当期目录 http://www.jto.ac.cn zh-cn http://www.jto.ac.cn/CN/1009-5470/current.shtml http://www.jto.ac.cn 1009-5470 http://www.jto.ac.cn/CN/abstract/abstract11298.shtml http://www.jto.ac.cn/CN/10.11978/YG2021002 绿色海堤是传统结构工程与海岸生态系统共同组合而成的新型海堤, 用以应对未来海面上升、风暴加剧给低地海岸防护带来的挑战。需解决的问题主要有海岸生态系统消浪过程及生态系统在海堤体系中的配置方式。理论分析、现场观测、物模数模所获结果表明, 海岸生态系统确有显著的消浪功能: 1) 陆架泥区消浪, 其机制以再悬浮和浮泥运动为主, 底部摩擦为次; 2) 潮滩下部的粉砂细砂滩底部摩擦和推移质运动共同造成波能耗散, 而上部的泥滩则以再悬浮和悬沙输运为主; 3) 在盐沼、红树林、海草床等由植被构成的生态系统, 植物通过形态阻力、茎秆运动来阻滞水流、耗散波能, 其效能高于沉积物床面对波能的耗散; 4) 生物礁主要有珊瑚礁和牡蛎礁, 其消能作用主要通过床面摩擦和波浪破碎, 效能较高, 尤其是在风暴期间。生态系统如何成为海堤的有机组成部分, 尤其是侵蚀型海岸的生态位修复和绿色海堤整体设计, 还需进一步研究相关的科学问题: 与硬质工程结合的盐沼-牡蛎礁的适应性生物学; 未来环境变化条件下生态系统的稳定性; 绿色海堤生态系统空间配置及其与风暴事件的时间尺度匹配; 基于均衡剖面理论的海堤形态优化。

]]> http://www.jto.ac.cn/CN/10.11978/2022006 水体悬沙浓度是水利、环境、河口海岸与海洋相关研究领域最为基础的数据需求之一。随着传感器技术的发展, 悬沙浓度连续测量技术在悬沙浓度测量领域表现出高时空分辨率、长期数据采集的成本和风险均较低的突出优点。本文综述了光学、声学、音叉谐振、压差和放射性射线衰减等原理用于悬沙浓度连续测量技术的相关研究进展, 探讨了各技术方法的优、缺点, 并提出了今后的研发重点和发展方向主要在以下几个方面: 1) 光后向散射原理是低成本、小型化和高时频测量悬沙浓度的最优技术路线, 需着力于开展量程扩增和粒径敏感度削弱研究; 2) 低不确定度悬沙浓度垂向剖面观测的实现依赖于超声后向散射原理技术路线的发展; 3) 音叉谐振原理技术路线尤为契合高含沙水流和浮泥工况下的超高量程应用场景; 4) 多技术路线传感器融合以及使用人工智能算法模型替代正向反演模型。

]]> http://www.jto.ac.cn/CN/10.11978/2021079 全球海岸生态系统正遭受气候变化及人类活动带来的威胁, 本文基于沙坝-潟湖系统海岸典型剖面形态, 通过设计实施动床波浪水槽试验, 定量研究了侵蚀浪条件下沉水植被对该系统海岸冲淤的影响。结果表明: 沉水植被明显削弱了沙坝前坡波浪破碎区前缘的波高增大幅度, 并使坝后波高衰减; 植被作用使波浪反射和透射系数减小、耗散系数增大; 侵蚀浪作用下, 沙坝坝顶冲刷较明显, 潟湖内呈淤积趋势, 海岸前丘受波浪冲刷呈陡坎形态。植被影响下沙坝和前丘区域最大侵蚀厚度均减小; 植被可减少沙坝净侵蚀量、潟湖内淤积量及离岸输沙量, 对海岸前丘有较好的保护作用。

