海南島東南部海岸砂丘風暴沖越沉積記錄

楊保明，高抒，周亮，趙秧秧，屠佳雨，王成龍

1.南京大學 中國南海研究協同創新中心，南京 210023 2.南京大學 海岸與海島開發教育部重點實驗室，南京 210023 3.華東師范大學 河口海岸學國家重點實驗室，上海 200062 4.廈門大學 海洋環境科學國家重點實驗室，福建廈門 361005

海南島東南部海岸砂丘風暴沖越沉積記錄

楊保明1,2，高抒3，周亮3，趙秧秧4，屠佳雨1,2，王成龍1,2

1.南京大學 中國南海研究協同創新中心，南京 210023 2.南京大學 海岸與海島開發教育部重點實驗室，南京 210023 3.華東師范大學 河口海岸學國家重點實驗室，上海 200062 4.廈門大學 海洋環境科學國家重點實驗室，福建廈門 361005

通過海南島東南部海岸詳細的古風暴學考察，在尖嶺海岸發現了含有風暴沖越沉積物的海岸沙丘剖面，分別命名為JL-1和JL-2剖面,試圖從海岸沙丘沉積記錄中提取歷史上的風暴事件信息。沉積物粒度、磁化率等參數的指標分析表明，這兩個剖面含有典型的風暴沖越沉積物，利用放射性核素AMS14C測年、OSL測年分析，并結合歷史文獻記載，確定這些風暴沉積層是多次臺風作用的產物，其形成機制與風暴浪越過海岸沙丘的堆積有關，風暴流越過沙丘頂部后不能回流，導致風暴流攜帶的沉積物迅速沉積。此外，依據Stockdon經驗公式計算結果，該地點沉積記錄所代表的最大風暴事件相當于100到200年一遇的重現期。研究表明，該處海岸沙丘沖越沉積含有南海臺風強度與重現期的重要信息。

古風暴學；沖越沉積；風暴強度；海岸沙丘；海南島

0 引言

二十一世紀以來，臺風及其引發的風暴潮、暴雨、大風等極端災害事件已給沿海地區造成巨大的生命財產損失[1-5]。在全球氣候變暖背景下，隨著全球性的人群和生產力向沿海地區大規模集聚，如今同樣強度的災害事件可造成數倍于原先的生命財產損失。近年來，隨著臺風長時間尺度的頻率、強度變化不確定性日益增加[6]，如何預防臺風引發的極端事件備受關注。由于現有器測風暴記錄時間尺度太短[7]，難以從中分析風暴事件的長期演化規律，因此需借助其他手段來擴展風暴活動記錄的年限。

古風暴學是近年來全球變化研究的前沿學科，主要借助地質記錄和歷史文獻記錄來研究風暴活動規律[4,8]。歷史文獻記錄具有時間準確、分辨率高的優勢，但與地質記錄相比年限較短，且常常受戰亂、朝代更替等影響[4,9]。根據沉積記錄分析方法，可利用濱岸環境中的潮灘沉積、灘脊或貝殼堤、澙湖沉積，重建歷史時期的風暴事件序列，其中，潮灘和沙壩—潟湖沉積是主要的研究載體之一，這是因為此類環境中正常天氣時沉積環境相對穩定，能夠較好地保存相應的沉積記錄[10-12]。對于海岸沙丘環境，Sallenger[13]給出了海岸沙丘風暴沖越沉積的形成模式，當臺風登陸時風暴浪侵蝕少量海灘前沿沉積物向岸輸運泥沙，波浪爬升高度RHIGH大于或等于沙丘高度DHIGH，且RLOW不大于DHIGH時，波浪就會越過沙丘，在沙丘陸側形成沖越沉積。這些條件可表示為：

