2018年 第40卷 第7期
2018, 40(7): 1-21.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2018.07.001
摘要:
人们对珠江河口的认知发生过几次飞跃。第一次认知飞跃，柯维廉（W.Olivecrona）1915年首次提出了珠江三角洲的概念；第二次认知飞跃，吴尚时1937年证明海水曾深入广州形成珠江河口湾并发育三角洲，1941和1947年先后著文肯定了珠江三角洲的存在，并确定了其主体范围；第三次认知飞跃，曾昭璇1980年提出了冲缺三角洲的概念，1997年提出了串珠状冲缺三角洲发育模式，揭示了珠江三角洲发展的时间与空间位置；第四次认知飞跃，赵焕庭1982年揭示了珠江三角洲叠置晚更新世晚期老三角洲与全新世中期现代三角洲，新资料显示还存在晚更新世中期三角洲；第五次认知飞跃，赵焕庭等于1973-1982年间运用西蒙斯优势流概念和河口盐水楔理论研究了口门和河口湾滩槽地形的发育演变；第六次认知飞跃，吴超羽等于2006年创造性应用自己研发的长周期机理模型和沉积学、地貌动力学等多学科互证，量化再现了珠江三角洲6~2.5 ka BP"镶嵌式"演变过程。
人们对珠江河口的认知发生过几次飞跃。第一次认知飞跃，柯维廉（W.Olivecrona）1915年首次提出了珠江三角洲的概念；第二次认知飞跃，吴尚时1937年证明海水曾深入广州形成珠江河口湾并发育三角洲，1941和1947年先后著文肯定了珠江三角洲的存在，并确定了其主体范围；第三次认知飞跃，曾昭璇1980年提出了冲缺三角洲的概念，1997年提出了串珠状冲缺三角洲发育模式，揭示了珠江三角洲发展的时间与空间位置；第四次认知飞跃，赵焕庭1982年揭示了珠江三角洲叠置晚更新世晚期老三角洲与全新世中期现代三角洲，新资料显示还存在晚更新世中期三角洲；第五次认知飞跃，赵焕庭等于1973-1982年间运用西蒙斯优势流概念和河口盐水楔理论研究了口门和河口湾滩槽地形的发育演变；第六次认知飞跃，吴超羽等于2006年创造性应用自己研发的长周期机理模型和沉积学、地貌动力学等多学科互证，量化再现了珠江三角洲6~2.5 ka BP"镶嵌式"演变过程。
2018, 40(7): 22-37.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2018.07.002
摘要:
本文从学科交叉需要审视"平衡态"这一重要的基本概念在若干学科，包括河口海岸学的异同，简述6 000~2 500 a BP珠江河口三角洲主要动力沉积结构演变。在形态动力模型PRD-LTMM基础上选取水深-面积作为系统表征变量，分析不同子系统的统计特性并构建各自的信源概率空间，计算子系统水深信息熵的时间序列。通过比较沉积动力结构演变和地貌信息熵序列，发现地貌信息熵可以作为在给定意义上的系统"形态动力平衡"的唯象状态函数。
本文从学科交叉需要审视"平衡态"这一重要的基本概念在若干学科，包括河口海岸学的异同，简述6 000~2 500 a BP珠江河口三角洲主要动力沉积结构演变。在形态动力模型PRD-LTMM基础上选取水深-面积作为系统表征变量，分析不同子系统的统计特性并构建各自的信源概率空间，计算子系统水深信息熵的时间序列。通过比较沉积动力结构演变和地貌信息熵序列，发现地貌信息熵可以作为在给定意义上的系统"形态动力平衡"的唯象状态函数。
2018, 40(7): 38-42.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2018.07.003
摘要:
