近十年我国海平面变化研究进展

系统地回顾了2006—2015年我国在海平面变化规律、机制及影响领域的最新研究进展。分析了全球及区域海平面以及比容海平面在不同时间尺度上的变化规律;探讨了海平面的变化机制,海表热通量、淡水通量、环流、风应力以及Rossby波对不同区域海平面变化的动力及热力影响;采用统计方法和数值模拟等手段,对21世纪海平面变化进行了预测;同时海平面变化会影响海洋的动力过程(如潮波系统的变化),并进而对近海和海岸带环境产生重要影响(如海岸侵蚀、海水入侵和土地盐渍化、河口咸潮入侵、近岸低地淹没、红树林衰退等)。

利用机器学习模型预测中国沿海海平面变化

该文利用线性回归函数,根据卫星测高及中国沿海6个验潮站数据估算出1993—2020年中国沿海绝对海平面上升速率为4.17±1.32 mm a,相对海平面上升速率为4.47±0.90 mm a。将1958—2020年的大气数据、海洋数据及气候模态指数作为预报因子,建立了长短期记忆神经网络模型(LSTM模型)、循环神经网络模型(RNN模型)、门控循环单元神经网络模型(GRU模型)和支持向量机回归模型(SVR模型)等多种神经网络模型对中国沿海6个验潮站周边的相对海平面变化趋势进行预测。模型评估结果表明,同时引入大气变量、海洋变量及气候模态指数变量的LSTM模型取得的预测值与观测值的平均相关系数和均方根误差分别为0.866和19.279 mm,在4种模型中表现最佳,可以作为一种新型的预测相对海平面变化的方法。

Argo盐度漂移修正及其对全球海平面变化的影响

基于不同机构(SIO、JAM和EN4)发布的多套Argo数据集,分析盐度漂移的时空变化特征。结果表明,2016年以后,3家机构发布的盐度数据集都存在明显的系统性漂移,且不同深度层的盐度漂移幅度差异较大。为此,基于赤池信息量准则(Akaike information criterion,AIC)提出面向特定深度层盐度漂移的多项式修正方法。该方法能有效修正0~2000m深度范围内Argo数据集的盐度偏差,使得2005~2021年的GMSL预算平衡偏差减少约43%。盐度漂移具有复杂的空间关联性,全球盐容海平面变化趋势存在显著的空间分布差异,北大西洋区域最为显著,修正后其空间分布趋于一致。

杭州湾北岸现代潮滩沉积物粒度特征及其对古海平面的指示意义

对杭州湾北岸3处现代潮滩沉积物进行高精度粒度分析,查找研究区潮滩不同微相的粒度特征和差异,提取基于粒度分析的潮滩微相识别敏感指标,并将其应用到该区域的全新世钻孔潮滩沉积物中,识别钻孔潮滩沉积微相,据此建立研究区全新世早期的海平面曲线。研究表明:杭州湾北岸现代高潮滩盐沼沉积物粘土含量明显高于高潮滩下部和中潮滩,而砂含量与之相反;高潮滩盐沼平均粒径等粒度参数明显小于中、高潮滩的粒度参数;盐沼沉积物粒度频率曲线峰态宽缓,明显区别于高潮滩下部和中潮滩。上述现代潮滩微相粒度敏感指标可成功应用到钻孔潮滩沉积微相划分中,并建立了该区域全新世早期海平面曲线。曲线显示,9700~8700 cal a BP期间海平面上升约11.6 m,海平面上升速率可达1.2 cm/a。现代潮滩不同位置沉积物粒度参数的规律性差异可作为潮滩微相识别的有效指标,为古潮滩沉积微相识别和古海平面重建提供参考依据。

相对海平面变化对烃源岩发育的影响——以鄂尔多斯盆地为例

以鄂尔多斯盆地西南缘奥陶系马家沟组为例,应用碳酸盐岩碳氧同位素、有机碳含量及其同位素组成,结合地层、古生物特征,探讨相对海平面变化对海相碳酸盐岩有机质富集及烃源岩发育的影响。研究表明,桌子山地区受贺兰裂谷的强烈沉降,克里摩里期相对海平面上升幅度较大,引起一系列利于有机质富集和烃源岩发育的结果:①静水、缺氧环境;②有机质埋藏量增加和质量优化;③碳酸盐碳、氧同位素值偏重,而有机碳同位素值偏轻。在岐山地区,相对海平面波动较小,为浅水、氧化环境,不利于有机质保存。对一个地区或盆地而言,相对海平面变化是全球性海平面升降和区域性构造活动的综合效应,它通过改变古环境控制了有机质富集及烃源岩发育。因此,相对海平面变化的研究对海相烃源岩的发育程度及其分布预测具有重要意义。