此條件下形成的風暴沖越沉積物是風暴事件的直接證據(圖1)。

圖1 海岸沙丘風暴沖越沉積形成示意圖。一次臺風過程中波浪爬升最大高度(RHIGH)、波浪爬升的最低高度(RLOW)，沿岸沙丘最大高程(DHIGH)以及沙丘底層高程(DLOW)(改繪自參考文獻[13])Fig.1 Definition sketch of the parameters used to describe the morphological response in the Storm Impact Scale system; RHIGH and RLOW are representative high and low elevations, respectively, of the landward margin of the swash relative to a fixed vertical datum; DLOW is the elevation of the top of the dune; and DLOW is the elevation of the base of the dune(modified from reference[13])

國內外學者通過對現代風暴沉積的調查研究總結出風暴沖越沉積在野外的一般沉積特征，如沉積厚一般大于30 cm[14]；越岸沉積向案延伸的范圍離海灘小于300 m[15]；由大量近平行的紋層組成，這些紋層可復合組成多個沉積單元，每個沉積單元沉積物顆粒粗細呈正向遞變或反向遞變[16-20]；沉積單元中不包含泥質沉積層，且在沉積剖面垂直方向上，沉積物的顏色、結構、構造和理化指標發生突變[21-26]等。

此外還有學者對海岸沙丘中風暴沖越沉積形成的水動力條件以及沖越沉積對局地生態環境的影響等進行了研究[27-31]，但目前利用海岸沙丘沉積中風暴沖越沉積進行風暴頻率強度的重建研究較少，且主要集中于美國和大西洋沿岸地區，國內關于沖越沉積記錄的頻率和強度研究更是缺乏深入認識。本文選擇海南島東南部海岸尖嶺附近(圖2)的海岸沙丘作為研究對象，通過識別該地沙丘沉積記錄中的風暴沖越堆積體，探討海岸沙丘中風暴沖越沉積的特征和形成機制，并嘗試依據經驗公式計算形成風暴沉積的風暴強度。

1 研究區概況

海南島位于南海西北部，地勢四周低平，中間高聳，以五指山、鶯歌嶺為隆起核心，山地、丘陵、臺地、平原構成環形層狀地貌，梯級結構明顯。海南島岸線長1 725 km，以砂質海岸為主，基巖海岸、泥質海岸次之。東南部岸線長214 km，崎嶇曲折，多港灣和海岸沙丘[32]。本區屬于熱帶海洋性季風氣候，干濕分明，每年11月至翌年3月盛行東北季風，天氣干旱；5—9月盛行西南季風，多降水。研究區近岸海域屬于不規則半日潮，潮差較小，平均潮差為0.69～0.93 m，最大潮差為1.32～2.24 m[32]。海南島東南部頻受源自西太平洋和南海臺風的影響，登陸該地的臺風不僅頻率高強度大，而且季節范圍特別長[33]。

本文研究的尖嶺地點位于海南島東南部陵水縣新村潟湖東南側，兩側均被低山束縛，從整體岸線向外海呈“喇叭”形狀(圖2)，海灘前緣是珊瑚礁和基巖平臺，在正常天氣條件下，到達海岸的波浪較小，海灘沉積物細砂為主，海灘之上陸側存在較大面積的海岸沙丘分布。

2 材料與方法

2.1 樣品采集

經過詳細的野外考察，根據Morton[14-26,34]總結出的野外識別風暴沖越沉積的一系列特征，在尖嶺地點海岸沙丘中發現了多個含有典型風暴沖越沉積的沙丘剖面。該處風暴沉積以一個巨大的沖越扇為特征，沉積物整體顆粒由海向岸逐漸變細。在人工開挖的斷面上，本文選擇JL-1剖面和JL-2剖面為研究對象(圖3)。JL-1剖面距岸線100 m，風暴沉積層賦存于海岸沙丘頂部，其特征表現為分層特征明顯，具有平行層理結構，厚約2～3 m。JL-2剖面距岸線30 m，風暴沉積層位于灰黑色沙壤土層上部，具有典型的平行層理特征。在挖掘過程中，首先去除剖面表層的雜草，垂直鏟去20～30 cm的表層沉積物，使之呈現出原有的沉積地層，隨后根據土壤學、沉積學和地層學方法對剖面進行地層劃分和描述(表1，2)，并用RTK測量各風暴層的高程，最后選取剖面中的典型層位(10個)采集樣品，并在尖嶺附近海灘采集沉積物2個，對樣品袋進行編號并記錄沉積物類型。同時在兩個剖面中的風暴層各采集了2個OSL測年樣品，并選取了炭屑碎片作為14C測年樣品(圖3)。

