百年尺度東海內(nèi)陸架風(fēng)暴事件重建：器測(cè)記錄與沉積記錄耦合

上（大于等于51 m/s）是超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。為了敘述方便，本文將近中心風(fēng)力大于等于8級(jí)的熱帶氣旋泛稱為臺(tái)風(fēng)。

臺(tái)風(fēng)過(guò)境會(huì)引起大量降水和超警戒高潮位，海水漫溢堤壩、淹沒(méi)沿海陸地，對(duì)沿海地區(qū)的生命財(cái)產(chǎn)造成很大的威脅。今后，需要在調(diào)整區(qū)域發(fā)展規(guī)劃的同時(shí)，提高應(yīng)對(duì)未來(lái)極端事件的能力。其中一項(xiàng)重要措施是提高海岸防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，而建設(shè)經(jīng)濟(jì)有效的海岸防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)需要根據(jù)臺(tái)風(fēng)等極端事件的頻率-強(qiáng)度關(guān)系來(lái)確定。災(zāi)害的強(qiáng)度和頻率問(wèn)題，是一個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)問(wèn)題。人類只有一兩百年的氣象觀測(cè)記錄，中國(guó)的觀測(cè)記錄更少，在1950年之后才有全國(guó)性的系統(tǒng)觀測(cè)。通過(guò)六七十年的器測(cè)記錄，最多只能給出百年或兩百年一遇的災(zāi)害強(qiáng)度。全球的海平面將持續(xù)上升，極端事件的強(qiáng)度和頻率可能增加[3]，這就為臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)研究提出了挑戰(zhàn)?；貞?yīng)這個(gè)挑戰(zhàn)的一個(gè)解決思路，是從沉積物中尋找臺(tái)風(fēng)記錄。沉積記錄的時(shí)間跨度大，可能留下更強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)記錄，這樣的記錄有助于科學(xué)確定海岸防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了如下研究方案：首先，以器測(cè)氣象記錄為鏡，根據(jù)臺(tái)風(fēng)沉積研究和放射性同位素定年方法，尋找與氣象觀測(cè)同期的沉積物中留下的臺(tái)風(fēng)事件沉積，定量分析二者之間的關(guān)系（怎樣的臺(tái)風(fēng)留下了沉積記錄）；其次，根據(jù)定量關(guān)系，回溯到200年的尺度，分析沉積記錄反演的臺(tái)風(fēng)序列與替代性的臺(tái)風(fēng)歷史文獻(xiàn)記錄（比如《中國(guó)氣象大典·浙江卷》[1]中記載的成災(zāi)臺(tái)風(fēng)）是否一致。通過(guò)這樣的研究，試圖走出從沉積記錄中反演和擴(kuò)展臺(tái)風(fēng)時(shí)間序列的第一步。

風(fēng)暴沉積研究始于20世紀(jì)60年代，在泥質(zhì)海岸和陸架，風(fēng)暴沉積主要具有以下幾種特征：（1）粗（風(fēng)暴層序）與細(xì)（正常層序）沉積互層；（2）具有清晰的侵蝕面；（3）風(fēng)暴浪造成的波狀起伏的交錯(cuò)層理[4]。中國(guó)東部陸架是世界上最寬的陸架之一，受大河影響顯著，沉積物供應(yīng)豐富，自全新世海平面上升以來(lái)，形成了許多的沉積體系[5]。東海內(nèi)陸架泥質(zhì)區(qū)沉積環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，沉積物的連續(xù)性好，沉積速率較高，這些為建立高分辨率的臺(tái)風(fēng)沉積記錄提供了充足的條件[6]。

2 研究區(qū)概況

浙江海域的大陸海岸線綿長(zhǎng)，全長(zhǎng)2 200 km。東海大陸架坡度較緩，年均水溫在20～24℃之間，營(yíng)養(yǎng)鹽含量較為豐富，近海的沉積速率約為0.91～1.19 cm/a，沉積速率高，呈現(xiàn)自北向南逐步減小的趨勢(shì)[7]。浙江海域常年遭受臺(tái)風(fēng)侵襲。1950-2009年期間，臺(tái)風(fēng)登陸浙江次數(shù)最多的地區(qū)為溫嶺市，共6次[8]。

