江苏弶港盐沼风车河潮沟地貌与动力演化

联合国环境署(1990)在题为“海相环境的状况”的报告中指出,世界人口约一半集中在海岸地区,因而这些地区人口压力巨大,同时受到污染、风暴潮、地面沉降的威胁,以及高地灌溉水资源枯竭的影响;在低地海岸、河滩和湿地,海平面的上升将会给沿岸城市的工农业生产及人民生活带来极其严重的后果。而盐沼-潮沟体系则是淤泥质海岸缓冲、削减波浪-潮流能量的重要地貌系统,对海岸的保护起着至关重要的作用。潮沟常常贯穿盐沼与泥坪(或沙坪),成为沟通盐沼-泥坪体系物质能量交换的纽带;在淤涨型淤泥质海岸上,细颗粒泥沙被涨潮流沿潮沟输送到盐沼上,结果使盐沼不断向海淤进。而当海平面上升时,盐沼-潮沟系统功能又发生改变,成为削减潮汐能量的“装置”。Pethick(1980,1992)研究了英国Norfolk盐沼潮沟水流的特征,并提出了流速的预报模型;Healey等(1981)在观测中发现了一些与模型不符的情况。本文从地貌和动力方面研究了江苏淤泥质海岸弶港盐沼风车河潮沟的地貌演变与动力演化的关系,以及水动力与地貌因素之间的相互响应机制。     

风暴潮与盐沼相互作用研究进展

文章对沿海风暴和盐沼之间动态相互作用的研究所取得的进展进行了综述。包括:极端水位和风浪在盐沼区域的耗散,风暴对盐沼的地貌影响,沉积记录对风暴潮和沉积物的保留,以及海平面上升对盐沼长期存活的重要性。盐沼能够有效地消散波浪能和风暴增水,特别是当沼泽植被较高并且连续时。地貌形态学观点认为盐沼通常能够抵御风暴而不会崩溃,风暴只会造成长期盐沼侵蚀的一小部分。风暴作用的结果可能影响盐沼系统在随后的暴风雨期间对正常天气条件的响应。     

基于无人机SfM摄影测量的海岸盐沼前缘形态变化研究

海岸盐沼前缘作为盐沼和光滩间的过渡带,在垂向剖面上呈现光滑、过渡、陡坎3种地貌类型,在平面岸线上也展现出不同的曲直特征。受到自然过程和人类活动的影响,盐沼前缘这一高度动态的生物地貌系统变化迅速,而高分辨率观测数据的缺乏使得这种变化难以得到充分认识。无人机SfM（Structure from Motion）摄影测量具有高分辨率、非侵入、可重复和低成本的优点,为解决上述问题提供可能。我们在江苏省盐城市大丰区海岸盐沼开展两次无人机调查,获取厘米级分辨率正射影像和地形数据。在高精度数据支持下,成功确定盐沼前缘位置,划分前缘类型,并定量刻画地形变化。研究发现：光滑和陡坎前缘占优势,形态稳定;光滑前缘平面轮廓复杂,后退速率小,过渡和陡坎前缘轮廓平直,后退明显;过渡前缘地形变化剧烈,向陡坎前缘转变。这项工作证明无人机SfM摄影测量适用于高效精准量化盐沼前缘形态,为认识盐沼前缘形态演化过程提供新视角。     

崇明岛南侧盐沼潮滩消能状态研究

沿海盐沼潮滩可以有效降低波浪高度,耗散波浪能量,在海岸防护和沿海城市安全中扮演着重要角色。以长江河口崇明岛南侧盐沼潮滩为对象,基于不同潮间带实测波浪变化数据,采用波能衰减模型对波浪横向沿潮滩衰减状态进行定量分析,由此探讨波浪衰减主控要素。结果表明:波浪沿盐沼潮滩向岸传播过程中,波高以及波能大幅下降,其中光滩—芦苇前部区域波能平均下降19%,芦苇区域波能平均下降71%,有植被覆盖区域对波浪的衰减效应更为显著。同时,水深、入射波高及阻力是影响盐沼潮滩波浪衰减的主要因素,波浪衰减强度随水深增大而减小,入射波高增加以及阻力的增大而增强。     

