胡 進(jìn)，陳沈良，胡小雷，張 林，谷國傳

（華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200062）

氣候變化影響下蘇北海岸的塑造過程

胡 進(jìn)，陳沈良，胡小雷，張 林，谷國傳

（華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200062）

根據(jù)史料記載和氣象記錄綜合分析，結(jié)合氣候變化的原因、特點(diǎn)和冷暖波動的規(guī)律，以及地質(zhì)時(shí)期和歷史時(shí)期氣候變化的差異，總結(jié)出我國從新石器時(shí)代至今，氣候有過7個(gè)冷期和8個(gè)暖期的交替變化。目前正處于地質(zhì)時(shí)期的間冰期、歷史時(shí)期的暖期和全球氣候的暖化期。研究表明，地質(zhì)時(shí)期的氣候變化常引起海平面大幅度的升降，從而控制海岸大范圍的進(jìn)退；而歷史時(shí)期的氣候變化則主要是通過海岸的物源供應(yīng)和動力環(huán)境的變化，改變蝕淤速率，促進(jìn)海岸淤漲或蝕退。氣候變化的作用是一個(gè)緩慢的過程，具有潛在性。通過歷史時(shí)期黃河流域降水波動與蘇北廢黃河口延伸速率相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，流域降水與海岸的延伸速率有顯著的相關(guān)性，較好地反映了氣候變化對海岸塑造的制約作用。

氣候變化；冷暖期；蘇北海岸；廢黃河三角洲；蝕淤速率；海岸塑造

氣候變化是指氣溫、降水和天氣事件等氣候因子平均狀態(tài)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的巨大改變或者持續(xù)較長一段時(shí)間的氣候變動。在地質(zhì)歷史時(shí)期，氣候變化由自然過程引起；時(shí)至今日，與溫室氣體排放有關(guān)的人類活動已成為造成氣候變化的重要因素之一[1]。

從海岸的角度來看，氣候變化的最大風(fēng)險(xiǎn)是引起海平面上升。世界各地人口、基礎(chǔ)設(shè)施和經(jīng)濟(jì)活動集中于海岸線，約有1/3的人口生活在沿海岸線60km的范圍內(nèi)，海岸帶是人類重要的生存空間。海岸地處陸海交互作用帶，位于全球環(huán)境變化的敏感區(qū)。在氣候變化影響下，海岸環(huán)境除了自身的變化，還受海、陸環(huán)境變化的深刻影響，海岸穩(wěn)定性減弱，危害人類的生存和發(fā)展。我國沿海是受氣候變化潛在影響最脆弱的地區(qū)之一。沿海人口集聚和城市化快速發(fā)展給海岸地區(qū)帶來了巨大的壓力。

由于氣候變化具有全球性，氣候變化產(chǎn)生的環(huán)境變異涉及到各個(gè)領(lǐng)域，影響深遠(yuǎn)。近年來已引起各國政府和國際社會的普遍關(guān)注，眾多的氣候?qū)W家、海洋學(xué)家和海岸科學(xué)工作者都致力于研究氣候變化可能對人類帶來不利的影響，并在積極探索應(yīng)對策略[1～3]。其中氣候變化和海岸塑造的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)問題之一。

研究表明，地質(zhì)時(shí)期的氣候變化主要是通過氣溫變化引起海平面大幅度升降，造成海侵海退，海岸線大范圍變遷，對海岸塑造的時(shí)空尺度很大[4,5]，其機(jī)理相對清晰；而人類歷史時(shí)期氣候變化對海岸塑造的時(shí)空尺度小，目前的研究程度亦相對較低，其機(jī)理尚不十分清晰。為此，本文在以往研究基礎(chǔ)上[6～8]，重點(diǎn)探討人類歷史時(shí)期氣候變化對蘇北海岸的塑造作用和機(jī)理。

1 研究區(qū)域概況

蘇北海岸即江蘇海岸，北起蘇魯交接的繡針河口，南至長江口圓陀角，長約954km（圖1）。該海岸以亞熱帶季風(fēng)氣候?yàn)楸尘?，并受海洋性和大陸性氣候雙重影響的狹長地帶。氣溫自北向南遞增，全年平均為13～15℃；冬季平均氣溫為0～3℃，離海邊100km的沿海狹長帶內(nèi)，等溫線密集。受海洋性氣候的影響，冬季氣溫偏暖，夏季氣溫偏涼，與鄰近內(nèi)陸地區(qū)相比，氣溫更具有海洋性[9]。本區(qū)1956～2000年平均降水量為995mm，由南向北遞減，年際變化大，豐水年1164mm，特枯年679mm。多年平均降水量是全國平均值的1.55倍，為濕潤區(qū)[10]。廢黃河三角洲是蘇北海岸重要組成部分，西起云梯關(guān)，北至灌河口，南至射陽河口，現(xiàn)有面積約7800km2，由1128～1855年黃河奪淮入海所攜帶的大量泥沙淤積形成[11]。自1855年黃河北歸后，已有1400km2的土地被海水侵蝕掉，約占整個(gè)三角洲的1/6，三角洲前緣侵蝕后退。因此，廢黃河三角洲是我國海岸侵蝕最嚴(yán)重的地區(qū)之一[12,13]。目前，廢黃河三角洲乃至整個(gè)蘇北海岸的海岸動力、泥沙沉積環(huán)境、岸灘侵蝕剖面的塑造等已有較為深入的研究[14]。

圖1 研究區(qū)域位置（蘇北海岸以及廢黃河三角洲）Fig.1 Study area (northern Jiangsu coast and abandoned Yellow River delta)

2 資料與方法

2.1 資料收集

氣候變化與蘇北海岸演變資料是本文探討的基礎(chǔ)資料。

因我國氣象觀測從1900年起才進(jìn)入器測時(shí)代，故歷史氣候資料成為研究的主要依據(jù)，其中包括江蘇省考古發(fā)掘、物候記錄和史書記載以及近現(xiàn)代學(xué)者的研究成果。

