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长江口南汇潮滩的波浪特征及其影响因素

海洋学研究 2023年第2期41卷 28-44页

作者：崔明慧涂俊彪孟令鹏郭兴杰苏妮范代读同济大学海洋地质国家重点实验室上海200092 上海市地质调查研究院上海200072

波浪是塑造开敞型潮滩动力地貌的重要因素,但目前对潮滩波浪特征研究仍较少。该文以长江口南汇潮滩为例,通过对固定平台声学多普勒流速仪(Acoustic Doppler Velocimeter,ADV)获得的流速和水压等高频数据进行反演,获得了波浪特征参数和... 详细信息

波浪是塑造开敞型潮滩动力地貌的重要因素,但目前对潮滩波浪特征研究仍较少。该文以长江口南汇潮滩为例,通过对固定平台声学多普勒流速仪(Acoustic Doppler Velocimeter,ADV)获得的流速和水压等高频数据进行反演,获得了波浪特征参数和波浪谱参数,进而分析了它们在潮周期内的变化规律和影响机制。研究表明,观测期间南汇潮滩3个站位波浪的常浪向和强浪向以SE向为主,由长周期涌浪占主导。3个站位的有效波高与水深均成正相关关系,但各站位在涨、落潮期间的拟合系数不同。波浪轨道流速受浅水效应和潮流流向的影响明显,如在涨潮初期达到最大,在转流时期出现谷值。落潮期间波浪频谱以双峰谱为主,明显受到潮汐水位和地形的综合影响,期间峰值能量不断衰减且逐渐分散,并伴随出现了峰频转移现象。

关键词：南汇潮滩波浪特征参数波浪谱风浪涌浪

长江口南汇边滩不同生境营养盐分布与影响因素

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长江口南汇边滩不同生境营养盐分布与影响因素

作者：李泽渊华东师范大学

学位级别：硕士

无机氮、磷是生物生长的必需元素,且参与全球生物地球化学循环过程。过量无机氮、磷也是造成水体水质恶化的重要因子。潮滩湿地作为陆源污染物质的吸纳库,能够起到水质净化作用,但自然潮滩不同生境削减水体无机氮、磷效果的定量分析还... 详细信息

无机氮、磷是生物生长的必需元素,且参与全球生物地球化学循环过程。过量无机氮、磷也是造成水体水质恶化的重要因子。潮滩湿地作为陆源污染物质的吸纳库,能够起到水质净化作用,但自然潮滩不同生境削减水体无机氮、磷效果的定量分析还有待完善。系统研究不同类型湿地中的多要素组分,对认识盐沼植物生境削减营养盐的作用具有重要意义。基于此,本文以长江口南汇潮滩的光滩以及海三棱藨草和互花米草两种盐沼植物分布区为研究区域,对不同区域的水体、沉积物和植物的理化生指标开展野外季节采样,室内分析测定上覆水和孔隙水p H、盐度、溶解态无机氮(DIN)和溶解态无机磷(DIP)含量,沉积物p H、电导率、含水率、容重、氧化还原电位、碳、氮、磷、铁含量和植物生物量,还进行了不同培养时间下上覆水DIN和DIP含量变化的室内培养实验,揭示了不同盐沼植物削减水体无机氮、磷的能力,以期为潮滩湿地水质净化功能评估提供数据参考。主要研究结果如下:(1)盐沼植物生境提高了水体和沉积物盐度,增加了沉积物细小颗粒、粘粒和有机质含量,降低了上覆水下渗速率,提高了沉积物蓄水和保肥能力。三种生境水体p H值呈弱碱性,光滩显著大于植物生境,沉积物p H值呈碱性,三种生境无显著性差异。水体盐度和沉积物电导率均表现为互花米草生境>海三棱藨草生境>光滩。三种生境含水率互花米草生境>海三棱藨草生境>光滩,沉积物含水率与沉积物粒度、总碳、总有机碳和铁含量呈极显著正相关(p南汇边滩上覆水中DIN的主要组分,三种生境NO-N平均占比为67.9%。NH-N是南汇边滩孔隙水中DIN的主要组分,三种生境NH-N平均占比88.6%。多元回归分析结果表明,水体p H、盐度共同影响南汇边滩上覆水DIN和DIP含量,上覆水DIN含量还受沉积物TC、TN影响。影响南汇边滩孔隙水DIN含量的主要因子是沉积物IN含量,植物生境孔隙水DIN的含量还受沉积物中值粒径、电导率影响,而影响孔隙水DIP含量的因子较复杂。(4)沉积物-水界面交换实验研究发现上覆水DIN含量随培养时间增加逐渐降低,下降幅度介于22%～90%,上覆水DIP含量呈现相反的变化趋势,结果表明潮滩沉积物表现为对上覆水DIN吸收作用,对上覆水DIP轻微释放作用。综上所述,本研究表明在开放的潮滩条件下,盐沼植物改变了生物地球化学参数,盐沼植物生境对水体营养盐具有明显的吸收净化效果。因此,未来生态修复过程中有条件情况下可以优先考虑修复本地种海三棱藨草,本地种难以定植的岸段,可考虑暂时保留外来种互花米草。修复盐沼植被对于营养盐过剩的长江口来说,在污染防治和生态管理中发挥了重要作用。

