南黃海輻射沙脊群研究進展

摘 要：南黃海輻射沙脊群是河流與海洋共同作用下形成的特殊地貌單元，它分布于陸海相互作用的地帶，儲存著海岸演變、海面變化、氣候變化、河口環(huán)境以及海洋環(huán)境的各種信息，是研究全球環(huán)境變化和陸海相互作用的理想載體。本文從水文測驗、衛(wèi)星遙感、數字高程模型、人工神經網絡、海洋沉積學、潮流數值模型共6個方面對該海域的研究成果進行了梳理。

關鍵詞：南黃海 輻射沙脊群 演變機制

中圖分類號：P722.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（c）-0143-02

南黃海輻射沙脊群位于江蘇海岸以東的南黃海海域內，因其形態(tài)呈輻射狀分布故名輻射狀沙脊群。它被發(fā)現于20世紀50年代，首先在文獻中被報道于70年代，被詳細研究于80年代。在20世紀90年代，我國的許多學者對南黃海輻射沙脊群的動力環(huán)境、潮流動力機制和地形地貌等方面進行了深入的研究。進入到本世紀，研究人員們對該海域懸浮泥沙的輸運、潮流沙脊的變遷等方面做了許多有益的工作。

1 水文測驗

1980年至1984年江蘇省海岸帶和海涂資源綜合考察隊對輻射沙脊群海域進行了實地調查。該次調查采用長期觀測、定點連續(xù)觀測、路線考察、斷面調查、典型調查、社會調查、資料收集等多種形式。針對該區(qū)域開展了陸地水文和水資源、海岸帶氣候、沿海工程及海岸防護、港口航道及涵閘、近海地質、近海水文、沿海地質條件、海岸和海涂地貌、沉積及沖淤動態(tài)、海岸帶環(huán)境質量、海洋化學、航測和制圖等項目的調查研究工作[1]。調查成果豐碩，為以后的科學研究奠定了堅實的基礎。1983年至1984年中國科學院海洋研究所和美國伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）對南黃海進行了調查研究。該次調查對海區(qū)夏季（7月）和冬季（11月）懸浮體的空間變化和季節(jié)分布進行了觀測，取得了豐富的資料和研究成果。1986年至1990年在江蘇省科委基金課題“條子泥并陸可行性研究”的支持下，對輻射沙脊群海域特別是條子泥等近岸沙洲進行了深入研究。該次研究主要分析了條子泥岸灘的穩(wěn)定性、附近水域的懸浮泥沙分布特征和沙洲的消長規(guī)律。1988年、1992年、1993年中國科學院海洋研究所組織了三次對南黃海懸浮體的調查研究。1996年中國科學院海洋研究所和韓國漢城大學海洋研究所開展了聯合調查研究。通過懸浮體含量和海流資料，計算了黃海暖流細顆粒物質通量約為100萬噸/年。1998年“條子泥促淤并陸工程試驗研究”課題組針對輻射沙脊群海域水道的泥沙懸浮輸運機制等問題，對該海域進行了實地測量。同時結合衛(wèi)星照片對輻射沙脊群海域懸沙分布及海床侵蝕淤積分布等問題進行了深入的探討。2006年至2007年，“我國近海海洋綜合調查與評價”專項對整個江蘇沿海潮流、懸沙進行了同步水文測驗，為數學建模提供了可靠的驗證資料。

綜上所述，我國對輻射沙脊群海域及其周邊地區(qū)的研究已有比較長的歷史，積累了比較豐富的實測資料，這對于進一步探索該海域形成演變規(guī)律有十分重要的作用。

2 衛(wèi)星遙感

該種方法主要用于對表層懸沙濃度的分析。把衛(wèi)星照片的光譜數據與實地測量得到的懸浮體濃度建立相關關系，通過定量反演模型解譯衛(wèi)星遙感影像，從而獲得整個海域懸浮泥沙的濃度。

李海宇、王穎[2]利用ERSI SAR影像及地形圖資料、Landsat TM遙感影像、綜合應用GIS與遙感方法，對輻射沙脊群在20世紀80～90年代的演變及變化趨勢做出分析，認為北部區(qū)域變化較強烈，并繼續(xù)脊槽相間的模式；南部區(qū)域堆積與侵蝕作用較弱，沿岸潮灘向海淤積推進；沙脊群樞紐地區(qū)處于不斷增長擴張的過程。張忍順、王艷紅等[3]通過衛(wèi)片判讀和實地觀測對江蘇岸外輻射沙脊群區(qū)的沙島形成機制和自然屬性進行了初步研究。他們認為潮汐和風暴潮是沙島形成的動力因素，條子泥西部多年來的持續(xù)淤積和潮溝的穩(wěn)定是沙島形成的關鍵，而沙島的形成說明輻射沙脊群的發(fā)育進入一個新的階段即成島階段，并標志著沙洲并陸過程的開始。

遙感技術具有連續(xù)、動態(tài)、實時、直觀、長期等特點，因此可在海岸帶動態(tài)監(jiān)測等方面發(fā)揮其優(yōu)勢。同時遙感技術也有需要提高的一面，如在反映海水含沙量時只能反映其表層濃度，衛(wèi)星圖像容易受到云層干擾等。所以需要進一步研究，提高衛(wèi)星監(jiān)測的可靠性。

3 數字高程模型DEM

數字高程模型（Digital Elevation Model，縮寫DEM）是一定范圍內規(guī)則格網點的平面坐標（X，Y）及其高程（Z）的數據集，是通過等高線或相似立體模型進行數據采集，然后進行數據內插而形成的。它可以用于描述區(qū)域地貌形態(tài)的空間分布。

