北黄海西部泥质区全新世以来沉积有机碳埋藏特征

北黄海西部泥质区沉积环境稳定、沉积记录连续,是重建过去周边流域变化与黄海海洋环境信息的良好载体。目前围绕北黄海西部泥质区沉积有机碳的研究工作多局限于通过表层沉积物揭示其现代分布特征,对于该泥质区长时间尺度沉积有机碳埋藏过程与机制的研究相对薄弱。通过北黄海西部泥质区W03岩芯的总有机碳指标,重建了全新世以来北黄海西部沉积有机碳的埋藏特征,探讨了气候及海洋环境变化对北黄海西部沉积有机碳埋藏的控制机制。研究表明:海平面上升的停滞期(10.3~9.8 cal.kaBP),发育硬质黏土层,有机碳以陆源输入为主(60.7%),动荡的沉积环境导致总有机碳含量相对较低,平均含量仅为0.22%;海平面上升期(9.8~7.0 cal.kaBP),海源有机碳的贡献增加(47.7%),相对稳定的沉积环境有利于该时期有机碳的埋藏;高海平面以来(7.0 cal.kaBP至今),黄海环流体系逐渐形成,陆源有机碳输入随着东亚冬季风驱动的沿岸流强度变化发生相应的改变,海源有机碳的贡献继续增加(50.0%),总有机碳的含量升高至0.58%。北黄海西部泥质区全新世以来沉积有机碳埋藏主要受控于海平面变化和海洋环流体系的运动。

水库调控下黄河口沉积有机碳的分布、来源与输运特征

黄河是全球输沙量最大的河流之一,陆源颗粒有机碳通量高。然而,近年来流域水库调控对黄河下游水文格局和颗粒有机碳输送产生了重要影响,小浪底水库调水调沙时期成为黄河水沙和有机碳入海的关键时段。为揭示水库调控对河口水动力和有机碳分布的影响机制,基于2020年7月调水期和调沙期黄河口的水动力观测结果,结合沉积物有机碳测试结果,研究了水库调控不同阶段下河口沉积物粒度参数和表层沉积物有机碳的时空分布。研究结果表明,水库不同阶段下悬浮颗粒物的物源和主要扩散、沉积区域的变化,使得黄河口表层沉积物的粒度组成特征发生明显变化;在高径流量的调水期期间,粗颗粒泥沙携带颗粒有机碳在河口距离口门12 km范围内大量埋藏,河口区域表层沉积物的有机碳含量相较于调沙期明显偏低。调水期黄河口陆源有机碳主要来自下游河床冲刷,颗粒较粗,调沙期则转变为水库释放的细颗粒有机碳和流域C3维管植物碎屑。水库调控的不同阶段使得黄河下游河流水动力格局和泥沙运输机制改变,从而引起黄河口沉积有机碳来源和分布的显著变化。因此,人类活动对调节有机碳向海洋的输送及其在近岸海域的分布具有主导性作用。

现行黄河口分汊河道的分流特征及其影响机制

自2013年黄河尾闾河道出汊形成双槽入海的河口汊道,控制了河口流量的分配,但其分流特征及其影响机制尚不清楚。本文基于Delft3D构建了黄河口汊道的水动力三维数值模型,模拟了不同工况下河口汊道的分流特征,揭示了其影响机制。结果表明:河口汊道的分流不对称性随流量的增加而减小,流量增加加大了东汊与北汊河道的水位梯度差,使得从东汊河道的流量增量较北汊河道大,河流流量的分配更加均匀。潮汐作用增强了河口汊道的流量不对称性,而随着径流量的增加,潮汐的增强作用逐渐减弱。这主要由于在半日潮的作用下,东汊和北汊河道水位梯度的差异,形成河口潮汐的“东阻北促”效应,增强了河口汊道的分流不对称性。

海洋塑料垃圾卫星遥感探测方法

海洋塑料垃圾广泛分布于近岸海域、大洋环流带等表层水体,严重危害海洋生物与人类社会可持续发展。受海洋塑料目标样本少、尺度小及卫星遥感传感器空间分辨率的限制,精确探测海洋塑料垃圾的时空分布特征具有重要的现实意义。本文利用Sentinel-2卫星遥感影像,基于已知海上塑料和其他漂浮物光谱特征,提出了一种反射率特征分类方法,用于探测与识别全球多个海域的海上漂浮塑料。该方法通过结合不同波段的反射率阈值与峰值特点,总体精度达到98%,F值为0.85,优于传统机器学习分类方法,有助于海洋塑料垃圾的变化探测与影响机制研究。

