威尼斯计划抬升下沉的建筑物至海平面以上

众所众知，运河之城威尼斯一直以来正不断沉向海平面以下，在1993～2002年间，该市共发生洪水50次，最严重的一次发生在1966年12月，积水深达1．94m。为拯救这个城市，一个花费昂贵的钢闸门安装项目正在刚刚启动，但此时官员们还正在考虑另一个方案——给建筑装上“高跷”。

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。

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。

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。

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。

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。

潟湖岩芯沉积对海平面变化和物源的响应——以中沙环礁潟湖为例

基于中沙环礁潟湖的50.5m钻孔岩芯,采用薄片观察、测年、主微量元素和碳氧同位素分析等方法,探讨了钻孔岩芯的层序地层、沉积微相和地球化学特征。结果显示该处沉积过程对晚第四纪海平面变化和物源有明显响应。结合测年结果,将岩芯的生物礁灰岩划分为10个更新世层序,且可与MIS5—MIS23阶段间冰期海水高位时期相对应。元素Sr和U的含量变化随深度加大而呈现阶梯式下降,这是由于冰期海水低位时期碳酸盐岩台地反复暴露使得老地层接受更长时间淡水成岩作用从而导致元素累积流失更多,且数值下降处可以指示层序界面。该钻孔钻遇的珊瑚礁多发育在高位体系域的进积阶段,推测是由于晚第四纪时期海平面变化速度快,且呈现迅速上升而缓慢下降的特征引起的。物源贡献因子分析结果显示,陆源物质来源、文石和高镁方解石来源、低镁方解石来源和鸟类粪便来源等4类物源影响礁灰岩的主量元素组成。本研究还揭示出现今潟湖钻遇的珊瑚礁地层有对晚第四纪10万a短偏心率周期的海平面变化响应较好,体现潟湖和台地边缘珊瑚礁的差异生长是造成现今环礁潟湖水深较大的原因之一,对解释现代环礁由来有一定的启示意义。

流域滩涂湿地泥沙淤积对抵消海平面上升的影响研究

流域泥沙淤积可抬高滩涂湿地高程,抵消海平面上升的影响,但泥沙淤积的位置及具体效果尚不明确。基于美国4 972条连片区域河流及其河口的输沙量与滩涂湿地面积数据集的计算结果表明:72%的河流泥沙淤积不足以抵消海平面上升的影响,因为这些河流流域面积普遍较小(中位数21km2),泥沙淤积量不够。

应对海平面上升海岸实体保护国家实践的国际法律问题及启示

气候变化引起的海平面上升可能导致海岸受侵蚀、海洋地物被淹没等情况。各国采用硬工程建设、基础设施改造、沉积物保护、红树林等生态系统修复、填海造陆和人工岛屿建设等措施保护海岸,以此积极应对海平面上升导致的基线和沿海国海区界限发生的变化。根据国际法相关规定,人工保护海岸线是公认的做法,但沿海国在具体实践中也要注意国际法律原则和义务,确保在合法合理地维护本国海洋权利的同时,不损害他国利益。我国在应对海平面上升时,应利用合法有效的人工海岸保护措施维护海洋权益,合理利用填海造陆方式,合法开展岛礁建设和保护活动,建立和完善红树林修复保障体系,妥善处理海平面上升对海洋边界的影响,以及加强应对海平面上升的国际合作。

考虑海平面上升影响的极值水位计算

本研究基于非平稳序列极值理论,定量分析极端水位事件年超越概率受海平面上升的影响;以工程设计使用年限内极端水位发生概率作为控制条件,构建考虑海平面上升的极值水位计算方法;结合平均海平面的长期变化过程,推算海平面上升下的极值水位。基于全球10个验潮站历史水位观测资料,验证历史平均海平面长期变化与高、低水位耿贝尔分布位置参数变化的一致性以及构建方法的合理性。结合政府间气候变化专门委员会对海平面上升的预测,推算和对比分析不同海平面上升情景下的极值水位,并评估相应极值水位在当前极值分布中的重现期。

中国沿海和近海海平面上升预测

本文利用验潮站观测和卫星高度计数据,以及基于筛选的CMIP6的10个模拟性能较好的地球系统模式结果,对中国海平面的长期变化趋势,以及未来上升幅度进行了分析和预测。结果显示:(1)1960-2021年,中国沿海海平面呈加速上升趋势,上升速率为2.5 mm/a,加速度为0.06 mm/a^(2);1993-2021年上升速率为4.0 mm/a,高于全球同期3.3 mm/a的上升值。(2)1980-2021年,渤、黄海,东海和南海沿海海平面上升速率分别为3.5mm/a、3.3mm/a和3.6mm/a,渤、黄海和南海沿海海平面上升速率较快,东海偏慢;渤、黄海沿海海平面在20世纪60-70年代上升较慢,80年代之后上升加快。(3)在中等情景(SSP2-4.5)和高情景(SSP5-8.5)下,2050年中国近海海平面将上升0.22m(0.19~0.28m)和0.24 m(0.21~0.33 m);到2100年,中国近海海平面将上升0.59 m(0.47~0.80 m)和0.83 m(0.64~1.09 m)。(4)2021-2040年,统计预测的海平面上升中值略接近数值模式低、中和高情景预测值。2041-2060年,数值模式低、中和高情景预测值均介于统计预测的中值和高值之间。2081-2100年,统计预测的海平面上升高值与数值模式中情景预测值接近,绝对偏差为0.017m,相对偏差为3.4%。(5)高情景下,2100年现有100年一遇的极端高海面将变为不足10年一遇,其中超过50%的站点将变为不足两年一遇,沿海防护工程等基础设施的防御能力降低,复合型滨海城市洪涝等灾害事件的风险增加。

