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基于硅酸盐中磁性矿物包裹体的长江和黄河沉积物区分

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第四纪研究 2024年第2期44卷 540-550页

作者：汤佳冰张卫国华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241

环境磁学指标已被用来区分中国近海沉积物中长江和黄河物质来源,但是该方法会受到潜在的成岩作用影响。硅酸盐中的磁性矿物包裹体不受成岩作用影响,具有可靠区分物源的潜力。本研究将盐酸(10 mol/L)处理后样品的磁性特征视作硅酸盐中磁... 详细信息

环境磁学指标已被用来区分中国近海沉积物中长江和黄河物质来源,但是该方法会受到潜在的成岩作用影响。硅酸盐中的磁性矿物包裹体不受成岩作用影响,具有可靠区分物源的潜力。本研究将盐酸(10 mol/L)处理后样品的磁性特征视作硅酸盐中磁性矿物包裹体的贡献,以提供区分长江和黄河沉积物的新指标。结果表明,盐酸处理后样品中与磁性矿物含量有关的参数(χ、 SIRM、χARM、 HIRM)不到处理前样品参数值的10%;硅酸盐中的磁性矿物包裹体以低矫顽力的亚铁磁性矿物为主,相比原样中的亚铁磁性颗粒更细;盐酸处理后长江沉积物相比黄河,具有更高的SIRM、χARM、 HIRM值,表明前者包裹体中亚铁磁性矿物和不完整反铁磁性矿物含量更高。分粒级的磁学参数显示,两个河流沉积物磁性矿物包裹体SIRM与HIRM值随着粒级的增大而增大。由于长江支流众多,岩石类型复杂,包裹体磁性参数变化较大,而黄河物质主要来自于黄土高原的黄土,黄土由源区至高原的风力搬运过程中的分选和混合,使得包裹体磁性矿物含量较低,但磁性参数相对均一。本研究表明,利用硅酸盐中磁性矿物包裹体SIRM和S-100散点图、磁性参数主成分分析和热磁曲线,可有效区分长江和黄河沉积物。

关键词：包裹体环境磁学物源粒级分离长江黄河

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协同随机森林方法和无人机LiDAR空谱数据的盐沼植被“精灵圈”识别

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光电工程 2024年第3期51卷 76-84页

作者：韩江涛谭凯张卫国周若彤刘帅华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241

“精灵圈”作为一种典型的空间自组织结构,对盐沼植被生态系统及其功能有重要影响。获取“精灵圈”的空间格局及时空变化,可为厘清其生态演化机理提供重要科学支撑。本文基于随机森林机器学习方法,结合无人机激光雷达(LiDAR)点云的空间... 详细信息

“精灵圈”作为一种典型的空间自组织结构,对盐沼植被生态系统及其功能有重要影响。获取“精灵圈”的空间格局及时空变化,可为厘清其生态演化机理提供重要科学支撑。本文基于随机森林机器学习方法,结合无人机激光雷达(LiDAR)点云的空间信息与光谱信息,对盐沼植被“精灵圈”进行智能识别与提取。首先,利用激光雷达方程和Phong模型,消除距离、入射角以及镜面反射效应对强度数据的影响,并且通过校正后强度数据滤波分离植被点云与地面点云。然后,构造系列空间特征及几何变量,利用随机森林算法,对植被点云中的正常植被和“精灵圈”进行分类。结果表明:该方法无需人工经验设置参数,能够精确地从无人机LiDAR三维点云数据中快速自动识别“精灵圈”,总体精度为83.9%。本文为“精灵圈”时空分布反演提供了一种高精度的方法,也为基于机器学习的三维点云数据处理提供了技术借鉴。

关键词：随机森林无人机激光雷达空间自组织点云分类

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长江口潮滩高分辨率波流耦合模型

海洋通报 2024年

作者：邓珂彭忠于海升赵颖朱植阳何青华东师范大学崇明生态研究院华东师范大学河口海岸学国家重点实验室

海岸带潮滩地区在潮汐的影响下呈现出复杂的地貌形态和波浪-水流的相互作用。建立高分辨率的潮滩波流耦合模型，以模拟潮滩中的精细波浪水动力过程，对于海岸防护设施设计和滨海湿地生态修复工程至关重要。本文以长江口南汇潮滩为研究... 详细信息

