日前，自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室在海表温度空间异质性调制台风发展过程和机制研究上取得新进展。研究结果发表在国际权威期刊《地球物理研究杂志·大气》。
我国是世界上深受台风影响的国家之一。海洋对台风的响应和调制机制是当前海洋与大气科学研究的前沿问题，由于受太阳辐射和中尺度过程等因素影响，海表温度(SST)的空间异质性特征显著，并通过局地海气相互作用，对台风的强度产生影响。
该研究基于观测数据确定了2种台风下垫面SST的空间异质性模态及其对台风发展的影响:建立了促进台风发展的暖核模态和抑制台风发展的极向冷却模态。
该研究揭示了SST空间异质性在调制台风强度变化过程中的重要作用，在上层海洋热结构空间异质性与台风相互作用方面取得了新进展。研究结果对于完善上层海洋调制台风强度变化的科学认知具有重要意义，为进一步改进台风强度预报统计动力模型、突破台风强度预报瓶颈提供了全新视角。

近日，中国科学院海洋研究所李晓峰研究团队基于多源遥感和实测数据，系统揭示了全球海洋中尺度涡在运动过程中的海表热力信号变化特征，并阐明其产生机理。成果以封面文章形式发表于国际学术期刊《深海研究I》（Deep Sea Research Part I）。

中尺度涡广泛分布于全球海洋，是能量级串中连接大尺度和小尺度的重要中介，同时也是海洋物质能量输送和混合的关键纽带。传统观念中，反气旋涡被认为是暖涡（SWAEs），而气旋涡被认为是冷涡（SCCEs）。然而，随着海洋遥感观测技术的发展，表面冷的反气旋涡（SCAEs）和暖的气旋涡（SWCEs）在多个海域被发现。已有研究主要关注特定海域“异常”涡旋的欧拉特征，但尚未有研究从全球尺度揭示“异常”涡旋（即SCAEs和SWCEs）与“正常”涡旋（即SWAEs和SCCEs）之间的转换规律和生成机制。

李晓峰研究团队基于多源遥感数据，利用深度学习算法提取全球海洋中的“异常”中尺度涡，并结合Argo实测数据，研究全球海洋长寿涡（>1年）在运动过程中“正常”涡和“异常”涡的转变规律和机制。结果显示，SCAEs约占长寿反气旋涡生命周期的37.8%，主要集中在南大西洋；而SWCEs则占长寿气旋涡生命周期的46.4%，主要分布在南印度洋的澳大利亚东部和南部海岸。此外，在南大西洋，长寿反气旋涡演变过程中有20%的SCAEs持续时间超过3个月，而在南印度洋，约36%的SWCEs持续时间也超过3个月，且最长可达1年。然而，在其他海域，约90%的“异常”涡在转变为“正常”涡旋状态之前的持续时间不足3个月。

“异常”涡不仅在不同海域的持续时间不同，其垂直温度结构也存在显著差异。研究表明，短寿命（<3个月）的SCAEs（SWCEs）受到风-涡相互作用的影响，其冷（暖）异常主要体现在上混合层，且在夏季比冬季更活跃。相反，长寿命（>3个月）的“异常”涡旋，如南大西洋的SCAEs和南印度洋的SWCEs，在200米和300米以浅显示出冷和暖异常，且季节变化较弱，这分别受潜沉过程和澳大利亚西海岸的Leeuwin Current System（LCS）特定的三维结构的影响。潜沉能够将上混合层的低位涡水带入到季节性混合层下方的温跃层，导致表面强化的AEs向次表面强化结构转变，从而在海表表现为冷AEs。而LCS由上层（浅于300米）的暖东向流和下层（深于300米）的冷西向流所主导，影响该海域的CEs的垂直温度结构，使其在300米以浅观测到暖异常。总之，该研究从全球尺度揭示了中尺度涡旋运动过程中表面和次表面热力学特性的变化，并讨论了它们的潜在机制。这为进一步加深对海洋中尺度涡的科学认知、优化海洋模式的精度提供了技术支持和理论依据。