基于无人机遥感的潮沟分异与植被及地形关系研究

潮沟作为陆海之间的重要物质、能量、信息交换通道,其发育情况将决定潮滩上植被群落生长和演替的方向,同时植被的生长也将影响潮沟的发育和地形的演变。为了研究江苏盐城滨海湿地潮滩植被类型分布和其对潮沟发育的影响,在无人机技术支持下,通过反演潮滩地形高程模型和提取植被信息,对条子泥南部潮滩进行了观测。结果表明：（1）随着互花米草群落的扩张,潮滩原有盐沼植被群落出现了斑块萎缩的现象;（2）随着潮沟向内陆延伸,其沟底逐渐被互花米草占据,互花米草呈现明显的沿潮沟分布;（3）潮沟两侧有沿岸堤出现,互花米草对潮沟及附近滩面的地形有抬升的作用。由此可以看出,潮沟的发育将加速互花米草的入侵,且其入侵可改变潮滩原有地形和植被类型组成。这有利于进一步认识潮沟在潮滩上发育时是如何影响植被种群分布状况,并展现了植被分布对于潮沟发育的反作用,为当地互花米草的治理和无人机技术在其中的运用提供一定参考意见。     

互花米草入侵对盐城淤泥质潮滩湿地潮沟系统影响研究

潮沟既是滨海湿地特有的地貌因子,也是输送水分与盐分的重要通道,对植被的生长与空间分布有重要的影响。为探究互花米草入侵对盐城滨海湿地潮沟系统演变的影响,本文利用遥感与地理信息系统（Geographic Information System,GIS）技术,分析了1989年至2020年江苏盐城典型淤泥质潮滩湿地互花米草沼泽时空变化过程与潮沟系统演变特征。研究结果表明：(1)互花米草扩张经历了入侵初期的斑块阶段、中期连续带状分布阶段及现状阶段过程,入侵影响的景观类型也从光滩转变为碱蓬沼泽;(2)互花米草入侵过程对潮沟系统产生的影响主要表现为潮沟平均宽度与长度减小、互花米草内潮沟的数量与分支增多;(3)潮沟系统的变化与互花米草的平均面积、平均周长等存在较大的相关性,表明互花米草的入侵是潮沟系统变化的重要影响因素。     

基于卫星遥感的潮滩植被、高程、潮沟空间关系探讨-以崇明东滩为例

The analysis of vegetation-environment relationships has always been a study hotspot in ecology. A number of biotic, hydrologic and edaphic factors have great influence on the distribution of macrophytes within salt marsh.Since the exotic species Spartina alterniflora(S. alterniflora) was introduced in 1995, a rapid expansion has occurred at Chongming Dongtan Nature Reserve(CDNR) in the Changjiang(Yangtze) River Estuary, China.Several important vegetation-environment factors including soil elevation, tidal channels density(TCD),vegetation classification and fractional vegetation cover(FVC) were extracted by remote sensing method combined with field measurement. To ignore the details in interaction between biological and physical process,the relationship between them was discussed at a large scale of the whole saltmarsh. The results showed that Scirpus mariqueter(S. mariqueter) can endure the greatest elevation variance with 0.33 m throughout the marsh in CDNR. But it is dominant in the area less than 2.5 m with the occurrence frequency reaching 98%. S. alterniflora has usually been found on the most elevated soils higher than 3.5 m but has a narrow spatial distribution. The rapid decrease of S. mariqueter can be explained by stronger competitive capacity of S. alterniflora on the high tidal flat. FVC increases with elevation which shows significant correlation with elevation(r=0.30, p0.001). But the frequency distribution of FVC indicates that vegetation is not well developed on both elevated banks near tidal channels from the whole scale mainly due to tidal channel lateral swing and human activities. The significant negative correlation(r=–0.20, p0.001) was found between FVC and TCD, which shows vegetation is restricted to grow in higher TCD area corresponding to lower elevation mainly occupied by S. mariqueter communities. The maximum occurrence frequency of this species reaches to 97% at the salt marsh with TCD more than 8 m/m2.     