潮汐汊道P-A关系、岸线轮廓、浅海沙波剖面轮廓等3个海洋动力地貌学案例，属于能够同时满足"沿程能耗率处处相等，输沙率沿程递变处处相等，沉积速率处处相等"规律的动力-沉积-地貌系统均衡态。这种在流体力学、沉积动力学和动力地貌学时空尺度跨度很大的交集中涌现的均衡态，为引导出动力-沉积-地貌系统跨尺度联系，实现动力-沉积-地貌系统的跨尺度模拟，留下宝贵的理论研究与应用检验窗口。
潮汐汊道P-A关系、岸线轮廓、浅海沙波剖面轮廓等3个海洋动力地貌学案例，属于能够同时满足"沿程能耗率处处相等，输沙率沿程递变处处相等，沉积速率处处相等"规律的动力-沉积-地貌系统均衡态。这种在流体力学、沉积动力学和动力地貌学时空尺度跨度很大的交集中涌现的均衡态，为引导出动力-沉积-地貌系统跨尺度联系，实现动力-沉积-地貌系统的跨尺度模拟，留下宝贵的理论研究与应用检验窗口。
2018, 40(7): 43-54.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2018.07.004
摘要:
根据珠江口及其附近海域2006年夏季（7-8月）航次水文调查资料，发现调查期间，除了西南季风驱动下的冲淡水东向扩散外，粤西珠江口外冲淡水主要呈西向扩散趋势，并且西向扩散的冲淡水下存在上升流。已有的模型研究中，西南季风下珠江口外没有出现上升流，说明西南季风不是珠江口外上升流产生的主导因素。观测的温盐分布、潜标流速时间序列与走航ADCP流态表明，上升流产生的原因是：（1）口门外冲淡水南向扩展驱动了垂向重力环流；（2）密度跃层以下东北向沿岸流的底边界层Ekman效应；（3）口门外冲淡水团之间的气旋型中尺度涡旋作用。
根据珠江口及其附近海域2006年夏季（7-8月）航次水文调查资料，发现调查期间，除了西南季风驱动下的冲淡水东向扩散外，粤西珠江口外冲淡水主要呈西向扩散趋势，并且西向扩散的冲淡水下存在上升流。已有的模型研究中，西南季风下珠江口外没有出现上升流，说明西南季风不是珠江口外上升流产生的主导因素。观测的温盐分布、潜标流速时间序列与走航ADCP流态表明，上升流产生的原因是：（1）口门外冲淡水南向扩展驱动了垂向重力环流；（2）密度跃层以下东北向沿岸流的底边界层Ekman效应；（3）口门外冲淡水团之间的气旋型中尺度涡旋作用。
2018, 40(7): 55-65.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2018.07.005
摘要:
本文通过构建径潮动力耦合条件下潮波传播的一维水动力解析模型，从理论机制上探讨珠江磨刀门河口径潮动力非线性作用下余水位的多时空尺度变化。结果表明：余水位变化呈现明显的大小潮和洪枯季变化，枯季余水位大小潮的变化幅度介于0~0.4 m，而洪季余水位与上游径流紧密相关，增幅大枯季一个量级（介于0~6 m）；解析模型可分离控制余水位变化的3个主要因素，即径流、潮流和径潮相互作用因子，计算结果表明河口不同区段余水位的主控因素有明显的洪枯季变化，上游段，枯季余水位受径潮相互作用因子控制，洪季受径流因子控制；枯季下游段余水位受潮流控制，而洪季余水位主要受径潮相互作用因子控制。
本文通过构建径潮动力耦合条件下潮波传播的一维水动力解析模型，从理论机制上探讨珠江磨刀门河口径潮动力非线性作用下余水位的多时空尺度变化。结果表明：余水位变化呈现明显的大小潮和洪枯季变化，枯季余水位大小潮的变化幅度介于0~0.4 m，而洪季余水位与上游径流紧密相关，增幅大枯季一个量级（介于0~6 m）；解析模型可分离控制余水位变化的3个主要因素，即径流、潮流和径潮相互作用因子，计算结果表明河口不同区段余水位的主控因素有明显的洪枯季变化，上游段，枯季余水位受径潮相互作用因子控制，洪季受径流因子控制；枯季下游段余水位受潮流控制，而洪季余水位主要受径潮相互作用因子控制。
