我国陆架泥质区沉积动力数值模拟研究进展

数值模拟技术可以突破时空限制,是研究沉积动力过程的重要手段。近几十年来,借助数值模式对我国陆架泥质区成因和演化进行了研究,包括泥质区形成的动力机制、沉积速率计算、沉积物的输运和堆积过程、古沉积环境反演等方面。在未来的研究中,仍需从地球系统科学的视角,在改进数值模型,提高沉积动力过程数值模拟技术的基础上,建立陆架大区域、多动力因素耦合数值模型,并开展古今沉积环境数值模拟,探索泥质区形成、演化的时空过程,并探讨陆架海沉积体系相互作用等。     

孟加拉扇沉积作用与古气候研究进展

"气候-构造-沉积"耦合问题是全球变化研究的重要内容,孟加拉深海扇作为世界第一大浊积扇,沉积物主要来自喜马拉雅山及青藏高原的侵蚀物质,且处于亚洲两大季风区之一的印度季风区,是研究三者相互关系的天然实验室。通过总结该区前人研究成果,对孟加拉扇沉积作用与古气候研究现状进行了综述,提出了该区尚存争议的主要科学问题并展望了今后的研究方向。研究认为,除来自喜马拉雅山和青藏高原的物质外,孟加拉扇还受到印度、东南亚大陆等源区的影响,另外还有少量生物沉积和火山来源物质等。孟加拉扇沉积物以细粒物质为主,扇体表面遍布浊流通道。浊流和等深流是孟加拉扇主要的沉积动力机制。目前对孟加拉扇扇体沉积模式及其在青藏高原隆升、孟加拉扇"源-汇"过程、"气候-构造-沉积"耦合研究中的作用仍存在不同见解,尚需更加深入的研究。     

海沟沉积物研究进展

俯冲的大洋板块在自身的重力以及上覆板块的挤压下,下潜时牵引洋底向下倾伏,从而形成了深邃的海沟。板块及其所携带的沉积物在这里俯冲到地幔深处,构成了全球物质循环的重要部分。海沟地处极端环境,海沟沉积物的沉积作用不同于陆架和浅海地区,其物源和水动力基本控制了沉积模式,但海沟沉积物的物源、沉积环境和沉积机理则更为复杂。海沟沉积物受控于各种类型的构造运动,包括由上覆板块刮削下来的深海沉积物和洋壳碎片堆积而成的沉积增生楔;由海沟重力滑塌、地震等因素引发的浊流沉积;以及由火山活动带来的火山物质等。同时,海沟沉积物也受控于海沟逐渐形成过程中和形成后的各种沉积作用,例如生物化学沉积和漏斗效应。由于海沟沉积物的沉积过程受到漏斗效应的影响,使得海沟沉积一般比深海盆地堆积速度更快,堆积厚度也更大,但在海沟的不同位置或不同海沟之间,堆积厚度也会有所不同。海沟的这些沉积机理和沉积过程的差异,影响了海沟沉积物的性质,包括沉积物粒度、矿物、生物等都有所差异。文章根据海沟以上的沉积特点,分析了不同海沟之间和同一海沟内部海沟沉积厚度以及沉积物的粒度特征、矿物组成和生物特征的差异,并总结了海沟重力滑塌、浊流沉积、火山活动、生物化学沉积、漏斗效应这五种海沟沉积机理对海沟沉积物沉积过程的影响。文章最后展望了海沟沉积物的研究热点,希望在此基础上促进海沟沉积物的进一步研究。     