论文第一作者是中国科学院海洋研究所助理研究员刘颖洁，通讯作者为李晓峰研究员，其他合作者包括中国科学院海洋研究所刘传玉研究员和刘倩博士。研究得到了国家自然科学基金山东省联合基金、国家自然科学青年基金以及国家实验室“十四五”重大项目资助。

相关论文信息：

[1] Liu, Y., Zheng, Q., & Li, X. (2021). Characteristics of global ocean abnormal mesoscale eddies derived from the fusion of sea surface height and temperature data by deep learning. Geophysical Research Letters, 48(17), e2021GL094772, https://doi.org/10.1029/2021GL094772

[2] Liu, Y., Li, X., Liu, C., & Liu, Q. (2024). Transitions in surface thermal signatures during the evolution of long-lived eddies in the global ocean. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 104279, https://doi.org/10.1016/j.dsr.2024.104279. 

（全文链接https://authors.elsevier.com/a/1ilmt3RueHleJp）

近日，中国科学院海洋研究所徐永生研究团队与航天科工集团23所合作，在国际上首次利用机载干涉成像高度计观测获得了覆盖海洋亚中尺度范围的海面高度异常 (SSHA) 波数谱，展示了机载干涉成像高度计对海洋亚中尺度 SSHA 探测的潜力，成果在遥感学期刊Remote Sensing发表。

人类至今仍然没有在空间域上实现对亚中尺度海洋过程（0.1-10公里）的遥感观测。该尺度范围的海面高度异常（SSHA）信号较小，超出了目前星载海洋遥感的分辨极限。然而，亚中尺度海洋过程在海洋能量传递、串级与耗散的研究中发挥关键作用，对研究海洋能量平衡、营养盐输运和全球气候变化研究至关重要。由于空间域亚中尺度 SSHA 观测能力的限制，人们对亚中尺度海洋过程的认识主要依靠理论分析和模拟，导致亚中尺度海洋过程理论研究与相关应用发展缓慢，成为制约海洋科学发展的瓶颈之一。美国新一代干涉高度计卫星SWOT经过20年持续努力和12亿美元投资，成功将SSHA的分辨率从传统雷达高度计的100公里提高到了10公里的量级，但仍难以满足典型亚中尺度SSHA的高分辨率观测需求。机载干涉成像高度计具备距离海面近、信噪比高的优势，有望在空间域实现对亚中尺度SSHA观测的突破。但是，干涉测高相位的高敏感性也使其极易受到误差的干扰，从而影响了仪器的观测性能。

徐永生提出了一种方法，即利用误差和海洋动力信号在时空特性上的差异来将它们有效分离，从而提升观测性能。徐永生团队将这一想法应用到了机载干涉成像高度计在南海近100公里沿轨SSHA试验观测数据上，并成功获得了国际上首个机载干涉成像高度计宽带SSHA波数谱。波数谱是评估仪器观测性能的重要依据。这项研究深入分析了机载干涉成像高度计所得的SSHA波数谱的合理性，证明了其在观测海洋亚中尺度SSHA方面的潜力，凸显了科学团队与工程团队协作的优势。文章第一作者是徐永生指导的学生何晋超，徐永生研究员为通讯作者兼共同第一作者。

海洋干涉遥感技术处于世界科技前沿。SWOT卫星的成功标志着人类海洋遥感技术发展史上的一个里程碑。《自然》和《科学》两大期刊都对此进行了专题报道。我国早在2016年就发射了以实验为目的星载干涉高度计——天宫二号三维成像微波高度计，取得了大量海洋观测数据和宝贵经验。但与美国在SWOT卫星上的巨额投入相比，我国在该领域的后续研发投入仍严重不足，至今仍未有相应的在轨卫星问世。尽管本次研究验证了机载干涉高度计在探测海洋亚中尺度SSHA的潜力，但未来仍有很大的改进空间。这包括对硬件系统进行革新设计，以提升性能和稳定性，以及正确设计海上SSHA分辨率观测性能的检验方案，以确保对亚中尺度SSHA观测的准确性和可靠性。此外，信号的分离是基于对误差成分、海洋成分的时空特性以及统计学方法的深入理解，而这方面的发展还处于起步阶段。机载干涉高度计的最终成功不仅本身具有重大的科学和应用价值，还能为我国星载干涉高度计的发展提供重要的借鉴和验证方法。