2.2 實驗室樣品分析

進行實驗室粒度分析時，按粒徑組成情況取適量代表性樣品放入燒杯中，加入10～20 mL濃度為0.5 mol/L的六偏磷酸鈉溶液靜置24小時，使樣品充分分散成沉積時的原始狀態，再使用2 000 μm樣篩過篩，超過2 000 μm部分由于量少且無法上機測量，所以預處理時予以去除，剩余部分使用英國Malvern公司Mastersize 2000型激光粒度儀上機測試，測量范圍為0.02～2 000 μm，誤差小于1%。粒度參數(平均粒徑、中值粒徑、分選系數、偏態系數、峰態系數)的計算采用Folk-Ward公式[35]。

圖2 海南省東南部尖嶺研究區域圖(a,b)和研究地點位置圖(c,修改自Google Earth)Fig.2 The study area (a,b) and the location of Jianling site (c) in the southeastern Hainan Island (modified from Google Earth)

圖3 尖嶺地點沉積剖面圖(a)、JL-2剖面(b)、JL-1剖面(c)和JL-2剖面細節(d)Fig.3 Photographs showing the storm overwash deposits at the study site (a); Profile JL-2 (b); Profile JL-1 (c) and the detail of a part of Profile JL-2 (d)

深度/cm地層巖性特征描述0～10植被覆蓋層以灰白色細砂為主，多植物根系和植被碎屑，質地松散，大小較均一10～60風成砂層灰白色中砂夾薄層黑色砂，質地松散，大小較為均一60～150風暴沉積層灰色中砂夾灰白色粗砂，成平行狀層理，向陸方向逐漸尖滅，分若干小的紋層，各個紋層之間界限清晰，紋層之間存在較明顯侵蝕界面150～？粗砂層灰白色粗砂，質地松散，無結構構造

表2 尖嶺JL-2剖面地層劃分和巖性特征

磁化率測試首先稱取20 g左右樣品在低溫條件下(<40℃)烘干，然后用瑪瑙缽磨碎，再稱取樣品5 g裝入無磁塑料樣品盒中，利用英國Bartington儀器公司生產MS2型磁化率儀，測量樣品的低頻(0.47 kHz)和高頻(4.7 kHz)磁化率(Χlf，Χhf)。為保證測試精度，高、低頻磁化率均重復測試4次，并求其算術平均值。

OSL測年在室內安全紅光下，從鋼管兩端各掏出2～3 cm的樣品(去除曝光部分)，以備測樣品的含水量與環境劑量。管內樣品掏取后進行化學處理，加入H2O2，去除樣品中的有機物；加入稀鹽酸，溶解碳酸鹽或能被HCl溶解的一些暗色物質；之后篩選出150～180 μm的粗顆粒物質，用氫氟酸(HF) 浸泡40分鐘，溶解長石等礦物；然后用稀鹽酸沖洗后烘干，以備上機測試。為了避免樣品中殘留有長石信號，取少許樣品進行IR檢測，如果殘存較強的紅外信號，則使用 HF對樣品進行再次處理[36]，并最終制得符合測定要求的樣品。處理好的石英顆粒用硅膠油平鋪單層固定在直徑 10 mm 的不銹鋼片上制成靶樣。樣品測定儀器為Ris ?TL/OSL-DA-20釋光儀，最后采用軟件 AGE.exe 計算得出所有樣品的光釋光年齡值。

在美國邁阿密Beta實驗室完成AMS14C測年。使用分餾效應校正后得到慣用年齡，日歷年齡是慣用年齡經過CALIB 5.0[37]校正所得。

3 結果

3.1 剖面粒度特征

粒度分析是識別和判定現代和古風暴沉積的重要手段[3,38]。本文在剖面JL-1和JL-2中選取了風成砂層、風暴層透鏡體、風暴夾層、砂壤層的沉積物和外側海灘沉積物作對比。