所選研究地點(diǎn)靠近浙江省溫嶺市（圖1），處于浙閩泥質(zhì)沉積帶，受浙閩沿岸流和臺(tái)灣暖流影響顯著[9]，夏季沿岸流因東南季風(fēng)盛行向北，物源主要是長(zhǎng)江入海沉積物[10]。

圖 1 研究區(qū)域和采樣位置Fig. 1 The study area and sampling location

3 材料與方法

3.1 沉積樣的采集處理

3.1.1 樣品的采集與前處理

2018年5月，租用漁船“蘇如漁運(yùn)08327”號(hào)在浙江岸外使用重力采樣器采集1根2 m短柱樣J1（28°14′50″N，121°51′52″E），取樣地水深約 20 m。該柱樣巖芯呈黃褐色，主要由粉砂構(gòu)成，夾少量黑灰色粗粉砂質(zhì)或細(xì)砂質(zhì)條帶。

將樣品冷凍保存，帶回實(shí)驗(yàn)室后使用巖芯切割機(jī)縱向剖開(kāi)，拍照，描述巖心沉積特征。對(duì)其中半根柱樣進(jìn)行XRF地球化學(xué)元素掃描分析，后將其按照1 cm間隔進(jìn)行分樣，放入相應(yīng)編號(hào)的塑料樣品袋中，室溫保存。

3.1.2 地球化學(xué)元素掃描

使用Avaatech公司生產(chǎn)的XRF（X射線熒光光譜儀）進(jìn)行地球化學(xué)元素的掃描，儀器設(shè)置參數(shù)如下：電壓依次設(shè)定為 10 kV、30 kV、50 kV，電流為 500 μA，時(shí)間為10 s，掃描步長(zhǎng)為5 mm。最終獲得Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Rh、Cu、Zn、Ga、Br、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Pb、Bi、Ag、Cd、Sn、Te、Ba共29種元素的掃描數(shù)據(jù)。本項(xiàng)工作在廈門大學(xué)近海海洋環(huán)境科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

3.1.3 粒度分析

巖心以1 cm間隔進(jìn)行分樣，共200個(gè)子樣，全部進(jìn)行粒度分析。先取適量樣品，加入濃度為0.5 mol/L的六偏磷酸鈉溶液并靜置12 h，使樣品充分分散。放入英國(guó)Malvern公司生產(chǎn)的Mastersizer 2000型激光粒度儀，超聲振蕩7 s使其分散后測(cè)試其粒度數(shù)據(jù)。該儀器的粒徑測(cè)量范圍是0.02～2 000 μm，進(jìn)行重復(fù)測(cè)試，控制相對(duì)誤差在2%以內(nèi)。本項(xiàng)工作在南京大學(xué)海岸與海島開(kāi)發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

對(duì)粒度分析結(jié)果以（1/4）Φ間隔分組，采用矩法公式[11]計(jì)算粒度參數(shù)，包括平均粒徑、分選系數(shù)、偏度和峰度。

3.1.4210Pb測(cè)年

針對(duì)現(xiàn)代沉積速率問(wèn)題，以210Pb法為代表的放射性同位素定年得到廣泛的應(yīng)用；該方法最初使用在冰芯和湖泊沉積等穩(wěn)定、連續(xù)、擾動(dòng)少的環(huán)境，后來(lái)逐漸拓展到海灣、河口、陸架環(huán)境。雖然東海的臺(tái)風(fēng)頻發(fā)，但是210Pb定年法主要是得到百年尺度的平均沉積速率，可以認(rèn)為它濾去了年際的沉積速率波動(dòng)，能夠確定大致的年代框架。這一方法在東海泥質(zhì)沉積區(qū)有較多成功的研究案例[10,12-14]。

在巖心上部110 cm共取16個(gè)子樣，放入烘箱在40℃條件下低溫烘干。將烘干的樣品研磨、過(guò)100目篩，稱取一定體積的樣品放入樣品管密閉靜置20 d左右，使樣品中的222Rn與226Ra達(dá)到平衡狀態(tài)，最后放入井型超低本底高純鍺Gamma能譜儀（型號(hào)GSW275L，生產(chǎn)廠家為美國(guó)Canberra公司）進(jìn)行放射性活度檢測(cè)。本項(xiàng)工作在華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

采用恒定比活度模式—CIC（Constant Initial Concentration）模式[15]計(jì)算巖心沉積速率。根據(jù)下列公式計(jì)算沉積物某層的沉積年代(t)和沉積速率(SR，單位：cm/a)：