潮沟系统水沙输运研究——以长江口崇明东滩为例

本研究以崇明东滩2015年4月实测潮间带水沙数据为基础,分析了潮沟、盐沼及光滩的水沙特征,重点研究了潮沟系统及邻近潮滩潮周期内悬沙通量情况。结果表明:（1）潮沟表层沉积物比潮滩细,二者平均中值粒径分别为21.7 μm和33.0 μm,悬沙粒径由海向陆逐渐变小;（2）大、小潮沟潮周期内潮流均以往复流为主,垂向平均流速分别为15.4 cm/s和34.6 cm/s;盐沼界和光滩则以旋转流为主,平均流速分别为11.3 cm/s和28.9 cm/s;（3）潮沟中的高悬沙浓度出现在涨潮初期,最大可达7.5 kg/m3,而潮滩高悬沙浓度则出现在潮落潮中期和高水位时刻;大、小潮沟和盐沼界站涨潮阶段平均悬沙浓度大于落潮阶段,光滩站则相反。潮沟悬沙主要来自邻近水域,而潮滩悬沙则与滩面表层沉积物密切相关;（4）潮沟在潮周期内净输沙方向均指向滩地,大潮沟潮周期单宽净输沙量可达4.0 t/m;盐沼界处垂直岸线和沿岸输沙强度相近,净输沙由海向陆,潮周期离岸输沙强度为1.0 t/m;光滩沿岸输沙强度远大于垂直岸线输沙,光滩净输沙由陆向海。研究揭示了潮间带潮沟系统的强供沙能力以及研究区域光滩冲蚀,盐沼植被带淤积的动力地貌过程。     

海岸系统演变长周期数值模拟研究进展

在人类活动日益频繁及海平面上升等自然环境变化的背景下,研究和预测海岸系统地貌演变正变得越来越重要。长周期数值模型是海岸系统演变研究的一种重要手段,近年来得到了迅速发展和广泛应用。介绍了海岸系统演变的长周期数值模型的计算原理、信息约减和地貌加速等关键技术、时空尺度及其验证方法。详细阐述了不同类型长周期模型在海岸系统演变的过程与机制和长期演变的数值模拟及预测人类活动和自然变化引起的海岸系统长期演变等方面的应用与最新进展,并对长周期模型的发展进行了讨论。     

大尺度海气相互作用中SST演变的数值模拟

本文研制了一个全球浅水耦合海气模式。模式海洋部分包含了关于海表温度的热力学方程;大气部分是球坐标下有地形的正压模式。大气受到来自海洋加热的强迫,驱动海洋的风应力与大气模式的风速成正比。以气候实时资料作初始场所做数值积分,结果显示西太平洋暖水地及赤道东太平洋冷舌的范围与形状能较正确模拟。海洋模式部分线性化与非线性化的对比试验,表明随时间增加,两者海温差异逐渐加大,且中、高纬的差异大于低纬。非线性项在中、高纬的作用不可忽视。混合参数试验指出预报的结果对参数的选择很敏感。     

淤泥质潮滩剖面冲淤演变数值模拟分析——以河北省沧州市为例

为全面剖析淤泥质潮滩变化规律及演变特征,运用修改后的输沙公式建立了淤泥质潮滩演变数值模型。经2000,2007年野外实测数据验证,表明该模型各参数设置准确,较真实地反演了滩涂剖面变化过程,可用于淤泥质潮滩的模拟计算。根据数值模型计算结果得出如下结论:1987-2010年河北省沧州市淤泥质潮滩坡度不断增大,但增长速率变化不大,为0.002×10-3。0 m等深线上部坡度逐渐变缓,年均降低0.021×10-3;下部坡度不断变陡,年均增长0.022×10-3。研究区潮滩未达平衡状态,其坡度将进一步变陡。该输沙模型及研究结论对淤泥质潮滩的保护具有重要的理论指导意义,为其科学开发管理提供实际参考依据。     