关键词：无机氮无机磷盐沼植物南汇潮滩长江口

长江口南汇东滩优势种植被的光谱和理化参数信息提取与分析

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长江口南汇东滩优势种植被的光谱和理化参数信息提取与分析

作者：张启明上海海洋大学

学位级别：硕士

滩涂植被是在淤泥质潮滩,高盐碱度、高土壤湿度环境下生长的优势植被群落。植被可以因为生长环境的不同而被分类,环境因素如光照、温度和雨量等都会影响植物的生长和分布,因此不同的环境和气候形成了不同的植物群落组成。不同类型的植... 详细信息

滩涂植被是在淤泥质潮滩,高盐碱度、高土壤湿度环境下生长的优势植被群落。植被可以因为生长环境的不同而被分类,环境因素如光照、温度和雨量等都会影响植物的生长和分布,因此不同的环境和气候形成了不同的植物群落组成。不同类型的植被对当地的土壤和环境有重要的影响作用,其生理指数变化从某些角度可以反映当地环境的变化,所以对植被进行研究有利于使我们更好地了解某些区域的环境状况。遥感技术具有宏观、低成本、快速和动态的特点,它已经成为获取植被信息的主要手段之一。南汇潮滩地处长江口和杭州湾的交汇处,由长江口泥沙长期淤积形成,是典型的淤泥质潮滩环境。近年来人类对南汇地区的开发和修建堤坝,使得南汇潮滩的自然环境遭到了破坏。堤坝外侧和内侧的潮滩环境产生了明显的差异,堤坝外侧优势种植被主要为芦苇和海三棱藨草,堤坝内侧为主要为互花米草和一枝黄花。现场采集了四种优势植被的光谱数据和植被生长环境的土壤湿度、植被叶绿素相对含量以及植被光合有效辐射率三个理化参数。利用一阶导数法提取了植被光谱信息,对不同植被的光谱信息进行了比较,并且分析了三个理化参数对各植被光谱曲线的影响。研究结果如下:(1)以长江口南汇东滩优势种植被芦苇和海三棱藨草为研究对象,比较和分析了多项式拟合法、四点内插法、一阶导数法、拉格朗日内插法和线性外推法五种红边位置算法提取四个试验区域不同土壤湿度的芦苇和海三棱藨草植被红边位置的性能。研究结果表明多项式拟合法获取红边位置精度最高,对土壤湿度敏感性最大;四点内插法对土壤湿度敏感性较大;线性外推法得到的红边位置结果不稳定;一阶导数法和拉格朗日内插法相对于其它方法对土壤湿度敏感性最小,更适合在南汇潮滩这样高湿度土壤区域进行植被红边位置的信息提取。(2)分析了芦苇、海三棱藨草、互花米草和一枝黄花的光谱数据,研究结果表明,处于生长高峰期的植被,对应波长的光谱反射率较高;芦苇和海三棱藨草的红边斜率差距明显,最适合作为区分两种植被的光谱参数;绿峰反射率、黄边位置和红边斜率均可作为区分互花米草和一枝黄花的参量。(3)分析了不同土壤湿度、叶绿素相对含量和光和有效辐射率对植被光谱的影响,发现土壤湿度对芦苇、海三棱藨草和互花米草的光谱反射率影响较大,表现为在相对叶绿素含量相近的情况下,土壤湿度升高,对应植被光谱反射率较低,一枝黄花对土壤湿度敏感性较小;在土壤湿度相近的情况下,随着叶绿素相对含量的升高,四种植被的绿峰反射率上升,红谷吸收率下降,红边位置有“右移”现象;光和有效辐射可以促进滩涂植被的叶绿色合成,间接影响植被的光谱曲线,较高的光和有效辐射环境,植被盖度较大,表现为红边斜率上升。