末次盛冰期以来青藏高原-孟加拉湾“源-汇”系统研究进展

近20年来,国际上对末次盛冰期以来青藏高原-孟加拉湾“源-汇”系统的研究取得了重要进展。为及时跟踪研究前沿,并进一步为地球系统科学思想指导下东北印度洋源汇过程研究提供新思路,本文按照从源到汇的思路,从流域风化侵蚀、海洋沉积物来源、沉积模式、源汇系统响应等几个方面总结了目前国内外最新研究进展,并指出了未来的主要突破方向。概括起来,主要取得如下认识：恒河-布拉马普特拉河流域尺度的物理侵蚀过程主要受控于季风气候变化,而化学风化过程与季风气候关系复杂,温度、降水、植被和冰川等因子在特定时期均可能起着重要的控制作用。孟加拉湾沉积物主要来自周边河流输入的流域风化产物,以恒河-布拉马普特拉河输入的青藏高原物质为主,同时也有部分来自印度半岛和缅甸的物质;末次盛冰期以来青藏高原源区物质贡献占据绝对优势（>70%）,且整体变化不大,但各物源端元贡献比例在千年尺度上出现明显波动变化。孟加拉湾陆架发育典型的风暴控制型三角洲-陆架沉积,而底层浊流和表层环流作为孟加拉湾最重要的两个输运动力,对孟加拉湾深海扇沉积物组成和分布起着重要的控制作用。总体看来,末次盛冰期以来青藏高原-孟加拉湾“源-汇”系统演化主要受...     

强潮海滩响应威马逊台风作用动力沉积过程研究——以北海银滩为例

研究台风影响下的海滩沉积过程不仅可加深极端海况下的海滩冲淤变化理解,而且有利于海滩资源的保护与海岸工程保护。以强潮海滩——北海银滩为例,通过采集北部湾海区1409号威马逊超强台风作用前后的沉积物、剖面高程及水文资料,探讨强潮海滩的动力沉积过程。结果表明:1)台风作用前后的海滩沙丘-滩肩-沙坝体系的地貌状态基本不变,其中沉积物组分均为砂,细砂、极细砂和中砂三组分平均含量占所有组分的95%以上;与台风作用前比较,台风后的地貌在维持先前形态的条件下,发生局部侵蚀和后退,沉积物相对变粗且细砂含量增加了10%。2)台风作用后后滨沙丘侵蚀,且沉积物滚动组分增加;冲流带和滩肩前缘沉积物的搬运由双跳跃转为单一的跳跃形式。3)台风作用前后的海滩沉积物主要变化过程可由两个模态表征,其中主要模式反映了台风作用前后的海滩以细砂为主的动力沉积变化特征,该模式受控于区域波浪和潮汐的长期耦合作用,并以波浪为主导因素。台风作用前的次要模式反映潮汐作用控制下的海滩沉积横向振荡特征;台风作用后的次要模式表征了台风影响下的海滩横向沉积物偏粗、冲流带-低潮带振荡及其沉积分异过程。     

风暴引发的海底沉积物流起源过程

风暴或台风或飓风天气下,强烈波浪作用掀起海底沉积物进入运动状态,引发海底沉积物流,使沉积物向海底峡谷流动,进而进入深海沉积。在陆架近岸区,对于风暴作用下沉积物流的起源过程,还缺少系统描述。本文将台风或飓风条件统称到风暴条件,由此条件作用所引发的沉积物流称为风暴沉积物流,考虑风暴沉积物流的沉积物来源机制为海岸侵蚀、海底液化、河流输入,探讨给出风暴引发的海底沉积物流起源过程模式,同时也指出考虑起源过程的海底沉积物流类型的可能变化。本文所给出的风暴沉积物流起源过程模式,可为浊流及其沉积的研究提供沉积物源区过程的参考。     

海洋沉积有机物质的降解及其模式

作为长期碳汇,海洋沉积物中埋藏的大量有机碳对全球碳循环和气候变化有重要影响。有机碳从海洋输出到沉积物中后,在沉积物中还要经历有氧降解和无氧降解。有机物降解是一个十分复杂的过程,影响这一过程的因素有很多,包括有机物本身的分子结构和组成种类;氧化还原状态;有机物所附着的基质;温度、压力、盐度等物理环境因素以及生物因素。研究沉积有机碳的含量及埋藏量变化首先需要校正降解对沉积有机碳含量的影响。降解模式是定量估算降解对沉积有机碳的影响的一个主要手段。在前人的研究基础上,讨论了影响沉积有机碳降解的因素,对降解模式的研究进展和应用进行了综述,提出了未来降解模式的发展中存在的问题。     