海岸带潮滩地区在潮汐的影响下呈现出复杂的地貌形态和波浪-水流的相互作用。建立高分辨率的潮滩波流耦合模型，以模拟潮滩中的精细波浪水动力过程，对于海岸防护设施设计和滨海湿地生态修复工程至关重要。本文以长江口南汇潮滩为研究区域，通过提出基于无人机RTK数据的潮滩高程反演技术，构建考虑潮滩干湿界面交替变化的波浪-水流耦合方法，开展潮滩波浪和水流现场观测等手段，借助Delft3D软件包建立了长江口潮滩高分辨率波流耦合模型。该模型嵌套长江口大尺度模型和潮滩小尺度模型，整合了海图水深数据、船测水深数据以及无人机高程反演数据，模型的边界条件包括天文潮汐、风场、径流和二维波浪谱等时序数据。研究结果表明，该模型不仅成功重现长江口水位、波浪和水流等关键参数，还能够精准模拟潮滩上的非线性波流耦合过程，模型模拟的潮滩水位、流速和波高与实际观测数据高度吻合。该模型不仅可为海岸水动力-结构相互作用模型提供边界条件，还能为滨海湿地生态修复和河口海岸管理提供精准的水动力支持。

关键词： Delft3D 潮滩降尺度模型非线性波流耦合

结合SAM视觉分割模型与随机森林机器学习的无人机影像盐沼植被“精灵圈”提取

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海洋学报 2024年第5期46卷 116-126页

作者：周若彤谭凯杨建儒韩江涛张卫国华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241

“精灵圈”是海岸带盐沼植被生态系统中的一种“空间自组织”结构,对盐沼湿地的生产力、稳定性和恢复力有重要影响。无人机影像是实现“精灵圈”空间位置高精度识别及解译其时空演化趋势与规律的重要数据源,但“精灵圈”像素与背景像素... 详细信息

“精灵圈”是海岸带盐沼植被生态系统中的一种“空间自组织”结构,对盐沼湿地的生产力、稳定性和恢复力有重要影响。无人机影像是实现“精灵圈”空间位置高精度识别及解译其时空演化趋势与规律的重要数据源,但“精灵圈”像素与背景像素在色彩信息和外形特征上差异较小,如何从二维影像中智能精准地识别“精灵圈”像素并对识别的单个像素形成个体“精灵圈”是目前的技术难点。本文提出了一种结合分割万物模型(Segment Anything Model,SAM)视觉分割模型与随机森林机器学习的无人机影像“精灵圈”分割及分类方法,实现了单个“精灵圈”的识别和提取。首先,通过构建索伦森-骰子系数(S?rensen-Dice coefficient,Dice)和交并比(Intersection over Union,IOU)评价指标,从SAM中筛选预训练模型并对其参数进行优化,实现全自动影像分割,得到无属性信息的分割掩码/分割类;然后,利用红、绿、蓝(RGB)三通道信息及空间二维坐标将分割掩码与原图像进行信息匹配,构造分割掩码的特征指标,并根据袋外数据(Out of Bag,OOB)误差减小及特征分布规律对特征进行分析和筛选;最后,利用筛选的特征对随机森林模型进行训练,实现“精灵圈”植被、普通植被和光滩的自动识别与分类。实验结果表明:本文方法“精灵圈”平均正确提取率96.1%,平均错误提取率为9.5%,为精准刻画“精灵圈”时空格局及海岸带无人机遥感图像处理提供了方法和技术支撑。

关键词：盐沼植被精灵圈 segment anything model(SAM) 无人机影像机器学习

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特大洪水期间长江口浑浊带分粒级输沙特征

海洋通报 2024年第3期43卷 335-345页

作者：朱春燕董坚谢卫明郭磊城何青华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241

基于2020年7月特大洪水期间长江口浑浊带南槽、北槽和北港多站位同步实测水沙动力数据,研究了河口浑浊带分粒级输沙时空特征及其对泥沙来源响应的指示意义,结果表明:(1)北港和北槽是流域泥沙净向口外输移的主要输沙通道,南槽是海域泥沙... 详细信息