关键词：南汇潮滩植被光谱特征土壤湿度叶绿素相对含量光和有效辐射率

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长江口潮间带沉积对台风过程的响应

海洋科学 2022年第1期46卷 102-111页

作者：章馨谣戴志军陈云李九发华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241

位于陆海交汇区的河口潮滩对台风作用的响应极为敏感。台风大浪极可能构成河口潮滩沉积过程的快速变化,进而不利于潮滩保护、开发及利用。基于此,本文利用200509号"麦莎"台风作用前后长江口南汇潮滩采集的沉积物样品及水文资料,探讨台... 详细信息

位于陆海交汇区的河口潮滩对台风作用的响应极为敏感。台风大浪极可能构成河口潮滩沉积过程的快速变化,进而不利于潮滩保护、开发及利用。基于此,本文利用200509号"麦莎"台风作用前后长江口南汇潮滩采集的沉积物样品及水文资料,探讨台风高能事件作用下河口潮滩动力沉积过程及其主控因素。结果表明长江口潮间带不同区域沉积作用对于"麦莎"台风具有不同的响应:台风前潮滩沉积物以粗粉砂和细砂为主,台风后粗粉砂减少及细砂增加,潮滩沉积物中值粒径φ值减小,沉积物粗化;高潮滩处沉积物变细,分选性变差,而中潮滩和低潮滩沉积物的变化特性为沉积物粗化,分选变好;台风所引起的风暴增水以及潮流、波浪作用的增强是引发潮滩沉积过程发生改变的主要因素。

关键词：动力沉积过程台风南汇潮滩长江口

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基于SFF-W算法的潮滩边界提取研究

海洋测绘 2022年第1期42卷 55-59页

作者：张斌韩震上海海洋大学海洋科学学院上海201306 上海河口海洋测绘工程技术研究中心上海201306

以上海市南汇潮滩为研究区域,利用2017年高分一号(GF-1)卫星的遥感影像数据为数据源,提出了基于超像素的快速聚类算法(SFFCM)与水边线法相结合的SFF-W模型,用于对潮滩边界进行提取分析。通过目视解译提取的潮滩区域与水边线法、SFFCM模... 详细信息

以上海市南汇潮滩为研究区域,利用2017年高分一号(GF-1)卫星的遥感影像数据为数据源,提出了基于超像素的快速聚类算法(SFFCM)与水边线法相结合的SFF-W模型,用于对潮滩边界进行提取分析。通过目视解译提取的潮滩区域与水边线法、SFFCM模型和SFF-W模型所提取的结果进行对比分析。结果表明,SFF-W模型在提取潮滩边界的方法中效果最优。SFF-W模型的总体精度和制图精度比水边线法分别提高了2.39%和10.79%,该模型能在半监督情况下准确地提取潮滩边界。并利用2019年该区域的遥感影像数据进行对比分析,本研究对于提取潮滩边界具有一定的借鉴和指导意义。