高敏欽應用1968（測于1963年至1968年間）年和1979年的海圖建立了數字高程模型[4]。通過GIS軟件繪出的三丫子港至川腰港的沖淤變化圖，得出了以下結論：輻射沙脊群整個海域沖淤相間，以淤積為主，年淤積速率為1 cm。近岸地區(qū)以淤積為主，淤積厚度在5 m左右。其中弶港淤積量最大，淤積厚度達到5～10 m。外海沖淤變化不大，沖淤量大都在-5～+5 m之間，沖淤相間排列。在介于近岸和外海的過渡區(qū)域，沖淤變化劇烈。部分海域沖刷量和淤積量都達到10 m以上。數字高程模型運用實測資料進行研究，所得結論比較可靠。

4 人工神經網絡

人工神經網絡是一門交叉學科，近年來國內外已經將神經網絡模型應用于水文時間序列、水資源、水環(huán)境評價等方面的研究。吳德安[5]應用多層前饋網絡誤差反向傳播算法模型對輻射沙脊群東大港水道沉積物動力過程進行了研究，擬合出了垂線平均流速、水深與垂線平均含沙量之間的關系；垂線平均流速、臨底含沙量與垂線平均含沙量之間的關系；表層流速、水深與單寬懸沙通量之間的關系。人工神經網絡模型為擬合水、沙之間的非線性關系提供了新的思路。

5 海洋沉積學

南黃海輻射沙脊群因其形態(tài)獨特，引起了國內外眾多學者從地貌與沉積物的角度對其進行研究。王穎、朱大奎等通過研究發(fā)現該沙脊群是淺海大陸架巨型海底地貌組合體，它由古河道沙體、潮流沙脊、后期侵蝕堆積的沙體三部分組成[6]，是低海平面時期古長江在蘇北入海時的堆積體受東中國海前進潮波和從山東半島反射回的潮波共同改造而成。沙脊與深槽主要形成于全新世高海平面時期，海平面持續(xù)上升使得沙脊體向海側受到侵蝕，粗顆粒堆積在靠近陸地的沙脊上。研究表明輻射沙脊群是以潮流動力為主形成的堆積體，同時有波浪作用參與。此海域沙體寬大，與單純的線性潮流脊的成因有明顯區(qū)別。

6 潮流數值模型

由于南黃海輻射沙脊群海域范圍廣闊，面積達到140 km×200 km，因此用數值模型來研究該海域的水動力是一個經濟、可行的方法。很多學者從輻射狀地形與水流動力之間的關系入手對沙脊群進行研究，取得了很多寶貴的成果，通過大量的數值試驗得出了南黃海輻射沙脊群形成演變的動力機制是“潮流塑造—風暴破壞—潮流恢復”。

張東生、張君倫、張長寬等用輻射沙脊群水域潮流場、風暴流場和波浪場數值模擬結果解釋了南黃海海底輻射沙脊群形成演變的動力機制。山東半島南側的逆時針旋轉潮波和南黃海的后繼前進潮波在弶港外附近海域相遇，形成輻射狀流場。該流場為形成和維持輻射沙脊群提供了必要的動力條件。全新世古流場的模擬結果指出，在長江古河口外有一個潮流輻聚—輻散帶。當外海漲潮時，漲潮流與古河口內的落潮流在此輻聚。當外海落潮時，古河口內為向上游的漲潮流，兩者在此輻散。正是潮流輻聚輻散提供了形成古長江河口水下堆積體的動力環(huán)境。波浪場的計算結果說明，只有在大風速、高潮位下，沙脊區(qū)的波高普遍較大時，對海底地貌的影響才較明顯。海上轉向型臺風和長江口登陸型臺風的風暴流場對沙脊群有明顯影響。通過7708臺風和8114臺風的數值模擬，可以發(fā)現沙脊群的風暴流基本沿岸線自北向南，流速可超過1 m/s。如此強大的動力條件，具有比正常潮流大的多的挾沙能力，會對海底沙脊群的形態(tài)造成巨大改變。綜上所述輻射沙脊群的形成機制是潮流形成—風暴破壞—潮流恢復。

7 結語

南黃海輻射沙脊群是河流與海洋共同作用下形成的特殊地貌單元。該海域沙脊個體巨大，呈輻射狀分布于陸海相互作用的地帶，儲存著海岸演變、海面變化、氣候變化、河口環(huán)境以及海洋環(huán)境的各種環(huán)境信息，是研究全球環(huán)境變化和陸海相互作用的理想載體。各個學科從不同的角度對南黃海輻射沙脊群展開研究，將極大促進人們對這一特殊地貌形態(tài)的認識，為開發(fā)海洋提供技術支撐。

參考文獻

[1] 任美鍔.江蘇海岸帶和海涂資源綜合調查報告[M].北京：海洋出版社，1986： 1-5.

[2] 李海寧，王穎.GIS與遙感支持下的南黃海輻射沙脊群現代演變趨勢分析[J].海洋科學，2002，26（9）：61-65.

[3] 張忍順，王艷紅，吳德安，等.江蘇岸外輻射沙洲區(qū)沙島形成過程的初步研究[J].海洋學報，2003，22（4）：41-47.

[4] 高敏欽，徐亮，黎剛.基于DEM的南黃海輻射沙脊群沖淤演變初步研究[J].海洋通報，2009，28（4）：168-176.

[5] 吳德安，張忍順，李瑞杰.輻射沙洲潮流水道懸沙動力關系BP神經網絡模擬研究[J].水運工程，2007，400（3）：19-25

[6] 王穎，朱大奎，周旅復，等.南黃海輻射沙脊群沉積特點及其演變[J].中國科學（D輯），1998，28（5）：385-393.