合成孔径雷达 (Synthetic Aperture Radar, SAR) 的交叉极化数据在高风速条件下不会出现信号饱和现象, 能够在全天时和全天候的条件下提供大范围的高风速风场信息, 在台风监测上具有极大的潜力. 欧空局发射的哨兵1号卫星是目前少数几颗可提供交叉极化数据的在轨SAR卫星, 以该系列卫星的交叉极化影像为数据源, 利用2011—2021年十年来开发的C波段交叉极化海洋模型 (C-band Cross Polarization Ocean model, C-2PO) 、C波段交叉极化耦合参数海洋模型 (C-band Cross-Polarization Coupled-Parameters Ocean model, C-3PO) 及全极化条带交叉极化模型 (Quad-polarization Stripmap Cross-polarization model, QPS-CP) 等7种模型, 对2020年的“海高斯”和“莫拉菲”两个台风的风场进行了估算, 并将噪音去除的方法应用于超宽幅模式影像的处理. 结果表明, 噪音去除方法的应用可以有效减弱噪音对台风影像的影响, 改善风场反演的结果. 在反演高风速时, C-3PO模型的相对误差较小, 但与哨兵1号海洋产品的对比分析发现, 其在中低风速的估算上存在一定误差; 交叉极化模型结果与已有风场产品的融合, 能够很好地再现台风外部中低风速以及内部的海表高风速信息, 对于台风监测、台风致灾的模拟预报和研究具有重要的参考价值.
河势变化是影响河口水动力和盐水入侵的一个主要因素. 本文基于长江河口北支2007年和2016年实测水深资料, 分析这10年间北支河势变化, 并数值模拟和分析北支河势变化对水动力和盐水入侵的影响. 2007—2016年河槽容积北支上段增加4.4%, 中段减少8.8%, 下段减少20.5%. 总体上呈现上段冲刷, 中段和下段淤积. 在南北支分汊口出现新生沙体, 淤积厚度达4 ~ 6 m. 数值模拟结果表明: 新生沙体导致大潮期间北支倒灌量增加15.0%, 分流比由–2.8%变化至–3.2%, 新生沙体明显增强了北支盐水倒灌; 新生沙体若继续淤浅0.85 m, 北支盐水倒灌将不再增加; 新生沙体导致南支3个水库取水口盐度增加, 在大潮、大潮后中潮期间, 东风西沙水库取水口平均盐度分别增加了0.14、0.15, 陈行水库取水口分别增加了0.12、0.11, 青草沙水库取水口分别增加了0.11、0.09. 北支下段淤积导致连兴港断面大潮涨落潮量分别减少了15.2%和 16.4%, 小潮涨落潮量分别减少了21.2%和 19.0%; 越往上游, 涨落潮量越少, 呈下降趋势; 北支大潮期间高潮位下降, 低潮位抬升, 潮差减少; 北支中下段纳潮量明显减少, 北支盐水倒灌减弱; 北支下段淤积导致南支3个水库取水口盐度有所降低. 2007—2016年北支河势变化总体上导致北支盐水倒灌明显减弱; 盐度下降在北支上段达到了2 ~ 3, 在下段达到了1 ~ 2; 南支3个水库取水口盐度下降, 在大潮、大潮后中潮期间, 东风西沙水库取水口平均盐度分别降低了0.41、0.21, 陈行水库取水口分别降低了0.34、0.18, 青草沙水库取水口分别降低了0.28、0.17.