文章信息：

He J,Xu Y,Sun H,Jiang Q,Yang L,Kong W,Liu Y. Sea Surface Height Wavenumber Spectrum from Airborne Interferometric Radar Altimeter. Remote Sensing. 2024;16(8):1359. https://doi.org/10.3390/rs16081359

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室（LTO）/全球海洋和气候研究中心（GOCRC）王春在研究员团队揭示了印度夏季风降水引发2022年7月西北太平洋极端海洋热浪的物理机制，相关成果发表在Nature子刊npj Climate and Atmospheric Science。LTO博士研究生宋强华为论文第一作者，研究员王春在和副研究员姚玉龙为共同通讯作者，合作者包括中山大学副教授范汉杰。

2022年7月，西北太平洋高纬度海域发生了极端的海洋热浪事件，区域平均海表温度异常最高可达5℃，部分区域甚至超过8℃，成为有史以来发生在该海域最强的海洋热浪事件。鉴于此，本研究使用卫星观测数据、再分析资料以及气候数值模式研究了此次极端海洋热浪的发生发展机制。

研究发现，此次极端海洋热浪的主要成因来自于大气强迫，即在发生海洋热浪海域的上空，形成了一个强大的大气阻塞高压系统。在高压系统影响下，大气对流减弱、云量减少，从而导致来自太阳的短波辐射增多。这一过程使得海表温度迅速升高，从而引发了该海域史无前例的海洋热浪事件。而研究通过气候诊断方法和数值模式表明印度夏季风极端降水释放的巨大潜热产生了大气扰动，通过准定常罗斯贝波的传播，产生并增强了这个强大的阻塞高压。同时，本研究还发现印度夏季风降水量与西北太平洋海温的相关性在2011年之后显著增强（R= 0.97,p < 0.01），这进一步证明了印度夏季风降雨增强是触发2022年7月西北太平洋极端海洋热浪的主要原因。

综上所述，本研究揭示了印度夏季风降水与西北太平洋海洋热浪之间的物理联系，凸显了洋际相互作用对西北太平洋高纬度海域海洋热浪的影响，研究结果为后续西北太平洋海洋热浪的预测提供了理论依据。

该研究由国家自然科学基金重大项目、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金青年项目等共同资助。

相关论文信息：Song,Q.,Wang,C.,Yao,Y.,& Fan,H. (2024). Unraveling the Indian monsoon’s role in fueling the unprecedented 2022 marine heatwave in the Western North Pacific. npj Climate and Atmospheric Science,7 (1),90.

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41612-024-00645-x

近日，中国科学院海洋研究所胡敦欣院士和庞重光研究员团队基于长期连续的潜标观测，阐明了西北太平洋台风过境激发的风生近惯性内波的基本特征、能量通量及其对跨等密度面湍流混合的影响，研究成果发表于国际学术期刊Journal of Geophysical Research: Oceans。

西北太平洋台风频发，具有丰富的近惯性运动。同时，该海区的背景场也十分复杂，特别是中尺度涡非常活跃，能够显著影响近惯性内波的传播和耗散等过程。团队基于西北太平洋四套潜标观测数据（L11、L12、L15、L17），采用波包分析等方法，深入分析了2017年10月台风“兰恩”过境所引起近惯性内波的基本特征，探究了海表风场、平均流、中尺度涡、背景层结的影响，并评估了近惯性能量通量及其对跨等密度面湍流混合的贡献。

