河口海岸沉积层理特征与形成机制

河口海岸地处海陆交界带,其沉积层理特征与形成机制是沉积动力学、动力地貌学和地层学等学科方向的研究热点,对评价海岸工程环境效应、重建沉积古环境等具有重要参考价值。通过梳理河口海岸区域径流、潮汐、波浪等多种动力因子作用的研究成果,归纳不同动力主导作用形成的沉积层理特征,剖析3种基本动力对沉积层理塑造的动力学机制,阐释洪水、风暴偶发动力因子以及生物扰动、海平面变化、围垦工程等其他影响因子对沉积层理形成和保存的作用机理。同时,总结了数值模拟手段在沉积层理形成和破坏机制解译方面的应用及取得的机理认知,提出在河口海岸沉积层理时空尺度认知、多因素耦合反演模型开发应用等方面有待进一步研究的科学问题。

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3.47×109美元和2.35×109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。

河口海岸数字孪生建设与挑战(特邀)

河口海岸是人类生存的重要空间和经济发展的关键区域。然而,在气候变化和人类活动的双重压力下,河口海岸面临环境恶化、湿地生态受损和灾害风险增加等多重问题。为保障河口海岸可持续发展,本文以数字孪生概念为基础,结合河口海岸多圈层多界面的系统特征,提出了一个综合河口海岸立体监测和数据聚融、多过程耦合模型系统、数字孪生体和智能服务平台等关键要素的河口海岸数字孪生系统。此外,本文还详细介绍了构建河口海岸数字孪生系统所需的核心技术,涵盖监测物联网、模型耦合、大数据管理和智能分析,以及知识图谱等。尽管面临多学科全要素综合监测、人地海耦合模拟、跨领域跨行业协同、信息安全保障和服务标准制定等多重挑战,河口海岸数字孪生具有逼近真实、系统关联和提供智能服务等特点,能够提供监测、预报、预警、预演和预案等智能服务。这将有助于提高我们对河口海岸复杂系统演变、预测和应对的研究和应用能力,推动河口海岸学科群的发展,提升风险管理和综合治理水平,为河口海岸可持续发展提供强有力的支持。

微塑料在河口海岸环境的检测、分布、归趋以及生物和环境效应

微塑料污染已成为全球性的环境问题.综合分析微塑料的分布归趋以及效应是保障环境和生态健康的关键.本文对微塑料在河口海岸环境中的分布特点、环境归趋、载体效应、海洋生物的摄入以及毒性效应等内容进行综述.地表径流及洋流作用显著影响微塑料在河口海岸及海洋中的赋存;微塑料表面形成的生物膜会影响其环境归趋和生物效应;海水中的微塑料可作为载体富集污染物和入侵物种,带来外来物种入侵等新的环境问题;海洋生物对微塑料的摄入会引起其体内微塑料积累,改变其肠道微生物的活性和群落结构,并改变生物行为;微塑料暴露会对海洋生物产生多种毒性效应:如肝脏毒性、神经毒性以及生殖毒性等.本综述可为河口区域微塑料污染的安全评估提供参考,对河口区域水环境安全也有科学价值.

