海洋所在内陆架沉积动力演化特征方面取得系列研究成果

撰稿: 海洋研究所 发布时间:2020-09-18

  日前,海洋所黄海军研究组在人类活动与极端天气作用下的内陆架沉积动力演化方面取得重要进展。研究人员通过多年尺度的水文气候及沉积记录综合对比分析,结合水文泥沙模拟和遥感手段,揭示了人类活动及台风事件对水文泥沙运动和沉积记录的影响特征。

  近几十年来,内陆架沿海环境的自然演化过程已被频繁的人类活动所改变。其中,内陆架养殖活动占据了沿海区域的大部分,其历史可追溯至几个世纪前,特别是在亚洲国家尤为突出,伴随其间的极端天气事件使得内陆架的环境演化特征变得异常复杂。以往研究已从水生生态系统、环境修复、水动力特征影响等多方面评价其造成的生态环境效应。而相对于上述可部分恢复的生态环境效应影响来说,其对海底沉积的根本性改变则是缓慢、长期,可能是不可逆转的。

  自2004年起,黄海军研究组针对山东半岛黑泥湾典型区域开展了岸滩稳定性、海底冲淤变化、近岸沉积特征、水文泥沙动力、养殖活动等多角度调查工作。通过分析海底沉积物、不同季节悬浮颗粒物、柱状样剖面及其相关测试、多站位同步水文测验、多次遥感光学实验、沉积物捕捉器等大量现场实测数据,结合泥沙-水动力数值模拟、水色遥感反演、沉积记录参数分析、极端天气过程监测等方法,从沉积记录和遥感监测相结合的角度,揭示了内陆架养殖活动和台风天气事件在现代水体沉积环境和古地层沉积记录中的特征。

   

  正常天气和养殖状况下模拟余流场(ab)及其差异(c);正常天气和养殖状况下模拟年冲淤变化(de)及其差异(f 

  研究人员基于内陆架海带养殖区实测数据,建立水动力及泥沙输运模型,分析了正常天气状况和养殖活动开展条件下水动力及泥沙输运特征的差异,探讨了近岸海域沉积环境对大规模海带养殖活动的响应机制。进而结合水体悬浮颗粒物、底质沉积物和柱状岩芯数据开展养殖季和非养殖季的对比,揭示了内陆架大规模悬浮养殖活动在泥沙粒度参数上的差异特征,获得了悬浮养殖活动在沉积记录中的识别指标。

  同时,研究还发现在沉积记录中可能存在极端天气事件造成的沉积记录,因此, 进一步对比分析了2011年8月8日热带气旋Muifa过境期间,沉降颗粒物捕捉器收集的沉降颗粒物的粒度参数特征,发现台风过境会造成近岸再悬浮的颗粒物呈现极尖窄、正偏、粗化的参数特征,并在沉积记录中发现了两个沉积片段与这一特征相对应,进而将这两个时期与气候记录对比发现二者具有较好的一致性,最终证实该特征可用于指示台风天气对内陆架沉积物的影响作用。而鉴于悬浮颗粒物对光谱吸收和散射特性的影响,探索利用遥感Mie散射特性和准分析算法估算这些悬浮颗粒物粒度参数,发现颗粒物平均粒径、分选性及峭度可较准确的反演估算,并基于MODIS影像数据估算了2011年台风Muifa过境期间表层颗粒物的参数特征,很好地监测到了台风过境在近岸水体的影响范围。

  通过上述系列研究,研究人员建立了空间观测、水体现场实测及地质沉积记录之间相结合研究的纽带,为研究现代和古沉积记录的多圈层相互作用提供新思路。

   

  台风过境时沉积物捕捉器获得的泥沙粒径参数特征()及其在地层沉积记录中的相应特征() 

   

  201188日台风Muifa过境前、后表层颗粒物平均粒径()和峭度()随时间的变化特征 

  研究得到了国家自然科学基金、国家自然科学基金-山东省联合基金、青岛海洋科学与技术试点国家实验室等联合资助。相关论文及链接如下:

  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