南黄海辐射沙脊群研究进展

摘 要：南黄海辐射沙脊群是河流与海洋共同作用下形成的特殊地貌单元，它分布于陆海相互作用的地带，储存着海岸演变、海面变化、气候变化、河口环境以及海洋环境的各种信息，是研究全球环境变化和陆海相互作用的理想载体。本文从水文测验、卫星遥感、数字高程模型、人工神经网络、海洋沉积学、潮流数值模型共6个方面对该海域的研究成果进行了梳理。

关键词：南黄海 辐射沙脊群 演变机制

中图分类号：P722.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（c）-0143-02

南黄海辐射沙脊群位于江苏海岸以东的南黄海海域内，因其形态呈辐射状分布故名辐射状沙脊群。它被发现于20世纪50年代，首先在文献中被报道于70年代，被详细研究于80年代。在20世纪90年代，我国的许多学者对南黄海辐射沙脊群的动力环境、潮流动力机制和地形地貌等方面进行了深入的研究。进入到本世纪，研究人员们对该海域悬浮泥沙的输运、潮流沙脊的变迁等方面做了许多有益的工作。

1 水文测验

1980年至1984年江苏省海岸带和海涂资源综合考察队对辐射沙脊群海域进行了实地调查。该次调查采用长期观测、定点连续观测、路线考察、断面调查、典型调查、社会调查、资料收集等多种形式。针对该区域开展了陆地水文和水资源、海岸带气候、沿海工程及海岸防护、港口航道及涵闸、近海地质、近海水文、沿海地质条件、海岸和海涂地貌、沉积及冲淤动态、海岸带环境质量、海洋化学、航测和制图等项目的调查研究工作[1]。调查成果丰硕，为以后的科学研究奠定了坚实的基础。1983年至1984年中国科学院海洋研究所和美国伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）对南黄海进行了调查研究。该次调查对海区夏季（7月）和冬季（11月）悬浮体的空间变化和季节分布进行了观测，取得了丰富的资料和研究成果。1986年至1990年在江苏省科委基金课题“条子泥并陆可行性研究”的支持下，对辐射沙脊群海域特别是条子泥等近岸沙洲进行了深入研究。该次研究主要分析了条子泥岸滩的稳定性、附近水域的悬浮泥沙分布特征和沙洲的消长规律。1988年、1992年、1993年中国科学院海洋研究所组织了三次对南黄海悬浮体的调查研究。1996年中国科学院海洋研究所和韩国汉城大学海洋研究所开展了联合调查研究。通过悬浮体含量和海流资料，计算了黄海暖流细颗粒物质通量约为100万吨/年。1998年“条子泥促淤并陆工程试验研究”课题组针对辐射沙脊群海域水道的泥沙悬浮输运机制等问题，对该海域进行了实地测量。同时结合卫星照片对辐射沙脊群海域悬沙分布及海床侵蚀淤积分布等问题进行了深入的探讨。2006年至2007年，“我国近海海洋综合调查与评价”专项对整个江苏沿海潮流、悬沙进行了同步水文测验，为数学建模提供了可靠的验证资料。

综上所述，我国对辐射沙脊群海域及其周边地区的研究已有比较长的历史，积累了比较丰富的实测资料，这对于进一步探索该海域形成演变规律有十分重要的作用。

2 卫星遥感

该种方法主要用于对表层悬沙浓度的分析。把卫星照片的光谱数据与实地测量得到的悬浮体浓度建立相关关系，通过定量反演模型解译卫星遥感影像，从而获得整个海域悬浮泥沙的浓度。

李海宇、王颖[2]利用ERSI SAR影像及地形图资料、Landsat TM遥感影像、综合应用GIS与遥感方法，对辐射沙脊群在20世纪80～90年代的演变及变化趋势做出分析，认为北部区域变化较强烈，并继续脊槽相间的模式；南部区域堆积与侵蚀作用较弱，沿岸潮滩向海淤积推进；沙脊群枢纽地区处于不断增长扩张的过程。张忍顺、王艳红等[3]通过卫片判读和实地观测对江苏岸外辐射沙脊群区的沙岛形成机制和自然属性进行了初步研究。他们认为潮汐和风暴潮是沙岛形成的动力因素，条子泥西部多年来的持续淤积和潮沟的稳定是沙岛形成的关键，而沙岛的形成说明辐射沙脊群的发育进入一个新的阶段即成岛阶段，并标志着沙洲并陆过程的开始。

遥感技术具有连续、动态、实时、直观、长期等特点，因此可在海岸带动态监测等方面发挥其优势。同时遥感技术也有需要提高的一面，如在反映海水含沙量时只能反映其表层浓度，卫星图像容易受到云层干扰等。所以需要进一步研究，提高卫星监测的可靠性。

3 数字高程模型DEM

数字高程模型（Digital Elevation Model，缩写DEM）是一定范围内规则格网点的平面坐标（X，Y）及其高程（Z）的数据集，是通过等高线或相似立体模型进行数据采集，然后进行数据内插而形成的。它可以用于描述区域地貌形态的空间分布。