关键词：遥感影像潮滩边界提取模型水边线法快速聚类算法南汇潮滩

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风暴天气下淤泥质潮滩冲淤过程及其动力机制

风暴天气下淤泥质潮滩冲淤过程及其动力机制

作者：杨天华东师范大学

学位级别：硕士

风暴(storm)是国际上普遍关注的自然灾害之一,也是我国沿海地区发生短期自然灾害的最重要动力因子。淤泥质潮滩(mudflat或muddy flat)在世界上分布广泛,也是我国海岸地貌的重要特色之一。潮滩具有重要的生态环境服务功能、岸堤防护功能... 详细信息

风暴(storm)是国际上普遍关注的自然灾害之一,也是我国沿海地区发生短期自然灾害的最重要动力因子。淤泥质潮滩(mudflat或muddy flat)在世界上分布广泛,也是我国海岸地貌的重要特色之一。潮滩具有重要的生态环境服务功能、岸堤防护功能、旅游功能,淤涨型潮滩还是潜在土地资源。因此,风暴引起的潮滩冲淤变化对海岸地貌、工程和生态系统有着重要意义。本文选择长江三角洲前缘的开敞型潮滩(南汇潮滩)为研究对象,在台风季节利用RTK-GPS、标志桩法、埋板法、ADV法相结合进行了高程观测;利用脉冲相干多普勒流速剖面仪(HR-Profiler)、电磁式海流计(AEM-HR/USB)、边界层悬浮物剖面测量仪(ASM-IV)、光学后向散射浊度计(OBS-3A)、自容式波潮仪(SBE-26)等高分辨率先进仪器进行了水动力和悬沙的连续同步观测;利用现场采集的表层沉积物样品进行了沉积物粒径与含水量的实验室分析。同时,搜集了台风路径和相邻站位的风速风向资料。在此基础上,研究了台风前后淤泥质潮滩上的水动力变化、悬沙浓度变化、底床粒径变化和滩面冲淤变化,进而进行了潮滩冲淤机制的分析。主要结果与结论如下:1)风暴对潮滩水动力的影响风暴期间潮滩上的波高显著升高。"凤凰"、"巴蓬"、"黄蜂"、"灿鸿"、"莫兰蒂"、"马勒卡"台风期间有效波高的最大值(2.18 m、1.53 m、1.93 m、2.92m、2.50 m、2.09 m)是天文潮相近的平静天气时段的2.0～5.1倍。风暴天气下近底流速显著增大,台风期间最大流速是天文潮相近的平静天气时段的1.4-1.5倍。风暴天气下波-流联合剪切应力(τcw)最大值是天文潮相近的平静天气时段的1.4～6.2倍。2)风暴对潮滩悬沙浓度、沉积物粒径的影响风暴天气下潮滩悬沙浓度剧烈增大。台风影响最强潮周期的近底0.9 m剖面平均悬沙浓度是天文潮相近的平静天气时段的2.0～2.6倍;风暴天气下潮周期近底高悬沙浓度层(悬沙浓度大于10 kg/m3)出现的持续时间达到7～8 h(平静天气下为2～4 h);风暴天气下近底高悬沙浓度层厚度都超过0.9 m(平静天气下小于0.6 m)。风暴天气下潮滩上的悬沙中值粒径(37.5μm)是平静天气下的1.2倍,潮滩表层沉积物通常粗于平静天气。3)风暴对潮滩冲淤的影响及其机制风暴天气下潮滩往往经历"大冲大淤"的变化,冲淤强度是相同潮况平静天气下的数倍甚至数十倍。一次台风事件中观测到的最大净侵蚀深度达到0.7 m,最大净淤积厚度达到0.4 m。由于各次风暴发生前的原始地貌状态不同,加之各次风暴发生时的潮况不同、风暴的路径不同、风暴期间潮滩及相邻潮下带水域风速风向的差异,风暴期间潮滩经历的冲淤变化的细节是复杂的。潮滩断面在风暴事件中的变化应该是"可冲可淤"的,即:可以是净冲刷,也可以是净淤积。断面上不同的部位在风暴事件中的冲淤变化也不同。风暴期间潮滩经受强烈冲淤的动力学机制是风暴把巨大的能量传递给水体,导致波、流动力明显增强,波流联合底床剪切应力明显增大,水体挟沙能力明显增强。风暴期间潮滩经受强烈冲淤的沉积学机制是松散的潮滩沉积物含水量较高,临界剪切应力较低。因此,风暴期间的波流联合底床剪切应力远远超过潮滩沉积物的临界剪切应力,导致大量滩面泥沙再悬浮,水体悬沙浓度明显增大,泥沙随潮流被输送到相邻区域,可能在动力减弱阶段(比如憩流阶段)产生异地强烈淤积。从泥沙收支平衡的角度,风暴事件(前、中、后)除了发生底床与水体的强烈泥沙交换外,"大冲"和"大淤"也是一种泥沙交换,即泥沙的空间交换。