]]> http://www.jto.ac.cn/CN/10.11978/2021167 观测红树林潮滩在波浪和潮流作用下的近底层垂向剖面悬沙浓度变化过程, 对理解海岸带植被的消能促淤机制和滨海湿地生态修复工程有着重要作用。本文以北部湾七星岛岛尾桐花树红树林潮滩为例, 基于剖面流速仪HR、声学多普勒单点流速仪ADV、浪潮仪T-wave及剖面浊度仪ASM, 获取了研究区域2019年夏季大潮连续3天的水文数据, 同时结合桐花树典型植株实测参数, 分析了潮周期内红树林潮滩近底层垂向剖面悬沙响应波浪、潮流作用及桐花树空间结构的运动过程。结果表明: 1) 桐花树潮滩近底层悬沙浓度和悬沙通量具有涨潮明显大于落潮的潮汐不对称现象, 剖面垂向高悬沙浓度区域在涨潮初期—涨急由距底部0.1~0.37m转变为距底部0.5~0.67m, 落急—落潮末期则由上部转变为下部; 2) 潮周期内悬沙起动和再悬浮阶段发生在以波浪作用主导的涨潮初期和落潮末期, 平流和沉降发生在以潮流作用为主的涨急至落急整个阶段; 3) 涨潮阶段桐花树冠层的茂密枝叶通过减缓流速拦截多于冠层上部40%以上的悬沙, 落潮水体则挟沙自陆向海经过桐花树群落, 使得悬沙浓度下降超过71%。该不对称涨、落潮动力沉积机制有利于悬沙向岸输运, 促进潮滩扩张过程。

]]> http://www.jto.ac.cn/CN/10.11978/2021096 波浪和潮汐作用下的海滩剖面动态变化过程是海岸演变及沿海防护工程设计与旅游资源规划的核心内容。本文以广西钦州湾沙井半岛人工海滩为研究区, 基于GPS-RTK采集的2018年1月—2019年12月的逐月剖面高程实测数据, 通过分析剖面冲淤和单宽体积变化, 利用EOF(Empirical Orthogonal Function)函数揭示剖面的高程变化模式, 进而探讨海滩剖面的动态演变过程。研究的主要结果表明: 1) 在观测期间, 人工海滩剖面的冲淤情况整体展现出冬春季淤积、夏秋季侵蚀的变化特征; 2) 人工海滩剖面因泥沙横向输移而导致不同横向分带的单宽体积变化趋势呈差异性, 不同横向分带具有侵蚀与淤积交替出现的情况; 3) 人工海滩剖面的变化模式可划分为由强降雨及台风导致剖面高程明显降低的主要模式、波潮影响下的剖面高程经历强降雨及台风后逐渐淤积和恢复的次要模式、波浪破碎形成卷流引起滩面冲淤变化的其他模式。

]]> http://www.jto.ac.cn/CN/10.11978/2021141 山东荣成天鹅湖是一个典型的潟湖-沙坝系统。自20世纪80年代以来, 因受人类活动的影响, 天鹅湖环境系统发生了改变, 沙坝侵蚀后退严重。研究水下岸坡的冲淤对于认识潟湖-沙坝系统演变, 以及保护天鹅湖环境具有重要意义。本文以天鹅湖东侧沙坝水下岸坡为研究区域, 基于1960年至2014年的海图资料, 采用地理信息技术, 获得了天鹅湖东侧近岸海域多年水深数据, 进而分析了1960年以来天鹅湖东侧沙坝地区的等深线变化、冲淤变化以及固定剖面的地形变化。结果表明: 1960—1980年等深线整体向海推移, 而1980—2014年等深线向海推移趋势变缓, 1960—2014年潮汐通道口门处0m等深线向岸退缩了126.70m。天鹅湖水下岸坡在1960—1980年整体处于淤积的状态, 年淤积率为3.60cm∙a^-1; 1980—2014年侵蚀面积显著增大, 且呈现冲淤相间分布的特点, 年淤积率为0.79cm·a^-1。天鹅湖沙坝水下岸坡呈现上陡下缓的形态, 且潮汐通道口门北侧比南侧更易受到侵蚀。人类活动改变了天鹅湖的环境状态, 导致了天鹅湖水下岸坡的局部侵蚀后退。

]]> http://www.jto.ac.cn/CN/10.11978/2021150 人工岛作为一种新兴的海岸工程, 它的建设所引起的岸滩冲淤和防护问题日益受到人们的关注。本文以海南万宁市日月湾人工岛为例, 通过4期实测海滩剖面数据和多时相遥感影像, 分析了冬季波浪与人工岛联合作用对日月湾海滩冲淤变化的影响, 并结合海区波况, 探究了海滩冲淤变化机理。研究表明, 日月湾海区冬半年的平均有效波高与波浪周期明显强于夏半年, 且波浪强度整体上呈现逐年上升的趋势, 但在人工岛建设前后变化幅度较小; 人工岛建设对海滩地貌变化有强烈影响, 海滩呈现出岛后淤积而两侧侵蚀的显著特征, 岛影区海滩不断淤积, 岸线向海淤进达200m, 甚至可能与人工岛相连形成连岛沙坝, 人工岛后两侧海滩侵蚀, 岸线向陆一侧蚀退最大距离达50m; 海滩在冬季波浪和人工岛共同影响下, 岸滩自北向南依次表现为稳定、侵蚀、淤积、相对稳定、略有侵蚀或淤积、侵蚀、淤积的冲淤变化特征。

