亚洲地区的流域—海岸相互作用：APN近期研究动态

在亚洲地区,不同流域的海岸带所接受的淡水、沉积物、营养物质和污染物质入海通量有着很大的差异。入海通量的特征受到流域人类活动的强烈影响,如水坝建设和化肥的大量施用。气候和海平面的变化也起了一定的作用。流域—海岸相互作用的特点是,入海物质通量的变化将导致流域、河口以及邻近水域的地貌、环境和生态系统的改变。在流域—海岸系统不断变化的情况下,为了改进流域—海岸系统开发的管理策略,应进行以下调查和研究工作：①在现场监测和观察的基础上,定量地描述上述变化;②了解引起上述变化的过程和机制;③发展预测未来变化的趋势和幅度的新方法、新技术;④将所获结果应用于流域—海岸系统的开发和管理实践。为了确定本研究领域今后10年的资助方向,APN (Asian Pacific Network for Global Change Research)召集了相关的学术研讨会。按照APN的部署,笔者负责完成了“流域—海岸相互作用”领域的研究课题建议,本文是这份文件的简要总结。     

台风风暴潮影响下潮滩沉积动力模拟初探--以江苏如东海岸为例

以江苏如东潮滩为研究区,采用沉积动力学垂向二维概念模型来模拟正常天气和台风期间潮滩沉积的空间分布特征,探讨台风风暴潮对潮滩正常沉积层序的改造作用.模拟结果表明,在涨落潮时间-流速对称特征明显的如东海岸,潮汐作用使潮滩沉积呈显著的分带性,且剖面形态向“双凸形”演化,两个“凸点”分别位于平均高潮位和平均低潮位附近.在台风期间风暴增水效应下,开边界悬沙浓度差异将导致潮滩冲淤和沉积分布格局的变化,潮上带和潮间带上部均堆积泥质沉积物,潮间带中下部在风暴过程中普遍遭受不同程度的砂质沉积物侵蚀或之后堆积泥质沉积物,在沉积层序中形成风暴冲刷面.因此,潮滩的风暴沉积记录存在于潮间带上部或更高部位.以此模型为基础,可进一步综合考虑极浅水边界层水动力结构、沉积物粒度分布变化、波-流联合作用、台风降水、互花米草等生物活动、潮沟摆动及人工围垦等因素,从而建立风暴事件在沉积层序中的时间序列,更好地解译沉积记录中的古环境信息.     

杭州湾北部潮流深槽区细颗粒物质输运与再悬浮过程

于2005年5月大潮期间在杭州湾北部潮流深槽区的4个站位进行潮周期观测,获得了流速、悬沙等数据,并对其进行了分析,计算了水沙通量和再悬浮通量。分析结果表明,该深槽区涨潮流速大于落潮流速,涨潮历时小于落潮历时,潮差自湾口向湾内方向增大;悬沙的组分以粉砂为主,分选较差,偏态以负偏为主,这些特征与底质一致;深槽中部和东部的悬沙沿岸线向湾内方向输运;深槽西部和东部外侧的悬沙输运方向与余流方向一致,分别向湾内和南部输运;除转流和流速加速初期外,垂线流速分布符合Kûrmûn-Prandtl模型,摩阻流速与垂线平均流速变化趋势一致。计算得到的表观粗糙长度在涨落潮时段的水流加速或减速阶段都呈增大趋势,且数值较大,这难以把它简单地归结为床面形态的作用,表观粗糙长度的变化趋势可能是高悬沙浓度和浓度成层性共同作用的结果,但对这一假说的验证还有待于进一步的现场观测和机制分析。计算所得的再悬浮发生的周期性与实测悬沙浓度的周期性相符,而且最大悬沙浓度的出现滞后于最大再悬浮通量,说明再悬浮作用对水层中悬沙浓度的变化具有重要影响。     

南海九章环礁中牛轭礁和西门礁新生沙洲沉积特征与动态

南沙群岛的珊瑚礁以环礁形式存在, 拥有各具特色的地貌形态。九章环礁中的牛轭礁和西门礁是两座发育有新生沙洲的环礁, 代表灰沙岛形成前一个重要的过渡性地貌演化阶段。这两处新生沙洲表层沉积物样品的粒度分析表明: 沉积物主要组分为珊瑚碎屑, 长轴中值粒径在14~45mm之间, 属于砾石级别; 样品分选系数在4.5~31之间, 分选性很差; 球度值为0.52~0.68, 球度差。粒度特征值中, 中值粒径具有随着到水边线距离的增大而升高的趋势, 而分选性和球度与距水边线距离关系不大。整体上中值粒径与分选系数呈正相关关系, 而与球度呈负相关关系。历史文献记载和卫星图像表明, 牛轭礁和西门礁上的新生沙洲都是近年来才形成的, 与风暴过程及冬季风有关。牛轭礁上沙洲向北迁移, 同时其长轴向东南方向延伸; 西门礁上沙洲整体向东南方向迁移, 并形成回弯形沙嘴形态。新生沙洲的出现与珊瑚碎屑物质供给变化或风暴浪作用变化的关系还需进一步探讨。     