從表3、表4可以看出，在JL-1剖面，風暴沉積物尤其是風暴透鏡體(JL-1-1)其沉積物500～2 000 μm粒度百分比含量明顯比其下部砂壤土層高許多，在<63 μm粒度含量顯著小于其下部砂壤土層；風暴砂層JL-1-1至JL-1-3的分選為0.69～0.83，要明顯好于其下部灰色砂壤層(1.38～1.45)，灰色砂壤層偏度接近0且呈現略微負偏態，中值粒徑和平均粒徑十分接近，表明該沉積物可能來自于海灘沉積物，因為海灘沉積物受波浪和潮汐的反復作用，沉積物偏度接近0且多數呈現近正態分布。在JL-2剖面，風暴沉積物500～2 000 μm粒度百分含量(11.84%～67.80%)同樣比其下部砂壤土層(12.86%)高許多，風暴沉積物在<63 μm粒度含量(0.00～1.08%)顯著小于其下部砂壤土層(7.85%)。另外風暴沉積物的分選系數(0.61～0.83)要明顯好于其下部砂壤土層(表4)。

砂壤層沉積物JL-1-4、JL-1-5和JL-2-5，中值粒徑和平均粒徑十分接近，介于248～295 μm，砂壤層在各自剖面的分選都是最差(1.14～1.45)，峰態最寬(2.26～3.38)，表明該層沉積物受到明顯的成壤改造作用。

表3 尖嶺風暴剖面粒度特征

表4 尖嶺風暴剖面粒度參數

海灘沉積物(JL-B上和JL-B下)，平均粒徑分別為227 μm和261 μm，平均粒徑與中值粒徑十分接近，分選較好，正態分布，峰值略偏正(0.96)。海灘上部沉積物比下部沉積物粗，應該是海灘上部受波浪潮汐能量作用更高的結果。海灘沉積物的平均粒徑均明顯小于風暴沉積物，應是由于海岸淺水區域存在珊瑚礁和基巖平臺，耗散了絕大部分的入射波能。因此在正常天氣情況下，該地點波浪較小，使得所形成的海灘沉積物以細砂為主。

所以，風暴層中這些更粗的粗砂質沉積物應該是高能水動力作用下的產物。

粒度頻率分布曲線可直觀展示沉積物粒度分布特征，是海洋事件沉積研究中常用的方法之一[13,39]。風暴砂層粒度要明顯比海灘沉積物更加正偏，表明這些風暴沉積物沉積時起動力條件明顯高于常規海灘沉積物；此外風暴砂層粒度比砂壤土層更加正偏，這可能因為砂壤土層是在風成砂的基礎上后期受成壤改造作用形成。

從圖4也可以看出，風成砂層與砂壤層粒徑分布曲線十分相似，這說明風成砂層與原砂壤層的物源可能是一致的，而砂壤層沉積物左側出現的小峰值應該是較強成壤作用的結果，形成了部分泥質沉積物。風暴層中值粒徑峰值達到850 μm，比風成砂層與外側海灘顆粒粗許多，說明風暴沉積層與風成砂和砂質土壤層的形成原因存在顯著不同，進一步表明這些風暴沉積物都是高能水動力事件作用的產物。

圖4 尖嶺風暴沖越沉積粒度分布曲線Fig.4 Grain size frequency curves of representative sediment samples at Jianling