通过比较台风“兰恩”过境时在四个不同站位生成的近惯性内波，发现位于两个气旋涡之间（L17）的近惯性动能下传深度为~620 m，比位于负涡度区域（L12站）的下传深度（~400 m）更深，而两种情况下近惯性能量通量的下传效率相当，分别为25%和21%。射线追踪模型结果显示，这是由于L17站位北面的强正涡度使向北传播的近惯性内波被反射，随后在层结最强处（~70 m）下传加速所导致。能量收支分析结果表明，在台风“兰恩”期间，大约5%~25%的近惯性风功注入到海洋上层50~200 m，而其中6%~25%的近惯性能量通量能够辐射到深层200~400 m。台风引起的强近惯性内波使耗散率增强了3~8倍，为跨等密度面湍流混合提供了约42%的能量。

该论文第一作者为中国科学院海洋所博士研究生袁圣铭，通讯作者为闫晓梅副研究员、张林林研究员，合作者包括庞重光研究员和胡敦欣院士。研究得到了国家重点研发计划项目、中国科学院战略先导专项、国家自然科学基金等项目的联合资助。

相关论文信息：

Yuan, S.,Yan,X.,Zhang,L.,Pang,C.,& Hu,D. (2024). Observation of near‐inertial waves induced by typhoon Lan in the Northwestern Pacific: Characteristics,energy fluxes and impact on diapycnal mixing. Journal of Geophysical Research: Oceans,129,e2023JC020187. https://doi. org/10.1029/2023JC020187.

在全球气候变化与人类活动双重压力下，海洋水母灾害频繁发生，严重威胁滨海重大设施正常运转。海月水母是全球广布性灾害水母，也是我国近海主要灾害水母种类。海月水母具有浮游水母体和底栖水螅体交替的两个世代，水螅体具有灵活多变的无性生殖策略，包括出芽生殖、足囊生殖、横裂生殖等；水螅体可以通过出芽生殖进行快速种群增殖，也可以通过横裂生殖释放多个碟状体，因此，底栖水螅体是海月水母种群“指数级”暴发性增殖的源头和关键，而研究其调控机制对于阐明水母暴发机制具有重要科学意义。中国科学院烟台海岸带研究所董志军研究员在海洋灾害水母无性生殖过程分子调控机制方面开展研究工作，取得系列研究进展，相关成果发表于《The Innovation Geoscience》和《Molecular Ecology》。

水母是最早具有游泳运动能力的海洋生物类群，而横裂生殖是水母实现从底栖固着到浮游运动的关键生活史过程，也是决定水母暴发的关键转折时期。结合单细胞转录组测序、转录组测序、整体原位杂交、RNA干扰等技术手段，绘制了海月水母横裂生殖过程的细胞图谱，描绘了海月水母细胞类型多样性；揭示了海月水母从底栖水螅体到浮游碟状体转变过程神经肌肉系统的转录变化特征，识别了海月水母实现从固着到游泳的神经细胞和肌肉细胞新类型；探究了肌肉细胞的分化发育过程，发现HOX1参与调控海月水母横裂生殖和横纹肌的生成。该研究为海月水母横裂生殖的细胞学和分子调控机制提供了新认知，也为海月水母灾害防控技术研发提供了新思路，相关工作发表在《The Innovation Geoscience》（Li et al.,2024,The Innovation Geoscience）。

足囊生殖是水母在逆境条件下的无性生殖方式，对维持水母种群生存和水母暴发具有重要作用。研究发现温度和食物在调控海月水母休眠足囊形成中的关键作用。单细胞转录组分析显示在足囊形成过程中，不同类型细胞展现出特殊的基因表达模式，热休克蛋白编码基因HSC70和HSP90a可能作为调控休眠足囊形成的枢纽基因。此外，绘制了首个休眠体的细胞图谱，鉴定了维持休眠足囊在特定环境条件下长期存活和萌发的6种细胞类型。该研究为理解调控休眠形成的分子调控机制提供了新见解，有助于更好地理解逆境条件生物适应性生存策略。相关工作发表在《Molecular Ecology》（Li et al.,2024,Molecular Ecology）。

