绿色海堤的沉积地貌与生态系统动力学原理: 研究综述*

绿色海堤是传统结构工程与海岸生态系统共同组合而成的新型海堤, 用以应对未来海面上升、风暴加剧给低地海岸防护带来的挑战。需解决的问题主要有海岸生态系统消浪过程及生态系统在海堤体系中的配置方式。理论分析、现场观测、物模数模所获结果表明, 海岸生态系统确有显著的消浪功能: 1) 陆架泥区消浪, 其机制以再悬浮和浮泥运动为主, 底部摩擦为次; 2) 潮滩下部的粉砂细砂滩底部摩擦和推移质运动共同造成波能耗散, 而上部的泥滩则以再悬浮和悬沙输运为主; 3) 在盐沼、红树林、海草床等由植被构成的生态系统, 植物通过形态阻力、茎秆运动来阻滞水流、耗散波能, 其效能高于沉积物床面对波能的耗散; 4) 生物礁主要有珊瑚礁和牡蛎礁, 其消能作用主要通过床面摩擦和波浪破碎, 效能较高, 尤其是在风暴期间。生态系统如何成为海堤的有机组成部分, 尤其是侵蚀型海岸的生态位修复和绿色海堤整体设计, 还需进一步研究相关的科学问题: 与硬质工程结合的盐沼-牡蛎礁的适应性生物学; 未来环境变化条件下生态系统的稳定性; 绿色海堤生态系统空间配置及其与风暴事件的时间尺度匹配; 基于均衡剖面理论的海堤形态优化。     

跨海大桥建设对胶州湾北部冬季结冰现象的影响

本文利用台站观测、卫星遥感以及专项调查等多种数据,综合分析了近年来胶州湾典型水文气象要素的变化特征及建桥前后水动力环境等的变化对冬季冰情的影响。结果显示,建桥以来冰情较重的年份冬季气温和年最低气温均处于近30年的低位,重冰期与年最低气温时段相吻合,且以跨海大桥为界,北部海湾结冰现象严重,而南部几乎无结冰。基于区域海洋水动力模型(ECOM)的模拟结果显示,跨海大桥建设可以从几个方面影响胶州湾北部海冰的生消,即大桥建设使胶州湾尤其是大桥北侧的水动力环境弱化,落潮时桥北侧水体堆积,涨潮时桥北侧向陆一侧水位减小;大桥对桥位南北1.5 km周围涨、落潮流场产生影响;流场的变化又使得悬浮物对流扩散和沉积物输运发生改变,大桥北侧局部区域水深变浅。     

近20年渤海叶绿素a浓度时空变化

浮游植物作为食物链的基础,对海洋生态系统具有重要作用。渤海作为我国最大的内海和重要渔业生物的产卵场、育幼场和索饵场,该区浮游植物研究具有重要意义。叶绿素a浓度是反映浮游植物生物量的重要指标。利用Google Earth Engine平台,对1997–2010年的宽视场海洋观测传感器(SeaWiFS)叶绿素a浓度数据和2002–2018年的水色卫星中分辨率成像光谱仪传感器(MODIS Aqua)叶绿素a浓度数据进行合并,并研究其时空变化特征。研究表明,近20年来,渤海全年叶绿素a浓度增加了14.1%,且增加显著。叶绿素a浓度在所有季节都呈现增加趋势;除11月外,其他各月都呈现稳定或增加趋势。从滦河入河口沿岸至渤海海峡的渤海中部,叶绿素a浓度增加较明显。同时也分析了海洋表面温度、风速和降水量数据。夏季渤海周边区域降水量和风速增加以及秋季海表温度的降低都有助于同季叶绿素a浓度的升高。渤海浮游植物可能受陆源营养物质输入影响较大。     