探讨微生物固氮过程的温度敏感性对认识全球气候变化背景下河口近岸生态系统的稳定及氮素平衡具有重要意义. 然而, 到目前为止, 关于河口沉积物固氮过程对温度变化的响应及影响因素的研究还鲜见报道. 本文选取长江口6个采样站位 (包括长江口内4个和长江口外2个) , 采用泥浆培养实验, 并结合15N同位素示踪技术对长江口沉积物固氮过程的温度敏感性及影响因子展开研究. 结果表明, 长江口沉积物中原位温度的固氮速率范围是0.72 ~ 2.85 nmol·g–1·h–1. 在5 ~ 10 ℃和20 ~ 30 ℃培养条件下, 温度升高对固氮速率具有一定的抑制作用, 而在10 ~ 20 ℃的培养条件下, 温度升高对固氮速率有明显的促进作用. 尽管各站点沉积物理化性质相差较大, 但固氮速率对温度的敏感性相对一致. 相关性分析结果表明, 硫化物、二价铁、硝态氮和总有机碳含量是影响固氮作用的主要环境因子.
以典型淤泥质潮间带—长江口崇明东滩为例, 通过现场采样和室内实验, 对盐沼植被-光滩中沉积物的稳定性进行对比分析. 结果表明: ① 在光滩区域, 随着黏土含量的增加, 沉积物稳定性增强. ② 受植被根系“加筋”作用, 盐沼植被带沉积物稳定性明显高于光滩. ③ 同一类型植被带的沉积物稳定性由地下生物量决定, 地下生物量越高, 沉积物越稳定; 不同类型植被带的沉积物稳定性由植被根系特征决定, 与具有较细根系的海三棱镳草相比, 较粗根系的互花米草植被带内沉积物稳定性差. 本研究结果不仅丰富了潮间带沉积物稳定性研究理论, 而且还可为绿色海堤建设、海岸绿色防护措施制定提供科学依据.
赤潮异弯藻 (Heterosigma akashiwo) 是爆发有害藻华的常见藻种, 也是危害海洋渔业的赤潮生物之一, 广泛分布在全球近岸海域. 随着大气CO2浓度升高、全球变暖及人类活动导致陆源营养盐入海通量的增加, 在河口及近岸海域频发藻华. 本研究通过调控营养盐浓度、CO2浓度和温度, 探讨了当前气候变化趋势下赤潮异弯藻生长对营养盐变化的响应. 结果显示, 在所有CO2浓度和温度条件下, 低磷组的赤潮异弯藻细胞密度和比生长速率均显著低于高磷组的; 当CO2浓度升高时, 赤潮异弯藻细胞最大密度和比生长速率均显著提高; 当同时升高CO2浓度和温度时, 其比生长速率再次显著增加; 赤潮异弯藻的生长对不同CO2浓度和温度的响应在4种营养条件下类似. 该研究表明, 磷浓度是控制赤潮异弯藻生长的主要因子, 在未来气候条件下赤潮异弯藻爆发藻华的强度和风险不断增加. 控制营养盐的增加, 特别是磷酸盐浓度, 可能是防控赤潮异弯藻爆发的关键手段之一. 该研究结果可为近岸水域的海洋生态管理提供参考.
鹦鹉洲湿地是以提升生态系统服务为目标的人工恢复盐沼湿地, 通过综合的海岸带生态工程恢复原有的受损滨海生态系统. 为评估海岸带生态修复工程的成效以及不同湿地生境类型对鸟类多样性的影响, 2018年起在鹦鹉洲湿地内采用样线法开展鸟类调查和研究, 分析鸟类多样性、群落动态特征以及不同生境对鸟类多样性的影响. 结果表明: 湿地内共记录鸟类14目32科67种, 以雀形目鸟类种数最多, 有18科42种. 居留型主要以留鸟最多, 共35种, 冬候鸟24种, 夏候鸟10种, 旅鸟8种. 有国家一级和二级重点保护鸟类7种. 中华攀雀(Remiz consobrinus)、黑水鸡(Gallinula chloropus)、八哥(Acridotheres cristatellus)、小?? (Tachybaptus ruficollis)、灰椋鸟(Spodiopsar cineraceus)、家燕(Hirundo rustica)及麻雀(Passer montanus)等为优势种. 湿地鸟类物种数逐年增加, 鸟类活动存在明显的季节性差异, 不同季节鸟类物种数由多到少依次为秋季、冬季、春季和夏季, 鸟类个体数量由多到少依次为秋季、冬季、夏季和春季, 鸟类香农-维纳指数趋势为秋季>春季>冬季>夏季. 不同生境区域鸟类群落组成空间差异较为明显, 自然湿地复合区的鸟类物种和个体数量最高, 不同生境香农-维纳指数由大到小依次为自然湿地复合区、盐沼湿地恢复区、清水涵养区、草坪活动区和湿地净化展示区. 实施海岸带生态修复工程后, 湿地鸟类多样性日益丰富, 其中斑块类型丰富、镶嵌度高的湿地生境对鸟类多样性产生了更加积极的影响. 研究结果可为海岸带生态修复工程和海岸带湿地可持续发展提供科学依据.