3.2 剖面磁化率特征

沉積物樣品磁化率反映沉積物中鐵磁性礦物含量的變化，磁化率值的大小變化則主要受到沉積物物源，風化成壤作用和沉積動力等因素控制[40]。從尖嶺磁化率結果來看(表5)，風暴層和風暴粗砂層的磁化率最低，介于(3.33～18.33)×10-8m3/kg之間，但JL-2剖面中風暴層中細砂夾層的磁化率呈現顯著高值為81.03×10-8m3/kg，這可能是由于細砂層的顆粒更細，富集了更多的鐵磁性礦物，也可能是由于該地區的鐵磁性礦物粒徑與細砂層所在粒徑的范圍相近，更容易在較細顆粒的沉積物中富集。另外，從海灘沉積物中也可以看出，海灘上部較粗顆粒物質比海灘下部較細顆粒物質的磁化率明顯偏低。此外，砂壤土層的磁化率較高，為65.03×10-8m3/kg，盡管其粒度與風成砂層相近，但其磁化率值卻顯著高于風成砂層(33.33×10-8m3/kg)，這可能是砂壤曾經受到較為強烈的成壤作用所致。

表5 尖嶺海岸砂丘風暴沉積剖面沉積物磁化率

3.3 風暴事件年代

對于海南島東南部海岸砂丘風暴事件發生年代的確定，本文采取14C、OSL測年和歷史文獻記載相結合的方法。JL-1剖面存在風暴沖越沉積層，如表1、表6和表7所示，風暴沉積層的深度處于0.6～1.5 m之間，OSL樣品(JL-1)采集于1.05 m，測得的年齡為75 ± 30 a，而采集于1.5 m深處的14C年代樣品植物碎屑年代約為0 a B.P.，結合歷史文獻記載、釋光年代的誤差及前人統計(表8)[41-42]，推測在1.5 m深處的風暴事件年代應該為1954年。在JL-2剖面中，如表2、表6和表7所示，存在三層風暴沖越沉積層，風暴沉積層的深度處于0.2～3.50 m之間，OSL樣品(JL-2)采集于風暴層的1.10 m，測得的OSL年代為120 ± 60 a，而采集于2.5 m深處的14C年代樣品植物碎屑年代約為0 a B.P.，結合歷史文獻記載、釋光年代的誤差及前人統計(表8)[41-42]，可以推測JL-2剖面位于0.9～2.5 m深處的風暴沉積記錄應該為1954年，而0.2～0.9 m深度的風暴沉積層應該是1973年和1981年2次臺風中的單次或者共同作用的結果，而其下部2.5～3.5 m 深處的風暴沉積層可能是1920年、1921年、1925年和1931年中的單次或多次臺風作用的共同結果。

表6 尖嶺樣品的14C年代結果

4 討論

4.1 海岸砂丘風暴沖越沉積的識別和沉積特征

由上述分析可知，尖嶺海岸砂丘沉積中存在典型的沖越沉積(圖3)。從剖面JL-1和JL-2可以看到，風暴層具有平行狀、波狀、交錯層理，呈多層狀特征。每個風暴層由若干紋層組成，每一紋層應該代表了一次風暴波浪的沖越過程。這些薄紋層又由粗砂—極粗砂層和大量較厚的細砂—中砂層交疊在一起構成，每個紋層粗砂顆粒單元往往位于下部，而細砂顆粒位于沉積紋層單元的中下部，與風暴沖越層底部弱成壤層形成鮮明對比，而且不同風暴事件沉積之間的風成作用沉積層。

表7 尖嶺樣品的OSL年代結果

表8 1900—1985年登陸或影響陵水地區的臺風記錄[42]

另外，在距離海岸較遠的JL-1剖面可見前積層理，沉積層較薄，主要以平行層理為主，風暴層下部可見薄層有機質堆積；在靠海端主要以向陸傾斜層理為主，沉積層較厚，粗顆粒單元和細顆粒單元分異明顯，風暴層下部有機質層較薄。

室內粒度和磁化率的分析進一步揭示了尖嶺地區風暴沉積特征。該處風暴沉積物尤其是風暴透鏡體(JL-1-1)的500～2 000 μm粒度百分含量比其下伏砂壤土層明顯偏高，<63 μm粒度含量顯著小于其下伏砂壤土層，風暴砂層分選系數(0.69～0.83)要明顯好于其下部灰色砂質壤土層(1.38～1.45)。