福建和粤东近岸海域沉积物中PAHs的含量分布特征及来源分析

2007年11-12月采集福建和粤东近岸海域的沉积物样品,对沉积物中的PAHs含量、组成进行研究,分析了研究海域沉积环境中PAHs的分布特征、来源,并利用Long等人建立的评价模式对PAHs的生态风险进行了评价.研究结果为深入研究海域沉积环境中PAHs的地球化学行为提供了科学依据.结果表明：研究海域PAHs的含量范围为52.93-398.50 ng/g,平均值为170.30 ng/g,研究发现闽江径流是影响海区沉积物中PAHs含量分布的重要因素之一.通过不同环数PAHs的相对丰度和异构体比值分析,对研究海区沉积物中PAHs进行了溯源分析,发现厦门以北海域沉积物中的PAHs主要来自化石燃料燃烧,而厦门以南海域则主要来源于石油污染.生态风险评价结果显示,研究海域PAHs对生物体极少产生负面生态效应,潜在生态风险很小.     

海水养殖环境碳汇机制分析

中国拥有世界最大的水产养殖产业,基于广阔的海水养殖环境,深入挖掘水体和沉积碳汇资源种类,系统开发增汇技术体系,对发展低碳经济和实现碳中和目标具有重要意义。文章从渔业碳汇切入,阐述了养殖环境中包括生物体、微型生物介导的水体和沉积等主要碳汇资源的形成过程机制与耦合关系,旨在系统挖掘中国特色碳汇资源并完善增汇技术体系,为“双碳”目标提供海洋科技支撑。     

厦门杏林湾现代沉积速率及其影响因素研究

堆积在湖泊、港湾的沉积物保留了沉积物来源及人类活动影响的信息,通过对沉积物和区域自然、社会经济环境的研究可以了解自然过程及人类活动对环境变化的影响,作出环境变化的预测[1],为区域生态、环境保护和改善以及区域经济建设决策提供科学依据.铅-210具有特定的核性质(衰变类型、半衰期、衰变能量等)和地球化学行为[2],是百年时间尺度沉积物纪年的良好示踪剂[3~4],已被广泛应用于湖泊、海湾及河口等工业革命以来沉积过程的研究,并反映出较好的计年结果[5~13].本文利用铅-210对厦门杏林湾现代沉积速率进行了研究,并对比了不同时期的地形图,同时结合区域历史沿革来探讨其影响因素.     

北黄海沉积速率及其沉积通量

黄海大陆架沉积物多来自黄河的输入,区域性环流模式控制着这些沉积物的输送过程。目前对浅海陆架沉积物沉积过程和沉积环境的研究很少,尤其是北黄海沉积物的堆积过程和沉积通量。我们对9个沉积岩心进行了210Pb分析测定,绘制了210Pb活度的垂直分布图,并计算了沉积通量,北黄海沉积通量为0 06～1 18g/(cm2·a),北黄海中部泥质区沉积通量低于0 33g/(cm2·a)。大多数的210Pb垂直分布呈两层分布模式,不同的垂直分布反映了水动力和沉积过程的时空变化。为了评价北黄海的物源和沉积环境,测定了10个表层沉积物样品的化学元素含量,测定结果表明北黄海泥质区沉积物是多源沉积,但其主要来源还是黄河的输入。     

对虾高位池精养和生态养殖模式下沉积物中碳、氮元素变化及对底栖细菌的影响

本文采用原位生态学研究方法分析两种较为典型的对虾养殖模式—高位池精养模式和生态养殖模式沉积物中碳、氮元素的变化和其对底栖细菌的影响.结果表明:(1)在两种养殖模式下沉积物中碳元素含量都是呈上升趋势,高位池精养模式中C∶N值呈下降趋势,而生态养殖模式中C∶N值则呈上升趋势.(2)底栖细菌的呼吸量及其生物量变化呈显著正相关.单位生物量的底栖细菌代谢力变化和沉积物中C∶N值有关.在高位池精养模式中,沉积物C∶N值较高(＞16.59),单位生物量底栖细菌代谢力保持恒定;在生态养殖模式中,沉积物C∶N值较低(＜15.58),单位生物量底栖细菌代谢力随C∶N值的上升而增加.     