基于小波变换和LSTM神经网络的格陵兰岛近海海域海平面变化预测

海平面变化包含多种不同时间尺度信息,传统的预测方法仅对海平面变化趋势项、周期项进行拟合,难以利用海平面变化的不同时间尺度信号,使得预测精度不高。本文基于深度学习的预测模型,提出一种融合小波变换(wavelet transform,WT)与LSTM(long short-term memory,LSTM)神经网络的海平面异常组合预测模型。首先利用小波分解得到反映海平面变化总体趋势的低频分量和刻画主要细节信息的高频分量;然后通过LSTM神经网络对代表不同时间尺度的各个分量预测和重构,实现海平面变化的非线性预测。基于该模型的海平面变化预测的均方根误差、平均绝对误差和相关系数分别为12.76 mm、9.94 mm和0.937,预测精度均优于LSTM和EEMD-LSTM预测模型,WT-LSTM组合模型对区域海平面变化预测具有较好的应用价值。

云南夏秋连续干旱事件及前期海平面气压异常信号

近十多年来云南地区多次发生极端的季节性连续干旱,尤其是夏季、秋季的连续干旱会加重传统冬、春季节干旱的危害,给当地经济和社会活动造成了严重的影响。本文基于1970~2019年云南省气象局120站降水数据及NCEP海平面气压场数据,从降水持续性异常指数出发,分析了云南夏、秋季节连续干旱事件发生的演变特征,进而探究了该区域夏秋连续干旱事件与前期4月海平面气压的可能联系,以期能够在极端干旱的预报中提供帮助。研究结果表明:(1)云南夏秋降水持续性异常的主要特征为全省一致的偏多或偏少;(2)云南夏秋连续干旱事件发生前期表现为3个区域海平面气压异常的组合,分别为北大西洋、北印度洋和中太平洋海平面气压异常;(3)由前期4月上述关键信号构建的组合信号指数,能够较好地表征云南夏季、秋季的降水连续异常,是具有意义的潜在前期预报信号。

基于海洋气候数据集的区域海平面变化非线性预测

本文基于中国首套长时间序列、高精度、高时空一致性的全球海洋气候数据集产品,利用1993年1月至2015年12月的山东半岛近海海平面异常数据,构建了基于集合经验模式分解(EEMD)和长短期记忆神经网络(LSTM)的海平面非线性变化组合预测模型。EEMD可以得到海平面异常的各周期项、线性趋势及残差部分,LSTM模型可对其进行逐个预测并重构得到最终的海平面异常预测结果。EEMD-LSTM组合模型海平面异常预测的均方根误差仅为25.87 mm,取得了令人满意的效果。基于该组合模型预测2016—2025年山东半岛近海海平面上升速率将达到3.54 mm·a^(-1)。

秦皇岛地下水与海平面综合监测站的改建工程——总体思路与应用展望

秦皇岛地下水与海平面综合监测站是由中国地质环境监测院主持的国家地下水监测工程(自然资源部)中三个野外试验场改建项目之一,由河北地质环境监测院具体负责实施。文章详细论述了改建工程的总体思路、各实施环节的具体做法、运行效果、研究进展及其监测成果应用前景。改建项目以始建于1981年的秦皇岛海平面观测站为基础,充分利用监测站所处位置的典型性和代表性。丰富监测要素,拓宽监测领域,实现数据采集、存储及传输等全过程的自动化。在改建总体思路指导下,对监测井内外壁、进水孔和井底的淤泥沙、生物附着物及化学沉积物等进行吹淤或铲除。监测井内更新国产SCA11-3A型浮子式水位计,建立海上小型气象观测站。建成了一个涵盖海平面、海水温盐、大气降水、气压、气温、湿度、风速风向等八项监测指标并且能够实现远程实时传输监测数据的自动化程度较高的现代化综合监测站。建成五年来,综合监测站运行结果表明,改建工程非常成功,运行效果明显,达到了改建工程的预期目的。获取的连续高质量监测数据将为秦皇岛乃至环渤海湾地区地下水循环演化、海水入侵、海岸带生态环境修复及地下水污染治理等提供关键数据支撑。

基于地层沉积反演的深时海平面变化曲线恢复方法

目前常用的海平面曲线恢复方法主要是基于地层沉积的旋回性分析和同位素测量,受地层不完整性的影响较大,海平面变化恢复不够合理。本文基于全球海平面变化旋回与天文旋回、沉积旋回在时间周期上具有较好的多级旋回对应特征,提出了采用傅里叶变换多级正弦分解函数化海平面变化曲线,然后通过地层沉积反演求取函数化的全球海平面变化参数的方法。利用地层沉积模拟方法,求取了元坝地区长兴期的全球海平面曲线,与同时期的Haq曲线、Fischer方法获得的海平面变化曲线相比,具有更多的海平面变化信息,恢复的海平面变化更合理。傅里叶级数函数化海平面变化曲线不仅推动了海平面变化的定量化和函数化发展,还有利于用地层沉积反演求取海平面变化曲线。这种求取海平面变化的新思路,与传统的海平面变化恢复方法相比定量化程度高,对输入资料要求低,具有较好的适用性和更广的应用前景。