关键词：淤泥质潮滩风暴冲淤过程长江口南汇潮滩

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台风对长江口潮间带湿地沉积动力过程的影响

台风对长江口潮间带湿地沉积动力过程的影响

作者：范吉庆华东师范大学

学位级别：硕士

热带气旋是人类面临的最为严重的自然灾害之一。台风是一种高强度的热带气旋,对很多沿海地区产生巨大影响。在全球气候变暖和海平面加速上升的今天,台风发生的频率、强度及其所带来的灾害损失逐渐增大,已成为一个不争的事实。台风对社... 详细信息

热带气旋是人类面临的最为严重的自然灾害之一。台风是一种高强度的热带气旋,对很多沿海地区产生巨大影响。在全球气候变暖和海平面加速上升的今天,台风发生的频率、强度及其所带来的灾害损失逐渐增大,已成为一个不争的事实。台风对社会经济产生的影响已广为人知。但是,台风尤其是远程台风(指台风路径与研究区域距离较远,未直接登陆该区域)对海岸生态环境的影响研究较少。潮间带湿地是受台风影响的脆弱生态系统,开展台风对潮间带湿地沉积动力过程的原位监测研究十分重要。本文选取长江口南汇潮滩(无潮沟发育)和崇明东滩潮沟为研究对象,利用先进的高分辨率潮流、波浪、悬沙浓度、高程等测量仪器进行现场观测,获取了15个台风前、中、后的系列数据,开展台风对潮间带湿地沉积动力过程影响的原位观测研究。其中,一个为近距离台风(台风中心与野外观测点的最小距离为60km),14个为远程台风(各台风中心与研究区域的最小距离为450000 km)。主要结果和结论如下:1)台风对潮滩湿地水动力影响受台风浪及近岸大风影响,潮滩水动力大大增强。近岸有效波高与台风影响因子相关关系分析表明,近岸波高与台风强度变化不完全同步,而是有1个潮周期的滞后现象。这主要是因为远程台风与研究区域存在较远距离,台风中心附近产生的台风浪需要一段时间才能传播到长江口区域。为了排除潮差对潮流流速及波高的影响,特选取潮况相似的平静天气和台风天气潮周期,进行水动力对比研究。结果表明,台风影响期间,潮滩潮周期平均有效波高是相似潮况平静天气下的3.1倍,平均潮流流速是相似潮况平静天气下的1.5倍,平均波-流联合剪切应力(τ)是相似潮况平静天气下的1.8倍。2)台风对潮滩湿地悬沙浓度的影响潮滩近底约1 m悬沙浓度剖面数据研究结果表明,潮周期平均悬沙浓度与τ值高度正相关,并且随着τ的增大,悬沙浓度呈指数趋势增加。这表明,远程台风通过影响潮滩水动力,进而影响着潮滩的悬沙浓度。相似潮况下,远程台风影响期间潮周期垂向平均悬沙浓度是正常天气下的1.7.9倍。台风影响显著时刻,潮滩近底层悬沙浓度超过了仪器检测上限,浮泥层最大厚度接近1 m。