從磁化率分析結果來看，風暴層和風暴粗砂層的磁化率最低，介于(3.33～18.33)×10-8m3/kg之間，砂壤層中磁化率呈顯著高值，為(44.33～65.03)×10-8m3/kg之間，但JL-2剖面中風暴層中細砂夾層的磁化率呈現顯著高值為88×10-8m3/kg，這可能是由于細砂層的顆粒相比砂壤層更細，富集了更多的鐵磁性礦物，也可能是該地區的鐵磁性礦物粒徑與細砂層所在粒徑的范圍相近、更容易在較細顆粒的沉積物中富集所致。綜上所述，尖嶺風暴沉積物相對于風成砂丘和灰色砂壤土，其粒度更粗，分選更好。另外，風暴沉積物磁化率更低，表明其風暴成壤作用較弱，粗顆粒沉積中鐵磁性礦物含量較低，與灰色砂壤土顯著磁化率高值存在明顯差異。這些理化指標特征都顯著不同上部風成砂層和地步磚紅色砂壤土層，可進一步判定這些平行狀和波狀層理沉積物為典型的沖越風暴沉積物。由此通過野外宏觀特征考察判斷和室內分析結果可以總結出，JL-1和JL-2剖面中風暴沉積層具有以下特征：1) 風暴沉積層與其下伏砂壤土層在顏色上存在顯著差異，砂壤土的顏色更加偏暗，且有一定程度成壤；2) 風暴沉積層的平行層理結構非常明顯，微層理厚度2～10 cm，每個微層理包括一個粗砂層和一個粗砂質細砂層，這些特點與其下部無層理結構砂壤土有十分明顯的差異；3) 風暴沉積物沉積厚度為50～70 cm，粗砂層粒度比砂壤土更粗，細砂層粒度則與風成砂相近或者偏細，但質地較均一，結構疏松；4) 風暴層中間存在較明顯的風成砂夾層，夾層無層理結構，質地不均一。

盡管海嘯事件也可能形成海岸砂丘中的極端事件沉積，但在海南島東南部近幾百年歷史文獻記載中，并未發現任何海嘯事件影響該區域的文獻記載[42]，所以可以排除尖嶺地區的高能堆積物為海嘯事件導致的可能。

4.2 海岸砂丘沉積記錄中風暴沉積的形成機制

近岸帶主要分為波破線以外的近海區，激浪帶和波浪爬高帶。波浪爬高區處于水陸相互作用區域，是陸地上風暴潮沉積的主要堆積區。但是風暴潮期間，波浪作用傾向于將海岸泥砂向海搬運[43]，在增水面以上特別是波浪爬高區形成風暴沉積較為困難，需要具備一定的條件[43]，即向岸輸砂率要大于離岸輸砂率，但是如果在波浪爬高區受到地形影響只有上沖流沒有回波流，則也可以在波浪爬高區形成風暴沉積。形成風暴沉積的另一個必須條件是近岸帶泥砂中沉積物顆粒較大，因為在風暴潮期間，波浪強度增大，泥砂如果不夠粗，近岸物質會以懸移質形式被離岸搬運，所有泥砂都會被風暴浪以離岸流形式帶到水下砂壩[44-45]。

尖嶺灘脊的后濱地區地勢較為平坦(圖1，3)，當特大風暴在尖嶺附近海岸登陸或者影響到該地區時，風暴浪挾帶巨量泥砂沉積物越過灘脊后，迅速向內陸蔓延，由于后濱海拔低于灘脊，從而導致風暴沖越流無法形成回流，使得攜帶的細顆粒沉積物全部在灘脊后緣及后濱迅速沉積，形成沖越扇(圖5)。此外，尖嶺風暴沉積層自下而上出現粒度變細的遞變趨勢，這說明風暴浪越過灘脊后水動力能力迅速下降，沉積物逐漸沉積，形成粒度自下而上逐漸變細的遞變趨勢[46-47]。因為每次風暴事件會產生大量風暴浪，這些風暴浪挾帶泥砂越過灘脊后在灘脊后緣及后濱共同形成了一系列沖越沉積紋層，所以在JL-1和JL-2剖面中形成了上百層紋層。