基于"一带一路"建设的环渤海地区港口优势评价

港口作为海陆运输的节点,是一个城市和国家的重要门户,对推动经济发展和对外贸易有着不可忽视的作用。基于国家提出的"一带一路"建设,评估环渤海港口的发展优势,逐步实现从沿海、沿江开放向内陆延伸具有重要意义。文章选取环渤海港口中的大连、天津、唐山、丹东、营口、锦州、秦皇岛、黄骅、日照、青岛、威海和烟台共12个港口进行发展优势对比。从港口吞吐量、港口规模范围、港口城市及腹地、港口未来发展4个方面构建环渤海港口优势评价体系。并利用熵权-TOPSIS法进行深入的实证分析。结果表明,环渤海港口群港口发展优势水平悬殊,基本可以分为4个档次。基于此,环渤海各港口应合理准确定位,通过错位发展和协同合作等方式谋求共赢。     

基于海图数据的水下岸坡插值精度分析对比研究

数字高程模型是研究水下岸坡冲淤变化的一种重要手段。不同的插值方法和像元大小都会对数字高程模型的精度产生影响,从而导致冲淤分析结果的变化。本研究使用了六种常用的插值方法 (ANUDEM、反距离函数法、克里金法、自然邻域法、样条函数法、不规则三角网转栅格法)对莱州湾和烟台港不同年份和尺度的水深数据进行了插值,计算了均方根预测误差、源数据残差均方根误差、残差均值、残差最大值和残差最小值等精度计算指标。结果表明ANUDEM和自然邻域法的均方根预测误差和源数据残差均方根误差均小于1 m。ANUDEM和自然邻域法对不同尺度的水下岸坡数据插值有着较好的适用性。     

中国主要入海河口咸潮入侵变化特征

长江口、钱塘江口和珠江口是受咸潮影响较为严重的区域。本文利用全国沿海海平面变化影响调查、沿海水文观测等数据,分析了近十年长江口、珠江口和钱塘江口咸潮入侵的变化特征及影响。分析结果表明:(1) 2009-2018年,长江口咸潮入侵次数和持续时间均呈减少趋势,该时段长江口共监测到约48次咸潮入侵过程,发生时间集中在9-10月至翌年5月,其中3月和11月入侵次数较多,分别为12次和7次。(2)钱塘江口咸潮入侵过程受沿海季节性海平面影响显著,12月至翌年3月为钱塘江口季节性低海平面期,4-7月上旬径流量较大,上述两个时期钱塘江口受咸潮入侵的影响均较小,7月下旬至11月上旬,钱塘江口处于季节性高海平面期,是咸潮影响的集中时段。(3) 2009-2018年,珠江口共监测到约57次咸潮入侵过程,发生时间集中在9-10月至翌年3-4月,其中1月、2月和10月咸潮入侵次数较多,均超过10次,2015年至今咸潮持续时间明显增加。(4)咸潮入侵次数和持续时间与基础海面和径流量等密切相关,咸潮入侵影响三大河口沿线水厂供水以及工农业生产取水,给沿岸城市的居民生活、工农业生产和渔业养殖等造成一定不利影响。     

同步改正法平均海面传递应用于海南岛礁测绘的探讨

同步改正法因其特点和优势被广泛应用于平均海面传递,文中从平均海面的理论定义和实际计算两方面出发,对同步改正平均海面传递法原理进行了论述。利用海南岛周边的长期验潮站数据,按单站传递和多站组网传递分别分析了同步改正平均海面传递的规律。结果表明,单站传递同步观测10 d能满足岛礁测绘对垂直基准面精度的要求,采用多站组网传递能较明显地减少同步时长较短时的极限误差。当采用多站组网平均海面传递同步观测5 d,其极限误差可达10 cm以内,建议在同步观测时间有限时采用该方法。结合海南岛验潮站和岛礁分布情况,同步改正平均海面传递法应用于海南岛礁测绘是可行的。     

