海平面上升—地质灾害研究不可忽视的领域

一、关于海平面上升趋势 据国际有关组织对全球数百个验潮站资料的分析计算,近百年来海平面平均以每年1～2mm的速度上升(我国约为1.5mm左右)。据专家估算今后50年内(至2050年),珠江三角洲地区海平面上升幅度50～60cm,长江三角洲地区海平面上升幅度为60～80cm,天津地区海平面上升幅度为70～90cm。从全国范围来看,海平面上升幅度大致在0.5～1m之间。     

中国沿岸海平面上升与海岸灾害

政府间气候变化专门委员会1995年气候变化评价报告指出,全球海平面在过去的100年里上升了18cm,预测全球海平面将加速上升,在2050年时上升20cm,2100年时上升49cm.根据近40多年的验潮资料分析,中国沿岸海平面上升速率为1.4～2.0mm/a,与全球上升速率一致。由于沿海许多地区的严重地面沉降,地壳垂直升降的不同,以及其它因素的影响,我国沿岸海平面的相对上升各不相同,严重地区的上升速率要大得多。海平面的加速上升必将使我国沿海大部地区的风暴潮等自然灾害更加严重。     

利用T/P海面高度数据校验验潮站地面升降的初步研究

利用TOPEX/Poseidon卫星1993—2001年的海面测高资料提取了上海和江苏临近海域这9年间的绝对海面变化信息，并与该区域6个验潮站的同时段潮位记录数据进行了对比分析。研究结果表明根据T/P海面高度数据提取的月均海面变化曲线与同海区验潮站测得的同期海面变化过程具有相当好的一致性和同步性，但是根据潮位序列得出的9年平均海面上升速率值均大于根据卫星资料得出的上升速率值。由于卫星测高数据是严格建立在地心坐标基础上的，因此二者的差异在很大程度上应与验潮站所在地点的地面沉降有关。值得注意的是经过地面沉降校正的上海吴淞验潮站数据得出的9年平均海面上升速率值仅比卫星测高结果大0. 43 mm/a，而江苏省射阳河口至三条巷之间5个未经地面沉降校正的验潮站得出海面上升速率与卫星测高结果之间的差值在0.95～3.01 cm/a之间，并呈向北递增趋势。这一对比结果反映该岸段近期的地面沉降速率可能有自南向北增大的趋势，其量值有可能达到年厘米量级。     

上海地区沿海岸线工程受相对海平面上升影响浅析

上海由于其特殊的经济环境和地理位置,受海平面上升的影响特别显著.据推测,到2050年,由于海平面上升和地表沉降造成上海地区相对海平面升高50～70cm,将对沿海岸线工程构成直接威胁;(1)由海平面上升引起的地下水位上升会使土体有效重度减少和地基承载力降低.(2)计算表明,当海平面上升使附近地区地下水位升至地表以下1.0m时,上海地区浅层砂土层抗液化能力最多可降低40%,另外部分不液化场地可变为液化场地.(3)当海平面上升0.5m时,风曝潮位将增加0.43m,不仅增加了对海堤自身安全的威胁,而且海堤防御能力将由百年一遇和50年一遇变为50年一遇和20年一遇.潮位升高也将降低入海河流的行洪能力,加剧洪涝灾害.     

中国近海潮汐变化对外海海平面上升的响应

针对外海海平面上升对中国沿海潮波系统和潮汐水位可能带来的影响,通过西北太平洋潮波数学模型对边界海平面上升后潮波变化进行了数值模拟。研究发现边界海平面上升后,在无潮点附近东侧迟角增加,西侧迟角减小;无潮点北侧振幅增加,南侧振幅减小;辽东湾、渤海湾顶、辽东半岛东海域、海州湾至鲁南沿海、苏北沿海、台湾海峡至浙东沿海和南海平均潮差增加,海平面上升0.90 m后潮差最大增幅达0.40 m;长江口、杭州湾至对马海峡、朝鲜西海岸和莱州湾海域潮差减小。随着海平面上升量值的增加,渤海、台湾海峡潮差变化速率相对稳定,黄海、东海和南海站位变化速率有所变动;平均高水位的变化趋势与潮差一致;潮差增加的区域,高水位抬升幅度超过边界海平面上升幅度。海平面上升引起的高水位超幅变化,增加了沿海地区对风暴潮和其他灾害防护的风险。     

