物的输运。

摘要：光子计数激光雷达技术具有极高的探测灵敏度与时间分辨率,是极端条件下高精度目标信息获取的重要手段.由于该技术通过探测单光子级的回波能量实现对目标信息的三维重建,因此极易受噪声干扰,导致成像质量严重降低.基于高速电子门控的距离选通技术虽然可以有效抑制噪声,但存在参数设计依靠经验、目标检测区间窄等问题.本文提出一种在宽目标检测区间条件下的目标信息提取及三维重建方法,首先通过对三维回波信息的获取机理及其概率模型进行分析,获取目标信息分布范围并通过算法门控提取有效信息;再采用高效的图像重建算法进一步提升三维重建的质量,从而具有比基于纯硬件的去噪方法更强的抑噪能力.实验结果显示,在平均像素光子数仅为3.020,且信号噪声比仅为0.106的极端条件下,本文提出的目标信息提取方法可将信号噪声比提升19.330倍;再配合高效的图像重建算法,距离图像的重建信噪比相比于传统的互相关算法提升了33.520 d B,大幅提升了强噪声环境下高精度目标信息获取的能力.

摘要：优化调查采样设计,利用有限的调查成本获取准确可靠的调查数据,对于开展渔业科学调查十分重要。本研究根据2014年8月(夏季)和10月(秋季)、2015年2月(冬季)和5月(春季)在黄海中南部海域调查获得的鱼类浮游生物数据,以鱼类浮游生物物种丰富度估计为采样优化目标,利用计算机模拟再抽样方法,比较了不同采样设计估计鱼类浮游生物物种丰富度的效果。结果表明,随着采样频次以及采样站位数的增加,鱼类浮游生物物种丰富度探测率逐渐升高,相对估计误差(REE)和相对偏差(RB)逐渐减小。分层随机采样优于简单随机采样,分层随机采样4次调查设计效应值(D_(e))为0.766。不同采样频次下最优季节组合分别为春、春夏、春夏秋以及全年,其对应的REE和RB值在同频次不同季节组合中最小,物种丰富度探测率最高;保持90%的物种丰富度探测率,分层随机采样每年调查3次和4次对应的最佳站位数分别是80个和60个。在保证精确度的前提下优化采样方法和选择不同调查频次下最佳季节组合,可为鱼类浮游生物调查采样设计进一步优化提供参考。

摘要：本文利用虚拟现实和可视化技术,对虚拟海洋环境仿真中海浪仿真、海风仿真与风海流仿真等关键技术进行研究,并基于研究成果开发了交互式虚拟海洋仿真系统。结合中国海洋大学丰富的海洋实践教学经验,对东方红2号海洋调查船进行三维建模,并运用体素化分析方法模拟其在海面的运动情况,构建了虚拟海洋环境观测载体。系统根据涉海专业出海实践内容设计观测实验,还原了海风观测实验和CTD观测实验,能有效缓解当前涉海高校实践教学资源的不足,提高海洋人才的培养质量。

摘要：目的探究电化学氢渗透传感器在海洋腐蚀环境中的适用性以及相应腐蚀环境下高强度钢的氢渗透行为。方法设计和制作系列氢渗透传感器,将氢渗透传感器置于海洋大气腐蚀环境、模拟浪花飞溅区腐蚀环境和模拟海洋潮差区腐蚀环境,通过电化学氢渗透技术反映自然腐蚀条件下由腐蚀导致的氢向AISI 4135高强钢材料的渗透情况。结合各腐蚀环境下影响材料腐蚀速率的因素,分析各腐蚀环境下氢产生的机理。结果海洋大气腐蚀环境下由腐蚀引起的材料的氢渗透电流密度处在一个较小的数量级,氢渗透电流的大小与大气的绝对湿度呈正比例关系;模拟浪花飞溅区腐蚀环境下,氢渗透电流的大小与模拟浪花飞溅效应的海水喷淋间隔时间相关,相较于海水喷淋间隔为1 min条件下的氢渗透电流密度,喷淋间隔为10 min条件下的氢渗透电流密度的最大值更大。处于模拟海洋潮差区腐蚀的材料的氢渗透电流呈现周期性波动,并且前期氢渗透电流的波动幅值较大,而后趋于稳定。结论电化学氢渗透传感器在检测大气腐蚀环境和模拟浪花飞溅、模拟海洋潮差环境下由腐蚀引起的氢渗透电流的应用中,展现了良好的稳定性和可靠性,表明了相应试验海洋腐蚀环境下氢渗透电流的特点,不同腐蚀环境下材料的氢渗透行为差异较大。

