基于主成分分析的近海水质评价模型及其应用研究——以雷州半岛海域为例

为建立适用于近岸海域水质的评价模型,依照《国家海水水质标准》构建了1个包含13种水质指标信息、共计400个假设采样站位的数据样本。通过计算其KMO统计量、球形检验及相关矩阵发现,各水质指标间存在较大相关性,故可利用主成分分析方法进行分析。针对13个水质指标,仅前2个特征根大于1的主成分是有效的,且它们可以代表原假设数据81.25%的信息。利用前2个主成分建立了可完全区分四类水质的自动分类图版,即水质评价模型。根据上述水质评价模型绘制了2010年雷州半岛近岸海域的水质类型专题图。分析表明,雷州半岛的湛江港湾、鉴江口海域及铁山港区为第四类水质,东海岛西南、鉴江口外海、徐闻东北角海域、流沙湾及江洪港海域为三类水质,其它区域为一、二类水质。本研究较好地反应了雷州半岛近岸海域水质分布状况,可为该海域海洋环境综合治理及利用提供一定参考。     

渤海西北岸填海造陆的生态损失及其对海岸带可持续发展的启示

填海造陆已经成为全球沿海地区缓解土地短缺、促进社会发展和经济增长的重要手段。随着快速工业化和城市化过程,亚洲已经成为填海造陆的中心。从天津滨海新区到唐山曹妃甸新区,在渤海西北岸正在进行的填海工程其规模在世界上名列前茅。为了剖析海岸带发展的环境因素并促进其可持续发展,对渤海西北岸填海造陆的生态损失采取了回顾性和预测性评价,从生态系统服务角度货币化计算了供给、调节、支持、文化四大类10个方面的生态损失。结果表明：2000-2010年填海造陆的生态损失为9.719亿美元,2010-2020年新增填海造陆的生态损失将达7.021亿美元,其中气体调节和水产品供应方面的损失最大。针对填海造陆可持续发展,提出相关建议,包括：在综合评估基础上的合理规划;减少填海造陆面积;优化填海区土地结构;采用“低影响”开发模式填海;采用生态补偿机制,等。     

海岸带开发活动的环境效应评价方法和指标体系初探

海岸带具有丰富的资源,能为人类社会的可持续发展提供强大的物质基础,而海岸带的环境资源对外界人类活动的影响又十分敏感,因此海岸带自身的可持续发展理应受到人们的关注。根据“压力-状态-响应”(P-S-R)指标体系模型,探讨了海岸带开发活动的环境效应评价指标体系,并应用综合指数法对海岸带开发活动的环境效应进行了综合评价,为海岸带资源环境管理和可持续发展决策提供基础依据。     

莱州湾南岸滨海湿地景观破碎化分析

以莱州湾南岸滨海湿地为例,利用遥感和GIS技术对滨海湿地景观特征及景观破碎化程度进行了分析。结果表明,莱州湾南岸滨海湿地景观破碎化严重,整体斑块密度为6.7个/km2,廊道密度为0.01 km/hm2,人工景观破碎化程度比自然景观高,人类活动是造成莱州湾南岸滨海湿地景观破碎化的主要原因。最后本文从景观生态学角度对莱州湾南岸滨海湿地退化进行了定量评价。     

中国近海海气界面热通量的反演

应用卫星SSM/I(Special Sensor Microwave/Imager)和AVHRR(Advanced Very High Resolution Radiometer)遥感资料,使用先进的海气通量计算方法(COARE3.0),计算了中国近海海气界面的感热和潜热通量.计算结果与南海西沙(2002年5月)和文昌(2000年10~11月)实测结果进行比较发现,应用遥感资料获得的海气界面热通量与实测结果非常一致.遥感获得的感热通量和潜热通量与西沙实测结果的均方根误差分别为2.9和29.9 W/m2,与文昌实测结果的均方根误差:2000年10月分别为4.42和43.05 W/m2,2000年11月分别为4.19和40.8 W/m2.与GSSTF2的结果相比,其时空分布变化特征基本一致.根据中国近海遥感资料(1988~2000年)的感热通量的分析,其均方根误差在10.1~12.4 W/m2之间,多年平均均方根误差为11.7 W/m2.潜热通量的均方根误差在34.8~49.7 W/m2之间,多年平均均方根误差为43.2 W/m2.由此可以说明,利用遥感获得的热通量可以用来进行中国近海海气相互作用的研究以及作为我国气候预测研究的重要依据.     