全新世晚期南极乔治王岛菲尔德斯半岛的海平面变化

在考察南极菲尔德斯半岛自然地理特征的基础上 ,分析了半岛东侧阿德雷岛西部海拔18 0 0m的海岸阶地上苔藓泥炭层 (0～ 44cm)之沉积特征 ,分别测量了 5 5～ 8cm ,18～ 2 0cm ,36～38cm三个层段泥炭样品的14 C年龄为 :现代、(6 71± 2 0 )aBP、(32 6 5± 12 0 )aBP ,据此推算该苔藓泥炭底层形成的时间大约在 430 0aBP。分析了半岛西北部地质湾海滩沉积层中同种浅海底栖褐藻 (Ha lymeniasp )的14 C年龄 ,即 15～ 17cm和 92～ 95cm层中褐藻的14 C年龄分别为 (885± 70 )aBP、(144 0±75 )aBP ,现代褐藻14 C年龄为 (6 95± 70 )aBP。用不同时段褐藻14 C年龄内差法消除南极海源有机碳的14 C年龄老化问题 ;还分析了地质湾海拔 6 84m海岸阶地古湖相硅藻沉积层的14 C年龄为 (2 430±75 )aBP。从而建立了全新世晚期南极菲尔德斯半岛的海平面变化序列 :在 430 0～ 2 430aBP期间 ,区域海平面快速下降 ,其平均下降速率为 - 0 6 0cm·a-1;在 2 430～ 80 0aBP期间 ,区域海平面继续下降 ,其平均下降速率为 - 0 31cm·a-1;在 80 0～ 2 30aBP期间区域海平面开始缓慢上升 ,其平均上升速率为 0 14cm·a-1;近 2 30a来海平面上升进一步趋缓 ,其平均上升速率为 0 0 7cm·a-1。     

中国大型水库蓄水对近海相对海平面空间变化的影响

通过对我国大型水库蓄水的时空特征进行深入分析, 统计得到近60年来大型水库蓄水累积的库容量已达到697km3, 占全国所有水库库容量的83.3%及全球库容量的6.5%;而2000年以来的大型水库数量及蓄水量的变化有明显的加速, 库容量的变化率为16.7km3/a, 远高于1950年到2000年的4.9km3/a的增长率; 同时借助卫星重力(Gravity Recovery and Climate Experiment, GRACE)观测手段, 对2000年以后主要分布在长江流域以南地区的水库进行水储量估算, 结果显示GRACE仅能估算得到63%的水库变化量, 两者之间的差异可能反映了该地区地下水的长期变化. 结合大型水库的分布位置与库容量, 基于海平面变化方程计算得到了中国近海相对海平面的空间变化. 水库蓄水导致的渤海与东南沿海海域的相对海平面上升明显, 最大上升高度约为8mm; 而2000年以后的水库对海平面的影响主要集中在东南沿海, 其中南海海域较为突出, 上升高度约为2~3mm, 在此期间蓄水造成的近海不同验潮站位置的海平面增长速度在0.02~0.11mm/a之间变化.      

中国近海平均海面变化研究

本文在分析了中国沿海各长期验潮站年平均海面具有同升同降特点的基础上,应用方差分析方法求得年平均海面变化周期为5年、11年和19年.采用11年比较法,精选13个基本验潮站,和选择接近11年平均海面差值中数的时间段,求得中国近海近期(30余年)年平均海面上升速度为1.6±0.3mm/年.该结果与国内外大多数学者研究结果相一致,但方法简单易行.     