渤海主要分潮的模拟及地形演变对潮波影响的数值研究

基于FVCOM数值模式,利用1972年和2002年水深岸线数据,分别对渤海主要潮波系统进行模拟,研究了水深岸线变化对渤海主要分潮的影响。结果表明渤海地形演变会引起各分潮无潮点位置移动和振幅的改变,其中M2、S2分潮黄河口附近无潮点位置向东北方向迁移20km以上,且渤海湾湾顶振幅减弱,莱州湾内振幅增强;K1、O1分潮位于渤海海峡附近的无潮点亦向东北方向偏移,移动距离为10km左右,且渤海湾湾顶振幅明显减弱。在此基础上,本文通过敏感性数值实验,对导致黄河口外M2分潮无潮点位置移动的主要因素进行了初步分析。结果显示,在岸线不变的情况下,水深变化导致无潮点向东北方向迁移;而岸线变化导致无潮点向东南方向迁移。     

末次冰期最盛时期以来中国东部边缘海潮波系统演变过程的模拟研究

在系统地研究了中国东部边缘海区引潮力、入射潮波、科氏力、水下地形、海岸形态及磨擦作用等因素对区域潮波系统形成影响的基础上,确定了中国东部边缘海岸轮廓是区域潮波系统形成的主导因素,认为模拟末次冰期最盛时期以来中国东部边缘海区潮波系统的形成过程需要3个重要的控制性条件,即入射潮波、海岸线变迁过程和海面变化曲线。利用中国东部边缘海潮波系统与海岸演变模拟支持系统,对末次冰期最盛时期以来30个时期中国东部边缘海区潮波系统的形成与演变过程进行了模拟再现研究,系统地恢复了在不同的海面高程、不同的岸线形态条件下全日潮、半日潮潮汐分布特征。模拟结果显示,末次冰期最盛时期以来,12400aB.P.和7500aB.P.两个时间界限分别代表了旋转潮波系统－无潮点开始出现、中国东部边缘海潮波系统现代格局基本奠定这两个特征事件的发生时间,将中国东部边缘海潮波系统的演变过程划分为3个发展时期。     

三亚湾海岸动力演变的数值模拟研究

近年来,海岸侵蚀呈现不断加剧的趋势,给沿海地区经济社会的发展造成了极大危害。关于三亚湾海岸侵蚀过程及其动力学研究多停留在定性或半定量阶段。从海岸动力地貌学角度出发,基于沉积物迁移理论,利用数值模拟方法,定量研究了三亚湾海岸在波浪和潮流作用下的动力演变过程。计算结果重现了海水波浪的传播形态及动态特征:涨潮时,波高极值相对较大,水位随之升高,波动现象明显,波动形态复杂;落潮时,波高极值相对减小,水位也随之降低,海面相对较平静,波形态在离岸区域较单一,仅在近岸区域相对多样化。同时,数值模拟结果也很好地显示了三亚湾岸线附近的沉积或侵蚀过程特征:三亚湾西段海洋动力条件较强,沉积或侵蚀现象明显,沉积/侵蚀能力由三亚湾西段逐渐向东段减小。此外,以海洋动力学机制为基础,定量模拟了三亚湾海岸侵蚀与演变物理过程,为该地区海岸开发利用、海岸环境保护提供科学依据。     