]]> http://www.jto.ac.cn/CN/10.11978/2021091 岬湾砂、砾质海岸是海岛、海岸带重要的旅游资源, 具有较高的社会经济和生态价值, 长期以来备受关注。本文以浙江朱家尖岛东岸的5个代表性岬湾海滩为例, 基于2019年台风季节早期、中期及晚期测量获得的海滩地形和沉积物数据, 结合海滩近岸的水动力数据, 分析了砂质海滩和砾石海滩这两种不同类型岬湾海滩的沉积地貌动态变化。结果表明, 朱家尖岛东岸5个海滩在台风季节出现了不同的体积变化, 大沙里、东沙、千沙、乌石塘和小乌石塘海滩的单宽体积变化分别为11.93m³·m^-1、-54.41m³·m^-1、-19.75m³·m^-1、2.19m³·m^-1和-1.96m³·m^-1。砾石滩较砂质海滩更为稳定, 无人类活动干扰的砂质海滩在台风季节侵蚀更少、变化更小。台风季节大沙里、东沙、千沙、乌石塘和小乌石塘海滩表层沉积物的平均粒径分别为2.47Փ、2.24Փ、2.64Փ、-5.96Փ和-6.03Փ, 粒径粗化和离岸输运是5个海滩表层沉积物在台风季节的主要表现, 砂质海滩的沉积物粒度特征变化比砾石海滩要大。沉积物粒径、台风强度及台风期间的主要波向与海滩走向之间的关系、海岸工程这3种因素都可能对海滩在台风季节的沉积地貌动态变化产生影响。本文研究结果可为台风季节的海滩管理提供参考。

]]> http://www.jto.ac.cn/CN/10.11978/2021097 极端高能事件影响下的海滩动力地貌过程直接关乎岸滩稳定及海堤安全。本文基于2020年16号台风“浪卡”前后北海银滩顺直岸段的剖面高程及表层沉积物等资料, 探究了中等潮差的顺直响应台风作用的地貌变化机制。结果表明: 1) 台风后海滩地貌表现为冲流带的大型沙坝消失, 后滨沙丘-滩槽体系被削平, 滩面坡度趋于平缓。2) 银滩沉积物均以中砂、细砂和极细砂为主, 三者占比超过95%; 台风后, 高潮位带沉积物变细, 低潮位带沉积物变粗, 沙坝附近则出现粗细交错式变化; 银滩中高潮位带滩面响应台风过程的特征与强潮型海滩相似, 呈现消散型海滩的特征, 而低潮位带滩面则因大型沙坝的作用而呈现弱潮型海滩特征。3) 台风期间波浪是影响海滩的主要动力因素, 海滩地形影响了近岸水动力的表现形式, 从而改变了沉积物的粒径分布。

]]> http://www.jto.ac.cn/CN/10.11978/2022036 福建海坛海峡是闽江和浙闽沿岸流南下物质向兴化湾及福建中南部沿海输运的重要通道。本文运用GIS手段对海坛海峡近50a来的地形资料进行了分析研究, 研究结果表明: 1964—1975年, 闽江流域性洪水导致海坛海峡表现为较强的淤积; 1975—1990年受闽江上游水土保持和大量水库建设的影响, 海峡经历了较强的冲刷过程, 此后冲刷速率逐渐降低, 以轻微冲刷为主; 2007年以后由于大规模人工采砂影响, 海坛海峡北部出现大范围侵蚀。2007年以前, 闽江来沙量是海坛海峡地貌演变的主要控制因素, 其流域洪水、采砂和水库修建等都对海峡内的地貌演变产生直接影响; 而2007年以后, 海峡内大范围的人为采砂活动和围填海工程逐渐成为影响其地貌演变的主要因素。

]]> http://www.jto.ac.cn/CN/10.11978/2021116 海岸线动态变化是全球变化和人类活动共同的反映。本文基于粤港澳大湾区、东京湾和旧金山湾1980—2020年7期Landsat系列遥感影像及Google Earth高分辨率影像, 利用阈值分割, 结合水体指数法、Sobel算子法, 提取各期海岸线。从长度、空间形态、结构和利用程度等多角度分析其岸线变化, 并结合地理探测器对其影响因素进行定性和定量分析。结果显示: 1) 1980—2020年间, 各湾区岸线趋于平直, 其中东京湾海岸线的年均长度变化强度最大, 为0.37%; 2) 40a间各湾区岸线的纵深变化比较稳定, 结构趋于复杂, 形态趋于分散, 其中粤港澳大湾区海岸线的分维差异最小, 形态最分散; 3) 40a间, 各湾区的自然岸线减少, 港口码头岸线和其他人工岸线长度剧烈增长, 其中粤港澳大湾区的生物岸线波动增长, 岸线利用程度指数增幅最大。本文研究结果表明, 气温、波高、潮汐和陆域面积、港口吞吐量是湾区海岸线变化的主要影响因素, 且任意两个影响因素的交互作用大于单一因素的作用。