上述研究工作得到国家自然科学基金委山东联合基金（U2106208）、中国科学院战略性先导科技专项、泰山学者青年专家等项目支持。 

相关论文： 

Li Y.#,Peng S.#,Liu Y.#,Sun K.#,Wu L.#,Yu Z.,He K.,Ma Y.,Wang F.,Xu P.,Li J.,Sun T.,Zheng H.,Ye L.,Wang L.,Hao W.,Zhao J.*,Lin Q.*,Chen K.*,Dong Z.* 2024. Molecular and cellular basis of life cycle transition provides new insights into ecological adaptation in jellyfish. The Innovation Geoscience 2: 100063. https://doi.org/10.59717/j.xinn-geo.2024.100063 

Li Y.,Xu P.,Sun T.,Peng S.,Wang F.,Wang L.,Xing Y.,Wang E.,Zhao J.,Dong Z.* 2024. Environmental and molecular regulation of diapause formation in a scyphozoan jellyfish. Molecular Ecology 33: e17249. https://doi.org/10.1111/mec.17249  

自然资源部第二海洋研究所于志腾副研究员及合作者在国际地学TOP期刊《Earth and Planetary Science Letters》发表了题为“Evidence for low Vp/Vs ratios along the eastern Romanche ridge-transform intersection in the equatorial Atlantic Ocean”的最新研究成果。第一作者为自然资源部第二海洋研究所于志腾副研究员，合作者为巴黎地球物理学院（IPGP）的Satish Singh研究员和法国地质海洋实验室（Geo-Ocean）的Marcia Maia研究员。

大洋转换断层是地球三种基本板块边界单元之一，两端通常与洋脊段相连，作为活跃的地震带，历史上经常记录7级以上大地震的发生。近年来，随着海洋地球物理探测的深入，新研究认为大洋转换断层拥有复杂的动力学过程，而不是传统认为简单的保守边界单元。尤其在巨大的转换断层与洋中脊交汇处（RTI），转换断层两侧的巨大年龄差深刻影响了RTI处的热结构和物质组成，但由于海洋调查有限，制约了对洋中脊和转换断层相互作用的深部过程的认识。

利用2019年7-8月在全球最长的大洋转换断层—Romanche转换断层的东末端布设的海底地震仪（OBS）获得的微地震数据，进行地震层析成像，获得洋中脊和转换断层交汇区的精细深部结构。沿着Romanche转换断层，发现了高Vp/Vs，地形隆起，推测为强烈蛇纹石化的橄榄岩组成，其阻碍了2016年7.1级大地震的向东传播。沿着大西洋中脊，未发现高的Vp/Vs异常，指示出该洋脊段深部热液循环较弱，主要受岩浆过程控制。研究发现了沿着Romanche转换断层大范围的低Vp/Vs异常（~1.6-1.7），深度达到15 km。通过DEM计算、结合岩石物理资料，详细讨论了几种可能性，最后提出在浅部（0-8km），低Vp/Vs异常受到与张应力有关的厚宽裂隙的影响；而在深部（8-15 km），低Vp/Vs异常主要与斜方辉石的富集有关。同时，各向异性也是不可忽视的诱因，但是缺乏足够的证据支持。

论文引用：Yu, Z., Singh, S. C. & Maia, M. (2023). Evidence for low Vp/Vs ratios along the eastern Romanche ridge-transform intersection in the equatorial Atlantic Ocean. Earth and Planetary Science Letters, 621, 118380.

自然资源部第二海洋研究所海底科学实验室西南印度洋硫化物项目组陶春辉研究员团队在地球科学与环境科学领域期刊Environmental Science & Technology上发表了题为“Oxidative Dissolution of Sulfide Minerals Tends to Accumulate More Dissolved Heavy Metals in Deep Seawater Environments than in Shallow Seawater Environments”的研究成果。论文第一作者为海洋二所胡思谊博士，通讯作者为陶春辉研究员，合作者包括自然资源部第四海洋研究所关瑶副研究员、中国科学院海洋研究所殷学博高级工程师、中国科学院地球化学研究所朱传威副研究员，以及海洋二所廖时理副研究员、梁锦高级工程师和郭志馗副研究员。