GCP分布对海岸带TM影像几何校正精度的影响研究

选择江苏省沿海辐射沙洲区南部为试验区,以Landsat TM影像为研究对象,详细分析了面状分布的地面控制点(area-distributed ground control points,AGCP)和沿海堤走向的线状分布的地面控制点(linear-distributed GCP,LGCP)对海岸带遥感影像几何校正精度的影响,对潮间带99个独立的GPS验证点进行了几何校正的精度评价,得到影像无GCP点控制区域几何校正误差的传播规律及残差的空间分布形态,并给出残差随GCP点距离变化的定量参考范围.研究结果表明,在有GCP点控制的区域,应用AGCP法和LGCP法均可获得好的校正精度,而在潮间带无GCP点控制的区域,两种方法的误差均有不同程度的增大,但LGCP法的误差明显小于AGCP法的.在误差传播的方向性上,随着距离的增加,AGCP法在东向的残差呈稳定而尖锐的上升(R2=0.827),在北向呈变振幅的振荡上升(R2=0.517);LGCP法在与控制线垂直的方向上,残差呈缓慢的线性增加(R2=0.877),在平行方向,距离的远近对残差变化几乎没有影响.在误差传播的数值上,LGCP法在离海堤30 km内几何校正的误差小于20 m,而AGCP法在相同的距离范围内仅能得到100 m的精度.该结论可为海岸带无GCP点区域TM影像几何校正误差的传播规律提供定量参考依据.     

广西钦州湾围垦工程对茅尾海潮汐动力参数的影响

北部湾茅尾海是中国南方重要的经济开发区,兴建有滨海新城和多个港口码头,近年来围垦开发严重。本研究通过建立二维水动力数值模型系统,分析重要潮汐动力参数,对比研究1985年与2020年间钦州湾围垦和港口建设对当地水动力环境的影响。结果表明：经过围填海和港口工程之后,茅尾海的潮差变化较小,略微增加了0.05 m左右;全日分潮K1、O1及半日分潮M2、S2是影响钦州湾潮汐动力较大的驱动力,围垦后在茅尾海内海地区都略微增加了0.02~0.03 m,其中K1、O1是影响茅尾海的关键潮汐动力参数,敏感性测试分析表明三墩公路建设、钦州港海岸围垦和核电厂导堤建设对茅尾海潮差增加贡献率大致占60%、20%和10%;同时,围垦对束窄钦州湾航道具有一定的优化效应,围垦后钦州湾外湾三条水道峰值通量都明显增加,形成航道束水攻沙效果,对通航和维护主航道稳定性具有一定优势。因此,仅从潮汐动力参数变化角度分析,目前的围垦和港口工程迎合了当地河势特征,对潮汐动力场扰动较小,具有优化局部水动力场环境和提升通航安全性作用。     