生物礁对海平面变化的响应——基于黔南晚石炭世大型珊瑚礁的海平面变化幅度估算

晚古生代冰期是地质历史时期一个重要事件,由晚古生代冰期引起的海平面变化对该时期的生物礁系统产生深远影响.主要讨论了晚古生代冰期背景下生物礁对海平面变化的响应.生物礁随海平面变化表现为三种生长模式,即“放弃”“跟随”和“追赶”.以黔南地区格舍尔期大型珊瑚礁为例对黔南地区海平面变化幅度进行计算,认为黔南地区格舍尔期海平面上升(60±5)m,主要由冰川作用引起.根据扁平村珊瑚礁对格舍尔期黔南地区海平面变化幅度计算的误差来源主要为基底沉降以及古水深估算不精确.造礁珊瑚Fomitchevella的形态以及快速生长的特点揭示了黔南地区格舍尔期气候温暖、海平面上升且海侵快速的古环境条件.扁平村珊瑚礁的发育反映了全球气候变化和相关的海平面波动与冰期有关.

中全新世福建沿海地区海平面波动:基于NDQK5岩芯介形类化石记录

福建沿海地区第四系较为发育,是研究晚更新世以来相对海平面变化的理想区域。本文以福建宁德NDQK5岩芯中产出的高分辨率介形类化石为研究对象,结合加速器质谱法(accelerator mass spectrometry,AMS)14C和光释光测年技术建立岩芯年代框架,重建了中全新世期间福建沿海地区的相对海平面变化。结果显示,NDQK5岩芯中的介形类化石记录主要分布于4~17.1 m段,对应年代约为8.2~6.9 ka BP。岩芯内共计识别出海相介形类23属26种,根据优势种以及特征种的相对丰度变化特征可将岩芯内的介形类动物群划分为3个组合:①介形类组合A以Bicornucythere bisanensis和Sinocytheridea impressa为主,代表潮下带环境;②介形类组合B以Sinocytheridea impressa和Neomonoceratina delicata为优势种,指示近岸内陆架的沉积环境;③介形类组合C以Sinocytheridea impressa和Loxoconcha ocellifera为主,代表潮间带的沉积环境。基于介形类组合的分布特征,本文推断福建沿海地区海平面约在8.2~7.4 ka BP期间持续上升,并在约7.9~7.4 ka BP区间达到最高;7.4~7.0 ka BP期间海平面下降,随后再次上升。因此,介形类化石记录指示福建沿海地区在全新世高海平面背景下依然存在相对海平面的次一级波动。同时,结合已有福建沿海地区海平面变化驱动机制的研究结果,本研究推断8.2~7 ka BP期间福建沿海地区的海平面变化可能主要受控于冰盖融水;7 ka BP后该地区的海平面波动可能受控于“冰川-水均衡调整”作用。

2030年上海地区相对海平面变化趋势的研究和预测

从全球气候变化区域响应角度，依据1912—2000年吴淞验潮站年平均潮位资料，构建灰色线性回归组合模型，并将其与最小二乘法和小波变换相结合，分析以吴淞为代表的上海绝对海平面长期变化趋势和周期变化规律。由此预测2030年上海绝对海平面相对2011年的上升值为4cm，结合已公布的构造沉降和城市地面沉降、流域水土保持和大型水利工程及人工挖沙导致的河口河槽冲刷、河口围海造地和深水航道及跨江跨海大桥导致水仇抬升等叠加效应及其变化趋势，预测2030年上海市相对海平面上升10～16cm，陆地海平面上升有7个风险分阮。

有关海平面变化研究几个重要问题的探讨

海平面变化研究曾出现过许多具有争论性的重要问题。其中,全球性海平面变化曲线问题,绝对海平面变化曲线的形状问题,全新世高海平面问题,以及未来海平面变化趋势的预测问题,长期以来一直迷惑着许多研究者。七十年代以来,随着海平面理论的更新,有关的争论已经取得了很大进展。本文主要通过广泛地综合前人的研究,逐一对这几个问题的产生,争论的焦点,以及当前的研究动向,作一些理论上的分析探讨。