海底热液硫化物是极具开发前景的深海矿产资源之一，受到了全球采矿界的广泛关注。但从现有的采矿模式来看，深海采矿会使得暴露在海水中的新鲜硫化物微粒显著增多，随后的氧化溶解可能会释放大量重金属，给周围生态环境带来负面影响。因此，在深海采矿前期有必要充分认识硫化物微粒在海水中氧化溶解释放重金属的潜力和规律。

基于此，研究团队以不同类型新鲜海底热液硫化物为研究材料，在不同固-液比、温度和氧化还原条件下，开展了多组硫化物微粒在海水中氧化的模拟实验，探索了不同类型硫化物微粒在海水中氧化溶解释放重金属的潜力和规律。

研究发现：（1）短时间尺度上溶液中出现了Zn的迅速累积，这可能归因于闪锌矿相对于黄铁矿、黄铜矿具有更低的静息电位，矿物之间的电偶相互作用导致闪锌矿优先发生溶解；（2）长时间尺度上溶液中溶解态重金属的净累积量出现降低的特征，这与硫化物矿物溶解释放的Fe转化为Fe氧化物，随后重金属被Fe氧化物吸附或发生共沉淀有关；（3）由于浅层海水环境中有更快的溶解氧供给、更多Fe氧化物的形成和更高的重金属清除效率，重金属在浅层海水环境中的净累积量普遍低于其在深层海水环境中的净累积量；（4）以天然海水中的重金属含量为环境基线，硫化物微粒氧化释放的大部分重金属只需经历一定程度的稀释就可以达到天然海水的水平；（5）不同类型硫化物由于矿物组合不同，表现出独特的氧化溶解特性，这些特性可以用于优化采矿模式，进一步减少重金属向海洋环境中释放。以上认识，有望为未来低污染型、高效益型深海采矿提供基础支撑。

该研究得到了国家自然科学基金（42127807）、海洋二所专项基金（JB2203, SZ2201）和中国博士后科学基金（2021M693778）等联合资助。

论文引用：Hu, S.; Tao, C.*; Liao, S.; Guan, Y.; Yin, X.; Zhu, C.; Liang, J.; Guo, Z., 2023. Oxidative Dissolution of Sulfide Minerals Tends to Accumulate More Dissolved Heavy Metals in Deep Seawater Environments than in Shallow Seawater Environments. Environmental Science & Technology, 57, 21438-21447.

自然资源部第二海洋研究所张凯博士后作为第一作者，山东科技大学阳凡林教授和自然资源部第二海洋研究所吴自银研究员作为共同通讯作者完成的论文《Complex tsunamigenic near-trench seafloor deformation during the 2011 Tohoku–Oki earthquake》在Nature 子刊《Nature Communications》期刊发表。

2011年日本东北部海域发生9.1级强震，地震引起的大海啸致使超过15000人丧生，并引发了福岛核电站泄漏等严重灾害。然而，诱发大规模海啸的深海海底同震形变特征尚未明晰，导致海啸发生机制尚不明确。深海地震同震形变观测对于研究海啸的预警与防范具有重要意义，然而，受限于深渊海域的严苛环境，近场海底形变观测数据非常匮乏，导致近海沟处的同震形变特征这一关键信息仍知之甚少。

针对上述科技问题，研究团队提出了一种基于多波束误差统计精化处理的海底形变分析方法，消除了海沟深渊区域复杂水声环境噪声干扰，并对日本东北大地震的海沟处地形同震形变特征与机制进行了深入研究。

研究的分析结果表明，主震区靠近海沟处的同震形变具有显著的空间异质性。水平方向上，海底滑动位移幅度达30米，并向海沟方向消减。由此引发的海底同震抬升效应引起了强烈海啸，且海底抬升幅度亦沿向海沟方向呈现减弱趋势。然而，该趋势在背冲逆断层附近发生反转，转而表现为向海沟增长的特征。上述发现中，海底水平滑移与海床抬升幅度的显著背离大异于经典的地壳弹性形变模型，揭示了海沟处松散沉积物组成的增生楔状体在地震中产生的显著塑形同震形变效应。该效应在海底同震抬升过程中的主导作用，为进一步揭示俯冲型地震中的大规模海啸诱发机制提供了重要线索。