压实作用下广西典型红树林区沉积速率及海平面上升对红树林迁移效应的制衡

气候变化造成的海平面上升是迫使红树林向陆迁移的主要驱动力, 而其自身通过捕沙促淤不同程度的减缓了海平面上升速率的影响。基于广西典型红树林区8根短柱的210Pb测年和含水率分析, 以考虑/未考虑沉积物压实作用为研究情景, 通过对比研究红树林区潮滩地表高程抬升速率和相对海平面上升速率的大小关系, 揭示当前海平面上升对广西红树林向陆/向海迁移的驱动机制。研究发现:未考虑压实作用下的沉积速率约是考虑压实作用下沉积速率的1.00~1.34倍(平均1.12倍), 压实作用明显;压实沉积速率介于0.16~0.78 cm/a, 其底层压实沉积速率与潮滩地表高程抬升速率相等。压实作用下, 英罗湾和丹兜海红树林区的地表高程抬升速率小于相对海平面上升速率;与未考虑压实作用得到的结论相悖。由于广西红树林海岸大都建有防波堤, 限制了红树林向陆的迁移;表明英罗湾和丹兜海的红树林正面临海平面上升的威胁。压实作用校正与否对地表高程抬升速率与相对海平面上升速率相当的区域尤为重要。     

珠江三角洲西部中更新世以来的海陆变迁

距今（56～18）万a的白坭组,代表珠江三角洲西部中更新世早期的河流冲积平原和溺谷海湾沉积,而珠江三角洲滨海平原的形成则始于距今（4．25～3）万a的石排组沉积时期;距今（2．95～1．9）万a间沉积的西南镇组,代表珠江三角洲晚更新世中晚期的海进;形成于距今（1．8～1．2）万a间的三角组代表珠江三角洲海退期形成的古风化壳;从杏坛组一横栏组一万顷沙组一灯笼沙组的沉积,代表全新世全球冰盖消融后珠江三角洲地域海平面上升的海陆变迁史。     

珠江三角洲近年地形不均匀变化对洪季水动力特征的影响

为探明在新水沙条件和人类活动的影响下珠江三角洲河网地形变化与洪季水动力特征变化之间的关系,以1999-2008年为研究时段,基于1999年地形建立一维河网数学模型,复演珠江三角洲地区"08·6"洪水,并与"08·6"实测资料进行对比,分析河网地形变化对洪季水动力特征的影响。结果表明:①珠江三角洲河网地形整体下切加强了河道行洪能力,在遭遇洪峰30年一遇的"08·6"洪水时洪水位整体下降,三角洲顶部马口站洪水位最大降幅达到0.9 m;②河网内潮差和潮汐传播速度增大,潮区界上移至马口、三水以上;③西江河网地形下切幅度大于北江河网,地形不均匀下切导致河网节点分流比改变,西江河网洪水期分流增加2%,马口站和天河站洪峰流量增幅分别接近1 500 m^3/s和1 000 m^3/s;④西江马口站分流比随上游洪水流量增大而减小的趋势没有改变,但地形不均匀下切导致其变化梯度增大。珠江三角洲近年地形的不均匀下切,是近年珠江三角洲河网地区,特别是河网腹地洪水灾害有所减轻的主要原因之一。     

基于卫星高度计的全球大洋潮汐模式的准确度评估

依据152个深海验潮站与大洋岛屿地面验潮站观测得到的8个主要分潮(M2、S2、K1、O1、N2、K2、P1及Q1)调和常数,对现有7个全球大洋潮汐模式的准确度进行了检验,结果显示各模式在深海大洋区域均达到了比较高的准确度:M2分潮的潮高均方根偏差在1.0～1.3cm之间;8个分潮的和方根偏差在2.1～2.3cm之间,与早期的模式相比,准确度又有了进一步提高。还依据中国近海18个岛屿的调和常数对其中的5个大洋潮汐模式的准确度进行了检验,结果表明,M2分潮均方根偏差在4.4～10cm,明显高于大洋的均方根偏差。其中日本国家天文台的潮汐模式NAO99在中国近海的结果相对较准确。     