沉积成因Sr/Ba指示的福建潮控海湾全新世沉积环境及海平面意义

福建沿海多发育潮控型海湾,潮滩平坦宽广,海湾水深较浅,有孔虫等微体生物较为匮乏,且其化石在地层中保存相对较差,致使沉积微相辨识存在一定难度,从而限制了深入理解该区全新世海平面变化过程及沉积环境响应。本研究拟利用不受保存环境限制的沉积成因Sr/Ba指标,探索其在福建宁德三沙湾地区沉积微相的辨识潜力,并结合AMS 14C年龄,探讨该区全新世以来的沉积环境演化及区域海平面变化。结果表明:①沉积成因Sr/Ba在三沙湾潮滩和海湾表层沉积物中平均值分别为9.06和20.43,具有显著差异。潮滩沉积物中的Sr/Ba明显高于长江等大河口地区(1~3),这是该区淡水输入量较少、潮滩盐度较高所致,这说明该指标辨识海陆过渡沉积相时需要考虑区域水文特点。②晚第四纪NDGK2钻孔沉积物Sr/Ba自下而上可分为3层(Ⅰ—Ⅲ):层Ⅰ为杂色硬黏土,Sr/Ba比值全孔最低(均值5.29),但也高于淡水环境,推测为前期海相沉积物的暴露改造;层Ⅱ—Ⅲ均为深灰色黏土,其中层Ⅱ均值为10.77,接近潮滩相;层Ⅲ均值为全孔最高(13.44),接近海湾相。结合AMS 14C年龄可知,NDGK2钻孔的河漫滩-潮滩-海湾沉积相演化受控于全新世海平面上升过程,潮滩相形成于约8.9 cal.kaBP,当时该区海平面大约在−21.0±2.5 m,最大海泛面出现于约8.2 cal.kaBP,之后出现了长达6 ka的低沉积速率时期,直至约2.2 cal.kaBP海湾内加速沉积。③该区15个钻孔全新统底部Sr/Ba均显现出明显的潮滩相特征,这为重建区域全新世相对海平面提供了可行性。

杭嘉湖平原ZK3钻孔沉积物粒度端元分析及其气候-海平面响应

杭嘉湖平原位于海陆交互的长江三角洲地区,极易受到海平面升降和极端气候事件的影响,对全球环境变化十分敏感。应用非参数化粒度端元分析模型提取杭嘉湖平原ZK3岩芯沉积物的端元组分,分析其物质来源;并结合植物藻类和磁化率指标全面揭示各端元组分对区域全新世气候-海平面变化响应。结果表明:(1)EM1(16.4 μm)主要为洪泛沉积物,EM2(35.3 μm)主要为湖相沉积物,EM3(58.9 μm)则为海相沉积物;(2)杭嘉湖平原8000 a BP以来的气候-海平面变化大致可分为四个阶段:约8000—6200 a BP,受东亚夏季风影响,气候温暖湿润,海平面上升并趋于稳定,区域内同时受到海洋和陆源输入影响,发育海陆过渡相沉积;约6200—4800 a BP,气候趋于干凉化,陆地面积扩大,沉积环境转变为河流为主的洪泛沉积;至4800—3100 a BP,气候回暖,海平面略有回升,发育为湖相沉积;3100—140 a BP,气候趋冷干化,海平面下降,广泛发育为泛滥平原沉积环境。