波浪-海流-微地形耦合的沉积动力模式建立及应用

沙纹微地形普遍存在于海底,沙纹的消长能改变底部应力进而影响泥沙的运移。以往研究较多侧重于波致沙纹,并已应用于波浪模式的底摩擦计算,而较少考虑波流联合效应产生的沙纹,也未将其应用于综合的水动力模式和沉积物输运模式。本文在POM水动力模式中嵌入新南威尔士大学泥沙模式,通过耦合波流共同作用的微地形模型与波流相互作用底边界层模型,发展了波浪-海流-微地形（沙纹）耦合的沉积动力模式。本文将该模式应用于澳大利亚Jervis湾,针对波主导和波流联合主导沙纹两种类型,分别进行了沙纹发展状态、几何形态的分布及悬浮泥沙的模拟。结果表明:波致沙纹比波流联合作用的沙波具有更大的波高和波长,因此当波主导时沙纹对悬浮泥沙起着关键作用。通过考虑随沙纹变化的粗糙度,相比于以往模式设置均一的粗糙度,该模型能对悬浮物浓度的骤升过程进行更精细的预测。     

书海拾贝

长江口潮滩沉积物———水界面营养盐环境生物地球化学过程刘敏,许世远,侯立军著科学出版社出版本书基于潮滩“干-湿交替”的物理格架特征以及沉积物-水体系营养盐的关键界面过程,论述了长江口潮滩营养盐的累积调换的模式与机制。全书共分8章,主要内容包括:潮滩环境特征、潮滩营养物质的溯源分析、潮滩营养盐的时空分布与累积物-水界面营养盐的迁移交换与机制、潮滩沉积物营养盐的吸附过程与特征、潮滩沉积物营养盐的早期成岩反应与模式,河口过程对营养盐循环影响的实验模拟研究等。本书可供从事地理、泥沙、生物地球化学、环境化学、生态水…     

中国-东盟海区及邻域表层沉积物类型研究现状与展望

表层沉积物类型图是海洋地质系列图的主要图件之一,可直观反映出海底沉积物的分布特征和变化规律。中国-东盟海区及邻域海底沉积物类型调查和研究程度差异明显,中国海域调查程度较高,底质数据详细可靠,马六甲海峡和印度尼西亚西部海区相对较好,而西太平洋和印度洋北部大部分地区资料较为缺乏。该海域表层沉积物主要是陆源碎屑沉积物、生物源-陆源碎屑沉积物、深海沉积物、生物源沉积物和火山源沉积物,综合已有资料划分为三个沉积区。东亚大陆边缘海沉积区以陆源碎屑沉积物为主,西太平洋大陆坡沉积区以陆源碎屑沉积物和生物源-陆源碎屑沉积物为主,西太平洋和印度洋北部远洋沉积区以内源成因沉积为主。影响该区海底沉积物分布的主要因素是沉积物物源、地形、水动力环境以及构造活动等。中国-东盟海区及邻域表层沉积物类型图的编制可为深入理解不同地质和气候背景下太平洋和印度洋的沉积物分布及规律提供依据。     

海岸带韧性:陆海统筹生态管理的核心机制

为满足新时代自然资源综合研究和管理的迫切需求,深入落实陆海统筹的战略部署,文章分析陆海统筹生态管理及其核心机制,即海岸带韧性。研究结果表明:陆海统筹生态管理的有效开展将对协调我国海岸带社会经济高质量发展和生态系统适应性管理,解决海岸带土地利用和海域使用的空间统筹、淡水和咸水的环境质量统筹以及洄游动物的生境修复统筹等基本问题发挥至关重要的作用;韧性聚焦复杂非线性系统的状态转换和突变过程,可研究耦合系统的多要素测度,有助于识别和分析海岸带面临的复杂压力和潜在风险,其本质是陆海统筹生态管理的核心机制;通过海岸带土地-水-生物多样性的联结,构建海岸带韧性研究新框架,以实现海岸带韧性的多维时空测度以及社会-生态耦合系统的转型模式应用,可服务于海岸带系统评价、空间规划和综合管理,支撑科学决策。     