黄河三角洲Sentinel-3高精度时空连续海陆表面温度反演

海陆表面温度是理解全球变化与人类活动的关键参数。针对已有温度反演产品海陆边界时空不连续的问题,本文采用Sentinel-3海陆表面温度辐射计(SLSTR)光学与热红外影像,通过植被指数阈值法逐像元计算陆表与海表发射率,基于分裂窗算法反演得到黄河三角洲陆海表面时空连续温度产品。结合地面温度观测和欧洲中期天气预报中心提供的全球中等分辨率数值大气再分析产品,验证了本文陆海温度产品(均方根误差优于1.1K)反演精度高于现有公开的全球产品,可为全球时空连续温度产品反演提供参考。

黄河刁口废弃流路冲淤演化及其影响因素

刁口流路是黄河1964年至1976年期间的行水流路,在1976年黄河人为改道清水沟后废弃,在1992年将其作为备用流路。依据不同年份刁口废弃流路的高程测量数据,计算了不同时期刁口废弃流路的冲淤量,分析了刁口废弃流路不同时段的冲淤变化特征,探讨了刁口废弃流路冲淤变化的受控机制。研究结果表明,1976−2000年,刁口废弃流路河道整体处于冲刷状态,冲刷速率约为1.92×10^(6)t/a;2000−2016年,河道整体处于淤积状态,淤积速率约为7.99×10^(6)t/a。刁口废弃河道的冲淤在空间上存在明显的差异,2000−2016年,以断面D20为分界线,向海一侧的河段呈现冲刷状态,河道槽蓄量增加;而向陆一侧的河段呈现淤积状态,河道槽蓄量减少。废弃河道的冲淤演化除受生态调水、海洋动力侵蚀等影响外,更多地受到河道周边油田开发以及两岸的农田和林业发展等因素的影响。因此,从维持河道行水能力的角度来看,亟需对河道开展维护修缮,以保证刁口流路作为黄河入海备用流路的适宜性。

现代黄河三角洲废弃神仙沟-钓口叶瓣的演化及其动力机制

自1976年黄河尾闾河道由钓口流路改道清水沟流路以来,由于水沙供应断绝,神仙沟-钓口三角洲叶瓣由向海淤进转为快速向岸蚀退,该区域的地貌形态发生了重大变化。对神仙沟-钓口三角洲滨海测深资料、悬浮体浓度分布和卫星遥感资料的综合分析表明,1976-1990年期间在神仙沟-钓口三角洲叶瓣前缘形成一弯月状的沿岸侵蚀区,最大侵蚀深度达8m左右,卫星影像显示在与侵蚀区相对应的位置上存在着稳定的高浑浊区,这主要是近底泥沙在动力作用下的再悬浮所致,而非现行黄河入海泥沙扩散。针对这一区域作用强烈的东北向波浪进行了数值模拟,结果表明,向东北方向凸出的三角洲叶瓣与来自东北向的强浪产生强烈的相互作用,在4～10m水深处波浪能量辐聚,最大波致剪切应力分布也与强侵蚀区和高浑浊区的位置相对应,表明波浪过程是导致该区域近底泥沙再悬浮的主要动力机制。神仙沟-钓口叶瓣区断面测深资料显示自1976年以来水下底坡逐渐趋于平缓,其上段和下段在1976-1986年期间均受到侵蚀,而在1986-1996年期间,上段继续受到侵蚀,而下段则形成堆积。浅水区域(<10m)和深水区域(>10m)底质沉积物的粒度组成产生明显分异,这在一定程度上指示了泥沙的输送方向,即浅水区域由波浪过程导致的粉砂通过再悬浮进入浮泥层,在重力控制下沿水下底坡向深水输送并在深水区沉积。90年代以来黄河入海水沙量剧减,泥沙供应不足使得现行河口三角洲局部区域也出现蚀退,废弃神仙沟-钓口三角洲的演化过程和机制对现行河口三角洲有重要参考意义。