式中，t為某一深度x（單位：cm）的年齡；λ為210Pb的衰變常數(shù)（取0.031 14 a-1）；r是沉積物的堆積速率（單位：g/(cm2·a)）；C是沉積物中210Pbex的過(guò)剩比活度（單位：Bq/kg）；F是210Pbex從水體到沉積物的輸運(yùn)速率（通量）（單位：Bq/（cm2·a））。

3.2 氣象觀測(cè)記錄的收集與處理

3.2.1 資料來(lái)源

判定臺(tái)風(fēng)影響的標(biāo)準(zhǔn)是臺(tái)風(fēng)在該區(qū)域期間總雨量是否大于50 mm或者臺(tái)風(fēng)的最大風(fēng)力等級(jí)是否大于等于8級(jí)[16]。在日本國(guó)家信息中心數(shù)字臺(tái)風(fēng)網(wǎng)（http://agora.ex.nii.ac.jp/digital-typhoon/search_geo.html.en）和浙江省水利廳臺(tái)風(fēng)路徑網(wǎng)（http://typhoon.zjwater.gov.cn/default.aspx###）上獲得1950-2018年間影響J1臺(tái)風(fēng)的器測(cè)數(shù)據(jù)，包括臺(tái)風(fēng)中心氣壓、臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑、各站點(diǎn)臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)速以及臺(tái)風(fēng)形成、消亡時(shí)間。將所得數(shù)據(jù)篩選分析，若相鄰臺(tái)風(fēng)出現(xiàn)的時(shí)間接近則合并為一次，若臺(tái)風(fēng)的最大風(fēng)速小于8級(jí)則剔除。

3.2.2 臺(tái)風(fēng)影響的參數(shù)

由于影響J1的臺(tái)風(fēng)風(fēng)速無(wú)法直接獲得，本文通過(guò)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行擬合計(jì)算得出，如臺(tái)風(fēng)中心氣壓、臺(tái)風(fēng)中心移動(dòng)速度、最大風(fēng)速半徑等。用來(lái)計(jì)算最大風(fēng)速半徑的方法主要有兩種：MEF經(jīng)驗(yàn)公式[17]和MGCG公式（根據(jù)臺(tái)風(fēng)7級(jí)、10級(jí)風(fēng)圈半徑進(jìn)行計(jì)算）。我國(guó)氣象站臺(tái)僅記錄了2002年至今臺(tái)風(fēng)的7級(jí)和10級(jí)風(fēng)圈半徑，缺少1950-2001年期間臺(tái)風(fēng)的7級(jí)和10級(jí)風(fēng)圈數(shù)據(jù)，為了計(jì)算的統(tǒng)一，本文選用MEF經(jīng)驗(yàn)公式，即利用下式來(lái)計(jì)算最大風(fēng)速半徑（R），

式中，p是臺(tái)風(fēng)中心氣壓(單位：mPa)；l是臺(tái)風(fēng)中心所在的緯度。

得到最大風(fēng)速半徑之后，可以采用Jelesinanski[18]提出的風(fēng)場(chǎng)模型，計(jì)算J1點(diǎn)的風(fēng)速（），即

式中，k是臺(tái)風(fēng)中心距離觀測(cè)點(diǎn)的距離（單位：km）；V是臺(tái)風(fēng)中心移動(dòng)速度（單位：m/s）。

4 結(jié)果

4.1 事件沉積代用指標(biāo)結(jié)果

4.1.1 粒度特征

J1的粒度組分與粒度參數(shù)如圖2所示。根據(jù)Folk等[19]提出的沉積物分類方法，除了180 cm處為砂質(zhì)粉砂，其他層序均為粉砂。平均粒徑在7.5～16 μm之間，平均值為11.5 μm。分選系數(shù)在1.3～1.8之間，平均值為1.6，分選較差。偏態(tài)在0.3～0.6之間，平均值為0.5，屬于正偏。峰態(tài)在0.8～1.4之間，平均值為1.2，屬于中等。有 16個(gè)層位（23 cm、28 cm、34 cm、51 cm、57 cm、59 cm、71 cm、80 cm、84 cm、93 cm、110 cm、118 cm、131 cm、140 cm、144 cm、180 cm）的平均粒徑出現(xiàn)極大值，分選系數(shù)也均變大，峰態(tài)與偏態(tài)均出現(xiàn)極小的峰值，黏土含量減小，砂和粉砂含量均增加。