马来西亚东部典型泥炭地河流和河口溶解态锰的地球化学特征与影响因素

本文利用催化动力学分光光度法测定了2016年8月(旱季)马来西亚东部泥炭地河流拉让(Rajang)河及河口溶解态锰(DMn)的浓度和2017年3月(雨季)Rajang、马鲁丹(Maludam)、实文然(Simunjan)、实巫友(Sebuyau)、Samunsam和土马丹(Sematan)河及河口DMn的浓度。Rajang河流域旱、雨季DMn浓度分别为(300.3±305.3) nmol·L^(-1)、(424.3±290.3) nmol·L^(-1),无显著性差异(t-检验,P>0.05)。雨季Rajang河DMn浓度与Maludam、Simunjan、Sebuyau、Samunsam和Sematan河之间无显著性差异,说明马来西亚东部砂拉越(Sarawak)州泥炭地河流DMn空间差异不显著。河口DMn在旱、雨季表现出不同的混合行为,旱季Rajang河口DMn表现为非保守混合行为,在盐度0~20区间存在明显的外源输入,而雨季则表现为保守混合行为。Talang岛周围海域DMn浓度为(51.3±3.9) nmol·L^(-1),高于海南岛和越南东部邻近海域DMn浓度。水团的物理混合、悬浮颗粒物的吸附解吸是影响马来西亚Ssrawak州六条泥炭地河流及河口DMn的主要因素。由于马来西亚泥炭地有机物浓度较高,泥炭地河流中的DMn浓度高于其他气候带河流。Rajang河输送至南海的DMn通量为3.3×10^(6) kg·a^(-1),泥炭地河流对南海DMn浓度具有重要影响。

长江河口水体暗碳固定的温度适应性

为了明确全球增温如何影响富营养化河口中基于碳氮耦合过程产生的暗碳固定,以长江河口作为典型研究区域,分别在河口近岸和近海不同盐度区域设置采样断面,利用14C(NaH14CO3)标记方法结合烯丙基硫脲(allylthiourea,ATU)抑制剂法,对不同温度和氮营养盐添加条件下的水体总暗碳固定(dark carbon fixation,DCF)和由氨氧化微生物驱动的暗碳固定(DCFAOB)速率进行了研究.结果表明,长江河口水体中的DCF速率介于0.23~0.33µmolC·L^(-1)·d^(-1)之间,其中氨氧化微生物驱动的暗碳固定约占总暗碳固定的4.13%~43.61%.在最适温度范围内,水体中的DCF速率随着环境温度的增加而显著上升,但整体上低盐度条件下DCF速率受环境温度的影响更明显.此外,低盐度和高盐度水体的DCF速率最大值分别出现在30℃和25℃,在该温度条件下添加氨氮可明显促进水体DCF速率的增加.研究结果揭示了河口水体暗碳固定对环境温度变化的响应过程,能够为全面认识和科学评估河口生态系统碳固定与碳汇通量提供理论支持与数据参考.

水体微塑料的垂向分布及采样方法比较研究——以九龙江河口为例

由于受到潮汐过程的影响,河口区微塑料的调查和研究存在着方法不统一、数据误差较大的问题.2019年夏季使用泵采法在九龙江河口开展原位全水层微塑料采样,对不同水层、不同站位间的微塑料丰度及其赋存特征进行分析,并与其他在该河口的相关调查研究结果进行对比.结果表明:九龙江河口表、中、底层水体中的微塑料赋存量存在明显差异,河流入海口及靠近污染源处表层水中微塑料丰度明显高于中、底层中,在潮汐作用剧烈的河口区,中、底层中微塑料丰度高于表层水中,存在明显分层现象;使用不同采样方法获取的微塑料数量浓度值存在较大差异,泵采法相比拖网法能更有效地截留塑料纤维;使用泵采法过滤水样体积、滤经筛网孔径大小都对收集到的微塑料丰度、尺寸有显著影响.采样方法的不同将导致微塑料丰度结果的显著差异,在潮汐河口进行微塑料监测有必要将潮汐作用考虑在内.因此,建议建立潮汐河口的微塑料业务化监测和通量观测,并采用洪、枯季,大、小潮的全潮时段的观测采样方法.