摘要：随着深海资源的开发,深海沉积物稳定性越来越受关注,原位孔压观测技术作为深海沉积物参数获取的有效手段应当获得足够重视与研究。本文在总结国内外深海沉积物孔压原位观测探杆的基础上,结合FBG传感技术,设计研制一套基于FBG的深海沉积物超孔压观测设备,并开展了近海测试。观测位置海床面下1.5m处,平衡孔压高达5.01kPa。测试期间,其中埋入沉积层0.5m深处传感器准确获取潮汐作用于海底沉积物的超孔压数据,与当地潮汐数据对比,两者相位差为T/4。

摘要：针对靶标自环化滚环扩增(TC-RCA)难以高灵敏度检测的难题,本文探究了扩增过程中靶标环化效率低的原因,并构建了新型动态接头以提高靶标DNA的环化灵敏度。通过采用含有发卡结构的动态接头(18 nt),使接头的两端产生连接活性差异,探讨发卡接头打开与闭合的动态平衡在提高环化灵敏度中的作用。具体研究了发卡动态接头的稳定性和磷酸化对连接及环化效率的影响。研究表明,增加接头两端的连接活性差异可提高环化灵敏度(106 copies/μL),从而揭示了TC-RCA灵敏度低的根本原因。由于许多过量的接头同时连接到靶标DNA两端后,靶标无法环化,造成仅有少部分靶标环化为RCA模板,导致极低浓度的靶标无法发生RCA。在此基础上,采用另一种10 nt的短链动态接头,使检测灵敏度提高了两个数量级(达104 copies/μL)。本研究为TC-RCA中接头的设计提供了新思路,对双链DNA环化机理的深入研究具有重要意义。

摘要：漫堤是天文潮、风暴潮与海浪等物理要素作用于海堤后海水翻越海堤的物理过程。本文利用天文潮-风暴潮-台风浪耦合模式(ADCIRC+SWAN)、基于非结构三角形网格和高分辨率地理数据(海堤位置和高程、岸线和水深等)构建福建沿海精细化漫堤风险等级评估系统。该系统在近岸网格分辨率最高达50m,可精确刻画福建沿海复杂地形。利用模拟的水位与海浪参数,采用波浪爬高公式计算得到各海堤堤前波浪爬高。按照总水位与波浪爬高之和与海堤高程的对比,将漫堤风险分为五个等级。对2013年的超强台风天兔过程进行后报检验。结果显示,该系统计算的漫堤情况与灾后调查的漫堤实况基本一致,结果准确,说明本研究中采用的漫堤风险评估标准和方法是可行的。在此基础上,设计了4种不同的台风强度等级,对福建沿海206条海堤进行了漫堤风险等级评估,探究台风强度对漫堤风险的影响。结果表明:波浪爬高对漫堤风险的影响高于单纯的风暴潮增水;风暴潮增水随台风强度的增强增量较小,对于漫堤的风险影响较小;福建沿海波浪爬高普遍较高,随着台风强度的增强,波浪爬高会显著增加漫堤的风险等级,且应重视台风浪对海堤造成的冲击所导致的溃堤灾害。本研究可为沿海防灾减灾提供科学依据。