台风对悬沙浓度的影响持续时间长于对水动力的影响,因为在台风影响后期水动力逐渐减弱,水体中悬浮沉积物的沉积需要一些时间,即出现悬浮沉积物“沉降滞后效应”。3)台风对潮滩稳定性的影响南汇潮滩观测架附近,高频率潮滩相对高程测量结果表明,潮滩高程受远程台风影响显著,滩面高程随台风影响的增强而蚀低,随着台风影响的减弱而逐渐淤高。其中台风“狮子山”期间、“莫兰蒂”与“马勒卡”双台风期间及台风“鲇鱼”期间潮滩表面出现明显侵蚀现象,台风“莫兰蒂”、“马勒卡”影响结束后潮滩呈现快速回淤状态。观测架附近,滩面相对高程的变化趋势与τ呈负相关关系,并且这些变量之间的相关系数为0.6。这表明随着τ值的增加,潮滩趋向于侵蚀,反之亦然。在垂直于岸线方向上,潮滩高程断面观测结果表明,双台风影响期间,盐沼潮滩内部和潮间带中部处于淤积状态,其中盐沼潮滩内部平均淤高0.21 m,最大淤积厚度0.45 m;光滩-草滩交界处和潮间带下部,处于侵蚀状态,光滩-草滩交界处侵蚀最强烈,最大侵蚀深度达0.28 m。此外,在光滩-草滩交界处的一个冲积沙坡,受双台风影响后沙坡整体向陆迁移了约30 m,沙坡坡顶变窄,坡度变陡,后退的沙体掩埋了原有植物。4)台风对潮滩表层沉积物的影响潮滩表层沉积物粒径及其组成,对潮滩水动力变化响应敏感。台风影响期间,潮滩水动力大大增强,细颗粒悬浮沉积物难以沉降,潮滩表层原有细颗粒也可能被再悬浮进入水体,随着涨落潮水流搬运、再分布,潮滩表层沉积物粒径出现粗化,沉积物组分中砂含量增大;台风影响过后,潮滩水动力逐渐减弱,潮滩表层开始接受水体中悬浮颗粒的沉降,潮滩表层沉积物粒径出现迅速细化,沉积物组分中粘土、粉砂含量增大。由于远程台风与研究区域距离较远,台风产生的涌浪传播到近岸需要一段时间,故潮滩表层沉积物粒径及组分的变化与远程台风强度变化不完全同步,具有1个潮周期的滞后性。此外,潮间带湿地不同地段沉积物对台风的响应程度也不同,光滩表层沉积物受台风影响最大,沉积物粗化可达原沉积物粒径的2倍以上,潮沟和盐沼潮滩中下部次之,盐沼潮滩中上部影响最小。表层沉积物分选性,台风影响后比台风影响前更好,峰度变得更为窄尖。5)台风对潮沟水沙输运的影响与平静天气相比,台风“摩羯”和“温比亚”影响期间,近岸风速增大3倍,有效波高增大75倍,潮流流速增大约1倍。台风浪浪、强降雨和潮流流速的增强,加大了对水体的扰动,底床沉积物被大量悬浮进入水体,使水体悬沙浓度比相似潮况平静天气下大31倍。进入水体的沉积物,随着涨落潮潮流搬离了原地,使盐沼外光滩、潮沟及其附近盐沼滩遭受侵蚀。含沙量增大的水体,随着涨落潮潮流输入和输出盐沼潮沟内部,呈现“大进大出”的特点,潮

关键词：台风淤泥质潮滩潮间带湿地水动力悬沙浓度粒径长江口南汇潮滩