全新世长江河口铁结合沉积有机碳的埋藏及其影响因素的研究

探究海洋沉积物中有机碳的来源、埋藏通量及其稳定机制对于理解全球碳循环具有重要的意义。河口连结陆地和海洋两大碳库,是全球碳循环的关键地带。前人研究发现活性铁(FeR)在沉积有机碳的保存中扮演着重要角色。尽管长江口及其邻近东海区域的碳循环已经被广泛研究,但关于FeR在地质时间尺度上如何影响沉积有机碳的埋藏过程尚不清楚。文章对长江口横沙岛采集的一根40 m长的沉积柱样(HSD22)进行了分析,探讨了在全新世长江口沉积环境发生明显变化的三个阶段(潮滩相、河口湾-浅海相、三角洲相)期间总有机碳(TOC)和铁结合有机碳(FeR-OC)含量及其稳定碳同位素(δ13C)的变化及其影响因素。研究结果显示,在潮滩相、河口湾-浅海相和三角洲相,FeR-OC含量分别为0.04%±0.02%、0.08%±0.04%和0.09%±0.06%,占TOC的比例分别为6.73%、12.73%和12.06%。这一研究表明,在全新世期间,长江河口区约有11.72%±6.03%的沉积有机碳是通过与铁结合来保存埋藏的,凸显了FeR在河口湿地有机碳保存机制中的重要性。基于δ13C端元混合模型估算发现FeROC以陆源有机碳为主,但在不同的沉积相间波动明显。这些发现强调了河口湿地FeR矿物在有机碳保护过程中受到有机碳来源和埋藏条件的影响。

中国四个河口潮间带甲藻孢囊多样性研究

2014—2016年,为调查研究中国大辽河、涧河、闽江与九龙江河口潮间带表层沉积物中甲藻孢囊多样性,开展了4个季度表层沉积物样品采集,通过多钨酸钠法提取甲藻孢囊后进行鉴定,共鉴定出43种(隶属16属)和5种未定种,包括自养型17种和异养型26种。其中孟迪原多甲藻(Protoperidinium mendiolae),脆弱海胆藻(Echinidinium delicatum)和透明海胆藻(E.transparantum)为我国沿海未报道的新记录种类。调查中发现了一种产麻痹性贝毒的塔玛亚历山大藻复合体(Alexandrium tamarense com-plex),以及3种产虾夷扇贝毒素的甲藻孢囊,分别为网纹原角藻(Protoceratium reticulatum),多边舌甲藻(Lingulodinium polyedrum)和具刺膝沟藻(Gonyaulax spinifera)。甲藻孢囊丰度在4个河口的分布具有明显差异。大辽河口孢囊丰度最高,变化范围为47~94 cysts/g DW(干质量);其次为涧河口,孢囊丰度变化范围为24~75 cysts/g DW;闽江口与九龙江口孢囊丰度相对较低,变化范围分别为14~50 cysts/g DW与5~50 cysts/g DW。与沉积物环境因素的相关性分析表明,自养型孢囊丰度和孢囊总丰度均与河口盐度、间隙水总溶解态氮营养盐浓度、溶解无机氮浓度、氨氮浓度呈显著正相关关系;多样性指数与盐度、沉积物粒度(<63μm)呈显著正相关关系。该研究对于了解我国河口潮间带甲藻孢囊多样性以及形成机制具有重要参考价值。

长江流域梯级水库夏末秋初蓄水对河口盐水入侵和淡水资源的影响

流域大型梯级水库群,夏末秋初蓄水,来年枯季放水,季节性改变了入海径流量,会影响河口盐水入侵和淡水资源利用.收集了长江流域大型梯级水库有效库容和南水北调工程跨流域调水的量值,利用改进的河口海岸三维数值模式ECOM-si,模拟和分析了长江流域重大工程对河口盐水入侵和淡水资源的影响.截至2020年和2035年,长江流域中上游已建和将建大型水库有效库容分别为706.11和943.88亿m^(3),蓄水期9、10月间平均径流量分别减少13398和17909 m^(3)/s.基于大通实测水文站1950—2020年实测月平均径流量,考虑截至2020年和2035年流域重大工程对径流量的调节,给出了平均水文年和特枯水文年8—10月的月平均径流量.数值模拟结果表明,截至2020年和2035年流域梯级水库9—10月蓄水,径流量下降,导致盐水入侵加剧.在平均水文年,南支水源地4个水库9—10月所有时间均能取到淡水.在特枯水文年,9—10月东风西沙、太仓、陈行和青草沙水库取水口连续不宜取水天数截至2020年分别为28.75、24.99、29.63和37.47 d,到2035年分别为46.53、44.18、47.56和50.75 d.夏末秋初特枯和平均水文年情况下流域水库蓄水期间遇到强北风作用,均会显著影响长江口水源地取水.对于特枯水文年,流域水库群应减少蓄水量,甚至应该放水,以保障长江口淡水资源的安全.