蘇北海岸演變資料，主要依據(jù)地方志記載的古海岸線和古地理環(huán)境、20世紀(jì)80年代以來江蘇省海岸帶和海涂資源綜合調(diào)查、黃河古道綜合考察和利用與廢黃河三角洲建港條件的研究，以及前人的研究成果，經(jīng)多種資料匯集，歸納總結(jié)自冰后期海侵盛期以來蘇北海岸塑造過程，包括1978～2007年遙感分析廢黃河三角洲蝕淤變化統(tǒng)計(jì)資料[12,15]。

另外，借鑒中國氣象局以及中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所編制的1470～2000年《中國近五百年旱澇等級指數(shù)分布圖》，并據(jù)江蘇省統(tǒng)計(jì)局2000～2007年《江蘇省統(tǒng)計(jì)年鑒》統(tǒng)計(jì)江蘇省沿海三市逐月降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比參照。

2.2 分析方法

本文對其中的一些史料進(jìn)行洪澇災(zāi)情以及黃、淮決堤狀況的綜合整理分析，并與同時(shí)期的地史背景印證、文獻(xiàn)互證以鑒別資料的可靠性，使分析成果逼近真實(shí)。如對降水年份的判別，黃河在歷史時(shí)期決堤達(dá)1500多次[16]，其自然決堤一般都由降水多而引起，可判定為多降水年。而人工決堤需作具體分析，若為分洪減災(zāi)決堤，決堤一般都在洪期進(jìn)行，則該年可判定為多降水年；若為治河需決堤改道，決堤一般多在枯水年或平水年進(jìn)行，則該年不屬多降水年之列。進(jìn)而分不同時(shí)期統(tǒng)計(jì)多降水年的年數(shù)，與海岸淤漲速率作對應(yīng)分析。

在以上分析的基礎(chǔ)上，通過海岸塑造和氣候變化的分析，構(gòu)建氣候變化與海岸塑造的關(guān)聯(lián)，通過廢黃河口延伸速率和降水波動的對應(yīng)分析，論證氣候變化—海岸塑造鏈中的特點(diǎn)與規(guī)律。

根據(jù)我國災(zāi)情的統(tǒng)計(jì)特點(diǎn)，將2000～2007年實(shí)測逐月降雨數(shù)據(jù)，以目前應(yīng)用較多的干旱及雨澇災(zāi)害指標(biāo)降水距平均百分率進(jìn)行分析，結(jié)合中國近五百年旱澇等級劃分，將澇、偏澇、正常、偏旱、旱或大旱劃分為1～5等級，并將澇、偏澇作為多降水年份的依據(jù)和指標(biāo)[17]，進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析。

竺可楨曾指出：降雨量雖然作為氣候的一個(gè)重要指標(biāo)，但短時(shí)間內(nèi)不適合作為完整度量氣候變化的指標(biāo)，原因是在東亞季風(fēng)區(qū)域內(nèi)，雨量變化較大，再則鄰近兩地也可能存在差異；相反，我國冬季溫度變化微小、北方受西伯利亞高氣壓控制、東部沿海地區(qū)氣溫升降比較統(tǒng)一，可將氣溫作為研究氣候變化的唯一指標(biāo)[18,19]。本文大部分資料源自考古、物候、方志時(shí)期的歷史記載（公元1900年前）。而實(shí)測資料僅存在100余年，相對于歷史尺度而言極其短暫，不足以支撐較長時(shí)間段的氣候變化推演研究。此外，氣候變化具有長時(shí)間的存在性，短時(shí)間尺度即使存在一些較大的變化，相比之年際、百年或千年的尺度也微乎其微，而這種變化也顯得穩(wěn)定，信息表達(dá)也易于發(fā)掘。

3 氣候變化

氣候變化是一種自然現(xiàn)象，變化原因多而復(fù)雜，至今尚無明確定論。目前各相關(guān)組織機(jī)構(gòu)的共識是，氣候變化與天體運(yùn)動、地球演化有關(guān)，在近現(xiàn)代還受人類活動的影響。

3.1 氣候變化的原因和特點(diǎn)

氣候變化與天體運(yùn)動關(guān)系密切[20～23]，如地球繞日公轉(zhuǎn)，其軌道偏心率大小以9.2萬年為一個(gè)變化周期，偏心率大，太陽輻射的季節(jié)性差異增大，造成季節(jié)長短的變化就顯著，反之亦然；地軸傾角具有控制氣候帶分布的作用，即地軸傾角變化能導(dǎo)致氣候帶在4.1萬年間發(fā)生3個(gè)多緯度的南北移動，地球運(yùn)動引起每年地球離太陽近日點(diǎn)的時(shí)間發(fā)生變化，即“歲差”現(xiàn)象。歲差平均以2.1萬年為一個(gè)變化周期，現(xiàn)在近日點(diǎn)的出現(xiàn)時(shí)間在一月，經(jīng)過1.05萬年后會出現(xiàn)在七月，到時(shí)七月的太陽輻射將增強(qiáng)，而一月則將減弱，從而會造成冬夏的氣溫差比現(xiàn)在增大。

地球演化過程中的地殼運(yùn)動、地震、火山爆發(fā)等能改變地形地貌、大氣的下墊面性質(zhì)，使地球自身接受太陽輻射熱量的性能發(fā)生變化，這也是導(dǎo)致氣候變化的原因之一。此外，隨著人類社會發(fā)展，近現(xiàn)代工業(yè)化進(jìn)程加快，溫室氣體排放增多，對近代的氣候變化也有明顯影響。

綜上分析，在天體運(yùn)動制約下，因太陽輻射具有全球性的萬年以上的周期變化，故使氣候在地質(zhì)歷史時(shí)期的變化亦具有長周期和全球性特點(diǎn)；又因下墊面接受太陽輻射熱量的變化和人類活動等多種因素的疊加，故使人類歷史時(shí)期氣候變化的波動短周期變短，并耦合于長周期變化之中。