黄河口泥沙输运三维数值模拟Ⅰ——黄河口切变锋

采用三维数学模型研究黄河口泥沙输运过程,并利用实测资料对模型进行了检验。数值模拟结果揭示了黄河口切变锋的时空运动过程及其对河口泥沙传输的作用。黄河口切变锋在涨、落潮时段存在两种不同的形态,分别历时2小时左右。切变锋在浅水区域产生,向深水区移动,经历2小时左右消失,它的产生是由于近岸区域与10 m深线以外区域的潮汐相位差所导致。切变锋对河口泥沙的向海传输有重要的阻隔作用,导致河口泥沙集中在切变锋的向岸一侧随落潮流向北侧传输,在涨潮时河口向海排沙量降低,少量泥沙随涨潮流沿岸向南传输。长期的地貌演化表明切变锋对河口的淤积和侵蚀分区有重要的控制作用,导致河口泥沙在其向岸一侧沉积,是长时间尺度的河口地貌演化对短时间尺度河口沉积动力过程的重要响应。

黄河口泥沙输运三维数值模拟Ⅱ——河口双导堤工程应用

黄河口双导堤工程是继国家“八五”攻关项目:“延长清水沟流路行水年限”完成后提出的黄河口治理的重大工程设想。本文利用河口海岸三维数学模型(HEM-3D)对黄河口双导堤工程实施后河口高、中流量条件及低流量与东北风组合条件下的河口泥沙输送过程进行了数值计算。对比不同方案下的计算结果发现,当河口流量控制在1 500m3/s以上时,泥沙可以经由河口双导堤顺畅入海,在潮流作用下向导堤两侧输送,这对疏通河口拦门沙并进一步稳定黄河入海流路能够起到积极的作用。在低流量与东北大风的组合条件下,河口泥沙难以通过双导堤顺畅入海,大部分的泥沙可能会在导堤内部淤积。因此,在目前形势下如何通过水库调度保证充足的入海径流量是工程实施前需要深入研究的重要问题。

近岸区域波流耦合作用的数学模型

本文提出了一个讨论近岸波浪和波生流耦合作用的二维数学模型。在波浪场中运用波数矢量无旋和波作用量守恒方程求解波浪在波生流作用下的折射、绕射变形，以辐射应力作为波生流场的驱动力，考虑地转柯氏力和海底底摩擦的作用。文中采用Dingemans（1987）的地形对波流耦合作用进行了分析。数值计算结果表明波流耦合作用对近岸波浪场和波生流场的影响比较显著，在工程实际上应当综合考虑波流耦合问题。

黄河调水调沙期间黄河入海水沙的扩散与通量

以2007年夏季黄河调水调沙期间黄河三角洲海域3断面连续站及渤海南部24个大面站观测的流场、温度、盐度及含沙量资料为依据,分析了调查区水沙扩散特征,计算了各连续站的拉格朗日余流及泥沙输送单宽通量。结果表明,黄河入海泥沙扩散范围非常有限,主要分布在南至莱州湾西南部、北至北纬38°附近离岸约20km以内的带状沿岸区域;但黄河冲淡水出现大面积扩散,覆盖了整个莱州湾的北部和中部,最远可至龙口附近,黄河入海水沙扩散不同步。在现行河口和钓口流路废弃河口存在两个高浓度泥沙中心,分别对应于黄河入海泥沙和废弃钓口流路海域底质再悬浮产生的两个泥沙来源。河口及三角洲近岸切变锋的阻隔及辐聚作用,是大部分黄河入海泥沙沉积在河口及沿岸13m水深以内的主要动力因素。受余流方向及水体垂向湍动较弱的影响,两个高浓度泥沙中心很少有泥沙交换。冲淡水的大面积扩散主要受表层余环流的影响。余流及悬浮泥沙通量计算显示,夏季黄河入海水沙在近岸主要向东北方向扩散。

55年来黄河下游逐日水沙过程变化及其对干流建库的响应

以55年来(1950—2004年)黄河下游花园口和利津水文站逐日水沙资料为依据,将黄河下游水沙变化分为5个阶段,分别与4个黄河干流水库的开始运作时间对应,分析和对比了花园口和利津两站5阶段逐日水沙记录和图谱特征和变化。结果显示黄河下游逐日水沙特征在干流水库的运作下发生显著的阶段性改变,至小浪底水库建成后发生了根本性变化,主要是洪峰和沙峰消失,传统汛期与非汛期季节划分趋于模糊,调水调沙短期内的输沙量占全年输沙量的2/3以上,下游由淤积变为冲刷、可能产生泥沙异重流的天数大幅度减少。下游河道有显著的削峰、滞洪和淤沙作用,花园口/利津站3—6月逐日水沙量差距分阶段快速加大,最大可达20倍,表明下游耗水增加并集中在春灌时段,是入海水量减少的主因之一。目前,水库联合调水调沙期间是河口异重流发育的最佳时段。55年来黄河下游逐日水沙过程的变化表明,黄河逐日水沙特征发生了受控于人类活动的根本性变化。