4.1.2 地球化學(xué)元素

通過(guò)XRF掃描得共29種地球化學(xué)元素，選取了Fe、Al、K、Sr、Ca、Zr、Rb、Si共 8種與沉積物粒度變化密切相關(guān)的元素進(jìn)行分析[20]，其元素含量隨深度的變化曲線如圖3所示。

圖 2 J1沉積物粒度組分與粒度參數(shù)垂向分布Fig. 2 Vertical distribution of grain size composition and grain size parameters of Core J1

圖 3 J1中與粒度相關(guān)的8種單元素含量垂直分布Fig. 3 Vertical distributions of the content of 8 single elements from Core J1

Fe、Al、K、Ca、Rb、Si元素含量的總體波動(dòng)趨勢(shì)較為相近，均在14個(gè)層位（22 cm、28 cm、52 cm、65 cm、77 cm、80 cm、93 cm、103 cm、110 cm、118 cm、131 cm、140 cm、144 cm、180 cm）出現(xiàn)極小值，而Sr、Zr兩種元素含量的變化趨勢(shì)則與之相反，在上述14個(gè)層位出現(xiàn)極大值。上述層位的樣品顏色也較深，明顯區(qū)別于其他層序，這表明沉積環(huán)境可能發(fā)生了變化。40 cm層位的子樣出現(xiàn)掃描數(shù)據(jù)缺失的現(xiàn)象，可能是由于沉積條件的改變所致。

4.1.3210Pb測(cè)年結(jié)果

柱狀樣J1的總210Pb比活度、226Ra比活度以及210Pbex比活度垂直分布曲線如圖4所示?？?10Pb比活度隨著深度增加振蕩下降，到100 cm處時(shí)基本達(dá)到穩(wěn)定。226Ra的比活度在垂直方向上較為穩(wěn)定，在90 cm處開(kāi)始增加，與總210Pb比活度在95 cm處形成交叉，因此判斷總210Pb比活度在100 cm處達(dá)到本底值。

圖 4 J1柱樣總210Pb比活度、226Ra比活度以及210Pbex比活度的垂直分布Fig. 4 Vertical distributions of total 210Pb activity, 226Ra activity and 210Pbex activity of Core J1

對(duì)210Pbex比活度和深度進(jìn)行線性擬合，擬合曲線的相關(guān)系數(shù)為0.83，擬合結(jié)果良好，計(jì)算出J1的沉積速率為1.1 cm/a。劉升發(fā)等[12]測(cè)得東海內(nèi)陸架泥質(zhì)區(qū)的平均沉積速率為1.9 cm/a，李軍等[13]計(jì)算浙閩沿岸泥質(zhì)區(qū)的沉積速率為0.8～2.0 cm/a，Jia等[21]計(jì)算該區(qū)域沉積速率為1.0～1.5 cm/a，可知本研究所測(cè)J1的沉積速率結(jié)果與該區(qū)域已有測(cè)試和研究結(jié)果非常一致。

柱樣表層的采樣時(shí)間為2018年5月，根據(jù)沉積速率進(jìn)行推算，柱樣J1的沉積時(shí)間為1836-2018年。沉積物的210Pbex比活度在21～33 cm、52～61 cm以及70～80 cm處均有較大的波動(dòng)，可能是由于沉積環(huán)境發(fā)生了較大的變化。

4.2 臺(tái)風(fēng)的氣象觀測(cè)記錄

本文統(tǒng)計(jì)臺(tái)風(fēng)是否影響J1的依據(jù)是臺(tái)風(fēng)在J1附近的最大風(fēng)力等級(jí)不小于8級(jí)[7]，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在1950-2018年間共有43次器測(cè)臺(tái)風(fēng)影響J1（圖5）。所有影響J1臺(tái)風(fēng)的平均風(fēng)力等級(jí)為10級(jí)，最大風(fēng)力等級(jí)為15級(jí)，擬合的J1處平均最大風(fēng)速為28 m/s。整體來(lái)看，自20世紀(jì)60年代起，影響J1的臺(tái)風(fēng)數(shù)量顯著增加，進(jìn)入21世紀(jì)之后，影響J1的臺(tái)風(fēng)數(shù)量減少但臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度卻顯著增加。2000年之前影響J1的臺(tái)風(fēng)頻率有著周期約10年的波動(dòng)規(guī)律。

