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(yàn)、衛(wèi)星遙感、數(shù)字高程模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、海洋沉積學(xué)、潮流數(shù)值模型共6個方面對該海域的研究成果進(jìn)行了梳理。

關(guān)鍵詞：南黃海 輻射沙脊群 演變機(jī)制

中圖分類號：P722.5 文獻(xiàn)標(biāo)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(nèi)，因其形態(tài)呈輻射狀分布故名輻射狀沙脊群。它被發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)50年代，首先在文獻(xiàn)中被報道于70年代，被詳細(xì)研究于80年代。在20世紀(jì)90年代，我國的許多學(xué)者對南黃海輻射沙脊群的動力環(huán)境、潮流動力機(jī)制和地形地貌等方面進(jìn)行了深入的研究。進(jìn)入到本世紀(jì)，研究人員們對該海域懸浮泥沙的輸運(yùn)、潮流沙脊的變遷等方面做了許多有益的工作。

1 水文測驗(yàn)

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(jìn)行了實(shí)地調(diào)查。該次調(diào)查采用長期觀測、定點(diǎn)連續(xù)觀測、路線考察、斷面調(diào)查、典型調(diào)查、社會調(diào)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(hù)、港口航道及涵閘、近海地質(zhì)、近海水文、沿海地質(zhì)條件、海岸和海涂地貌、沉積及沖淤動態(tài)、海岸帶環(huán)境質(zhì)量、海洋化學(xué)、航測和制圖等項(xiàng)目的調(diào)查研究工作[1]。調(diào)查成果豐碩，為以后的科學(xué)研究奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。1983年至1984年中國科學(xué)院海洋研究所和美國伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）對南黃海進(jìn)行了調(diào)查研究。該次調(diào)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(jìn)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(jìn)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(xué)院海洋研究所組織了三次對南黃海懸浮體的調(diào)查研究。1996年中國科學(xué)院海洋研究所和韓國漢城大學(xué)海洋研究所開展了聯(lián)合調(diào)查研究。通過懸浮體含量和海流資料，計算了黃海暖流細(xì)顆粒物質(zhì)通量約為100萬噸/年。1998年“條子泥促淤并陸工程試驗(yàn)研究”課題組針對輻射沙脊群海域水道的泥沙懸浮輸運(yùn)機(jī)制等問題，對該海域進(jìn)行了實(shí)地測量。同時結(jié)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(jìn)行了深入的探討。2006年至2007年，“我國近海海洋綜合調(diào)查與評價”專項(xiàng)對整個江蘇沿海潮流、懸沙進(jìn)行了同步水文測驗(yàn)，為數(shù)學(xué)建模提供了可靠的驗(yàn)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(shí)測資料，這對于進(jìn)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(shù)據(jù)與實(shí)地測量得到的懸浮體濃度建立相關(guān)關(guān)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(yīng)用GIS與遙感方法，對輻射沙脊群在20世紀(jì)80～90年代的演變及變化趨勢做出分析，認(rèn)為北部區(qū)域變化較強(qiáng)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(jìn)；沙脊群樞紐地區(qū)處于不斷增長擴(kuò)張的過程。張忍順、王艷紅等[3]通過衛(wèi)片判讀和實(shí)地觀測對江蘇岸外輻射沙脊群區(qū)的沙島形成機(jī)制和自然屬性進(jìn)行了初步研究。他們認(rèn)為潮汐和風(fēng)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(guān)鍵，而沙島的形成說明輻射沙脊群的發(fā)育進(jìn)入一個新的階段即成島階段，并標(biāo)志著沙洲并陸過程的開始。

遙感技術(shù)具有連續(xù)、動態(tài)、實(shí)時、直觀、長期等特點(diǎn)，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(shù)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(jìn)一步研究，提高衛(wèi)星監(jiān)測的可靠性。

3 數(shù)字高程模型DEM

數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，縮寫DEM）是一定范圍內(nèi)規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)（X，Y）及其高程（Z）的數(shù)據(jù)集，是通過等高線或相似立體模型進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)內(nèi)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(yīng)用1968（測于1963年至1968年間）年和1979年的海圖建立了數(shù)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(jié)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(dá)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(dá)到10 m以上。數(shù)字高程模型運(yùn)用實(shí)測資料進(jìn)行研究，所得結(jié)論比較可靠。

4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一門交叉學(xué)科，近年來國內(nèi)外已經(jīng)將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型應(yīng)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(yīng)用多層前饋網(wǎng)絡(luò)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(jìn)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(guān)系；垂線平均流速、臨底含沙量與垂線平均含沙量之間的關(guān)系；表層流速、水深與單寬懸沙通量之間的關(guān)系。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為擬合水、沙之間的非線性關(guān)系提供了新的思路。

5 海洋沉積學(xué)

南黃海輻射沙脊群因其形態(tài)獨(dú)特，引起了國內(nèi)外眾多學(xué)者從地貌與沉積物的角度對其進(jìn)行研究。王穎、朱大奎等通過研究發(fā)現(xiàn)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(jìn)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(cè)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(shù)值模型

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

張東生、張君倫、張長寬等用輻射沙脊群水域潮流場、風(fēng)暴流場和波浪場數(shù)值模擬結(jié)果解釋了南黃海海底輻射沙脊群形成演變的動力機(jī)制。山東半島南側(cè)的逆時針旋轉(zhuǎn)潮波和南黃海的后繼前進(jìn)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(jié)果指出，在長江古河口外有一個潮流輻聚—輻散帶。當(dāng)外海漲潮時，漲潮流與古河口內(nèi)的落潮流在此輻聚。當(dāng)外海落潮時，古河口內(nèi)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(jié)果說明，只有在大風(fēng)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(zhuǎn)向型臺風(fēng)和長江口登陸型臺風(fēng)的風(fēng)暴流場對沙脊群有明顯影響。通過7708臺風(fēng)和8114臺風(fēng)的數(shù)值模擬，可以發(fā)現(xiàn)沙脊群的風(fēng)暴流基本沿岸線自北向南，流速可超過1 m/s。如此強(qiáng)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(jī)制是潮流形成—風(fēng)暴破壞—潮流恢復(fù)。

7 結(jié)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(xué)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(jìn)人們對這一特殊地貌形態(tài)的認(rèn)識，為開發(fā)海洋提供技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 任美鍔.江蘇海岸帶和海涂資源綜合調(diào)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(xiàn)代演變趨勢分析[J].海洋科學(xué)，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(xué)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(guān)系BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬研究[J].水運(yùn)工程，2007，400（3）：19-25

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