应对海平面上升与地面沉降迭加引发的地质灾害与生态环境问题

海平面上升已引起各国政府和科技界的高度关注。预计未来30年,浙江沿海海平面将比2009年升高88~140 mm。海平面上升与浙江沿海平原地面沉降迭加将进一步恶化地质与生态系统,引发许多灾害问题,制约沿海区域经济社会的可持续发展。本文主要就如何应对海平面上升与地面沉降迭加引发的地质灾害链与生态环境问题进行了探讨,认为要从地球系统科学角度,重视对陆-海相互作用机制与生态环境效应的研究,着手考虑建立陆海(包括入海河流)统筹的海岸带地质与生态环境监测评价系统。     

格陵兰岛冰盖消融时空特征(2003~2015年)及其对海平面上升的贡献

研究格陵兰冰盖（GrIS）质量变化异常速率可以帮助了解异常气候事件驱动海平面变化的机制.聚焦于2010~2012年GrIS质量变化的异常速率,及其对海平面指纹（SLF）和相对海平面（RSL）变化的贡献.通过联合2003~2015年GRACE月重力场数据和表面质量平衡（SMB）数据,采用mascon拟合法及网格尺度因子恢复泄漏,获得了6个流域的质量变化时空分布.基于海平面变化方程（SLE）并考虑负荷自吸引效应估算了SLF的空间分布.结果表明,2003~2015年间GrIS总质量变化速率分别为-288±7 Gt/a及-275±1 Gt/a;而在2010~2012年间速率相应地增加至-456±30 Gt/a及-464±38 Gt/a,该时期格陵兰西北海岸及东南沿海地区呈现出大量冰盖融化,其对海平面的贡献变化呈现倒“V”型（即先升后降）,而全球平均海平面变化呈现出明显的正“V”型（即先降后升）.另外,GrIS融化对海平面的贡献约为31%,造成全球平均RSL增加了0.07 cm/a,而对斯堪的纳维亚及北欧地区的RSL贡献为-0.6 cm/a,GrIS融化造成的远海地区RSL上升速率比全球平均RSL速率高近30%.      

利用盐沼泥炭重建长江三角洲北部全新世中期海平面

根据对长江三角洲北部海安地区4个钻孔标志性沉积物(潮上带盐沼泥炭、高潮滩沉积)的年龄测定和高程测量,以及沉积物压实沉降量的分析研究,重建了本研究区全新世中期8.1～7.3 cal kyr BP和5.6～5.4 cal kyr BP的相对海平面位置。结果显示,8.1～7.3 cal kyr BP海平面缓慢上升1.46m,上升速率仅为0.2cm/yr, 与三角洲南部全新世早期海平面的快速上升(2cm/yr)形成鲜明对比,验证了冰盖控制下的全球海平面阶段性波动上升模式。对比长江三角洲地区海平面曲线发现,三角洲北部海平面曲线较南部低5～6m,长江三角洲海平面曲线与世界各地海平面曲线也存在明显差异,分析认为主要是由长江口地区的差异性沉降和中国东部边缘海的水均衡作用两个因素引起的。     