为了揭示硝化螺菌(Nitrospira)在潮滩湿地中的代谢潜力和环境适应机制, 本研究使用宏基因组学拼接与组装的方法, 从中国沿岸的5个潮滩湿地构建了14个较高质量的Nitrospira基因组. 系统发育分析结果表明, 在这些基因组中, 3个属于全程氨氧化细菌(complete ammonia oxidizer, Comammox); 9个为硝化螺菌世系Ⅱ和Ⅳ; 2个属于至今未见报道的世系Ⅲ型. 这表明, 潮滩湿地富含多样化的硝化螺菌类群. 代谢分析表明, 潮滩湿地Comammox和典型的Nitrospira含有氰酸酶、脲酶以及参与腈类、酰胺类化合物分解的酶, 暗示着它们能够与氨氧化微生物耦合利用有机氮作为能源. 此外, Nitrospira有着多重压力抵抗、病毒防御和渗透压调控策略. 这些结果深化了对Nitrospira 在潮滩湿地的多样性、生态功能潜力和环境适应机制上的认识.
受人类活动与自然因素的双重影响, 海岸带的格局易发生快速演变, 从而直接或间接地影响海岸带生态系统的结构、功能和可持续发展. 本研究以上海市南汇东滩的海岸带为典型研究区, 通过遥感解译、海图数字化、野外现场调查等方法获取海岸带格局的时空分布数据, 分析了近20年 (2000—2020年) 海岸带空间格局变化及其演变规律, 并重点分析了海岸工程 (圈围工程和促淤工程) 和外来物种互花米草 (Spartina alterniflora) 入侵两个主要影响因素对海岸带格局的影响. 结果表明: ① 自2000年以来, 受海岸人类活动的影响, 南汇东滩海岸带的土地利用类型逐渐增加, 从以近海与海岸湿地为主的简单格局逐渐转变为近海与海岸湿地、内陆湿地、人工湿地、农田和建设用地等多种土地利用类型共存的复杂格局.② 2000—2005年的海岸圈围工程导致南汇东滩海岸带近海海岸湿地面积减少11894.7 hm2, 被圈围的近海海岸湿地转变为水稻田、库塘、农田等土地利用类型; 圈围初期淤泥质海滩 (0 m以上) 和潮间盐水沼泽出现淤涨和发育 (淤涨速率分别为320.5 hm2/a和110.9 hm2/a), 但随后 (至2015年) 淤涨速率缓慢下降至286.8 hm2/a和15.7 hm2/a; 圈围工程实施后, 经过10年 (2005—2015年) 的自然恢复, 近海与海岸湿地的面积也未达到圈围前2000年的水平. ③ 南汇东滩实施了海岸硬质促淤工程和生物促淤工程两种促淤工程, 均显著促进了近海与海岸湿地的快速发育, 但硬质促淤工程对于格局演变的影响更显著, 工程后淤泥质海滩 (0 m以上) 和潮间盐水沼泽向海推进速率分别为516.9 hm2/a和915.7 hm2/a, 分别是非促淤区自然淤涨速率的5.4倍和13.9倍. 引种互花米草的生物促淤工程, 仅在海堤至促淤堤内的有限范围内促进了互花米草的快速扩散和格局演变. ④ 外来物种互花米草在2020年已成为南汇东滩盐沼植被第一大优势植物, 占盐沼植被总面积的56%, 并显著改变了近海与海岸湿地的生态结构和功能. 由此可见, 海岸工程和生物入侵对海岸带格局演变产生了明显的动态影响. 尽管海岸带生态系统对海岸人类活动表现出一定的恢复力, 但湿地类型、面积和功能的变化是未来花很大代价都很难或无法恢复的. 如何整合海岸带近海与海岸湿地和内陆湿地的生态功能, 通过实施海岸带保护修复、生态补偿等措施实现海岸带可持续健康发展, 是未来陆海统筹需要解决的重要问题.