基于2020年7月特大洪水期间长江口浑浊带南槽、北槽和北港多站位同步实测水沙动力数据,研究了河口浑浊带分粒级输沙时空特征及其对泥沙来源响应的指示意义,结果表明:(1)北港和北槽是流域泥沙净向口外输移的主要输沙通道,南槽是海域泥沙净向口内输移的主要输沙通道,主槽内粉砂是主要输沙组分,占比63.2%,口外粉砂和黏土是主要输沙组分,分别占比43.2%、40.9%;(2)大潮粉砂输运占比高于小潮,黏土输运占比低于小潮,口外测站砂组分在大小潮期间于横沙浅滩和九段沙间沿岸输移,横沙浅滩附近大、小潮离岸输沙分别是北港口外的1.7倍和8倍,不利于横沙浅滩淤涨;(3)当前流域减沙高达70%,此次特大洪水期间黏土、粉砂和砂三组分近底净向口内输移为减沙背景下的口外供沙提供了有力的佐证。

关键词：长江口浑浊带特大洪水分粒级输沙泥沙来源流域减沙

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长江口M_(2)内潮生成、传播和耗散的机制研究及其季节性特征

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海洋与湖沼 2024年第4期55卷 853-863页

作者：蓝鑫张凡汪亚平华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241

河口海域,冲淡水可造成强烈的水体层化,而潮流在层化海水中经过复杂地形时可形成活跃的内潮;内潮引起的输运与混合可对河口海域的物质交换造成重要影响,然而过去对该海域内潮的形成演变机制鲜有研究。为了研究河口海域内潮的形成演变机... 详细信息

河口海域,冲淡水可造成强烈的水体层化,而潮流在层化海水中经过复杂地形时可形成活跃的内潮;内潮引起的输运与混合可对河口海域的物质交换造成重要影响,然而过去对该海域内潮的形成演变机制鲜有研究。为了研究河口海域内潮的形成演变机制,利用高分辨率数值模型深入探讨了长江口及其邻近海域M_(2)内潮的时空特征。结果表明,在20 m等深线、岛屿周边以及水下河谷等区域,正压潮强迫力尤为显著,正压至斜压的能量转换率高,斜压动能强。能量收支分析表明,M_(2)内潮动能主要从近岸区域向外传播,当能量传播至20 m等深线或岛屿周边地形陡峭区域时会发生显著的能量耗散。此外,M_(2)内潮呈现出显著的季节性变化,总体看来斜压动能在夏季最高,秋季在舟山群岛附近较强,而冬季则变得非常微弱,这种季节性变化与长江口海域的季节性层化紧密相关。长江口内潮的时空变化特征可对该海域物质的输运与混合有重要的影响,研究结果可为理解该海域的生态、沉积等过程提供理论依据。

关键词：长江口 M_(2)内潮季节性变化混合

长江口M内潮生成、传播和耗散的机制研究及其季节性特征

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海洋与湖沼 2024年

作者：蓝鑫张凡汪亚平华东师范大学河口海岸学国家重点实验室

河口海域，冲淡水可造成强烈的水体层化，而潮流在层化海水中经过复杂地形时可形成活跃的内潮；内潮引起的输运与混合可对河口海域的物质交换造成重要影响，然而过去对该海域内潮的形成演变机理鲜有研究。为了研究河口海域内潮的形成演... 详细信息

河口海域，冲淡水可造成强烈的水体层化，而潮流在层化海水中经过复杂地形时可形成活跃的内潮；内潮引起的输运与混合可对河口海域的物质交换造成重要影响，然而过去对该海域内潮的形成演变机理鲜有研究。为了研究河口海域内潮的形成演变机理，此研究利用高分辨率数值模型深入探讨了长江口及其邻近海域M2内潮的时空特征。结果表明，在20 m等深线、岛屿周边以及水下河谷等区域，正压潮强迫力尤为显著，正压至斜压的能量转换率高，斜压动能强。能量收支分析表明，M2内潮动能主要从近岸区域向外传播，当能量传播至20 m等深线或岛屿周边地形陡峭区域时会发生显著的能量耗散。此外，M2内潮呈现出显著的季节性变化，总体看来斜压动能在夏季最高，秋季在舟山群岛附近较强，而冬季则变得非常微弱，这种季节性变化与长江口海域的季节性层化紧密相关。长江口内潮的时空变化特征可对该海域物质的输运与混合有重要的影响，研究结果可为理解该海域的生态、沉积等过程提供理论依据。