3.2 冰后期氣候變化

地質(zhì)時(shí)期至今氣候始終發(fā)生變化，有多次冰期和間冰期，時(shí)間尺度都在萬年以上至億年或幾億年[24]。冰后期以來，地球處在地質(zhì)溫暖期，即新一輪間冰期，在這一輪間冰期已出現(xiàn)了人類原始社會，人類的文化遺存蘊(yùn)藏了豐富的氣候變化信息，如我國新石器時(shí)代黃河流域的半坡遺址、殷墟出土的甲骨文等都有反映氣候變化的記錄[18]。從中發(fā)現(xiàn)其變化幅度和周期要比地質(zhì)時(shí)期的小得多。這是由于氣候變化是一種波動，由眾多大小不等的氣溫波動疊加而成，每一個(gè)氣溫波動都有其形成的原因，如地軸傾角的變動形成以4.1萬年為周期的氣溫波，歲差則形成以2.1萬年為周期的氣溫波，當(dāng)多個(gè)氣溫波的峰值疊加時(shí)便出現(xiàn)了溫暖期，谷值疊加時(shí)出現(xiàn)寒冷期。峰谷相消多，周期變長；相消少，周期變短。更主要的是人類歷史時(shí)期留存了大量的氣候資料，豐富的資料使我們視野進(jìn)一步接近了氣候變化的原貌。除此，還受到人類活動等其它因素的影響。

我國歷史時(shí)期的氣候變化，自新石器時(shí)代至今的5000多年間，綜合考古、史書、物候記錄和近代氣象資料，已有14次冷暖變動（表1），其中冷期7個(gè)，長的達(dá)500多年，短的50年左右；暖期8個(gè)，長的達(dá)2000多年，短的為50年。若以公元前11世紀(jì)以來的暖期時(shí)長作平均，則暖期平均時(shí)長為262年。現(xiàn)在既處在地質(zhì)時(shí)期的溫暖期，亦處在歷史時(shí)期的第8個(gè)暖期，本暖期始于1987年，很難準(zhǔn)確預(yù)測本暖期的結(jié)束年代，但從氣候波動理論和冷暖更替史實(shí)可以斷定：本暖期不會永無止境地延續(xù)，會在一定年代后趨于轉(zhuǎn)冷。

本文得出近五千年來的7個(gè)冷期與竺可楨近五千年氣溫變遷圖（圖2）進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，在近五千年冬季平均氣溫變遷圖中出現(xiàn)多次谷值，而冷期冬季平均氣溫均應(yīng)低于0℃，與文中7個(gè)冷期幾乎完全吻合。1950年后出現(xiàn)的第7個(gè)冷期作為現(xiàn)代以來一次重要的氣候變化亦相對于此標(biāo)準(zhǔn)，對比根據(jù)全國氣候通報(bào)及氣候變化監(jiān)測公報(bào)繪制的全年平均氣溫圖（圖3），第7個(gè)冷期所處的36年里年平均氣溫均低于正常值，溫度距平值也低于0℃，呈現(xiàn)負(fù)距平，20世紀(jì)90年代以前變化較緩，之后氣溫上升速率明顯提高，另據(jù)國際認(rèn)可的大氣環(huán)流模型預(yù)測，未來四十年，冬季平均氣溫每十年上升0.4℃，2050年冬季平均氣溫大致為2℃（圖4），全球氣候變暖趨勢明顯，由此推斷其為現(xiàn)代冷期。同時(shí)，兩者對比在持續(xù)時(shí)長上存在一些差異，這由于對歷史資料審視的角度和采納的有效因素不同，本文中得出的第V個(gè)冷期持續(xù)時(shí)間為50年，對比發(fā)現(xiàn)與竺可楨分析的階段相差近40年，但冷期時(shí)段總體一致，不影響歷史時(shí)期氣候變化的整體判讀。通過與近五千年冬季平均氣溫變遷進(jìn)行對比，可以有效驗(yàn)證表1中對我國歷史時(shí)期冷暖變化的判定。

圖2 歷史時(shí)期冷期所處階段與持續(xù)時(shí)長Fig.2 The cold period and its duration during historical times

圖3 1951～2011年全國年平均氣溫及溫度距平Fig.3 Changes of annual mean temperature and temperature anomaly throughout the country from 1951～2011

圖4 2010～2050年冬季平均氣溫預(yù)測Fig.4 2010～2050 winter average temperature prediction

表1 我國歷史時(shí)期氣候的冷暖變化（新石器時(shí)代至今）Table 1 Climate changes during historical times since the Neolithic Age

4 氣候變化與蘇北海岸塑造

海岸塑造過程與氣候變化密切相關(guān)，氣候?qū)０兜乃茉熳饔靡埠軓?fù)雜。經(jīng)蘇北海岸實(shí)例分析，發(fā)現(xiàn)氣候變化對海岸的塑造作用，是通過改變海岸的物質(zhì)環(huán)境和動力環(huán)境進(jìn)行的。

4.1 氣候變化作用下的蘇北海岸塑造過程

自冰后期海浸盛期以來，結(jié)合歷史時(shí)期的氣候變化，以及黃河歷史變遷過程，可將氣候變化對蘇北海岸塑造作用分為三個(gè)時(shí)期：黃河奪淮前、黃河奪淮期間、黃河北歸至今。