现代黄河水下三角洲地质灾害现象的空间分布

利用浅地层剖面、旁扫声纳剖面及测深资料对现代黄河水下三角洲的地质灾害现象进行了研究，发现三角洲不同的形成时期对应发育不同的地质灾害现象：①在现行河口地区，高浓度泥沙下潜海底形成了黄河口独特的浊流现象，河口泥沙的快速堆积和欠固结导致河口三角洲叶瓣以台阶状滑塌陡坎的形式向海尖灭；②由于河口物源断绝和受到冬季北风或偏北风作用，海底滑坡、冲蚀构造等大型地质灾害现象在老河口废弃三角洲叶瓣北侧大量发育；③埕北地区与孤东地区情况较为相似，经过长时间改造之后多种灾害地质现象大量分布，且在水深5～10m的三角洲陡坡上最为发育。

基于MODIS L1B数据的黄海悬浮体季节性分布的反演

基于2010—2011年春、秋和冬季在黄海3个航次调查取得的悬浮体数据,结合MODIS L1B遥感数据,建立基于MODIS第4波段反射率的表层悬浮体浓度(SSC)的反演模型。利用合成的MODIS月均数据和悬浮体反演模型,反演出黄海表层悬浮体的月际分布,并对形成机制进行探讨。结果显示:黄海悬浮体分布有3个高值区,分别对应3个悬浮体来源,苏北浅滩及成山头高值区来源为海底泥沙的再悬浮,山东半岛北岸高值区来源为由渤海海峡输入黄海的泥沙。黄海悬浮体的分布及扩散具有显著的季节性变化特征,冬季,由于冬季风形成的波浪与沿岸流强盛,黄海3个高值区明显,其中山东半岛北岸与成山头形成一条连续的高悬浮体浓度水体条带;春季,由于波浪及沿岸流减弱,黄海悬浮体浓度显著减小,山东半岛北岸与成山头成为2个独立的高值区,表明其不同的悬浮体来源;夏季,仅苏北浅滩形成由于潮流导致再悬浮的悬浮体浓度高值区;秋季,由于冬季风逐渐加强,黄海悬浮体浓度显著增加,并逐渐过渡到冬季分布状态。

现代黄河三角洲表层沉积物的空间分布特征

基于近期在黄河三角洲附近海域采集的97个表层沉积物样品的粒度测试结果,研究了黄河三角洲海域表层沉积物的类型和空间分布特征,探讨了沉积物粒度分布特征与物源和沉积动力环境之间的关系。研究结果表明,研究区表层沉积物类型以砂质粉砂和粉砂为主,在绝大部分海域,表层沉积物的偏态表现为正偏和极正偏,分选程度较差,峰态表现为宽和很宽。现行河口三角洲叶瓣周围的表层沉积物以砂质粉砂为主,粒度较粗;而在远离河口的区域表层沉积物以粉砂为主,粒度较细。与20世纪80年代的观测结果相比,受物源供应和沉积环境的共同影响,近期黄河三角洲沿岸的表层沉积物有粗化的趋势,且河口口门区域表层沉积物粗化趋势最为明显。表层沉积物粒度粗化的主要原因是黄河入海泥沙供应不足,导致三角洲沿岸侵蚀加剧;黄河调水调沙以来入海泥沙的粒度变粗,粗颗粒组分在河口口门附近快速堆积。黄河水下三角洲现代沉积速率的分布特征表明,黄河入海沉积物主要在现行河口及三角洲的近岸区域沉积,在15m以深的区域沉积速率较低。同时,还可看出入海泥沙有向北和东北向的运移趋势,与渤海中部泥质沉积以及通过莱州湾向渤海海峡的泥沙输运相对应。粗颗粒沉积物在现行河口三角洲叶瓣的堆积范围与潮流切变锋的位置基本一致,反映了物源供应和沉积动力环境对研究区表层沉积物分布特征的控制性影响。

福建海岸侵蚀风险评价研究

海岸侵蚀和淤积一直存在于海岸带系统内并塑造着现在的海岸线,近年来不当的人类活动以及全球气候变化加剧了海岸侵蚀,导致沿海土地流失,威胁人类生命财产安全。本文构建了海岸侵蚀风险评价理论体系,阐述了海岸侵蚀风险评价的方法,为海岸侵蚀风险管理提供有效指导。运用层析分析法确定评价指标权重;根据模糊集理论合成海岸侵蚀风险等级。以福建省海岸带为例,进行了海岸侵蚀风险评价,编绘了风险评价图,评价结果与客观情况比较吻合,验证了文中理论方法的适用性。本文构建的海岸侵蚀风险评价理论体系可以推广到其他区域,但应根据实际情况适当调整指标个数以及指标权重。