特大洪水日地水文学长期预测

对于大江大河重现期为 5 0 10 0a的因暴雨产生的特大洪水 ,要提前 0 5a作出确定性预测和最大洪峰流量预报 ,国内外学者一般认为 ,由于缺乏相应的预测理论和方法 ,实际上不可能。笔者积40a的研究 ,在所创建的日地水文学理论和大洪水长期预测方法多次应用成功的基础上 ,对于 1998年长江特大洪水 ,先提前 10a作出初步预测 ,临期又提前 0 5a作出定性和定量预报。其依据是太阳活动、西太平洋海温下降、印度洋海温异常上升、东南非经南亚至中国西南气流异常降雨降雪、长江下游南侧特别是闽浙赣相邻地区前冬暴雨洪水 ,以及长江中游 133a来枯水季 1月破纪录罕见特高水位等一系列日地水文物理的新发现和先兆分析。经过和 1870年、195 4年、1931年等多次特大洪水的比较研究 ,从初步预测逐步深入 ,结果求得确定性预测。最后再根据上一次 2 2a周期性大洪水 ,按照日地水文相似模型 ,以太阳活动相对增量为参变量 ,建立最大洪峰流量预报公式 ,从而计算求得为80 0 0 0m3 /s。经 1998年 1月下旬提出预报 ,1998年 7月、8月已获得完全证实。在中国和全球大河中 ,80 0 0 0m3 /s特大洪水的成功长期预测 ,这是第一次。在洪水物理和定量预报上获得突破。     

1962-2007年广东干湿时空变化特征分析

利用广东省74个气象站点1962-2007年的月降水与气温数据,计算多时间尺度的标准化蒸散发指数,采用旋转经验正交函数(REOF)、Mann-Kendall趋势检验和小波分析等方法分析广东近50年来的干湿时空变化特征。研究结果表明:① 广东20世纪70年代以来干旱发生事件随时间持续增多,空间范围扩展;② 根据REOF时空分解的前6个空间模态,可以将广东划分成6个干湿特征区域,分别位于珠江三角洲、韩江流域及东江流域上游、西江流域及北江中下游流域、粤东沿海区域、北江上游区域和粤西沿海区域;③ 广东干湿发展具有明显的东西部差异性,其中西江流域和北江中下游流域、雷州半岛为主的粤西沿海流域存在着显著的干旱趋势;④ 6个分区干湿变化普遍具有2~8年的振荡周期,但最强振荡周期有所差别。     

新疆河流洪水与洪灾的变化趋势

在西北气候由暖干转向暖湿的过程中,新疆河流的洪水和洪灾反映明显.对新疆29条河流选取年最大洪水,统计出超标准洪水、20a一遇、50a一遇洪水的出现频次进行分析,结果显示1987年后洪水量级、洪水频次呈增加的变化趋势.通过20世纪90年代以来灾害性洪水出现的频次、灾害损失的变化比较分析,90年代以来灾害性洪水尤其是灾害性暴雨洪水和突发性洪水呈现增加的态势,1987—2000年的灾害损失与1950—1986年相比增加了30倍.     

岷县“8·10”暴雨洪水调查分析

在收集和调查岷县“8·10”暴雨洪水资料的基础上,分析了此次暴雨洪水成因及特性,探寻暴雨洪水演进规律,提出了防治对策,为今后水旱灾害防御和灾后重建提供技术支持。结果表明：此次暴雨高度集中,强度大、持续时间长、范围广、突发性强,3 h降水量约为100 a一遇;洪水陡涨陡落、洪峰流量大,主要沟道洪峰流量重现期在35～100 a一遇。     

广东全新世海平面重建与冰川均衡调整模型结果的比较

中国广东沿岸作为一个冰川均衡调整(GIA)“远场”地区,按照水动型均衡理论,应存在全新世中期高海平面.本文通过海平面标志物重建了广东古海平面的历史,结果显示出在粤东、粤西与珠江三角洲的海平面历史存在明显的差异.若将海平面历史与GIA模型结果对比,可以看出广东沿岸在全新世以来具有微小的区域性地壳沉降.这种大区域的沉降可归因于华南陆块向南延伸所引起.此外,粤西雷州半岛因新构造运动,于全新世早中期有轻微抬升.珠江三角洲盆地则因断裂构造沉降和沉积物压实作用,重建的中全新世海平面明显低于GIA结果.