（1）黃河奪淮前

該塑造期為海浸盛期（約6500年前）～1128年，歷時(shí)6000多年，從遠(yuǎn)古至北宋經(jīng)歷了多個(gè)朝代，據(jù)考古和物候記錄，該時(shí)期大致以公元前1100年為界，其前為溫暖期，氣溫比現(xiàn)今高2°C左右，冬季一月氣溫比現(xiàn)在高3～5°C[24]；其后為寒暖交錯(cuò)期。在溫暖期，黃河流域降水多，植被茂盛、固沙作用強(qiáng)，加之人類活動少，黃河輸沙量僅為1～2億t[2]；在寒暖交錯(cuò)期，降水相對減少，輸沙量通常也不超過2億t。奪淮前，黃河也曾有過幾次南徙蘇北境內(nèi)入黃海，但輸沙少，蘇北海岸仍處于原始堆積狀態(tài)，以塑造岸外沙堤為主，如西岡、中岡和東岡。西岡自西北起于阜寧羊寨，過喻口后，經(jīng)鹽城龍崗和大崗，向東南過東臺后在海安尖滅。據(jù)南通博物館對海安青墩出土文物考證和古樹碳年代測定，為距今4800年（±150年）。由此推斷，西岡約在公元前3000年已并陸。此時(shí)，蘇北海岸已從海浸時(shí)期岸線，即贛榆、宿遷、盱眙、揚(yáng)州一線[16]東推到西岡，形成新石器時(shí)代岸線（圖5）。中岡位于西岡東，較短，北起新溝，經(jīng)溝墩鎮(zhèn)西，向南入建湖縣與東岡合。東岡北起北沙（時(shí)處淮河口），經(jīng)阜寧、鹽城、東臺、海安東部后、折向東南，再經(jīng)如東、余西直到呂四。東岡在唐代的溫暖時(shí)期，陸域供沙較多，在其西部形成了大片湖濱荒地。

圖5 江蘇海岸歷史演變圖Fig.5 Historical evolution of Jiangsu coastal

據(jù)《鹽城縣志》（1895）記載：唐朝兩次在射陽湖設(shè)立官屯，墾荒為田，所開田地，常受潮水沖淹，于是在大歷年間（766～779年），李承率民沿東岡沙脊筑海塘，此塘便成了八世紀(jì)的唐代岸線，后人稱李堤，也是蘇北最早的人工海岸。五代后氣候轉(zhuǎn)冷，降水減少，多冷空氣活動，海上風(fēng)浪頻繁，海岸遭侵蝕；到宋天圣元年（1023年），范仲淹率民眾和士兵在李堤基礎(chǔ)上重筑海堤，并西移一華里，至天圣五年（1027年）建成；到宋至和初期（1051～1055年），海門知縣沈起率民從余西至呂四筑海堤七十里。至此，便形成自阜寧到呂四長達(dá)290km的人工海岸，統(tǒng)稱范公堤。從上可知，自唐到北宋約三個(gè)世紀(jì)之久的蘇北海岸較穩(wěn)定，其穩(wěn)定是人工海岸的功績，實(shí)是在該期間的氣候寒冷期陸域供沙減少，海洋動力增強(qiáng)，海岸遭侵蝕。范仲淹筑堤比李公堤西一華里，就是海岸遭到侵蝕之故。

（2）黃河奪淮期間

1128～1855年，歷時(shí)727年，從南宋至明清是蘇北海岸塑造的鼎盛期。據(jù)《阜寧縣志》（1746）載：南宋初，高宗建炎二年（1128年）淮河入海口已從北沙伸展到云梯關(guān)。同年冬，時(shí)任東京（今開封）留守杜充為阻金兵南下，在今河南滑縣李固渡西決黃河，黃水經(jīng)泗水奪淮。從此黃河在蘇北游蕩700多年，出現(xiàn)了蘇北海岸塑造的鼎盛時(shí)期。該時(shí)期氣候雖有冷暖波動，但總體偏濕多雨，黃土高原流水沖蝕強(qiáng)，黃河輸沙量高達(dá)11～12億t/a[2]，為蘇北海岸塑造提供了充足的物源條件。鼎盛期又可分為兩個(gè)時(shí)期：

1128～1578年為淤填期，此間黃河常泛濫改道，以多股散流和南北分流為主，泥沙主要為充填洼地、低地和大小湖泊湖底，使蘇北平原不斷淤高，海岸淤漲速度相對較慢。以廢黃河口岸段為例，在淤填期的450年間，僅從云梯關(guān)推進(jìn)到四套，向海推進(jìn)只有15km。

1578～1855年為淤漲期，據(jù)《行水金鑒》（1725）載：自1578年明代治河大臣潘季訓(xùn)采用“駐堤束水，以水攻沙”方法治理黃泛區(qū)，在徐州與淮陰之間的原淮河兩岸筑起堅(jiān)固河堤，使黃泛散流歸正，此起至1855年，黃河與淮河在同一條河道入海。兩河合流，大量水沙集中入海，水大不易使泥沙在河口內(nèi)堆積，沙多超過海動力負(fù)荷不會全被搬向外海，于是就在河口外側(cè)及其南北兩翼不斷堆積成陸，海岸快速淤漲。在淤漲期的277年間，廢黃河口岸段從四套東推到六洪子（圖6）以東的望海墩外，推進(jìn)70多km。北翼據(jù)《云臺山志》（1837）載：乾隆初年（1736年）至道光二十六年（1837年），云臺山從南云臺到北云臺先后并岸。灌河口海岸漲至與今開山島相連；南翼據(jù)《鹽城縣志》載：1855年黃河北歸時(shí)，海岸已推進(jìn)到范公堤外約30km處。