]]> http://www.jto.ac.cn/CN/10.11978/2021152 本文研究了由2020年12月29日至31日强冷锋引起的影响洋山港海域的温带风暴潮过程。通过气象观测数据分析了其天气过程, 并利用FVCOM-SWAVE波浪-风暴潮耦合模式对该过程进行了高分辨率的数值模拟, 同时结合潮位站及浮标站观测数据对模拟结果进行了验证, 分析模拟了波浪、潮流、风暴增减水特征。结果发现, 该次冷锋型温带风暴潮过程主要表现为先短时风暴增水后出现长时间风暴减水的特征, 最大风暴减水可达65~70cm, 其主要诱因包括研究海域气压的快速升高并维持、长时间持续的偏北大风及波流相互作用。相关敏感试验研究了3种因子对风暴增减水位的贡献大小, 发现风暴增水峰值期间风场贡献占比约为90%, 海平面气压场约为5%; 风暴减水峰值期间, 海平面气压场的贡献度约占55%, 风场约占40%, 而波浪的贡献均不足10%。洋山港航道内风暴期间潮流流速最大可达到2.6~2.8m•s^-1, 落潮时为东南向离岸潮流, 涨潮时为西至西北方向的外海潮波传入潮流; 洋山港航道潮流始终是东南或西北向, 此处流速辐合, 是洋山海域流速最高的区域。

]]> http://www.jto.ac.cn/CN/10.11978/2021172 本文利用现场观测资料和卫星遥感数据, 并结合ROMS(regional ocean modeling system)数值模拟对南海北部粤东陆架的锋面特征及其影响因素进行探讨。观测结果显示, 夏季南海北部陆架存在活跃的上升流温度锋面, 其水平尺度约为50km, 强度达到0.06℃∙km^-1, 大于同时期卫星遥感观测结果, 垂向影响深度超过20m, 且具有一阶理查森数(Richardson number, Ri)的典型动力学特征。进一步的ROMS 模式诊断分析结果显示, 锋面处水平梯度增强, 且动力学上表现出一阶Ri数, 为锋面不稳定的发生提供了有利条件。高分辨率模拟结果显示, 在夏季西南风的驱动下, 沿锋面地转流方向的风应力引起的跨陆架Ekman输运将锋面处冷水向暖水运移, 导致水平浮力梯度和锋面强度增强并形成负Ertel位涡(Ertel potential vorticity, EPV)。因此, 夏季风场强迫引起的Ekman浮力通量(Ekman buoyancy flux, EBF)可能是南海北部锋面不稳定现象的主要贡献者, 对局地动力环境有重要影响。

]]> http://www.jto.ac.cn/CN/10.11978/2021080 文章基于长乐海滩前滨剖面的实测波浪数据, 通过统计分析以及谱分析的方法, 探讨了潮汐过程中长乐海滩波浪参数及耗能过程的变化规律。结果表明, 观测期间内波浪以混合浪为主, 各测点谱型较宽, 存在多峰振荡现象。向岸传播过程中, 波能耗散的形式为窄频域向宽频域转变, 能量分布趋于分散, 高频波能减小, 低频波能反而有所上升, 波浪破碎后生成长重力波。破波带内的能量衰减与波浪传播距离具有良好的相关性, 破碎波能在破波带内大约衰减了98.3%。潮汐水位对波浪具有明显的调制作用。入射波能随潮汐水位的增加而有所增加, 且水位越高, 入射波能分布越分散。破波带内的有效波高和潮汐水位具有显著的正相关关系。潮汐过程中固定测点的波谱变化与波浪沿剖面的波谱变化具有明显的相似性。