三角洲废弃河道演化过程及受控机制——以黄河刁口废弃河道为例

废弃河道是河流系统的重要组成部分,其沉积记录蕴含了丰富的流域内构造活动、水文特征、海平面波动等环境变化的珍贵记录。然而相比内陆河废弃河道,三角洲废弃河道的演化过程及机制研究尚显不足。1976年黄河人工改道清水沟流路,切断了刁口流路的河流水沙供给,刁口流路逐渐废弃。通过1976—2016年的Landsat遥感影像、黄河水下三角洲测深资料和刁口流路河道高程测量数据,探讨了黄河刁口流路废弃河道演化过程及其受控机制。结果表明,刁口流路废弃40年来,河口不断向岸蚀退,河道长度逐渐萎缩,但废弃河道沉积过程并未完全中止,刁口流路L7—L11河段每年约有10×10^(4) t泥沙不断充填废弃河道,河道主槽高程抬升0.3~2.0 m。海洋动力是废弃河道演化的关键动力机制,波浪对刁口流路三角洲的冲刷为废弃河道充填提供了重要的物源,潮流携带悬浮泥沙回溯废弃河道,为其提供了直接泥沙供给。

莱州湾悬浮泥沙分布形态及其与底质分布的关系

根据卫星遥感图像和历史观测资料分析 ,莱州湾的高悬浮物浓度区基本在以黄河口为中心的北侧海域 ,而湾顶往往浓度低。 2 0 0 2年 8月针对莱州湾的底质类型、悬浮物粒径分布以及海流、盐度的航次调查资料显示 ,莱州湾的底质类型决定着其悬浮物的分布形态。距黄河口较近的区域底质粒级分布呈明显的双峰结构 ,即一个较粗的峰值和一个较细的峰值 ,而较细的峰值与水体中悬浮颗粒的粒径相近 ;距河口较远站位的底质分布则呈现单峰结构 ,并且底质的粒径较粗。因此 ,在一般潮流作用下 ,河口附近底部沉积物容易形成再悬浮 ,水体中悬浮物浓度较高 ;而距河口较远的区域底部沉积物再悬浮相对困难 ,水体中悬浮物浓度较低。本研究结果对莱州湾悬浮泥沙分布形态给出了合理的解释。

热液羽状流研究进展

热液羽状流是全球洋中脊热泉场的重要组成部分,在深海热量和物质循环中有重要地位,是探测热泉场和热液喷口位置最直接有效的手段。介绍了热液羽状流的主要研究内容、探测技术方法、在不同海域洋脊的研究进展和21世纪的新成果,从地球系统科学和热泉场资源探测的角度归纳了主要科学问题和发展趋势。热液羽状流对全球海洋循环及大洋化学有重要影响,其位置探测在近期将经历一次“小型革命”,正在成为大洋研究前沿热点。

最大海侵时期古渤海潮流沉积动力环境特征及其与现今对比

全新世以来最大海侵时期(7kaBP)中国东部海的海平面达到最大,黄河三角洲此时期并未形成,整个古渤海西部轮廓较开阔。依据前人浅地层剖面和岩心测年的研究,大体恢复了中国东部海的古岸线和古水深,运用三维水动力悬沙数学模型(ECOMSED)对最大海侵时期和现今两个时期渤海的潮流沉积动力过程进行了数值模拟研究,结果显示,由于古渤海较现今水深大、区域宽广,加之传入古渤海的潮波较现在弱,古渤海的潮流较现在弱很多,尤其是渤海西部黄河入海区域。在这种较弱的潮流动力环境下,黄河入海泥沙更容易沉降,更容易快速堆积并向外海推进,更有利于黄河物质在近岸堆积和形成黄河三角洲。由于古渤海水动力较弱,黄河泥沙输出渤海的泥沙较现在的比例要少。古今渤海中部和渤海海峡东部潮流都较弱,细颗粒泥沙易沉降,沉积厚度较大,而辽东湾内整体潮流动力较强,细颗粒泥沙不易沉降,是导致辽东湾内底质颗粒相对较粗的主要原因之一。