（3）黃河北歸至今

1855年黃河北遷入渤海至今已150多年，該期間因黃河供沙斷絕，蘇北沿岸環(huán)境突變，由富沙突變?yōu)槿鄙?，加之?0世紀(jì)80年代以來，全球氣候趨暖化，導(dǎo)致暴潮、暴雨、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣增多，致使蘇北海岸進(jìn)入了以侵蝕為主的調(diào)整期。據(jù)上世紀(jì)80年代江蘇省海岸帶調(diào)查，時(shí)以雙洋河口為界，構(gòu)成了北沖南淤的格局。北部：灌河口岸段蝕退7.5km，廢黃河口的望海墩和六洪子早已侵蝕無存，岸線后退約17km；據(jù)歷史岸線推算，自1855年至1977年，雙洋河口以北共蝕失陸地約1200km2。南部：因沿岸流南下的北部所蝕泥沙補(bǔ)給，自雙洋河口至東灶港仍處于淤漲狀態(tài)，但呂泗岸段因南下泥沙被輻射狀沙洲攔截亦處于侵蝕狀態(tài)，再往南因受長江泥沙補(bǔ)給仍屬淤漲海岸。隨著時(shí)間進(jìn)展，北部岸段侵蝕減弱，南下泥沙減少，侵蝕范圍向南擴(kuò)展，沖淤轉(zhuǎn)折點(diǎn)由雙洋河口南移至射陽河口。目前射陽河口南部岸段因不斷圍墾，除自然保護(hù)區(qū)外，潮上帶幾乎全被匡圍，人工海堤取代了天然海岸，加之南下泥沙進(jìn)一步減少，海岸塑造出現(xiàn)了新的特點(diǎn)：原淤漲海岸成了侵蝕性人工穩(wěn)定海岸，即岸線在人工海堤控制下得到了穩(wěn)定，但岸外普遍出現(xiàn)了灘面蝕低，灘腳向岸位移，水下岸坡逐漸變陡等新的侵蝕形式。

圖6 云梯關(guān)以下廢黃河口故道Fig.6 The course of abandoned Yellow River

受1855年黃河北歸影響，廢黃河三角洲自灌河口至射陽河口海岸成為蘇北海岸主要侵蝕岸段，1855～1958年岸線長度逐漸減小，侵蝕嚴(yán)重。隨著江蘇省水利建設(shè)的加強(qiáng)，1967～1981、1986～1996、1998～2008三個(gè)時(shí)段進(jìn)行了保灘護(hù)岸工程。1970年后，廢黃河三角洲不同岸段海岸時(shí)空變化特征相對比較復(fù)雜[26]，蘇北海岸受到了較多的人為因素制約與干擾，侵蝕明顯減緩，扁擔(dān)河口以南則呈現(xiàn)出蝕淤交替的態(tài)勢。

隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，基于遙感研究海陸變化的研究也越來越廣泛，張旸等通過利用Landsat衛(wèi)星影像分析蘇北廢黃河三角洲海岸地區(qū)，選取岸線指標(biāo)與波段，提取海岸水線信息，分析1978～2000年海岸時(shí)空演變[12]。陸勤等利用遙感技術(shù)作為主要研究手段，結(jié)合野外調(diào)查及地圖資料，來確定1987～2007年廢黃河三角洲海岸動態(tài)變化速率[15]。通過整合兩者對于不同階段廢黃河三角洲岸線面積淤蝕統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得表2。

表2 1978～2007年廢黃河三角洲灘涂蝕淤面積與年平均統(tǒng)計(jì)表Table 2 1978～2007 Delta of the abandoned Yellow River beach erosion and deposition area statistics and average annual

由表2分析，1978～2007年廢黃河三角洲灘涂總侵蝕面積為36.46km2，呈現(xiàn)出侵蝕中間高，兩側(cè)低的現(xiàn)象，廢黃河以南侵蝕較緩。侵蝕最嚴(yán)重區(qū)域?yàn)橹猩胶涌凇鈸?dān)河口，即廢黃河口淤尖部分，總計(jì)侵蝕面積為21.53km2，其中1988～2000年侵蝕最為嚴(yán)重，侵蝕面積為9.04km2，年平均變化速率為-0.69km2/a。灌河口—中山河口次之，總計(jì)侵蝕受損面積12.05km2，侵蝕趨勢逐階段減緩。扁擔(dān)河口—雙洋河口呈現(xiàn)出侵蝕淤積交替態(tài)勢，1988～2000年略有淤漲，淤漲面積僅為0.75km2，年際變化量也最小，為+0.05km2/a。考慮海岸防護(hù)工程加強(qiáng)的因素，比較研究區(qū)域總變化發(fā)現(xiàn)，侵蝕面積隨時(shí)間變化逐漸減小。

4.2 氣候變化對海岸塑造的影響機(jī)制

（1）影響機(jī)理

氣候是長期天氣狀況的綜合，是導(dǎo)致環(huán)境變化的重要因素，它通過氣溫、降水、風(fēng)等氣象要素的長期變化，逐漸改變海岸的動力環(huán)境和物質(zhì)環(huán)境，從而使海岸的蝕淤狀況發(fā)生趨勢性的變化。氣候與天氣關(guān)系密切，但對海岸塑造作用明顯不同，熱帶氣旋（臺風(fēng)）、寒潮等天氣系統(tǒng)常釀成暴雨和大風(fēng)，引發(fā)風(fēng)暴潮和風(fēng)暴浪，使海岸在瞬間遭到巨大破壞，泥沙離岸搬運(yùn)，海岸地貌發(fā)生突變，形成風(fēng)暴剖面，往往造成岸灘原貌全非；但風(fēng)暴過后當(dāng)海岸動力環(huán)境依舊時(shí)，岸灘大多能在短期內(nèi)恢復(fù)原貌，所以天氣變化對海岸蝕淤作用具有突發(fā)性和短暫性，不易反映出海岸的發(fā)展趨勢。而氣候變化引起的侵蝕或淤積是一個(gè)緩慢的過程，通常不能在短期內(nèi)察覺，它對海岸的塑造作用具有潛在性，很難分離。但從蘇北海岸塑造時(shí)的氣候作用，可以歸納出一個(gè)氣候—海岸塑造鏈（圖7）。

