日前，海洋所黃海軍研究組在人類活動(dòng)與極端天氣作用下的內(nèi)陸架沉積動(dòng)力演化方面取得重要進(jìn)展。研究人員通過多年尺度的水文氣候及沉積記錄綜合對(duì)比分析，結(jié)合水文泥沙模擬和遙感手段，揭示了人類活動(dòng)及臺(tái)風(fēng)事件對(duì)水文泥沙運(yùn)動(dòng)和沉積記錄的影響特征。
近幾十年來，內(nèi)陸架沿海環(huán)境的自然演化過程已被頻繁的人類活動(dòng)所改變。其中，內(nèi)陸架養(yǎng)殖活動(dòng)占據(jù)了沿海區(qū)域的大部分，其歷史可追溯至幾個(gè)世紀(jì)前，特別是在亞洲國(guó)家尤為突出，伴隨其間的極端天氣事件使得內(nèi)陸架的環(huán)境演化特征變得異常復(fù)雜。以往研究已從水生生態(tài)系統(tǒng)、環(huán)境修復(fù)、水動(dòng)力特征影響等多方面評(píng)價(jià)其造成的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。而相對(duì)于上述可部分恢復(fù)的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)影響來說，其對(duì)海底沉積的根本性改變則是緩慢、長(zhǎng)期，可能是不可逆轉(zhuǎn)的。
自2004年起，黃海軍研究組針對(duì)山東半島黑泥灣典型區(qū)域開展了岸灘穩(wěn)定性、海底沖淤變化、近岸沉積特征、水文泥沙動(dòng)力、養(yǎng)殖活動(dòng)等多角度調(diào)查工作。通過分析海底沉積物、不同季節(jié)懸浮顆粒物、柱狀樣剖面及其相關(guān)測(cè)試、多站位同步水文測(cè)驗(yàn)、多次遙感光學(xué)實(shí)驗(yàn)、沉積物捕捉器等大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合泥沙-水動(dòng)力數(shù)值模擬、水色遙感反演、沉積記錄參數(shù)分析、極端天氣過程監(jiān)測(cè)等方法，從沉積記錄和遙感監(jiān)測(cè)相結(jié)合的角度，揭示了內(nèi)陸架養(yǎng)殖活動(dòng)和臺(tái)風(fēng)天氣事件在現(xiàn)代水體沉積環(huán)境和古地層沉積記錄中的特征。
正常天氣和養(yǎng)殖狀況下模擬余流場(chǎng)（a，b）及其差異（c）；正常天氣和養(yǎng)殖狀況下模擬年沖淤變化（d，e）及其差異（f）
研究人員基于內(nèi)陸架海帶養(yǎng)殖區(qū)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，建立水動(dòng)力及泥沙輸運(yùn)模型，分析了正常天氣狀況和養(yǎng)殖活動(dòng)開展條件下水動(dòng)力及泥沙輸運(yùn)特征的差異，探討了近岸海域沉積環(huán)境對(duì)大規(guī)模海帶養(yǎng)殖活動(dòng)的響應(yīng)機(jī)制。進(jìn)而結(jié)合水體懸浮顆粒物、底質(zhì)沉積物和柱狀巖芯數(shù)據(jù)開展養(yǎng)殖季和非養(yǎng)殖季的對(duì)比，揭示了內(nèi)陸架大規(guī)模懸浮養(yǎng)殖活動(dòng)在泥沙粒度參數(shù)上的差異特征，獲得了懸浮養(yǎng)殖活動(dòng)在沉積記錄中的識(shí)別指標(biāo)。
同時(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)在沉積記錄中可能存在極端天氣事件造成的沉積記錄，因此， 進(jìn)一步對(duì)比分析了2011年8月8日熱帶氣旋Muifa過境期間，沉降顆粒物捕捉器收集的沉降顆粒物的粒度參數(shù)特征，發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)過境會(huì)造成近岸再懸浮的顆粒物呈現(xiàn)極尖窄、正偏、粗化的參數(shù)特征，并在沉積記錄中發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)沉積片段與這一特征相對(duì)應(yīng)，進(jìn)而將這兩個(gè)時(shí)期與氣候記錄對(duì)比發(fā)現(xiàn)二者具有較好的一致性，最終證實(shí)該特征可用于指示臺(tái)風(fēng)天氣對(duì)內(nèi)陸架沉積物的影響作用。而鑒于懸浮顆粒物對(duì)光譜吸收和散射特性的影響，探索利用遙感Mie散射特性和準(zhǔn)分析算法估算這些懸浮顆粒物粒度參數(shù)，發(fā)現(xiàn)顆粒物平均粒徑、分選性及峭度可較準(zhǔn)確的反演估算，并基于MODIS影像數(shù)據(jù)估算了2011年臺(tái)風(fēng)Muifa過境期間表層顆粒物的參數(shù)特征，很好地監(jiān)測(cè)到了臺(tái)風(fēng)過境在近岸水體的影響范圍。
通過上述系列研究，研究人員建立了空間觀測(cè)、水體現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及地質(zhì)沉積記錄之間相結(jié)合研究的紐帶，為研究現(xiàn)代和古沉積記錄的多圈層相互作用提供新思路。
臺(tái)風(fēng)過境時(shí)沉積物捕捉器獲得的泥沙粒徑參數(shù)特征(左)及其在地層沉積記錄中的相應(yīng)特征(右)
2011年8月8日臺(tái)風(fēng)Muifa過境前、后表層顆粒物平均粒徑(左)和峭度(右)隨時(shí)間的變化特征
研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金-山東省聯(lián)合基金、青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等聯(lián)合資助。相關(guān)論文及鏈接如下：
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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.
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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.
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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