圖 5 1950-2019年影響J1的臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)速（a）與頻率（b）Fig. 5 Maximum wind speeds (a) and frequencies (b) of typhoons affecting Core J1 from 1950 to 2019

5 討論

5.1 臺(tái)風(fēng)沉積事件的識(shí)別和重建

正常情況下，東海內(nèi)陸架區(qū)域沉積物粒度等特征主要受控于沿岸流的強(qiáng)度[9]，但在J1的部分層位，粒度等特征的顯著突變超出了沿岸流所能帶來(lái)的變化的閾值，能產(chǎn)生此類急劇變化的環(huán)境因素可能是極端水文事件[14,22]。浙閩沿岸地區(qū)極端水文事件主要為臺(tái)風(fēng)、洪水事件。但長(zhǎng)江洪水和錢塘江僅能影響其河口附近海域，浙閩沿岸較少記錄有洪水事件[14]。同時(shí)長(zhǎng)江洪水很難在距離河口較遠(yuǎn)的浙閩沿岸南部泥質(zhì)區(qū)形成粗顆粒沉積[5]，而J1采樣位置與甌江和椒江河口也有相當(dāng)?shù)木嚯x。因此，不失一般性，可以認(rèn)為J1記錄的異常粗顆粒沉積主要與臺(tái)風(fēng)事件有關(guān)。為進(jìn)一步確定是否為臺(tái)風(fēng)沉積，本文選取以下指標(biāo)對(duì)臺(tái)風(fēng)沉積事件進(jìn)行進(jìn)一步的識(shí)別。

（1）D90。D90是樣品的累計(jì)粒度分布數(shù)達(dá)到90%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑，其物理意義是粒徑小于它的顆粒占90%。它可以直觀反映粗顆粒的變化，較大的D90（大于平均值作為閾值）可有效指示巖芯中異常粗顆粒沉積事件。（2）Zr/Fe。二氧化硅、鋁硅酸鹽、鋯石等抗風(fēng)化力較強(qiáng)的成分通常富集于較粗的砂層沉積物中，而Fe一般富集在較細(xì)的顆粒中[23]，Zr/Fe也可有效指示沉積序列中粒度粗化層位。（3）Sr/Al。Sr常常作為海源性元素，富集于含有貝殼碎屑和鈣質(zhì)微生物等海洋粗顆粒碎屑沉積物中，Al一般富集在較細(xì)的顆粒中[23]，較大的Sr/Al可幫助識(shí)別風(fēng)暴事件[24-25]。（4）Ca。因Sr和Ca元素具有親緣性，Sr的峰值有可能指示原地生長(zhǎng)的生物殼類碎屑，為此本文同時(shí)引入Ca元素峰值變化并結(jié)合粒度和Zr/Fe比值分析，以進(jìn)一步闡明Sr峰值沉積物是否為風(fēng)暴事件沉積。

根據(jù)以上指標(biāo)建立臺(tái)風(fēng)沉積事件識(shí)別程序（圖6）。

圖7的淺灰色區(qū)域展示了異常層序，多因素指標(biāo)均指向風(fēng)暴的發(fā)生，共判別出25個(gè)異常的層序，即沉積記錄中可識(shí)別出25次臺(tái)風(fēng)事件（標(biāo)號(hào)為S序列）。需要注意的是S15、S16、S23層序，盡管Zr/Fe和Sr/Al并未出現(xiàn)明顯峰值，但是粒度變大且相同層位Si出現(xiàn)較大峰值（圖3），由此可判斷是由石英等粗顆粒沉積物組成的風(fēng)暴沉積。另有兩層深灰色區(qū)域（標(biāo)號(hào)為N系列）判別為非風(fēng)暴沉積，這是因?yàn)镹1、N2層位中粒度指標(biāo)和Ca同時(shí)出現(xiàn)較大值，而Zr/Fe無(wú)明顯峰值變化，推斷這兩層沉積物是由貝殼、生物碎屑等較粗顆粒組成的沉積，碎屑來(lái)源為原地生物殼類碎屑沉積，而非風(fēng)暴來(lái)源。

圖 6 臺(tái)風(fēng)沉積事件識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)判斷圖Fig. 6 A flow chart for identifying typhoon events in sedimentary records

圖 7 J1的多指標(biāo)臺(tái)風(fēng)層序識(shí)別Fig. 7 Multi-indexes typhoon sequence identification of Core J1