]]> http://www.jto.ac.cn/CN/10.11978/2022002 本研究于2016年11月在福建东山湾海域采集了表层沉积物, 对沉积物中甲藻孢囊的分布规律进行了研究, 重点揭示了有毒有害甲藻孢囊的分布; 同时测定了沉积物中生源要素含量, 以揭示孢囊分布与生源要素的关系。共鉴定甲藻孢囊22种, 包括自养型14种和异养型8种, 优势种为原多甲藻孢囊。孢囊的种类多样性指数(H')偏低, 为1.70~2.38之间; 均匀度指数(J)为0.64~0.84。孢囊密度介于70.6~136.4个·g^-1, 平均为107.2个·g^-1, 在漳江口和八尺门海域较低。东山湾表层沉积物中较高的异养型甲藻孢囊百分含量(平均75.5%)在一定程度上说明了水体中较高的初级生产力及富营养化水平。值得注意的是, 本研究分析鉴定出7种有毒有害甲藻的孢囊, 包括麻痹性贝类毒素(paralytic shellfish toxin, PSP)原因种奥氏亚历山大藻(Alexandrium ostenfeldii)和链状/塔玛亚历山大藻(Alexandrium catenella/tamarense)孢囊复合体、虾夷扇贝毒素(yessotoxin, YTX)原因种具刺膝沟藻(Gonyaulax spinifera)、环胺藻毒素(azaspiracid, AZP)潜在原因种环胺藻(Azadinium sp)、产生鱼毒素的哈曼褐多沟藻(Polykrikos hartmannii)以及赤潮藻类Barrufeta bravensis和锥状斯氏藻(Scrippsiella acuminate)。整体来说, 这些有毒有害藻类的孢囊密度较低, 但具刺膝沟藻在某些站位的高密度出现需引起关注。

]]> http://www.jto.ac.cn/CN/10.11978/2021173 为了探究可转化态氮(transformable total nitrogen, TTN)的影响因素及其释放潜力, 本文采用分级浸取的方法将渤海表层沉积物中的氮分为离子交换态氮(ion exchange nitrogen, IEF-N)、弱酸可浸取态氮(weak acid extractable nitrogen, WAEF-N)、强碱可浸取态氮(strong alkali extractable nitrogen, SAEF-N)、强氧化剂可浸取态氮(strong oxidizer extractable nitrogen, SOEF-N)和非转化态氮(non-transformable nitrogen, NTN), 研究了沉积物粒径和有机质等对释放氮量的影响, 探讨了沉积物中TTN的释放对上覆水中溶解无机氮(dissolved inorganic nitrogen, DIN)和叶绿素a (Chl a)的影响。结果表明, 各TTN的含量顺序为SOEF-N>SAEF-N>IEF-N>WAEF-N, 释放量为IEF-N>SAEF-N>SOEF-N>WAEF-N, 释放比例为IEF-N>WAEF-N>SAEF-N>SOEF-N, 分别有69.83%的IEF-N、64.93%的WAEF-N、56.27%的SAEF-N、29.56%的SOEF-N将再次释放。Pearson相关性分析结果显示, 沉积物中SOEF-N的释放量与粉砂含量呈负相关, 而与砂含量呈正相关; SOEF-N的释放量与上覆水中的 Chl a和溶解无机氮(dissolved inorganic nitrogen, DIN)均呈负相关, 说明SOEF-N的释放对上覆水中Chl a和DIN的影响较小, 而表层和底层水的Chl a和DIN分别具有极强的正相关关系(r=0.803, P<0.01; r=0.831, P<0.01), 这可能意味着研究区域内的水柱没有出现明显的分层。

]]> http://www.jto.ac.cn/CN/10.11978/2021156 本文分析了福建省平潭近海海域2013—2019年水文、水质及气象数据的主成分结果, 筛选出5个气象因子和4个水质因子作为输入指标, 以藻密度为输出指标, 分别演算了KNN (K-nearest neighbor)、RF (random forest)、GBRT (gradient-boosted regression Trees)以及Bagging (bootstrap aggregating)4种赤潮预警回归模型。对2013—2019年的802 组海洋监测数据归一化处理后, 随机选取80%的数据作为模型的训练样本, 剩余的20%作为模型验证数据。其中, 以风速、气温、海平面气压、叶绿素a浓度组合为输入指标时, KNN回归模型演算结果的精度较高(R²=0.624, RMSE=0.821μg·L^-1, MAE=0.836μg·L^-1)。在没有叶绿素a浓度监测指标的海域, 构建了以叶绿素a浓度为输出指标, 气温、日照、风速、AOI(apparent oxygen increase)组合为输入指标的BP神经网络赤潮模型, 该模型也具有较好的预警精度(R²=0.651, RMSE=0.062μg·L^-1, MAE=0.033μg·L^-1)。本研究结果可为平潭海域的赤潮预警研究提供参考。

]]>