2018, 40(7): 66-78.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2018.07.006
摘要:
应用PRD-LTMM长周期"动力-沉积-形态"模型和非线性动力学拉格朗日拟序结构理论对全新世海侵盛期以来珠江三角洲以及河网干道的形成演变进行了地貌动力学分析，结果显示：受曲折岸线和复杂地形的影响，海侵盛期古珠江河口湾的水动力随时空高度变化，形成了7个具有不同运动特性的条带区域，并产生了许多不同尺度且相对独立的沉积动力结构，形成了众多的沉积体。这些沉积体成为了三角洲发育演变的基本建构单元。三角洲的主体沉积可概括为受原始地形分隔的若干相对独立的充填过程，干流河道的形成和发育往往是若干相邻沉积体发育和延伸的结果，而三角洲河网干道的总体分布格局则受这些动力区域所控制。
应用PRD-LTMM长周期"动力-沉积-形态"模型和非线性动力学拉格朗日拟序结构理论对全新世海侵盛期以来珠江三角洲以及河网干道的形成演变进行了地貌动力学分析，结果显示：受曲折岸线和复杂地形的影响，海侵盛期古珠江河口湾的水动力随时空高度变化，形成了7个具有不同运动特性的条带区域，并产生了许多不同尺度且相对独立的沉积动力结构，形成了众多的沉积体。这些沉积体成为了三角洲发育演变的基本建构单元。三角洲的主体沉积可概括为受原始地形分隔的若干相对独立的充填过程，干流河道的形成和发育往往是若干相邻沉积体发育和延伸的结果，而三角洲河网干道的总体分布格局则受这些动力区域所控制。
2018, 40(7): 79-89.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2018.07.007
摘要:
滨海湿地作为人类活动和全球变化反应最为敏感的区域，其沉积记录可以反映出周边地区环境变化及人类活动信息。珠江口淇澳岛滨海湿地钻孔分析结果表明，在中全新世期间淇澳岛附近海域为河口湾环境，在风化层以上开始出现淤积，但在4 200 a BP前后受极冷气候的影响，沉积物粗化；自2 500 a BP以来，沉积环境相对稳定，在小冰期期间略有变化。沉积速率计算结果显示：淇澳岛附近海域自中全新世高海面以来的平均沉积速率为0.29 cm/a，4 160~2 500 a BP、2 500 a BP-1488年、1488-1893年、1893-1986年、1990-2007年期间的平均沉积速率分别为：0.17 cm/a、0.23 cm/a、0.35 cm/a、1.37 cm/a和5.94 cm/a，沉积速率逐渐增大，反映了珠江三角洲演化过程中沉积相与沉积环境的变化；1986-1990年期间的海堤建造极大地扰动了该钻孔上部的沉积过程，在工程施工期间共沉积了厚度约112 cm的沉积层，而在海堤建成后，沉积速率也显著增大。沉积物总有机碳、总氮和C/N值的垂向分布表明，在4 160~2 500 a BP期间受海洋环境影响较大，沉积物中有机碳以海源为主，2 500 a BP以来沉积物中碳、氮含量明显增大，C/N也相应变大，有机碳主要来源于陆源输入，但在小冰期期间海源有机碳贡献略有所增大；近百年来由于受人类活动影响显著，陆源有机碳的贡献快速增加。
滨海湿地作为人类活动和全球变化反应最为敏感的区域，其沉积记录可以反映出周边地区环境变化及人类活动信息。珠江口淇澳岛滨海湿地钻孔分析结果表明，在中全新世期间淇澳岛附近海域为河口湾环境，在风化层以上开始出现淤积，但在4 200 a BP前后受极冷气候的影响，沉积物粗化；自2 500 a BP以来，沉积环境相对稳定，在小冰期期间略有变化。