关键词：长江口 M 内潮季节性变化混合

福岛核污染水中的人工放射性核素及其在海洋环境中的迁移转化行为

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地球科学进展 2024年第1期39卷 23-33页

作者：张福乐王锦龙黄德坤于涛杜金洲华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241 自然资源部第三海洋研究所福建厦门361005

2023年8月24日,日本政府启动福岛核污染水排海,这将进一步增加对海洋生态环境的辐射风险。分析了福岛核污染水中主要人工放射性核素的浓度,估算了其在福岛核污染水中的储量。根据东京电力公司公布的数据发现,截至2023年3月,福岛核污染... 详细信息

2023年8月24日,日本政府启动福岛核污染水排海,这将进一步增加对海洋生态环境的辐射风险。分析了福岛核污染水中主要人工放射性核素的浓度,估算了其在福岛核污染水中的储量。根据东京电力公司公布的数据发现,截至2023年3月,福岛核污染水储罐中^(3)H的浓度为1.9×10^(5)~25.0×10^(5) Bq/L,明显超出日本法律允许的^(3)H的最大排放浓度(6×10^(4) Bq/L);部分核污染水储罐中^(90)Sr和^(129)I的浓度也高于日本法律允许的^(90)Sr和^(129)I的最大排放浓度(30 Bq/L和9 Bq/L)。经估算,在排海前福岛核污染水中^(3)H和^(129)I的储量分别为0.9 PBq和6.2×10^(9) Bq,这与核事故阶段^(3)H和^(129)I泄漏到海洋中的量(0.1~1.0 PBq和6.9×10^(9) Bq)相当。此外,进一步对福岛核污染水中典型放射性核素(如^(3)H、^(14)C、^(60)Co、^(90)Sr、^(129)I、^(134,137)Cs和^(239,240)Pu等)在海洋环境中的迁移转化行为进行了论述,重点介绍了福岛放射性核素在太平洋海域的迁移路径,及其在海洋沉积物上的吸附和海洋生物中的富集行为。期望为中国应对福岛核污染水排海提供一定的科学依据和见解。

关键词：福岛核污染水人工放射性核素洋流输运沉积物吸附生物富集

黄河三角洲近岸潮汐动力对地貌演变的响应及其沉积效应

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海洋学报 2024年第2期46卷 64-78页

作者：龚雪雷姬泓宇李鹏陈沈良华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241 集美大学港口与海岸工程学院福建厦门361021

近年来自然过程和人类活动显著改变了黄河入海流路以及近岸地貌格局,而剧烈的地貌演变对近岸水动力环境的影响尚未得到充分研究。为厘清近30年来黄河三角洲近岸水文动力格局对地貌演变的响应过程,本文基于Landsat系列遥感影像和多期测... 详细信息

近年来自然过程和人类活动显著改变了黄河入海流路以及近岸地貌格局,而剧烈的地貌演变对近岸水动力环境的影响尚未得到充分研究。为厘清近30年来黄河三角洲近岸水文动力格局对地貌演变的响应过程,本文基于Landsat系列遥感影像和多期测深数据,分析了1992-2020年黄河三角洲岸线和地形变化,并采用TELEMAC-2D建立了多套覆盖整个渤海的数值模型,研究了地貌演变对黄河三角洲邻近海域潮汐动力的影响及其沉积效应。结果表明,黄河三角洲近岸冲淤格局呈现显著的时空异质性,分布多个淤积和侵蚀中心,且2000-2020年南侧老清水沟外侵蚀中心向南移动9.6 km,1992-2015年北侧刁口河口外侵蚀中心东移6.4 km。中长时间尺度黄河三角洲岸线和地形变化主导了潮汐动态,三角洲北部刁口河口近岸潮差减小,清水沟河口外潮差增大,5 m水深处的潮差变化增大幅度达0.27 m;黄河口近岸K_1分潮振幅显著增加,M_2分潮振幅明显减小,东营港附近无潮点向东迁移3.8 km。刁口河口和老河口外高流速区持续减弱,现行河口外逐渐发育形成另一高流速区,持续稳定的高流速区造成了水下三角洲的冲刷,南北侧高流速区沉积物粗化。

关键词：黄河三角洲数值模型地貌演变潮汐动力沉积效应