全球海岸带国家蓝碳资源价值与类型研究

海岸带蓝碳生态系统已成为应对气候变化重要的基于自然的解决方案。本研究梳理了全球海岸带蓝碳生态系统的分布、碳封存量和封存价值,并根据经济、科技、蓝碳封存量三个指标对各海岸带国家和地区进行分类。海岸带蓝碳生态系统分布最广的国家是澳大利亚、印度尼西亚、墨西哥和美国,而印度尼西亚、澳大利亚、马来西亚和巴西碳埋藏量最高。全球每年蓝碳埋藏价值在碳交易和碳税价格下分别为3.47×109美元和2.35×109美元。中国拥有丰富的海岸带蓝碳资源,生态系统面积排名第10,年封存量排名第21;然而蓝碳自然资源的赋存禀赋与现有碳价格体系下的价值匹配性较差,基于碳交易价格的中国海岸带蓝碳埋藏价值全球排名第27,基于碳税价格仅排名第39。碳价格低迷将会导致在国际蓝碳交易中处于劣势,中国后续应不断完善碳排放交易市场。中国具有在蓝碳研究以及修复投入与实践方面的优势,以及贝藻养殖、海洋牧场等特色蓝碳资源,可结合不同类型的蓝碳国家经济科技条件与自然条件制定多元合作策略。     

Seasonal drivers and patterns of sediment temperatures in a New England salt marsh

Salt marshes are globally important ecosystems and thus their resilience to climate change holds societal importance. To date, studies addressing salt marsh responses to climate change have focused on sea-level rise and biogeochemical feedbacks with increasing inundation. Less is known about how salt marsh sediment temperatures, which impact physical, biological, and chemical ecosystem processes, will respond to climate change. In this study, we present multi-depth sediment temperature and porewater level data from low-, mid-, and high-marsh sites at a New England salt marsh for a 1-year period and investigate how salt marsh sediment temperatures respond to atmospheric and oceanic forcing. We use spectral analyses to identify the frequencies at which sediment temperatures vary and link the temperature variations to specific forcing mechanisms. We find that all sites across the marsh responded to air temperature with roughly equal amplitude whereas the responses to radiative heating and ocean tides varied spatially. The high-marsh site is more sensitive to radiative heating than the mid- and low-marsh sites. The low-marsh is affected by tidal processes and inundation whereas the high- and mid-marsh sites are not. In addition, we find that the bulk thermal diffusivity of the saturated sediments decreases with distance from the tidal channel. These factors contribute to considerable temporal and spatial variability in sediment temperatures with elevation, distance from the tidal channel, and time of year (season) being most important.     

Intertidal spring dynamics and coastal nutrient loading revealed through geophysics,drone surveys,and in-situ monitoring

Coastal eutrophication poses an increasing risk to ecosystem health due to enhanced nutrient loading to the global coastline. Submarine groundwater discharge (SGD) represents a significant pathway for nitrate-nitrogen (NO₃-N) transport to the coast, but diffusive SGD transport is difficult to monitor directly, given the low flux rates and expansive discharge areas. In contrast, focused SGD from intertidal springs can potentially be sampled and directly gauged, providing unique insight into SGD and associated contaminant transport. Basin Head is a coastal lagoon in Prince Edward Island, Canada that is a federally protected ecosystem. Nitrate-nitrogen is conveyed from agricultural fields in the contributing watershed to the eutrophic lagoon via intertidal groundwater springs and groundwater-dominated tributaries. We used several field methods to characterize groundwater discharge, nutrient loading, and in-channel mixing associated with intertidal springs. The tributaries and intertidal springs were gauged and sampled to estimate a representative summer nitrate load to the lagoon. Our analysis revealed that NO₃-N export to the lagoon through tributaries and springs throughout summer 2023 was on average 401 kg N/month, with the combined spring loading comparable in magnitude to the combined tributary loading. We collected thermal infrared and visual imagery using drone surveys and found spatial overlap between cold-water plumes from the spring discharge and macroalgae blooms, indicating the local thermal and ecosystem impacts of the focused SGD. We also mapped the electrical resistivity (salinity) distribution in the water column around one large spring with electromagnetic geophysics at different tidal stages to reveal the three-dimensional spring plume dynamics. Results showed that the fresher spring water floated above the saline lagoon water with the brackish plume oriented in the direction of the tidal current. Collectively, our multi-pronged field investigations help elucidate the hydrologic, thermal, and nutrient dynamics of intertidal springs and the cascading ecosystem impacts.