古气候和海平面变化对浅水碳酸盐岩高频层序及有利储层的控制——以川中地区龙王庙组为例

【研究目的】阐明古气候和海平面变化对浅水碳酸盐岩高频层序及有利储层的控制机制,对明确储层成因和分布规律具有重要意义。【研究方法】以川中地区龙王庙组为例,在沉积相及层序地层分析的基础上,通过全井段取心的碳氧同位素、主量和微量元素测试,恢复了海平面和古气候变化并开展了综合讨论。【研究结果】龙王庙组主要发育云质潟湖、滩间海、颗粒滩和云坪4种沉积微相,可清晰识别可区域对比的两个四级层序。龙王庙组的δ^(13)C具有两个变化周期,指示两次海平面升降,这与Al_(2)O_(3)、TiO_(2)、B和V元素变化所反映的古水深变化一致。碳和氧同位素估算的古海水Z值和温度,以及Mg、Ca良好的相关性,共同反映干旱炎热气候和亚热带海洋环境;MgO/CaO、MnO_(2)、Fe_(2)O_(3)/MnO_(2)和Al_(2)O_(3)/MgO的规律性变化,指示两个层序早期的气候短暂过渡为温暖潮湿;Sr/Ba值反映沉积晚期海水盐度明显增高。【结论】气候温暖潮湿和海平面快速上升期形成海侵体系域;气候炎热干旱时,颗粒滩和云坪快速沉积构成高位体系域。高位域上部的滩—坪体系是优质储层的物质基础,在海平面下降和干热气候控制下发生的早期溶蚀和白云化作用是储层改善的关键。

海平面上升情景下沿海城市极端雨潮复合洪涝危险性评估——以海口市为例

以海口市为例,利用1960—2017年的66场台风资料,包括台风日降雨和风暴潮的极值水位,建立复合洪涝组合情景。基于多个情景,对海口市在海平面上升背景下极端雨潮复合洪涝灾害的潜在风险进行深入研究。结果表明:1)在台风事件中,风暴潮为复合洪涝灾害的关键致灾因子,受灾最严重的地区主要位于南渡江入海口和北部滨海地区;2)在最大雨潮复合洪涝组合情景中,海口市受淹面积估计为148km^(2),相较于最小雨潮复合洪涝组合情景增加了约15倍,淹没区域中一半以上的区域积水深度超过1 m;3)在极端雨潮复合情景下,海甸岛、新埠岛及江东新区一带的滨海地区受到海平面上升影响最显著。根据RCP8.5情景预测,到2100年,海口市受极端复合洪涝灾害的影响区域预计达到约203km^(2)。

海平面上升对粤港澳大湾区沿海生境脆弱性评估

全球气候变暖所导致的海平面上升和快速城镇化将对沿海生境的分布和景观格局造成重大影响。评估海平面上升影响下的滨海湿地的脆弱性是对区域生态环境进行修复治理的重要依据。以粤港澳大湾区为例,基于SLAMM模型和Fragstas模型,针对六种海平面上升和土地利用耦合情景,对红树林、盐沼和潮滩三类海岸生境在2100年的面积变化、分布状况和脆弱程度进行了预测和分析。结果表明:1)随着海平面上升,红树林和潮滩生境遭受严重退化。其中,红树林高脆弱性区主要分布在西江口、珠江口和黄茅海东岸。潮滩高脆弱性区则平均分布在大湾区沿海地带。相比之下,盐沼生境受海平面上升的影响较小。2)与红树林和潮滩相比,土地利用模式对盐沼生境的影响最为显著。在保护已开发用地的情景下,珠江口西侧的盐沼面积大幅增加,脆弱性程度低。在保护所有旱地的情景下,盐沼生境面积虽然基本维持,但景观格局破坏严重,脆弱性程度高。本研究建议针对高脆弱区,动态调整土地利用策略,清理沿海湿地向内迁移的空间,增强沿海生境应对海平面上升的适应性。本研究可为沿海湿地的管理和保护提供科学支持。

中国海平面在上升

海平面在持续上升中国国家海洋局2004年1月31日公布的《2003年中国海平面公报》指出,中国沿海平均海平面去年比常年高出60毫米。公报说,2003年,黄海海平面比常年高73毫米,东海和南海次之,分别为66毫米和63毫米,渤海为27毫米。中国沿海海平面多年来一直呈波动上升趋势,预计未来3至10年间,仍将保持上升趋势。到2006年,中国沿海平均海平面将比2000年高10毫米,而到2013年,将高28毫米。