基于研究区丰富的多波束海底地形重复测量资料的深入分析，研究团队所提出的分析方法为回溯深海同震地形变化提供了一种高效的途径，可对海底稀疏分布的近场监测数据形成有效补充。审稿人认为本文所提出的分析方法对研究海底地震及海啸形成机制具有重要意义。该项成果也为现代海洋测绘技术揭示地球科学问题提供了一个新典范。

该研究工作得到国家重点研发计划（2022YFC2806600）和国家自然科学基金重点项目（41830540& 41930535）等项目的联合资助。

论文引文：Zhang, K., Wang, Y., Luo, Y., Zhao, D., Wang, M., Yang, F.*, Wu, Z*. Complex tsunamigenic near-trench seafloor deformation during the 2011 Tohoku–Oki earthquake. Nat Commun 14, 3260 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-38970-z

自然资源部第二海洋研究所海底地形地貌团队王明伟助理研究员作为第一作者、吴自银研究员作为通讯作者撰写的关于浅海古河谷区混合底质声学分类的研究新成果发表于国际地学著名期刊IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing（一区Top），合作作者包括张凯、赵荻能、周洁琼、罗孝文、尚继宏、刘洋、孙恺等团队成员。

河口三角洲、古河谷等浅水区上接流域腹地，下连广海，是海陆相互作用的典型区域。其不仅受到潮汐、潮流、地形演变和古气候环境等复杂自然因素的作用，还受到人类活动的影响。对该区海底底质的分类研究有助于进一步解释其地貌演化规律及形成机制。然而，受到多期次海进海退的影响，该区沉积环境复杂，形成了互沉积等特殊的沉积构造，其中，不仅包括砂、砾石等单一的底质类型，还包括泥质砂、砾质砂和砾质泥质砂等混合底质类型。现有海底声学底质分类研究多集中在均质底质环境，而对复杂混合底质环境的相关研究则较少。如何深入挖掘其内在特征，有效分类浅海混合底质，是尚未得到解决的重要科技问题。

本文以英国苏格兰福斯湾外海的古河谷区为研究区域，深入分析了高分辨率的多波束测深数据、反向散射强度数据和底质取样数据等，识别了三类典型海底底质（砂、砾质砂和砾质泥质砂），提取并综合分析了该区的地形特征及声强特征，发现海底底质的分布规律与地形特征变化关系紧密。

本文提出一种选择性核混合膨胀卷积方法（Selective Kernel Hybrid Dilated ResNet-50, SKHD-ResNet-50），综合选择性核卷积与混合膨胀卷积的优势，并得益于迁移卷积神经网络模型在小样本底质分类和复杂地形方面的改进性能，可以更准确、有效地区分浅海混合底质类型。

实验表明，本文所提方法应用于研究区取得了较好的分类效果。当综合考虑声强特征与地形特征时，分类精度相比仅考虑单一特征分别提高了3.10%和2.13%。从反向散射强度图像中提取的声学特征可以反映海底底质的沉积特性，在底质分类研究中，海底浅表层及空间结构特征也是影响底质分布规律的重要因素。不同类型海底底质在各种因素协同作用下，可能呈现离散或混合等不同的分布形式。因此，考虑海底地形特征可以定量反映地形变化对底质分类结果的影响。上述研究为浅海古河谷区沉积环境的形成提供了有益启示。

该研究成果受到国家自然科学基金重点项目（41830540）、国家重点研发计划（2022YFC2806600）和所专项（JG2203）的共同资助。

论文引用：Wang, M.W., Wu, Z.Y.*, Zhang, K., Zhao, D.N., Zhou, J.Q., Luo, X.W., Shang, J.H., Liu, Y., Sun, K., 2023. Mixed Seabed Sediment Classification Based on Transferred Convolutional Neural Network: A Case Study in the Ancient River Valley. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Early Access.