海洋所在內陸架沈積動力演化特征方面取得系列研究成果

  日前,海洋所黃海軍研究組在人類活動與極端天氣作用下的內陸架沈積動力演化方面取得重要進展。研究人員通過多年尺度的水文氣候及沈積記錄綜合對比分析,結合水文泥沙模擬和遙感手段,揭示了人類活動及台風事件對水文泥沙運動和沈積記錄的影響特征。 

  近幾十年來,內陸架沿海環境的自然演化過程已被頻繁的人類活動所改變。其中,內陸架養殖活動占據了沿海區域的大部分,其曆史可追溯至幾個世紀前,特別是在亞洲國家尤爲突出,伴隨其間的極端天氣事件使得內陸架的環境演化特征變得異常複雜。以往研究已從水生生態系統、環境修複、水動力特征影響等多方面評價其造成的生態環境效應。而相對于上述可部分恢複的生態環境效應影響來說,其對海底沈積的根本性改變則是緩慢、長期,可能是不可逆轉的。 

  2004年起,黃海軍研究組針對山東半島黑泥灣典型區域開展了岸灘穩定性、海底沖淤變化、近岸沈積特征、水文泥沙動力、養殖活動等多角度調查工作。通過分析海底沈積物、不同季節懸浮顆粒物、柱狀樣剖面及其相關測試、多站位同步水文測驗、多次遙感光學實驗、沈積物捕捉器等大量現場實測數據,結合泥沙-水動力數值模擬、水色遙感反演、沈積記錄參數分析、極端天氣過程監測等方法,從沈積記錄和遙感監測相結合的角度,揭示了內陸架養殖活動和台風天氣事件在現代水體沈積環境和古地層沈積記錄中的特征。 

正常天氣和養殖狀況下模擬余流場(ab)及其差異(c);正常天氣和養殖狀況下模擬年沖淤變化(de)及其差異(f

  研究人員基于內陸架海帶養殖區實測數據,建立水動力及泥沙輸運模型,分析了正常天氣狀況和養殖活動開展條件下水動力及泥沙輸運特征的差異,探討了近岸海域沈積環境對大規模海帶養殖活動的響應機制。進而結合水體懸浮顆粒物、底質沈積物和柱狀岩芯數據開展養殖季和非養殖季的對比,揭示了內陸架大規模懸浮養殖活動在泥沙粒度參數上的差異特征,獲得了懸浮養殖活動在沈積記錄中的識別指標。 

  同時,研究還發現在沈積記錄中可能存在極端天氣事件造成的沈積記錄,因此, 進一步對比分析了201188日熱帶氣旋Muifa過境期間,沈降顆粒物捕捉器收集的沈降顆粒物的粒度參數特征,發現台風過境會造成近岸再懸浮的顆粒物呈現極尖窄、正偏、粗化的參數特征,並在沈積記錄中發現了兩個沈積片段與這一特征相對應,進而將這兩個時期與氣候記錄對比發現二者具有較好的一致性,最終證實該特征可用于指示台風天氣對內陸架沈積物的影響作用。而鑒于懸浮顆粒物對光譜吸收和散射特性的影響,探索利用遙感Mie散射特性和准分析算法估算這些懸浮顆粒物粒度參數,發現顆粒物平均粒徑、分選性及峭度可較准確的反演估算,並基于MODIS影像數據估算了2011年台風Muifa過境期間表層顆粒物的參數特征,很好地監測到了台風過境在近岸水體的影響範圍。 

  通過上述系列研究,研究人員建立了空間觀測、水體現場實測及地質沈積記錄之間相結合研究的紐帶,爲研究現代和古沈積記錄的多圈層相互作用提供新思路。 

台風過境時沈積物捕捉器獲得的泥沙粒徑參數特征()及其在地層沈積記錄中的相應特征()

201188日台風Muifa過境前、後表層顆粒物平均粒徑()和峭度()隨時間的變化特征

    

  研究得到了國家自然科學基金、國家自然科學基金-山東省聯合基金、青島海洋科學與技術試點國家實驗室等聯合資助。相关論文及链接如下:   

  Zhang Zehua, Huang Haijun, Liu Yanxia, Bi Haibo, Yan Liwen.  Numerical study of hydrodynamic conditions and sedimentary environments of the suspended kelp aquaculture area in Heini Bay. Estuarine Coastal and Shelf Science. 2020, 232. 106492. 

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272771418305754 

  Liu Yanxia, Huang Haijun, Yan Liwen, Yang Xiguang, Bi Haibo, Zhang Zehua. Particle Size Parameters of Particulate Matter Suspended in Coastal Waters and Their Use as Indicators of Typhoon Influence. Remote Sensing. 2020, 12(16):2581. 

  https://www.mdpi.com/2072-4292/12/16/2581/htm 

  Liu Yanxia, Huang Haijun, Liu Xiao, Yan Liwen, Zhang Zehua, Zhang Yi, Song Zhaojun.  Response of seafloor sediment composition to a strong storm event in the inner-shelf of Heini Bay, China. Continental Shelf Research. 2019. 175. 1-11.  

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0278434318302449 

  Liu Yanxia, Huang Haijun, Yan Liwen, Liu Xiao, Zhang Zehua. Influence of suspended kelp culture on seabed sediment composition in Heini Bay, China. Estuarine Coastal and Shelf Science. 2016. 181. 39-50.  

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272771416302463 

  Liu Xiao, Huang Haijun, Yan Liwen, Liu Yanxia, Ma Lijie.  Dynamics of settling particulate matter during typhoon Muifa in Heini Bay, China. Chinese Journal of Oceanology and Limnology. 2015. 33(1). 210-221. 

  https://link.springer.com/article/10.1007/s00343-015-4054-5 


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