由于2000-2018年未有臺(tái)風(fēng)的沉積記錄保存下來(lái)，對(duì)1950-2000年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將影響J1器測(cè)臺(tái)風(fēng)的數(shù)量看作因變量，將識(shí)別出臺(tái)風(fēng)沉積事件的數(shù)量、距離2000年的年份兩個(gè)參數(shù)看作自變量，對(duì)表1的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合計(jì)算，得到公式（6），相關(guān)系數(shù)為0.99，建立因變量與自變量之間的關(guān)系。

式中，y表示影響J1器測(cè)臺(tái)風(fēng)的數(shù)量； x1表示距離2000年的時(shí)間；x2表示沉積記錄中識(shí)別出臺(tái)風(fēng)事件的數(shù)量。

1950-2000年影響J1的臺(tái)風(fēng)共33次（表1），同期影響浙江的臺(tái)風(fēng)（進(jìn)入 25°～32°N，115°～125°E）數(shù)量是173次[8]，可以認(rèn)為影響浙江的臺(tái)風(fēng)數(shù)量是影響J1數(shù)量的5倍左右。J1柱樣共識(shí)別出25次臺(tái)風(fēng)記錄，根據(jù)沉積速率估算柱樣底部是1836年，通過(guò)公式（6）計(jì)算出1836-1950年影響J1的臺(tái)風(fēng)為70次；假設(shè)沉積環(huán)境和海氣系統(tǒng)在過(guò)去的100多年中基本穩(wěn)定，可以推算出1836-1950年影響浙江的臺(tái)風(fēng)約350次。氣象資料統(tǒng)計(jì)顯示，浙江成災(zāi)的臺(tái)風(fēng)占影響浙江臺(tái)風(fēng)總數(shù)的43.3%[1]，可以推算出1836-1950年浙江成災(zāi)的臺(tái)風(fēng)約150次；同期（1836-1950年）歷史資料《中國(guó)氣象災(zāi)害大典·浙江卷》記載的浙江成災(zāi)的臺(tái)風(fēng)記錄共90次[1]。這表明了歷史文獻(xiàn)中1950年之前的臺(tái)風(fēng)記錄可能存在部分缺失。

表 1 1950-2000年相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)Table 1 Relevant parameter data from 1950 to 2000

圖 8 1950年以來(lái)有器測(cè)記錄時(shí)期J1（0～100 cm深度）的多指標(biāo)臺(tái)風(fēng)層序識(shí)別圖Fig. 8 Multi-index typhoon deposits identified during meteorological observation period in Core J1 (0-100 cm)

5.2 器測(cè)記錄與沉積記錄的對(duì)比分析

1950年以來(lái)中國(guó)有系統(tǒng)的臺(tái)風(fēng)觀測(cè)記錄，這段時(shí)間對(duì)應(yīng)的沉積記錄位于J1柱樣上部76 cm，因此先討論這一段巖芯中保存的臺(tái)風(fēng)記錄情況。從圖7可以看出，巖芯20 cm、23 cm、28 cm、32 cm、34 cm、44 cm、47 cm、51 cm、57 cm、59 cm等10個(gè)層位的D90出現(xiàn)較大的峰值（超過(guò)平均值），表明這些層位的粒度顯著增大，樣品在這些層序的顏色加深，出現(xiàn)侵蝕面，元素 Fe、Ti、K、Ca、Rb、Si的含量減小，元素 Zr、Sr的含量增大，綜合起來(lái)可認(rèn)定為臺(tái)風(fēng)層序（圖2）。根據(jù)沉積速率可將這些層位的年代推算出來(lái)，再根據(jù)年代與影響J1的器測(cè)臺(tái)風(fēng)建立聯(lián)系，可以得到1950-2018年之間共有10次臺(tái)風(fēng)的器測(cè)記錄與沉積記錄吻合（圖8），10次臺(tái)風(fēng)的相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2。