南海及邻近海域大气-海浪-海洋耦合精细化数值预报系统研制

本文主要介绍了南海及邻近海域大气-海浪-海洋耦合精细化数值预报系统的研制概况。预报区域为99°E~135°E,15°S~45°N,包括渤海、黄海、东海和南海及其周边海域。为了给耦合预报模式提供较准确的预报初始场,在预报开始之前,分别进行了海浪模式和海洋模式的前24小时同化后报模拟。海浪模式和海洋模式都采用了集合调整Kalman滤波同化方法,海浪模式同化了Jason-2有效波高数据;海洋模式同化了SST数据、MADT数据和ARGO剖面数据。为了改进海洋温度和盐度的模拟,我们在海洋模式的垂向混合方案中引入波致混合和内波致混合的作用。预报系统的运行主要包括两个阶段,首先海浪模式和海洋模式进行了2014年1月至2015年10月底的同化后报模拟,强迫场源自欧洲气象中心的六小时的再分析数据产品。然后耦合预报系统将同化后报模拟的结果作为初始场进行了14个月的耦合预报。预报产品包括大气产品（气温、风速风向、气压等）、海浪产品（有效波高和波向等）、海流产品（温度、盐度和海流等）。一系列观测资料的检验比较表明该大气-海浪-海洋耦合精细化数值预报系统的预报结果较为可靠,可以为南海及周边海洋资源开发和安全保障提供数据和信息产品服务。     

高分辨率浪-潮-流耦合数值预报系统的业务化运行与检验分析

依据我国独立发展的浪致混合理论,基于MASNUM第三代海浪数值模式和三维POM海流数值模式,研制开发了高分辨率浪-潮-流耦合数值预报系统并进行了(准)业务化运行与预报产品精度检验.该浪-潮-流耦合数值预报系统能够提供全球、西北太平洋和中国近海三个海域不同分辨率的海浪、海流以及温度、盐度等数值预报产品.基于卫星遥感数据、...     

海岛生态脆弱性研究综述与展望

海岛资源的可持续发展研究是海洋开发与管理的重要课题。为优化配置海岛资源,促进海岛开发利用和生态环境保护的协调发展,文章对国内外海岛生态脆弱性研究的概念化过程、研究框架和评价方法进行综述,并在此基础上提出研究展望。研究结果表明:脆弱性的概念已由单一维度的自然系统或社会系统向2个维度的社会-生态交互系统拓展,海岛生态脆弱性的概念化过程具有同样的演进轨迹,但尚未清晰地揭示2个维度之间的多因素耦合关系;目前海岛生态脆弱性的研究框架多是已有脆弱性研究框架的延伸和拓展,尚未出现专门的研究框架;已有的生态脆弱性评价方法主要包括综合指数法、函数模型法、图层叠置法、情景分析法和系统动力学等,但缺乏适用于评价海岛生态脆弱性时空动态特征的方法;针对上述不足,未来海岛生态脆弱性研究应着重统一基本概念并构建专门的研究框架,在理清海岛生态脆弱性动态变化机制的基础上,完善评价指标体系和评价方法,并加强管理调控研究。     

黏性沉积物可侵蚀性研究现状与展望

沉积物可侵蚀性是沉积动力学的重要研究内容，在动力地貌学、海洋工程安全与生态保护等方面均具有重要意义。分别从沉积物可侵蚀性测定方法、经验模型和影响因素3个方面对过去近60年来的黏性沉积物可侵蚀性研究成果进行了总结与分析。前人对黏性沉积物可侵蚀性与影响因素进行了大量研究并取得了丰富的研究成果，但由于黏性沉积物受自身物理化学性质、沉积环境和生物过程等综合影响，导致可侵蚀性研究复杂、困难，不同研究结果间无法形成有效对比，黏性沉积物可侵蚀性经验模型适用性受到极大限制。在总结研究现状与科学问题的基础上认为，下一步黏性沉积物可侵蚀性研究应开展更为全面且系统的实验室与实地研究以及多种方法的综合研究，提高可侵蚀性判定与影响因素识别的准确性与客观性；同时，借助理论、技术创新以及多学科交叉融合研究，深入探讨黏结力形成机理与理论量化，进一步修正与完善黏性沉积物的可侵蚀性经验模型。