中小河流对长江水下三角洲远端泥沉积的贡献:以椒江和瓯江为例

海洋沉积物的来源、输运过程及其归宿一直是海洋沉积学的重要研究课题。浙闽沿岸泥区的沉积物主要来自长江及浙闽沿岸的中小河流,对后者的贡献量进行定量化分析是相关研究比较薄弱的环节,这个问题的难点可能是缺乏同时指示"物源"和"供应量"两个指标的示踪物。本文以椒江和瓯江这两条河流对浙闽沿岸泥区的贡献为切入点,运用了粒度端元和黏土矿物两种示踪指标进行研究,目的有两个:一是综合评价两种示踪指标的效率,二是定量化地了解中小河流对浙闽沿岸泥区的贡献。借助端元粒度分析模型对浙闽沿岸泥区的表层样粒度数据进行分解,划分出4个不同的端元,结果显示,EM1端元表现出长江来源的属性,EM2端元表现出椒江和瓯江等沿岸中小河流来源的属性,EM3端元可能来源于研究区南部并有向北输送的趋势,EM4端元可能来源于陆架中部的残留砂沉积区。基于特征粒级的进一步分析表明,研究区6个站位的柱样沉积物中都出现了第一特征粒级,在3.91~9.29 μm之间,推测与长江口外悬浮颗粒物有关,并认为柱样所在的区域都会受到长江入海泥沙的影响。黏土矿物由于具有粒度依赖性,在定量探讨椒江与瓯江的泥沙贡献量时,只能指示小于2 μm的细颗粒物的贡献量,而粒度端元作为一种"全粒度"的指标,在相对封闭的系统内,可以同时解答"从哪里来"和"有多少"这两个示踪问题,是受限比较小的示踪物指标,未来在定量研究物源方面可能会有较大的作用。     

基于地面3D激光扫描技术的海南岛南部海岸巨砾沉积研究

海岸巨砾沉积是反映海岸极端波浪事件活动历史的重要载体,对于预测未来海洋极端水文灾害发生趋势具有重要意义。本文基于地面3D激光扫描技术,以海南岛南部海岸大东海和小东海的海岸珊瑚巨砾沉积为研究对象,使用了Riegl VZ4000地面3D激光扫描仪精确测量了这些珊瑚巨砾的体积参数,结合水文模型计算出搬运这些巨砾所需的临界起动波高和流速,重构了极端波浪事件强度,并根据沉积学和动力学对海岸珊瑚巨砾的沉积成因进行了分析。结果表明,地面3D激光扫描技术与传统测量方式相比,具有方便、快速、高精度的优势。海南岛大、小东海堆积的珊瑚巨砾沉积是由台风波浪破碎珊瑚礁平台前缘并将碎块输运到礁平台而成的,且台风的最大强度可能接近超强台风“宝霞”。本研究可为重建南海地区古风暴活动历史,揭示该地台风活动规律以及海岸极端波浪灾害的防风减灾工作提供重要科学参考信息。     

前言

<正>河口与海岸是海洋与陆地相互作用的地带。广义的海岸带向陆可达海洋因素(如潮汐、台风、海陆风等)能够显著影响的界限,向海延伸至大陆架边缘,占地球表面积的15%～20%。从全球范围来看,河口海岸区域集聚了超过一半的人口和七成以上的大城市,不仅是世界经济发展的核心地带,也是自古人类活动、文化繁盛的区域。在我国,东部沿海省市经济相对发达,而最发达的地方又集中于长三角、珠三角、京津唐等少数大河三角洲和滨海之地。近年来,由于全球变化和人类活动,人口、资源、环境与发展矛盾突出,河口海岸发生了显著的系统状态转换,原先的经济社会发展模式需要进行调整。按照系统分析的观点,新的系统状态必然要有新的应对方法,而目前提出的对策就是河口海岸蓝图重绘。     

江苏南部海岸牡蛎礁演化的几何模型

牡蛎礁是具有重要生态功能的海岸带生境,并且记录了丰富的环境演化信息。根据碳酸盐沉积层序模拟的方法,提出了一个牡蛎礁演化模型,由海平面波动过程、碎屑沉积物顶面高程、牡蛎礁垂直生长率、牡蛎礁顶部高程等四个模块所构成。垂向生长率函数的输入参数通过牡蛎礁沉积环境分析和古今地貌对比方法而确定。应用该模型探讨了江苏海岸小庙洪牡蛎礁的定殖、生长和最终被埋藏的演化历程。模拟结果显示,牡蛎礁顶部水深和河口湾环境参数是牡蛎礁演化的两大限制因素,小庙洪牡蛎礁的最大垂向生长率约为12mm/a,礁体发育初期以垂向增生为主,大约910年前礁体出露于平均低潮面后,转向以侧向扩张为主。该礁体的出露规模在330年前达到最大,目前牡蛎礁的生长几乎停滞,并将在250年后被埋藏,其时牡蛎礁的最大可能厚度达12m。牡蛎礁演化模型显示牡蛎礁建造过程具有复杂性,是海平面变化、地面沉降速率、碎屑沉积速率、盐度、悬沙浓度等诸多因素共同作用的结果。牡蛎礁顶板应看成是低于当时海平面的标志,并不代表海平面高度。     

江苏海岸王港地区盐沼植被变化的TM图像分析

通过对2002~2003年度3个时相的Landsat TM图像进行监督分类处理,研究了盐沼植被的分布和变化。结果表明,目前盐蒿和大米草(Spartina anglica)占据的面积很小,年际变化不大,由于滩涂围垦的影响其面积还在进一步缩小。互花米草(Spartina alterniflora)成为优势种,占据了大部分的盐沼面积,向海蔓延显著,扩张的趋势还在持续,其覆盖面积的年增长速率可达18%。