渤海湾表层沉积物元素地球化学分布特征与影响因素

对取自渤海湾的307个表层沉积物进行了元素测试和粒度分析。渤海湾表层沉积物的常微量元素呈现4种组合:富集于粗粒沉积区的SiO_2、Na_2O亲碎屑元素组合;富集于细粒沉积区的以Al_2O_3和重金属元素为代表的亲黏土元素组合;与缺氧环境有关的MnO、V、TOC元素组合和与河流输入有关的陆源CaO、TiO_2元素组合。粒度粗细主导了渤海湾元素含量分布的整体格局;海域河流物源供应不同较大影响了渤海湾南部(富Na_2O、CaO和SiO_2)和北部(富Ba和P_2O_5)在元素含量上的差异;高流速潮流对海底的冲刷再分配导致曹妃甸南侧Sr、Ca元素的条带状富集异常;有机质在细粒沉积区的富集导致缺氧环境的形成和K_2O、Mn、V、自生黄铁矿的海洋自生化学沉积;人类活动导致以Pb为代表的重金属污染在河流入海口、港口及沿岸海域的元素分布异常;曹妃甸沙坝内侧的泻湖(海洋钙质生物沉积)与沙坝外侧水下岸坡(陆源碎屑沉积)的截然不同的物源,导致了独特地貌沉积环境下元素分布的局部差异。     

气候变化中海洋和冰冻圈的变化、影响及风险

本文系统梳理了IPCC 《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》(SROCC)的主要结论,并对主要观点进行了解读。报告主要关注全球变暖背景下高山、极地、海洋和沿海地区现在和未来的变化及其对人类和生态系统的影响,以及实现气候适应发展路径的方案。在全球变暖背景下,冰冻圈大面积萎缩,冰川冰盖质量损失,积雪减少,北极海冰范围和厚度减小,多年冻土升温,全球海洋持续增温,1993年以来,海洋变暖和吸热速度增加了一倍以上。同时,海洋表面酸化加剧,海洋含氧量减少。全球平均海平面呈加速上升趋势,2006—2015年全球海平面上升速率为3.6 mm/yr,是1901—1990年的2.5倍,但存在区域差异。高山、极地和海洋的生态系统的物种组成、分布和服务功能均发生变化,并对人类社会产生了显著负面影响。极端海洋气候事件发生频率增多,强度加大。1982年以来,全球范围内海洋热浪的发生频率增加了一倍,且范围更广,持续时间更长。海平面持续上升加剧了洪涝、海水入侵、海岸侵蚀等海岸带灾害,并影响沿海生态系统。海洋及冰冻圈的变化及其影响在未来一定时期仍将持续,应对这些影响而面临的挑战,应加强基于生态系统的适应和可再生能源管理,强化海岸带地区的海平面上升综合应对,打造积极有效、可持续和具有韧性的气候变化应对方案。     

渤海岸线及水深变化对水动力影响的数值模拟

为探究渤海岸线及水深变化对水动力的影响,基于Delft3D水动力学模型,选用2003年和2015年作为围 填海前后的典型年份,建立了围填海前后岸线及水深条件下的渤海三维水动力模型,并对水动力场进行了模拟。通过对围填海前后潮波和潮余流的分析,得到了岸线及水深变化对渤海水动力场的影响。结果表明:填海后,岸线及水深变化会对渤海主导分潮M₂分潮产生较大影响,秦皇岛附近无潮点向西北方向偏移,渤海海域M₂ 分潮振幅总体减小;潮致余流场受岸线及水深变化影响较大,其中渤海湾曹妃甸港南部形成复杂的涡流,沿岸海域余流增大;滨海新区附近形成多个小范围环流,且天津港到黄骅港北部沿岸海域2015年余流比2003年增加3~5 cm/s;黄骅港南部形成一个逆时针环流,并且该处余流减小2~5 cm/s。辽东湾辽河口附近由于水深增加导致余流减小2~7 cm/s。莱州湾黄河口附近的逆时针环流向东南方向移动,黄河口北部余流略有减小,东南部余流明显增大,增加量最多能达到9 cm/s。刁龙嘴南侧顺时针环流减小,北侧顺时针环流增大4~9 cm/s。