高敏钦应用1968（测于1963年至1968年间）年和1979年的海图建立了数字高程模型[4]。通过GIS软件绘出的三丫子港至川腰港的冲淤变化图，得出了以下结论：辐射沙脊群整个海域冲淤相间，以淤积为主，年淤积速率为1 cm。近岸地区以淤积为主，淤积厚度在5 m左右。其中弶港淤积量最大，淤积厚度达到5～10 m。外海冲淤变化不大，冲淤量大都在-5～+5 m之间，冲淤相间排列。在介于近岸和外海的过渡区域，冲淤变化剧烈。部分海域冲刷量和淤积量都达到10 m以上。数字高程模型运用实测资料进行研究，所得结论比较可靠。

4 人工神经网络

人工神经网络是一门交叉学科，近年来国内外已经将神经网络模型应用于水文时间序列、水资源、水环境评价等方面的研究。吴德安[5]应用多层前馈网络误差反向传播算法模型对辐射沙脊群东大港水道沉积物动力过程进行了研究，拟合出了垂线平均流速、水深与垂线平均含沙量之间的关系；垂线平均流速、临底含沙量与垂线平均含沙量之间的关系；表层流速、水深与单宽悬沙通量之间的关系。人工神经网络模型为拟合水、沙之间的非线性关系提供了新的思路。

5 海洋沉积学

南黄海辐射沙脊群因其形态独特，引起了国内外众多学者从地貌与沉积物的角度对其进行研究。王颖、朱大奎等通过研究发现该沙脊群是浅海大陆架巨型海底地貌组合体，它由古河道沙体、潮流沙脊、后期侵蚀堆积的沙体三部分组成[6]，是低海平面时期古长江在苏北入海时的堆积体受东中国海前进潮波和从山东半岛反射回的潮波共同改造而成。沙脊与深槽主要形成于全新世高海平面时期，海平面持续上升使得沙脊体向海侧受到侵蚀，粗颗粒堆积在靠近陆地的沙脊上。研究表明辐射沙脊群是以潮流动力为主形成的堆积体，同时有波浪作用参与。此海域沙体宽大，与单纯的线性潮流脊的成因有明显区别。

6 潮流数值模型

由于南黄海辐射沙脊群海域范围广阔，面积达到140 km×200 km，因此用数值模型来研究该海域的水动力是一个经济、可行的方法。很多学者从辐射状地形与水流动力之间的关系入手对沙脊群进行研究，取得了很多宝贵的成果，通过大量的数值试验得出了南黄海辐射沙脊群形成演变的动力机制是“潮流塑造—风暴破坏—潮流恢复”。

张东生、张君伦、张长宽等用辐射沙脊群水域潮流场、风暴流场和波浪场数值模拟结果解释了南黄海海底辐射沙脊群形成演变的动力机制。山东半岛南侧的逆时针旋转潮波和南黄海的后继前进潮波在弶港外附近海域相遇，形成辐射状流场。该流场为形成和维持辐射沙脊群提供了必要的动力条件。全新世古流场的模拟结果指出，在长江古河口外有一个潮流辐聚—辐散带。当外海涨潮时，涨潮流与古河口内的落潮流在此辐聚。当外海落潮时，古河口内为向上游的涨潮流，两者在此辐散。正是潮流辐聚辐散提供了形成古长江河口水下堆积体的动力环境。波浪场的计算结果说明，只有在大风速、高潮位下，沙脊区的波高普遍较大时，对海底地貌的影响才较明显。海上转向型台风和长江口登陆型台风的风暴流场对沙脊群有明显影响。通过7708台风和8114台风的数值模拟，可以发现沙脊群的风暴流基本沿岸线自北向南，流速可超过1 m/s。如此强大的动力条件，具有比正常潮流大的多的挟沙能力，会对海底沙脊群的形态造成巨大改变。综上所述辐射沙脊群的形成机制是潮流形成—风暴破坏—潮流恢复。

7 结语

南黄海辐射沙脊群是河流与海洋共同作用下形成的特殊地貌单元。该海域沙脊个体巨大，呈辐射状分布于陆海相互作用的地带，储存着海岸演变、海面变化、气候变化、河口环境以及海洋环境的各种环境信息，是研究全球环境变化和陆海相互作用的理想载体。各个学科从不同的角度对南黄海辐射沙脊群展开研究，将极大促进人们对这一特殊地貌形态的认识，为开发海洋提供技术支撑。

参考文献

[1] 任美锷.江苏海岸带和海涂资源综合调查报告[M].北京：海洋出版社，1986： 1-5.

[2] 李海宁，王颖.GIS与遥感支持下的南黄海辐射沙脊群现代演变趋势分析[J].海洋科学，2002，26（9）：61-65.

[3] 张忍顺，王艳红，吴德安，等.江苏岸外辐射沙洲区沙岛形成过程的初步研究[J].海洋学报，2003，22（4）：41-47.

[4] 高敏钦，徐亮，黎刚.基于DEM的南黄海辐射沙脊群冲淤演变初步研究[J].海洋通报，2009，28（4）：168-176.

[5] 吴德安，张忍顺，李瑞杰.辐射沙洲潮流水道悬沙动力关系BP神经网络模拟研究[J].水运工程，2007，400（3）：19-25

[6] 王颖，朱大奎，周旅复，等.南黄海辐射沙脊群沉积特点及其演变[J].中国科学（D辑），1998，28（5）：385-393.