這10次臺(tái)風(fēng)的最大風(fēng)速平均為28 m/s（圖9），頻率分布較為均勻。

如果以1950-2018年影響J1的43次器測(cè)臺(tái)風(fēng)記錄為基數(shù)，則J1的臺(tái)風(fēng)沉積記錄的保存潛力為23%（10/43）。不過(guò)，雖然2000-2018年器測(cè)臺(tái)風(fēng)的頻率和強(qiáng)度都大大增加[8]，而同期的沉積記錄（即J1上段0～20 cm）的平均粒徑非常穩(wěn)定，無(wú)風(fēng)暴記錄被保存識(shí)別。因此，1950-2000年間J1沉積記錄中共識(shí)別出10次臺(tái)風(fēng)，而這個(gè)時(shí)間段內(nèi)有33次臺(tái)風(fēng)影響J1；換言之，J1的臺(tái)風(fēng)沉積保存潛力應(yīng)該約為30%（10/33）?？紤]到部分風(fēng)暴層位對(duì)應(yīng)年份發(fā)生多次強(qiáng)臺(tái)風(fēng)事件（圖8），說(shuō)明該風(fēng)暴層位可能是多次臺(tái)風(fēng)作用的結(jié)果，可以認(rèn)為J1的沉積記錄對(duì)于臺(tái)風(fēng)事件的保存潛力約為30%。

J1上段20 cm沒(méi)有記錄臺(tái)風(fēng)事件，分析其原因，可能與海輪和航運(yùn)等人類活動(dòng)有關(guān)。J1位于浙江沿岸重要航路—東航路附近[26]。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)的港口迎來(lái)飛速的發(fā)展與增長(zhǎng)，外貿(mào)出口額和沿海港口建設(shè)投資的增長(zhǎng)速度大大加快，1999年浙江港口貨物的總吞吐量為1.4億t，2017年總吞吐量已增長(zhǎng)至12.6億t，使得J1所處航道線上通行的船只數(shù)量及吞吐量飛速增長(zhǎng)。已知20 000 t排水量船只的吃水深度大約在10 m左右[27]，而J1采樣點(diǎn)的水深在20 m左右，船只的通航易造成海底表層沉積的攪動(dòng)。大量巨輪通航增加，伴隨夏季頻繁發(fā)生的更高能的臺(tái)風(fēng)，可能快速?zèng)_刷了剛形成不久的沉積層序。210Pbex在10～20 cm之間雖然衰減，但在0～10 cm處增大，20～30 cm處出現(xiàn)了異常的增加，這表明0～20 cm層位沉積環(huán)境并不穩(wěn)定，有上下層位擾動(dòng)現(xiàn)象。結(jié)合夏季頻繁發(fā)生的臺(tái)風(fēng)，船舶擾動(dòng)層位的厚度大約是0～20 cm。也許能解釋210Pbex剖面在表層0～20 cm（對(duì)應(yīng)1996-2018年）出現(xiàn)極大的擾動(dòng)，從而沒(méi)有留下過(guò)去20年的臺(tái)風(fēng)沉積記錄。

通過(guò)沉積記錄反演歷史臺(tái)風(fēng)，其分辨率（臺(tái)風(fēng)發(fā)生的次數(shù)）及頻率分布并非百分之百的復(fù)刻，沉積記錄可被高能的臺(tái)風(fēng)事件、船只通航造成的擾動(dòng)抹除，因此往往不能從沉積記錄百分之百的反演器測(cè)臺(tái)風(fēng)事件。同時(shí)，登陸浙閩的臺(tái)風(fēng)其保存潛力更大。

表 2 1950-2018年在J1沉積記錄中識(shí)別出的10次臺(tái)風(fēng)的相關(guān)參數(shù)Table 2 Parameters of 10 typhoons identified in Core J1 from 1950 to 2018

圖 9 1950-2018年影響J1的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度Fig. 9 The typhoon intensity affecting Core J1 from 1950 to 2018

5.3 沉積記錄中保存的臺(tái)風(fēng)分析

從J1的沉積記錄中分析得到，1950-2018年間有10次事件沉積記錄；它們的年齡可由210Pb法推算，對(duì)應(yīng)年份都有影響J1的臺(tái)風(fēng)氣象記錄，二者的對(duì)比列于表2。

朱業(yè)等[8]提出可將1950-2009年影響浙江的熱帶氣旋的路徑分為5種（圖1）：Ⅰ型是在125°E以東、140°E以西轉(zhuǎn)向的熱帶氣旋；II型是在125°E以西轉(zhuǎn)向的熱帶氣旋；III型是在浙江、上海、江蘇登陸又或是在近海處消失的熱帶氣旋； IV型是登陸福建或在臺(tái)灣海峽消失的熱帶氣旋；V型是前往廣東、海南的熱帶氣旋。其中，出現(xiàn)頻次由多到少依次是：IV型（31.8%）、II型（22.3%）、V 型（21.7%）、III型（15.3%）、Ⅰ型（8.9%）。