圖7 氣候變化與海岸塑造的關(guān)系鏈Fig.7 China of climate change and coast evolution

如圖7所示，氣候變化一般可以分為長期和短期兩種，長期是指地質(zhì)歷史時(shí)期的變化，通常在萬年以上至億年或幾億年間發(fā)生嚴(yán)寒氣候與酷熱氣候的更替變化，形成冰期和間冰期，致使海平面升降，造成海岸大幅度進(jìn)退，由海平面升降幅度控制海岸的基本位置。換言之，長期氣候變化對海岸具有“控位”作用。短期是指人類歷史時(shí)期的變化，通常在萬年以下，長則數(shù)千年至幾百年，短則百年至幾十年間會發(fā)生暖濕氣候、干熱氣候和冷干氣候的交替變化[27～29]。在暖濕氣候期，降水多，流水沖蝕強(qiáng)，經(jīng)河流輸沙，海岸多處在富沙環(huán)境，當(dāng)環(huán)境泥沙超過海動力擴(kuò)散能力時(shí)，海岸淤漲，岸線向海位移；同時(shí)也可出現(xiàn)相反情況，降水多，植被茂盛，固沙作用強(qiáng)，使海岸處于缺沙環(huán)境而侵蝕，岸線向陸位移。但在通常情況下，降水多易使海岸處于富沙環(huán)境。在干熱氣候期，降水少，海岸多處于缺沙環(huán)境發(fā)生侵蝕。在冷干氣候期，降水少，冷空氣活動頻繁，風(fēng)浪頻發(fā)，使海岸既處于缺沙環(huán)境，又處于強(qiáng)海動力環(huán)境，易造成波蝕性后退。冰后期海侵以來蘇北海岸的塑造是在人類歷史時(shí)期進(jìn)行，因此氣候短期變化對蘇北海岸的進(jìn)退速率有較顯著的制約作用。

（2）降水對廢黃河口延伸速率的影響

從氣候變化與海岸塑造的關(guān)系鏈可知，氣候可通過降水和風(fēng)的變化，改變海岸物質(zhì)環(huán)境和動力環(huán)境制約海岸的蝕淤狀況。但因氣候變化對海岸的塑造具有潛在性，蘊(yùn)蓄在多因素中，不易分離。現(xiàn)依據(jù)流水沖蝕、徑流輸沙、入海堆積和海岸淤漲的關(guān)系鏈，把氣候變化中的降水波動與廢黃河口伸展速率作對應(yīng)分析，其中降水據(jù)《淮系年表全編》（1828）紀(jì)實(shí)，經(jīng)逐年判斷，得黃河流域多降水年份，其中廢黃河口伸展速率取自1984年《江蘇省黃河故道綜合考察與利用資料匯編》[30]，得廢黃河口延伸速率與降水關(guān)系（表3）。

表3 廢黃河口延伸速率與降水關(guān)系Table 3 Relationship between precipitation and extend ratio of abandoned Yellow River estuary

經(jīng)兩者對比可以發(fā)現(xiàn)：降水多的時(shí)期延伸速率大，反之則小；延伸速率與多降水年數(shù)占該時(shí)期年數(shù)百分比的大小排序，兩者較一致，較好地反映了氣候變化中的降水波動對海岸塑造的制約作用。由此可知，廢黃河口多降水比率與延伸速率呈正相關(guān)。

參照表3統(tǒng)計(jì)的廢黃河口延伸速率年份，統(tǒng)計(jì)分析近五百年蘇北海岸與廢黃河三角洲的多降水年數(shù)及百分比，發(fā)現(xiàn)兩者多降水年數(shù)百分比線性趨勢基本一致（圖8），部分階段存在差別。其中，多降水年份相差最大為1591～1700年，相差10年；多降水百分比相差最大1804～1810年，相差9.2%。這一方面表明同一地區(qū)不同區(qū)域內(nèi)氣候存在差異，但整體趨勢統(tǒng)一有序，進(jìn)一步論證利用降水與氣溫研究氣候變化的必要性。另一方面，統(tǒng)計(jì)手段和標(biāo)準(zhǔn)不同，亦會造成差異的產(chǎn)生。比較中國近五百年旱澇等級與本文統(tǒng)計(jì)廢黃河三角洲多降水年數(shù)與百分比，有兩個(gè)時(shí)間階段存在明顯差異，其中1700～1747年多降水年份相差8年，百分比率相差16.6%；1803～1810年多降水年份相差2年，百分比率卻相差28.1%。本文竭力采用相同的判定依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，由于這兩個(gè)階段持續(xù)時(shí)間較短，統(tǒng)計(jì)基數(shù)小，使得任何一年統(tǒng)計(jì)都占有較大的比例。但兩者線性趨勢基本相同，綜合各種因素將其界定在誤差范圍之內(nèi)，暫不作異議考慮，并用來判定本文研究的有效性。

將1470～1810年依據(jù)旱澇等級指數(shù)統(tǒng)計(jì)階段進(jìn)行排序（圖8），則可發(fā)現(xiàn)多降水年數(shù)占該時(shí)期年數(shù)百分比的大小排序與本文統(tǒng)計(jì)順序相比，具有較好的一致性。但加入Ⅰ區(qū)1810～1855、1856～2000年兩階段，兩階段本身兼具較大變化因素。其一，1855年后黃河北歸減少了大量物質(zhì)輸入；其二，1967年后逐步的岸灘保護(hù)等因素對蘇北海岸起到了良好的抵御作用。排除以上兩者的影響，多降水比與延伸速率的正相關(guān)性分析有效可行。1856～2000年多降水年數(shù)百分比最小，故延伸速率最小，即在相同自然條件下發(fā)生侵蝕。

圖8 蘇北海岸與廢黃河口多降水年數(shù)與其所占百分比Fig.8 The number of much-precipitation years and the ratio in Jiangsu coastal and the abandoned Yellow River delta

通過對多降水年份與所占百分比的統(tǒng)計(jì)分析，通過歷史時(shí)期黃河流域降水波動與蘇北廢黃河口延伸速率相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，流域降水與海岸的延伸速率有顯著的相關(guān)性，較好地反映了氣候變化對海岸塑造作用。