基于澳门东侧水域两座河口原型观测试验站夏季15 d的连续观测资料, 分析了潮周期垂向平均欧拉余流、拉格朗日余流和斯托克斯余流时空变化特征的同时, 将其概念推广到垂向潮汐动力影响下的分层余流分析中. 研究显示, 夏季澳门东侧南、北端水域整体涨落潮流态一致, 南侧水域潮动力显著大于北侧; 半月时段内, 北侧水域潮流物质整体输移方向指向西北, 南侧指向东南, 拉格朗日余流流速分别为2.2 cm/s和5.1 cm/s, 略小于欧拉余流. 受海面西南季风影响, 南、北侧水域表层欧拉余流、拉格朗日余流和斯托克斯余流流向均为东北向. 潮周期垂向平均余流在洪水期指向外海侧, 非洪水期北侧水域指向近岸, 南侧水域指向伶仃洋河口东侧. 海面风主导东南侧水域的斯托克斯漂移强度, 对东北侧水域影响不明显, 洪水期径流动力增强会削弱海面风引起的漂移作用; 但南、北侧水域表层潮流物质输运强度和方向都与海面风密切相关. 基于余流流态结合净潮通量分析显示, 夏季澳门水道出口以下水域存在较为稳定的逆时针余环流, 初步分析其原因主要是: 珠江河口外海侧强劲的东北向沿岸流引起澳门东侧水域形成自东向西的补偿流所致. 夏季, 该独特的动力结构会截获上游东四口门下泄的部分水沙进入澳门水道, 导致澳门水道滩槽淤积和水体交换不畅.
受全球变暖背景下的海平面上升及流域减沙的影响, 全球三角洲海岸侵蚀灾害风险加大. 评估三角洲地貌未来变化及其侵蚀脆弱性, 并分析海岸土地利用的暴露度, 对海岸带国土空间规划、防灾减灾和社会经济可持续发展具有重要意义. 本研究以位于长江三角洲海岸的上海浦东新区为例, 以2016年河口地形、2019年海岸土地利用为基础, 结合2035年河流来沙1.25 亿t/a、海平面累计上升16.5 cm情景下的河口地貌模拟以及浦东新区2035年规划, 评估了当前和2035年海岸侵蚀脆弱性及土地利用价值的暴露度, 进而提出国土空间规划的建议. 研究结果表明, 近千年以来的地貌演变格局决定了海岸侵蚀脆弱性的基本空间格局, 以土地利用暴露度与海岸侵蚀脆弱性等级为指标, 两者具有高和极高等级的岸段目前长度为32.3 km, 占浦东新区海岸长度的31.1%; 随着未来流域减沙以及浦东新区的发展, 2035年其长度增加至47.5 km, 比例升高为45.8%. 2035年, 浦东机场及杭州湾北岸芦潮港区域侵蚀脆弱性等级增加, 根据现有规划, 这两个区域是航空枢纽和南汇新城建设的核心区域, 其土地利用暴露度等级也将增加, 在规划的实施过程中需要加强上述区域监测和侵蚀防护. 本研究所提出的方法, 可为其他海岸地区的侵蚀灾害暴露度评估和国土空间规划制定提供参考.