1950-2018年，沉積記錄中識(shí)別出的10次臺(tái)風(fēng)有7次臺(tái)風(fēng)都是在浙江登陸的III型臺(tái)風(fēng)，依次是7209號(hào)Betty、7514號(hào)Doris、8707號(hào)Alex、8920號(hào)Vera、9219號(hào)Ted、9711號(hào)Winnie、0004號(hào)Kai-tak。此外還出現(xiàn)2次在福建登陸的IV型臺(tái)風(fēng)6616號(hào)Alice，僅有1次II型臺(tái)風(fēng)6405號(hào)Betty轉(zhuǎn)向日本（表2）。

影響浙江的臺(tái)風(fēng)登陸地點(diǎn)主要集中于浙江省溫州市和臺(tái)州市，登陸時(shí)間集中于7-10月（表2）。另外，臺(tái)風(fēng)在東海內(nèi)陸架登陸最頻繁的3個(gè)地區(qū)分別為：浙江省臺(tái)州市、溫州市和福建省寧德市。這些地區(qū)的近海因頻受臺(tái)風(fēng)影響，可能保存的臺(tái)風(fēng)沉積記錄也更多。

6 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)浙江海域采集的柱樣J1的粒度與地球化學(xué)元素分析，根據(jù)D90、Sr/Al、Zr/Rb、Ca等指標(biāo)建立了浙閩泥區(qū)的臺(tái)風(fēng)判定程序，整根柱樣（2 m）共有25次臺(tái)風(fēng)事件沉積可識(shí)別出來(lái)。

通過(guò)210Pb測(cè)年法，計(jì)算得J1的沉積速率為1.1 cm/a，推算J1的沉積年份為1836-2018年。根據(jù)年代將沉積記錄與影響J1的器測(cè)臺(tái)風(fēng)建立聯(lián)系，其中與臺(tái)風(fēng)器測(cè)時(shí)期（1950-2018年）記錄相吻合的臺(tái)風(fēng)沉積記錄共10次。同期影響J1的臺(tái)風(fēng)總數(shù)為33次，表明臺(tái)風(fēng)在J1的沉積記錄中保存潛力約為30%。這10次臺(tái)風(fēng)的平均風(fēng)速約等于器測(cè)時(shí)期影響J1臺(tái)風(fēng)的平均風(fēng)速，幾乎都是登陸浙江和福建的臺(tái)風(fēng)，說(shuō)明登陸浙閩的臺(tái)風(fēng)其保存潛力更大。

若建立時(shí)間跨度、臺(tái)風(fēng)氣象觀測(cè)記錄數(shù)量、臺(tái)風(fēng)沉積記錄數(shù)量與《中國(guó)氣象災(zāi)害大典·浙江卷》記載的成災(zāi)臺(tái)風(fēng)數(shù)量等變量的模糊數(shù)學(xué)關(guān)系，可以認(rèn)為，歷史文獻(xiàn)中1950年之前的臺(tái)風(fēng)記錄可能存在部分缺失。

J1點(diǎn)處于航道線上，自2005年以來(lái)，隨著洋山深水港的開(kāi)港及溫州港、臺(tái)州港的升級(jí)，大大增加的吞吐量及高能頻繁的臺(tái)風(fēng)造成了J1表層20 cm沉積層序的擾動(dòng)。因此，在以后的臺(tái)風(fēng)沉積研究采樣時(shí)，選點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)航道線，選取較強(qiáng)登陸臺(tái)風(fēng)多次經(jīng)過(guò)的采樣點(diǎn)可望獲得保存更完整的臺(tái)風(fēng)沉積記錄。

致謝：廈門大學(xué)田莉老師為巖芯掃描實(shí)驗(yàn)提供了很大的幫助，趙培培、劉楨嶠、梅亞萍等人協(xié)助進(jìn)行巖芯掃描，畢倩倩、鄧彬彬、鐘強(qiáng)強(qiáng)等人幫助完成了210Pb放射性同位素測(cè)試及沉積速率計(jì)算，石勇、徐圣、盛輝等人幫助進(jìn)行了粒度分析；論文寫作期間，與自然資源部第二海洋研究所陳一寧老師進(jìn)行了有益的討論；在此一并致謝！