《20世纪40年代以来中国大陆海岸线演变特征》书评

海岸带是世界人口分布的密集区,社会经济发展的引擎区,其可持续发展关系到人类社会的生存质量。在地球系统中,海岸带是多圈层相互作用最为复杂的区域,具有鲜明的学科交叉属性,人文与自然科学的碰撞、融通,是海岸带研究者与管理者的共识。海岸带资源的可持续性是世界各国面临的挑战。为促进自然科学在人文管理中的应用,提高民众与管理者协作共赢的海岸带发展与保护意识,国内外学者先后发起“陆海相互作用”(LOICZ)、“未来地球海岸”(FEC)、“融通科学、管理和社会参与:助力海岸带可持续发展(Coastal-SOS)”等国际大科学计划。

盐度变化对崇明东部河口潮滩氮营养盐循环影响实验模拟研究

以长江口咸淡水交互作用最为典型岸段崇明东部潮滩作为研究区域,运用实验模拟方法,定量地研究了盐度变化对潮滩生态系中无机氮的迁移、转化过程的影响。结果发现,盐度升高有利于沉积物中的NH4-N向上覆水扩散,但NO2-N和NO3-N的界面扩散呈现相反的变化趋势;沉积物中可交换态无机氮含量变化特征显示,在盐度变化剧烈的潮滩生态系统内,硝化作用可能是控制沉积物(尤其是表层沉积物)中无机氮分布的重要因素。

河口悬沙粒径对遥感反射率影响的理论分析与实验观测

为了尽可能减少野外测量的不确定性可能带来的影响,研究设计了一个基于实验水桶稳定观测平台及可控制条件下的光谱辐射测量实验.采用典型高浊度河口—长江口和黄河口的泥沙颗粒物作为研究对象,理论分析了悬浮物粒径与后向散射系数、遥感反射率的定量关系,实验观测了悬浮颗粒物粒径对遥感反射率的响应变化.实验结果可为河口二类水遥感建模及粒径在遥感模型中的参数化表达提供参考依据.

河口海岸环境沉积速率研究方法

沉积速率是河口海岸沉积环境的重要参数。对于河口海岸地质历史时期沉积速率的研究 ,大多采用 1 4C年龄值计算 ;现代河口海岸沉积速率的研究方法较多 ,常见的有河流输沙法、海图对比法、GIS法、放射性同位素测年法等。1 4C法结合考古、孢粉等方法 ,能比较真实地反映河口海岸地质历史时期的沉积速率。对于现代河口海岸沉积 ,由于 GIS和 DEM方法的发展和计算机功能的支持 ,使海图对比的方法克服了手工带来的误差 ,目前仍然是一种可以使用的方法。放射性同位素 2 1 0 Pb、1 37Cs、2 39,2 4 0 Pu法使沉积速率的计算趋于定量化。在一定时间区域范围内 ,多种同位素测年同时运用 ,相互印证 。

河口海岸环境变异和资源可持续利用

河口海岸是地球四大圈层交汇、能流和物流的重要聚散地带。中国入海河流众多 ,河流挟带泥沙每年达2 0亿 t,占全世界入海泥沙的 10 %。植被破坏、水土流失、人类对淡水资源的开发以及跨流域调水都能影响流域来水来沙 ,地下水超采也可以使河口海岸沉降 ,这些都影响着河口海岸的环境。该区域经济发达、人口集中、开发程度高 ,导致严重的环境变异、资源破坏 ,对区域持续发展造成重大影响 ,特别是我国流域高强度开发对河口和邻近海域有直接和深远的影响。因此 ,开展河口海岸环境变异的研究 。