圖5 尖嶺風暴沖越沉積模式圖Fig.5 The schematic pattern of the overwash deposits at Jianling

4.3 風暴事件的強度

與沖越沉積的識別相比較，由沖越沉積特征來確定古風暴的強度存在很多挑戰。一般來說，臺風強度與風暴增水有著較好的對應關系，臺風越強，對應的風暴增水越高，在同一個海岸上的波浪越高，相應形成的沖越扇就越大[4]。在風暴增水的影響下，風暴浪挾帶外海粗顆粒泥砂在爬高過程沖刷和侵蝕灘面，當風暴浪足夠大時，風暴浪能越過灘脊，在灘脊后緣及后濱形成沖越扇，在蔓延過程中，速度會逐漸降低，沉積物隨之沉降下來。因此風暴沉積物的高程的最高點(即風暴沉積物尖滅點的高程)可近似代表風暴波浪的最大爬高。

為了計算波浪爬升高度，前人做了許多研究[48-52]。本文采用Stockdonetal.[53]基于Holman等[48-49,54-55]的數據和美國東西部海岸海灘的觀測數據而建立的風暴波浪爬高經驗公式：

(1)

式中R2%是超過平均波浪爬高高度2%的高度值；H0是深水波高的顯著波高，L0是深水波長；βf是海灘前沿的水下坡度。其中L0是由波浪周期T決定的：

(2)

式中T是深水波浪周期，g是重力加速度。

Stockdon波浪經驗公式[52]中，海灘前沿水下坡度β的確定本文根據海圖中的水深數據，建立海灘前沿斷面，并準確計算出尖嶺剖面的海灘前沿水下坡度為7°。尹紅強[56]基于SWAN模型對1949—2013年達到臺風級別的471次熱帶氣旋進行臺風浪模擬，給出了南海海域65年間有效波高及其對應的平均周期，研究表明南海地區1949—2013年間臺風風暴波浪的最大平均周期約為10～13 s，海南島東南部地區最大有效波高為15～18 m。基于極值公式計算獲得百年一遇的有效波高約為15～16 m，200年一遇的有效波高為18～19 m。

假定有效波高為H0=15 m，波浪周期為T=12 s，則L0=224.71 m，根據公式(1)計算可得，在JL地點的波浪爬高高度約為6.21 m；假定有效波高為H0=18 m，波浪周期為T=13 s，則L0=263.72 m，根據公式(1)計算可得，尖嶺的波浪爬高約為7.47 m。

為驗證試驗結果的可靠性，我們對2013年臺風“海燕”在尖嶺的實際爬高和范圍進行了調查，測量得到“海燕”引起的波浪爬高約為4.64 m。根據前人研究，該臺風靠近海南島三亞地區時最高風速為42 m/s，最大有效波高超過10 m[57-58]，平均波周期約為8 s。設H0為10 m，波浪平均周期為8 s，基于公式(1)計算可得，其波浪爬高約為4.16 m，與實際調查結果十分接近，誤差約為10%。

如表9所示，根據假定的100年一遇臺風風浪條件計算得到的尖嶺波浪爬高為6.21 m，對比實測的風暴沉積物的海拔高度，可以發現100年一遇臺風風浪爬高明顯低于JL-2剖面中風暴層最高點高程，但卻高于JL-1剖面中風暴層頂部的高程。而根據200年一遇臺風風浪條件計算得到的波浪爬高分別為7.47 m，接近JL-2剖面最高層風暴沉積層頂部高程。由于JL-1剖面位于灘脊后部，海拔較低，不能代表實際風暴時間的風暴波浪時間的爬高，因此位于海灘頂部的JL-2剖面可以較好地代表風暴事件的波浪爬高。而JL-2剖面風暴層上的高程(7.62 m)應為登陸該地點強度最大的風暴事件，由此推斷登陸該地點的最大臺風強度介于100～200年一遇。