5 結(jié)論

氣候變化受天體運(yùn)動和地球演化的制約，還受人類活動等多種因素的影響。眾多的因素導(dǎo)致太陽熱輻射發(fā)生周期性的變化并遭干擾，從而使氣候產(chǎn)生周期不一的冷暖波動。地質(zhì)時(shí)期的冷暖波動周期長，幅度大，形成冰期和間冰期；歷史時(shí)期的波動周期短，幅度小。我國從新石器時(shí)代至今已發(fā)生14次冷暖波動，出現(xiàn)過7個(gè)冷期、8個(gè)暖期。目前人類正處于地質(zhì)時(shí)期的間冰期，歷史時(shí)期的暖期，全球氣候的暖化期。

氣候變化會導(dǎo)致海岸的物源供應(yīng)和動力環(huán)境發(fā)生變異，改變海岸的蝕淤速率，促使海岸蝕退或淤漲，向陸蝕退會威脅人類的生存安全，向海淤漲能增強(qiáng)海岸的穩(wěn)定性。地質(zhì)時(shí)期的氣候變化引起海平面大幅度升降，造成海岸大范圍遷移，對海岸起著控制作用；歷史時(shí)期的氣候變化是一個(gè)緩慢的過程，對海岸的塑造作用不易在短期內(nèi)察覺，具有潛在性，但其影響深遠(yuǎn)，在一定程度上制約海岸的發(fā)展趨勢。

氣候變化和海岸塑造各自蘊(yùn)含著多種制約因素，各種因素交織，使得氣候變化對海岸的塑造作用變得錯(cuò)綜復(fù)雜，很難分離。依據(jù)流水沖蝕、徑流輸沙、入海堆積、海岸淤漲的鏈帶性原理，通過黃河流域歷史時(shí)期氣候變化中的降水波動與廢黃河口延伸速率的對應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)：降水多的時(shí)期延伸速率大，反之則小，較好地反映了氣候變化對海岸蝕淤速率起有制約作用。

References)

[1] IPCC. Climate Change 2007: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[R]. Cambridge University Press, Cambridge, UK. 2007: 976.

[2] 任美鍔. 黃河的輸沙量:過去、現(xiàn)在和將來—距今15萬年以來的黃河泥沙收支表[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展,2006,21(6):551-563.

Ren M E. Sediment discharge of the Yellow River, China: Past, Present and Future - A Synthesis[J].Advances in Earth Science,2006,21(6):551-563.

[3] Nicholls R J, Wong P P, Burkett V, et al. Climate change and coastal vulnerability assessment: scenarios for integrated assessment[J].Sustainability Science,2008,3(1):89-102.

[4] 胡惠民,黃立人,嚴(yán)國華. 中國東部沿海地區(qū)的近代地殼垂直運(yùn)動[J]. 地質(zhì)科學(xué),1993,28(3):270-278.

Hu H M, Huang L R, Yan G H. Recent vertical crustal deformation in the coastal area of eastern China[J].Scientia Geologica Sinica,1993,28(3):270-278.

[5] Vermeer M, Rahmstorf S. Global sea level linked to global temperature[J].PNAS, 2009,106(51):21527-21532.

[6] 張忍順. 蘇北廢黃河三角洲及濱海平原的成陸過程[J]. 地理學(xué)報(bào),1984,39(2):173-184.

Zhang R S. Land-forming history of the Yellow River delta and coastal plain of north Jiangsu[J].Acta Geographica Sinica,1984,39(2):173-184.

[7] 葉清超. 試論蘇北廢黃河三角洲的發(fā)育[J]. 地理學(xué)報(bào),1986,41(2): 112-122.

Ye Q C. On the development of the abandoned Yellow River delta in northern Jiangsu province[J].Acta Geographica Sinica,1986,41(2):112-122.

[8] 李元芳. 廢黃河三角洲的演變[J]. 地理研究,1991,10(4):29-39.

Li Y F. The development of the abandoned Yellow River delta[J].Geographical Research,1994,10(4):29-39.

[9] 任美鍔. 江蘇海岸帶與海灘資源調(diào)查報(bào)告[R]. 北京:海洋出版社, 1984.

Ren M E. Jiangsu coastal zone beach resources survey report[R]. Beijing: Ocean Press, 1984.

[10] 江蘇省水利廳. 江蘇沿海地區(qū)水利工程布局研究[R]. 2007.

Jiangsu Provincial Water Resources Bureau. Jiangsu coastal area water conservancy engineering layout research[R]. 2007.

[11] 陸勤,陳沈良. 廢黃河三角洲海域表層沉積物分布特征[J]. 上海國土資源,2011,32(1):14-19.

Lu Q, Chen S L. Distribution of surface sediments on the subaqueous delta of the abandoned Yellow River delta[J].Shanghai Land & Resources,2011,32(1):14-19.

[12] 張旸,陳沈良. 蘇北廢黃河三角洲海岸時(shí)空變化遙感分析[J]. 海洋科學(xué)進(jìn)展,2009,27(2):166-175.

Zhang Y, Chen S L. Remote sensing analysis of spatial and temporal changes of the coastal area in the abandoned Huanghe River delta in the northern Jiangsu province[J].Advances in Marine Science,2009,27(2):166-175.

[13] 張忍順,陸麗云,王艷紅. 江蘇海岸侵蝕過程及其趨勢[J]. 地理研究,2002,21(4):469-478.

Zhang R S, Lu L Y, Wang Y H. The mechanism and trend of coastal erosion of Jiangsu province in China[J].Geographical Research, 2002,21(4):469-478.

[14] 陸培東. 江蘇濱海港10萬噸級航道工程海岸穩(wěn)定性和泥沙運(yùn)動研究[R]. 南京水利科學(xué)研究院,2007.