2014年2月持续强北风下长江口发生了极端严重的盐水入侵事件, 影响水源地取水安全. 流域上游水库增加径流量是遏制严重盐水入侵的一种方法, 本文应用UnFECOM (unstructured quadrilateral grid, finite-differencing, estuarine and coastal three-dimensional ocean numerical model) 模式模拟和分析该次盐水入侵对增加不同径流量的响应. 考虑实际径流量和风况, 模式再现了该次极端严重盐水入侵事件. 数值试验结果表明, 随着径流量的增加, 在2014年2月10—13日盐水入侵最严重时段北港上段的净水体输运仍然向陆, 但量值随径流量增加趋于减小; 北港上段的净分流比、净水通量和盐通量随着径流量增加而增加; 在实际径流量试验中, 北港上段分流比为 –29% (负号表示净水通量向陆) , 净水通量为 –2300 m3/s, 净盐通量为 –68 t/s, 表明受到持续强北风产生的向陆艾克曼输运作用, 北港净水通量和盐通量向陆. 当径流量增加3000 m3/s时, 北港净分流比和水通量接近零, 净盐通量为 –34 t/s. 当径流量增加8000 m3/s时, 北港分流比为21.5%, 净水通量为3550 m3/s, 净水通量向海输运; 净盐通量为 –6 t/s, 仍向陆输运. 在青草沙水库取水口, 当径流量增加小于4000 m3/s时, 最长连续不宜取水时间下降不明显; 当径流量增加值达到5000 m3/s时, 最长不宜取水时间下降显著, 达到了10.5 d. 5000 m3/s的径流量的增加量值和适当的持续时间, 对三峡水库的实际调度是较难做到的. 预警和预报盐水入侵, 在严重盐水入侵来临之前将上游水库蓄至高水位, 保证有充足的库容进行水资源调度, 是保障水库取水安全的一种有效方法.
以长江口滨海湿地的九段沙湿地和西沙湿地为研究区域, 探究了滨海湿地水体中溶解态CH4浓度和通量的变化过程及影响因子. 采样期间, CH4溶存浓度有显著的季节变化: 九段沙秋季的CH4平均溶存浓度最大, 为(0.30 ± 0.19) μmol·L–1; 西沙夏季的CH4平均溶存浓度最大, 为(1.16 ± 1.52) μmol·L–1. 西沙的CH4平均溶存浓度 ((0.56 ± 0.91) μmol·L–1) 高于九段沙 ((0.18 ± 0.17) μmol·L–1). 通过主成分分析发现, CH4的时空变化主要与滨海湿地的季节更替及潮汐作用有关, 低温、高盐度和富氧环境都将抑制CH4的合成. 对于不同的季节和研究区域, 溶解态CH4的通量变化也有显著差异. 九段沙和西沙水环境向大气扩散的CH4通量分别在秋季((0.45 ± 0.43) nmol·m–2·s–1)和夏季((3.34 ± 5.21) nmol·m–2·s–1)最大. 两者向长江口水平输送的CH4通量分别在秋季((2.32 ± 9.32) nmol·m–2·s–1)和夏季((1.66 ± 5.06) nmol·m–2·s–1)最大. 利用水质参数与CH4溶存浓度拟合多元回归方程, 获得高频率、连续观测的CH4溶存浓度. 进一步计算得到九段沙和西沙的溶解态CH4年均横向输送通量, 分别为 1.46 mg·m–2·d–1和 0.34 mg·m–2·d–1, 年均垂向扩散通量分别为 1.85 mg·m–2·d–1和 2.90 mg·m–2·d–1. 还揭示了滨海湿地中溶解态CH4是大气和沿岸水体中CH4的重要来源之一.
中国综合性科技类核心期刊(北大核心)