沉积速率计算结果显示：淇澳岛附近海域自中全新世高海面以来的平均沉积速率为0.29 cm/a，4 160~2 500 a BP、2 500 a BP-1488年、1488-1893年、1893-1986年、1990-2007年期间的平均沉积速率分别为：0.17 cm/a、0.23 cm/a、0.35 cm/a、1.37 cm/a和5.94 cm/a，沉积速率逐渐增大，反映了珠江三角洲演化过程中沉积相与沉积环境的变化；1986-1990年期间的海堤建造极大地扰动了该钻孔上部的沉积过程，在工程施工期间共沉积了厚度约112 cm的沉积层，而在海堤建成后，沉积速率也显著增大。沉积物总有机碳、总氮和C/N值的垂向分布表明，在4 160~2 500 a BP期间受海洋环境影响较大，沉积物中有机碳以海源为主，2 500 a BP以来沉积物中碳、氮含量明显增大，C/N也相应变大，有机碳主要来源于陆源输入，但在小冰期期间海源有机碳贡献略有所增大；近百年来由于受人类活动影响显著，陆源有机碳的贡献快速增加。
2018, 40(7): 90-102.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2018.07.008
摘要:
本文利用降水、蒸发等资料分析热带印度洋年降水量、蒸发量、净淡水通量的分布特征，并选取4个典型海域来分析降水量、蒸发量、净淡水通量的季节变化和年际变化。结果表明：东印度洋的苏门答腊岛西部海域年降水量最大，季节变化较小，属全年降雨型；孟加拉湾的东北部和安达曼海的北部海域年降水量较大，其年际变化以4.2 mm/a的速率增长，强降水出现在5-9月；阿拉伯海的西部海域年降水量较小；南印度洋东部（20°~30°S，80°~110°E）海域年降水量较小，年蒸发量较大，年蒸发量在2000年之前以5.1 mm/a的速率增长，之后以4.5 mm/a的速率减小。本文还采用Argo盐度等资料探讨降水、蒸发对海表盐度的影响，研究结果表明：降水量远大于蒸发量的海域，海表盐度较低；降水量远小于蒸发量的海域，海表盐度较高。表层水平环流是导致高净淡水通量中心与低盐中心并不重合的主要原因，也是导致强蒸发中心与高盐中心并不重合的主要原因。选取的4个典型海域海表盐度的季节变化与净淡水通量关系不大，而是与表层水平环流有关。孟加拉湾强降水对表层盐度的影响显著，强降水发生后表层盐度降低0.2~0.8，其影响深度为30~50 m。
本文利用降水、蒸发等资料分析热带印度洋年降水量、蒸发量、净淡水通量的分布特征，并选取4个典型海域来分析降水量、蒸发量、净淡水通量的季节变化和年际变化。结果表明：东印度洋的苏门答腊岛西部海域年降水量最大，季节变化较小，属全年降雨型；孟加拉湾的东北部和安达曼海的北部海域年降水量较大，其年际变化以4.2 mm/a的速率增长，强降水出现在5-9月；阿拉伯海的西部海域年降水量较小；南印度洋东部（20°~30°S，80°~110°E）海域年降水量较小，年蒸发量较大，年蒸发量在2000年之前以5.1 mm/a的速率增长，之后以4.5 mm/a的速率减小。本文还采用Argo盐度等资料探讨降水、蒸发对海表盐度的影响，研究结果表明：降水量远大于蒸发量的海域，海表盐度较低；降水量远小于蒸发量的海域，海表盐度较高。表层水平环流是导致高净淡水通量中心与低盐中心并不重合的主要原因，也是导致强蒸发中心与高盐中心并不重合的主要原因。选取的4个典型海域海表盐度的季节变化与净淡水通量关系不大，而是与表层水平环流有关。孟加拉湾强降水对表层盐度的影响显著，强降水发生后表层盐度降低0.2~0.8，其影响深度为30~50 m。
2018, 40(7): 103-115.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2018.07.009
摘要:
利用氧同位素地层学方法确定DLW3101孔底部年龄约为306 ka BP，对沉积物进行粒度和地球化学元素分析，结果显示：22.1~63 μm粗粒级组分的高值可用来指示海平面下降和东亚冬季风的强盛，0.35~1.16 μm和2.32~13.14 μm细粒级组分的高值可用来指示海平面上升和东亚夏季风的增强；Al/Ti和K/Ti比值反映的沉积物源区化学风化强度变化可用来指示东亚夏季风的强弱。
利用氧同位素地层学方法确定DLW3101孔底部年龄约为306 ka BP，对沉积物进行粒度和地球化学元素分析，结果显示：22.1~63 μm粗粒级组分的高值可用来指示海平面下降和东亚冬季风的强盛，0.35~1.16 μm和2.32~13.14 μm细粒级组分的高值可用来指示海平面上升和东亚夏季风的增强；Al/Ti和K/Ti比值反映的沉积物源区化学风化强度变化可用来指示东亚夏季风的强弱。
2018, 40(7): 116-133.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2018.07.010
摘要:
南海神狐海域是中国最重要的天然气水合物调查研究区之一，为了解水合物存在对沉积物地球化学环境的影响，对采自神狐海域W19B井位的沉积物样品进行了矿物学和地球化学研究。X射线衍射分析和主量元素结果显示部分层位有异常高含量的硫化物（主要为黄铁矿）。扫描电镜结果表明随着样品深度的增加，黄铁矿的晶面、晶棱更加明显，且集合体形态呈现聚莓→单莓→细粒的变化趋势，扫描电镜还观察到草莓状黄铁矿向细粒自形黄铁矿转化的中间产物。在53.0 mbsf（meters below seafloor）和140.4 mbsf层位均发现异常高含量的黄铁矿。其中140.4 mbsf层位黄铁矿充填有孔虫壳体的现象普遍，并伴有大量柱状黄铁矿产出，可能与有机质和甲烷厌氧氧化相关，但主导作用应为甲烷厌氧氧化，该层位可能位于古硫酸根-甲烷界面（sulfate-methane interface，SMI）附近。根据所得结果，推测地质历史时期中甲烷异常渗漏事件的发生，致使向上的甲烷通量增加，推动SMI上移，导致53.0 mbsf和140.4 mbsf界面处因甲烷厌氧氧化而形成大量黄铁矿。多个黄铁矿富集层的存在可能表示沉积史中曾发生多期次的深部流体渗漏或者天然气水合物的分解活动。
南海神狐海域是中国最重要的天然气水合物调查研究区之一，为了解水合物存在对沉积物地球化学环境的影响，对采自神狐海域W19B井位的沉积物样品进行了矿物学和地球化学研究。X射线衍射分析和主量元素结果显示部分层位有异常高含量的硫化物（主要为黄铁矿）。扫描电镜结果表明随着样品深度的增加，黄铁矿的晶面、晶棱更加明显，且集合体形态呈现聚莓→单莓→细粒的变化趋势，扫描电镜还观察到草莓状黄铁矿向细粒自形黄铁矿转化的中间产物。在53.0 mbsf（meters below seafloor）和140.4 mbsf层位均发现异常高含量的黄铁矿。其中140.4 mbsf层位黄铁矿充填有孔虫壳体的现象普遍，并伴有大量柱状黄铁矿产出，可能与有机质和甲烷厌氧氧化相关，但主导作用应为甲烷厌氧氧化，该层位可能位于古硫酸根-甲烷界面（sulfate-methane interface，SMI）附近。根据所得结果，推测地质历史时期中甲烷异常渗漏事件的发生，致使向上的甲烷通量增加，推动SMI上移，导致53.0 mbsf和140.4 mbsf界面处因甲烷厌氧氧化而形成大量黄铁矿。多个黄铁矿富集层的存在可能表示沉积史中曾发生多期次的深部流体渗漏或者天然气水合物的分解活动。
2018, 40(7): 134-142.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2018.07.011
摘要:
水-气界面是一个重要的物质交换过程界面，对生态系统及生物地球化学循环过程有着重要影响。自然界的降雨可以改变水体表面平衡状态，提高气体在界面的通量交换速率，使得水体界面溶解氧和pH的水平、垂直方向浓度分布发生变化。本文利用平面传感膜具有高时空分辨率、可提供两维浓度分布信息的特点，开展了雨滴对水-气微界面层中的氧气扩散和pH值分布变化模拟实验，采用双参数平面光极同步测量获取低溶解气体在水-气界面的两维分布浓度变化。实验结果证明在受风速、温度影响较小区域，降雨过程对调节表层水体的溶解氧含量和pH值变化具有重要作用，雨滴可以打破水-气界面的微表层平衡机制，促进大气中氧气在表层水体的溶解，使得水面垂直方向23 mm内的溶解氧平均升高2.3 mg/L；降雨对水面12 mm之内表层水体pH值产生的影响较为明显，pH值平均降低了0.2~0.4个单位，表明降雨雨滴促进大气在水-气界面的迁移进程，溶解的CO2使得表层水体向酸性方向转化。本文提出的基于平面光极两维观测方法为评估低风速、高降雨或低降雨区域的海岸带溶解氧和pH值的变化提供高空间分辨率的水-气界面实时观测新的技术支撑。
水-气界面是一个重要的物质交换过程界面，对生态系统及生物地球化学循环过程有着重要影响。自然界的降雨可以改变水体表面平衡状态，提高气体在界面的通量交换速率，使得水体界面溶解氧和pH的水平、垂直方向浓度分布发生变化。本文利用平面传感膜具有高时空分辨率、可提供两维浓度分布信息的特点，开展了雨滴对水-气微界面层中的氧气扩散和pH值分布变化模拟实验，采用双参数平面光极同步测量获取低溶解气体在水-气界面的两维分布浓度变化。实验结果证明在受风速、温度影响较小区域，降雨过程对调节表层水体的溶解氧含量和pH值变化具有重要作用，雨滴可以打破水-气界面的微表层平衡机制，促进大气中氧气在表层水体的溶解，使得水面垂直方向23 mm内的溶解氧平均升高2.3 mg/L；降雨对水面12 mm之内表层水体pH值产生的影响较为明显，pH值平均降低了0.2~0.4个单位，表明降雨雨滴促进大气在水-气界面的迁移进程，溶解的CO2使得表层水体向酸性方向转化。本文提出的基于平面光极两维观测方法为评估低风速、高降雨或低降雨区域的海岸带溶解氧和pH值的变化提供高空间分辨率的水-气界面实时观测新的技术支撑。
2018, 40(7): 143-149.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2018.07.012
摘要:
多波束反向散射强度数据应用广泛，但由于受到角度响应的影响，导致生成的多波束声呐图像质量偏低，且现有角度响应改正方法在复杂海底底质环境下适应性较差。为此本文对散射强度进行分析，给出了两种多波束反向散射强度数据归一化方法，分别为基于高斯拟合以及角度响应的散射强度改正方法，前者主要是基于散射强度的变化规律进行改正，而后者则是基于声波的散射机理进行改正。实验结果表明两种方法较传统改正方法精度均有约30%的提升，并且角度响应方法较高斯拟合方法改正精度更高，但计算效率有所下降。以上实验验证了两种方法的有效性，实现了散射强度数据的归一化，提升了多波束声呐图像的质量。
多波束反向散射强度数据应用广泛，但由于受到角度响应的影响，导致生成的多波束声呐图像质量偏低，且现有角度响应改正方法在复杂海底底质环境下适应性较差。为此本文对散射强度进行分析，给出了两种多波束反向散射强度数据归一化方法，分别为基于高斯拟合以及角度响应的散射强度改正方法，前者主要是基于散射强度的变化规律进行改正，而后者则是基于声波的散射机理进行改正。实验结果表明两种方法较传统改正方法精度均有约30%的提升，并且角度响应方法较高斯拟合方法改正精度更高，但计算效率有所下降。以上实验验证了两种方法的有效性，实现了散射强度数据的归一化，提升了多波束声呐图像的质量。
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