Lu P D. The study of coastal stability and sediment movement for navigation engineering in Jiangsu Binhai harbor[R]. Nanjing Hydraulic Research Institute,2007.

[15] 陸勤. 廢黃河三角洲淤泥質(zhì)海岸穩(wěn)定性研究[D]. 華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文,2011.

Lu Q. Studies on muddy coastal stability of the abandoned Yellow River delta[D]. Master’s thesis, East China Normal University,2011.

[16] 岑仲勉. 黃河變遷史[M]. 北京:人民出版社,1957:91-327.

Cen Z M. Changes in the history of Yellow River[M]. Beijing: People’s Publishing House,1957:91-327.

[17] 田家怡,呂學(xué)軍,閆永利,等. 黃河三角洲生態(tài)環(huán)境災(zāi)害與減災(zāi)對策[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

Tian J Y, Lu X J, Yan Y L, et al. Disaster and countermeasures of ecological environment in the Yellow River delta[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2008.

[18] 竺可楨. 中國近五千年來氣候變遷的初步研究[J]. 考古學(xué)報(bào), 1972,(1):15-38.

Zhu K Z. Preliminary study of chinese climate change in the past 5000 years[J].Acta Archaeologica Sinica,1972,(1):15-38.

[19] Morrill C, Overpeck J T, Cole J E. A synthesis of abrupt changes in the Asian summer monsoon since the last deglaciation[J].TheHolocene,2003,13,(4):465-476.

[20] Brantingham P J, Kerry K W, Krivoshapkin A I, et al. Time-space dynamics in the early upper Paleolithic of north east Asia[A]. Entering America: North East Asia and Berlngia Before the Last Glacial Maximum[C]. Salt Lake City: University of Utah Press, 2004:255-284.

[21] Augustin L, Barbante C, Barnes P R F, et al. Eight glacial cycles from an Antarctic ice core[J]. Nature, 2004,429: 623-628.

[22] Lea D W, Pak D K, Spero H J. Climate impact of late Quaternary equatorial Pacific sea surface temperature variations[J].Science, 2000,289: 1719-1724.

[23] Ren Z Q, Lin Y. Global warming and its astro-causes[J].Kybernetes, 2001,30(4):411-433.

[24] 莆慶余. 末次冰期以來中國自然環(huán)境變遷與全球變化的關(guān)系[J].第四紀(jì)研究,1991,(3):244-259.

Pu Q Y. Evolution of natural environment in China since the last glacial period and its position in the global change[J].Quaternary Geology,1991,(3):244-259.

[25] 竺可楨,宛敏渭. 物候?qū)W[M]. 長沙:湖南科技出版社,1999.

Zhu K Z, Wan M W. Phenology[M]. Changsha: Hunan Science and Technology Press, 1999.

[26] 彭修強(qiáng). GIS和RS的蘇北廢黃河三角洲海岸演變研究[D]. 南京大學(xué)碩士學(xué)位論文,2012.

Peng X Q. Research on coast evolution of the abandoned Yellow River in northern Jiangsu based on GIS and RS[D]. Master’s thesis, Nanjing University,2012.

[27] 王昭武. 近百年我國及全球氣溫變化趨勢[J]. 氣象,1990, 20(12): 9-18.

Wang Z W. Variations of temperature in China for the 100 years period in comparison with global temperatures[J].Meteorology, 1990,20(12):9-18.

[28] 屠其璞. 近百年來我國降水量的變化[J]. 南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào), 1987,10(2):177-187.

Tu Q P. Variation of precipitation over China in the past 100 yeaes[J].Journal of Nanjing Institute of Meteorology, 1987, 10(2):177-187.

[29] 屠其璞. 近百年來我國氣溫變化的趨勢和周期[J]. 南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào),1984,7(2):151-162.

Tu Q P. Trend and periodicity of temperature change in China during the past hundred years[J].Journal of Nanjing Institute of Meteorology,1984,7(2):151-162.

[30] 南京師范大學(xué). 江蘇省黃河故道綜合考察與利用資料匯編[R]. 1984:1-3.

Nanjing Normal University. Compilation of data on integrated survey and utilization of the Yellow River old riverway in Jiangsu province[R]. 1984:1-3.

Evolution of the Northern Jiangsu Coast Under the Impact of Climate Change

HU Jin, CHEN Shen-Liang, HU Xiao-Lei, ZHANG Lin, GU Guo-Chuan
(State Key Laboratory of Estuarine and Coastal Research, East China Normal University, Shanghai 200062, China)

This paper uses historical records and modern meteorological data to examine the characteristics of and reasons for climate change and the pattern of temperature fluctuation, with particular reference to the effects on the northern Jiangsu coast. The differences in climate change between geological periods and the historical period are also discussed. There have been seven cold periods and eight warm periods since the New Stone Age. At present, there is an interglacial period in the geological period, a warm phase in historical terms, and a warm interval in global climate. The study shows that climate change in geological periods always leads to a pronounced fluctuation in eustatic sea level, which affects the behavior of coastlines. Climate changes in the historical period have altered coastal erosion/deposition mainly through variation of sediment supply from the coast and through variation of environmental dynamics. The amount of rainfall in the Yellow River Basin is correlated with the rate of extension of the abandoned Yellow River mouth, which demonstrates the effect of climate change on coastal evolution.

climate change; cold & warm period; northern Jiangsu coast; abandoned Yellow River delta; ration of erosion and deposition; coastal modification

P736.22

A

2095-1329(2013)02-0041-09

10.3969/j.issn.2095-1329.2013.02.011

2013-03-05

2013-03-25

胡進(jìn)(1989-),男,碩士生,主要從事河口海岸動力沉積和動力地貌研究.

電子郵箱：hujin89@msn.cn

聯(lián)系電話：021-62233686

國家科技部“氣候變化影響下典型海岸沖淤過程及演變趨勢”(2010CB951202);華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主課題(SKLEC-2012KYYW06)