表9 尖嶺砂丘剖面中風暴層尖滅點高程

5 結論

本文基于沉積學分析，結合沉積物粒度和磁化率理化指標的分析，識別出海南島東南部尖嶺兩個海岸砂丘剖面(JL-1和JL-2)中的風暴沖越沉積物；通過14C和OSL測年并結合歷史文獻記載，判定JL-1中風暴事件應該是1954年臺風作用的結果；而JL-2中的2.5～3.5 m深處的風暴事件則可能是1920年、1921年、1925年、1931年中的單次或者多次風暴作用的共同結果，上部0.9～2.5 m深度的風暴沉積層記錄了1954年的風暴沉積事件，而最上部0.2～0.9 m深度的風暴記錄則可能代表1973年和1981年兩次臺風中的單次或者兩次臺風事件共同作用的結果。根據尖嶺地貌特征和砂丘中風暴沉積特征的對比，得出該地風暴沖越沉積的形成應是由于尖嶺海灘灘脊海拔較低、風暴浪挾帶泥砂沖越過灘脊后無法回流、繼續向灘脊后部平坦的后濱地帶輸運并迅速沉降堆積而形成。由于一次臺風事件會產生大量風暴增水，因此每個事件層包含了多個風暴沖越沉積紋層。依據Stockdon經驗公式，計算了尖嶺兩個海岸砂丘剖面沉積中記錄的風暴事件的波浪爬高，判定登陸該地點風暴事件的最大臺風事件強度應介于100～200年。

致謝 感謝高建華老師對本文粒度實驗的指導幫助，感謝王丹丹、張龍輝參加野外調查工作。南京大學海岸與海島開發教育部重點實驗室協助完成磁化率測試，美國邁阿密Beta實驗室幫助完成AMS14C測年。感謝匿名審稿專家對本文提出的寶貴意見。

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ACoastalDuneOverwashRecordofTyphoonStormEventsfromSoutheasternHainanIsland

YANG BaoMing1,2, GAO Shu3, ZHOU Liang3, ZHAO YangYang4, TU JiaYu1,2, WANG ChengLong1,2

1.CollaborativeInnovationCenterofSouthChinaStudies,NanjingUniversity,Nanjing210023,China2.MinistryofEducationKeyLaboratoryforCoastandIslandDevelopment,NanjingUniversity,Nanjing210023,China3.StateKeyLaboratoryofEstuarineandCoastalResearch,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China4.StateKeyLaboratoryofMarineEnvironmentalScience,XiamenUniversity,Xiamen,Fujian361005,China

In the present study, coastal dune deposits are analyzed to derive the information on historical storm events. Paleotempestology investigations were carried out for the southeastern part of Hainan Island. The storm deposits identified are interbedded within the aeolian coastal dune proles on the Jianling coast. They are characterized by coarse-grained overwash deposits during the extreme storm events, as revealed on the basis of detailed stratigraphic division, grain size and magnetic susceptibility analyses. The age of the storms events was determined using the14C and OSL dating methods, in combination with historical documents. When a storm surge hits the coast, the coastal dune may be overtopped or breached, and a low-lying dune associated with a large, flat terrain at the backshore is suitable for trapping the storm sediment to form a thick-bedded, sandy washover deposit. The Stockdon empirical equation was used to calculate the overwash height, indicating that the storm record at the Jianling site represents the product formed by several storms, with their return periods being 100 to 200 years. The result obtained implies that the coastal dune here contain important information on the intensity and frequency of occurrence of the South China Sea typhoons.

paleotempestologic analysis; storm deposits; coastal dunes; storm intensity; Hainan Island

1000-0550(2017)06-1133-11

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.06.005

2017-03-31；收修改稿日期2017-04-28

國家自然科學基金重點項目(41530962,41706096)[FoundationKey Program of National Natural Science Foundation of China, No. 41530962,41706096]

楊保明，男，1992年出生，碩士研究生，海洋地質學，E-mail: sgao@sklec.ecnu.edu.cn

高抒，男，教授，E-mail: sgao@sklec.ecnu.edu.cn

P512.2

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