木本植被覆盖岸坡上波浪爬升过程的数值模拟研究

近岸木本植物构成的生态缓冲带作为新型的海岸软防护结构,兼具功能性和生态友好性,在沿海工程建设中愈发受到关注,如何深入开展其防护效果的机理研究是目前亟待解决的问题。本文采用数值模拟方法,在N-S方程中分别考虑树枝和树干的拖曳力影响,提出了木本植被作用下波浪沿斜坡爬升的表面波衰减的连续介质等效模型,并采用MAC法来跟踪自由曲面上的水颗粒轨迹。本文以波浪沿1/30的斜坡爬升为算例,对比讨论了有无植被作用下波浪的传播过程,并将算例结果与以往试验结果规律进行对照,验证了数值模型的有效性。最后,分别讨论了植物枝干的高度、密度、树枝倾斜角度等植被特性和波浪因素对植被消浪效果的影响,得到植被消浪的基本规律。文中的计算结果也可为实际的护岸工程和生态景观设计提供参考。     

晚中新世C4植被扩张与大气二氧化碳分压的关系

大量陆地与海洋的地质记录证实了晚中新世C_4植被发生全球异步扩张,最早在10 Ma左右开始于非洲东部与西北部,随后8～6 Ma左右大范围传播至南亚、南非、北美等地区,最终C_4植被于上新世发生再次扩张,基本形成现今的生态格局。对于晚中新世C_4植被扩张的解释至今仍存在疑惑,主要围绕气候变化与CO_2展开争论。最新的大气二氧化碳分压(pCO_2)重建记录显示,大气CO_2浓度在晚中新世时期处于下降的趋势。综合考虑晚中新世C_4植被的扩张区域,地质记录重建的大气CO_2浓度与数值模拟实验中形成C_4植被扩张所需的大气CO_2浓度在数值上相吻合,突出了大气CO_2浓度变化对晚中新世C_4植被扩张的作用。由于现有的大气CO_2浓度重建记录的分辨率较低,不管是在趋势上还是数值上,其可靠性都有待商榷,未来应该专注于晚中新世可靠的高分辨率大气CO_2浓度记录的重建,这是解开晚中新世大气CO_2与C_4植被扩张关系的关键,对研究未来气候变化具有指导意义。     

T型防波堤与波浪相互作用数值研究

针对T型透空式防波堤,通过浪高仪采集防波堤前后不同位置波面变化曲线,使用声学多普勒流速仪(NDV)测量不同位置流速随时间的变化,并分析了其相位平均流速的分布。基于VOF法的二维波浪数值水槽,对规则波作用下T型防波堤附近的动力特性进行了计算,水槽模型试验结果和数值模拟结果对比表明,数值计算结果与实验值吻合较好。采用该模型进一步对T型防波堤附近波浪场、流线、紊动动能、紊动动能耗散率变化以及不同尺寸的防波堤消浪效果进行模拟计算,重点分析了入射波高、防波堤入水深度和防波堤宽度变化的影响。     

长江口年代际冲淤演变趋势预测与应对策略

受流域来水来沙条件变化及河口大型工程建设的综合影响,长江口呈现新的冲淤格局,为预测未来演变趋势,本研究基于前期研究中建立的长江口年代际冲淤演变预测模型(Delft3D),未来情景考虑不同来沙量条件和相对海平面上升速率。预测结果表明,到2035年长江口整体以冲刷为主,口内河段主槽和浅滩边缘冲刷较明显,仅高滩局部淤积;到2050年口内河段保持净冲刷状态,拦门沙地区在现状来沙量条件下略有淤积,但在极端低来沙量条件下转变为净冲刷状态,海平面上升对拦门沙地区冲刷具有一定抵消作用,但不会使冲淤状态产生本质改变。本研究分析认为,长江口局部区域未来冲淤趋势可能对河口综合治理与保护产生不利影响,针对新格局条件下的滩槽河势稳定、重要洲滩保护、重大工程安全评估、冲刷致灾研判以及海堤防护标准再评估等方面提出了对策建议,可为新时期长江口综合治理与可持续发展提供参考。