大河口区淤涨型自然保护区功能区划研究--以崇明东滩鸟类国家级自然保护区为例

为了对动态场景下自然保护区的功能区划进行研究,集成多年的遥感、海图及野外调查数据,构建生境地理空间数据库,在遥感和GIS技术的支持下,建立了大河口区淤涨型自然保护区的功能区划框架,并给出了区划方法的一个基于离散数学的表述。在此基础上,利用eCogn ition面向对象的遥感影像处理技术和空间模糊评价模型,研究了崇明东滩鸟类国家级自然保护区的功能区划。结果表明:①核心区、缓冲区1、缓冲区2和过渡区4个功能区分别占东滩保护区总面积的18.0%、13.2%、18.4%、50.4%。在空间布局和生态学意义上,都比原有功能区划更为合理;②遥感及其派生数据的介入,在宏观尺度和长时间尺度上拓展了人们对保护区生态环境的理解,不仅降低了传统数据采集工作的强度,也增强了区划结果的时效性和科学性;③现代GIS技术与传统数学方法的融合可以更好地服务于保护区规划。区划结果可以为动态场景下的保护区规划管理提供科学依据。

预估修正法对河口海岸海洋模式稳定性的提高

河口海岸海洋模式时间差分为欧拉前差格式 ,在涡动粘滞系数较小的情况下 ,模式存在着弱不稳定性。为提高模式的稳定性 ,采用预估修正法对模式中科氏力项作半隐式处理。首先在理论上证明了模式稳定性的提高 ,随后设计一个高分辨率网格 ,考虑实际岸线和水深、边界通量、密度梯度力和风应力 ,把模式应用于冬季渤、黄、东海环流的数值模拟 ,数值试验也证明了模式稳定性的提高。改进后的河口海岸海洋模式较成功地模拟出了冬季渤、黄、东海环流 (黑潮、台湾暖流、对马暖流、黄海暖流和沿岸流 ) 。

河口三角洲海岸侵蚀及防护措施浅析——以黄河三角洲及长江三角洲为例

进入20世纪50年代以来,我国海岸侵蚀日趋明显,一些海岸带资源或油田设施遭到破坏。针对我国黄河三角洲和长江三角洲海岸线的侵蚀现状,分析了我国海岸线侵蚀的主要因素:河流泥沙减少;海平面的上升或海洋动力因素增强以及人为因素的影响。并对目前我国所采用的海岸防护措施进行了分析。提出了我国海岸防护工程类型较多,应根据海岸侵蚀的特点采用不同的措施或多种形式组合,因势利导,使工程达到最好的防护效果。

河口海岸GIS时空过程可视化表达

河口海岸带中一些随时间变化的三维海洋现象(如涡漩、锋面、水团等)的时空建模与可视化表达是海洋地理信息系统(MGIS)发展的一大难题。基于流体建模与可视化AVIZO Green技术,针对海洋连续场中的三维海洋现象,提出了基于特征的时空三域动态识别技术,设计并实现了面向主题应用的时空四维GIS可视化框架,能够有效表达三维海洋现象。以长江口海岸带涡漩、冲淡水、羽状锋和盐跃层为例进行三维动态可视模拟,直观再现了object-like型和field-like型海洋现象的时空演绎过程,为海洋现象仿真研究,尤其是多维、动态、边界模糊的复杂海洋现象的有效表达提供了一种新思路和方法。

现代黄河三角洲河口段海岸线演变特征

运用遥感和地理信息系统相结合的方法研究了黄河三角洲河口段1976—2008年海岸线变迁及岸滩淤蚀面积的变化,通过对不同时相遥感影像数据的解译,提取一般高潮线,在GIS支持下进行了分析计算,获得了海岸线时空变化数据。结果表明:黄河三角洲河口段1976—1987年造陆面积最大,平均每年增加21.65 km2,清8出汊后1996—2008年造陆面积为负值,陆地面积共减少22.36 km2。