TRIZ理论在提高海平面变化预测准确性中的应用研究

海平面变化是人们一直关注的话题,时刻影响着人们的生命财产安全,因此准确预测未来海平面变化以提前做好防灾减灾工作至关重要。而海平面变化序列因其非线性、非平稳性,以及多时间尺度变化的特性给海平面变化预测准确性带来了很大的困难,因此针对海平面变化预测准确性不高的问题,运用TRIZ(发明问题的解决理论)理论对海平面变化预测系统进行分析,通过创新思维分析、系统资源分析、系统功能分析、系统因果分析、系统裁剪、技术矛盾与发明原理、物理矛盾与分离原理和物-场模型及标准解,最终得到26种可行方案。通过对比确定最优方案,该方案通过优化验潮站选址,使验潮站利益最大化,根据优化后的验潮站位置将海平面分割成若干个区域,使用更高精度、更耐恶劣环境的验潮仪来监测各个区域的海平面变化,通过自适应旋转同步提取调频算法对验潮仪采集的数据进行处理分析,最后利用深度学习得到未来海平面预测模型,从而实现海平面变化预测准确性的提高,避免人民生命财产安全的损失,具有显著的经济与实用效益。

基于多源卫星测高数据的平均海平面建模及精细海平面变化研究

平均海平面是大地测量学和物理海洋学中的重要参数之一,是海平面变化研究的重要参考基准面。受全球气候变暖的影响,全球海平面呈加速上升的趋势。海平面上升将会对人类社会的生存和发展带来严重挑战。卫星测高技术是研究平均海平面及海平面变化的理想技术。

RCP4.5情景下预测21世纪南海海平面变化

结合卫星高度计资料和SODA温盐数据,本文利用CCSM（Community Climate System Model version4）气候系统模式在代表性浓度路径RCP4.5情景下对全球海平面变化趋势的预测模拟结果作为强迫场,用POP模式模拟预测21世纪南海海平面长期趋势变化及空间分布。模拟结果显示,在RCP4.5情景下,南海海域在21世纪末10年平均海平面相对于20世纪末10年上升了15～39cm,明显上升海域位于中南半岛东部的南海中部、南部海域和吕宋海峡东西两侧海域,上升值最大可达39cm。如果加上格陵兰和南极等陆地冰川融化的影响,21世纪南海总海平面上升值将可能达到35～75cm。南海比容海平面明显上升区域位于吕宋岛东面的深水海域,广东沿岸流和吕宋冷涡之间海域,以及中南半岛东南部海域。总比容海平面的变化主要来自热比容,盐比容贡献比较小。南海南部和西部比容海平面上升速率较低,如加里曼丹岛西北侧、泰国湾和海南岛西侧有下降趋势。

珠江口盆地新近纪相对海平面变化精细表征及其对三角洲沉积演化的反映——以恩平凹陷恩平A油田韩江组—珠江组为例

恩平凹陷恩平A油田在新近纪位于古珠江三角洲前缘,一方面由于砂体普遍偏薄,使得储层预测难度大,另一方面由于三角洲前缘河流作用和海洋作用的往复交替,也使得三角洲沉积微相变化复杂,影响后期的增储上产。针对上述问题,本文在钻井小层精细对比的基础上,充分利用测井解释成果,依据古三角洲地势平坦、地层厚度变化小的特点,采用砂层组平均砂岩体积分数表征相对海平面的变化;并进一步利用岩心和地震沉积学方法,确定主力砂层组的平面沉积相展布。研究表明:研究区珠江组、韩江组的砂层组平均砂岩体积分数能够较好地表征古海平面的相对变化,可以实现对五级相对海平面变化的精细刻画。通过对砂层组级别砂体的沉积微相分析,表明相对海平面变化与三角洲的沉积微相演化具有良好的对应关系,验证了基于砂层组平均砂岩体积分数来表征相对海平面变化的方法具有可行性,可以用来预测三角洲的演化和砂体的叠加关系。

海平面上升对上海市沿岸设计高潮位的影响

为研究海平面上升对上海市沿岸设计高潮位的影响,选取石洞口、吴淞、金山嘴、芦潮港等7个典型潮位站,依据海平面上升速率及历史序列长度修正P-Ⅲ曲线参数,预估了各典型潮位站在3种温升情景下未来70年100~1000年一遇设计高潮位变化,并评估了海塘防御能力。结果表明,海平面上升速率与设计潮位增量显著相关,截至2035年,设计高潮位预计较现状抬升8~12 cm,海塘设计重现期降至100~130年一遇;截至2050年,设计高潮位预计较现状抬升18~26 cm,海塘设计重现期降至50~80年一遇;截至2100年,设计高潮位预计较现状抬升50~91 cm,海塘设计重现期降至5~12年一遇。研究成果可为上海市应对气候变化、加强防洪挡潮能力、持续提高超大城市整体韧性提供技术支撑。