秦皇島市翡翠島沙丘環(huán)境變化特征分析

張?zhí)煸?+曹秀芝

摘要 利用2008—2016年翡翠島氣象觀測數(shù)據(jù)、渤海海冰監(jiān)測、人工監(jiān)測沙丘流量等資料，應(yīng)用風(fēng)沙物理學(xué)原理、沙漠氣象學(xué)、MICAPS 3.1地理信息系統(tǒng)及國內(nèi)沿海沙丘動態(tài)特征分析等方法，探討沙丘環(huán)境變化特征，為當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活的開展提供參考。

關(guān)鍵詞 翡翠島沙丘監(jiān)測；海陸沙源循環(huán)；風(fēng)動力因子；海冰因素；河北秦皇島

中圖分類號 P737.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）22-0217-01

秦皇島昌黎黃金海岸位于渤海西海岸帶中部區(qū)域，海岸線全長52.1 km，歷經(jīng)千年風(fēng)、潮汐、海流及河流的作用，形成一條長40 km、寬4 km的新月形沙丘和沿海數(shù)道沙堤組成的沉積地貌，為中國海岸帶沙丘最高峰，分陸域和海域2個部分，渤海四級河流入海分布及翡翠島一帶沙丘，2008年實景航拍測得峰高約36 m。因此，翡翠島沙丘變化特征分析需要采取最新監(jiān)測資料補(bǔ)充或訂正。

1 研究資料與方法

以2008—2016年翡翠島人工監(jiān)測沙丘流量及影像資料為線索，查詢同步氣象觀測數(shù)據(jù)、渤海海冰船舶監(jiān)測與衛(wèi)星遙感等資料。本著時間與空間匹配原則，估算翡翠島沙丘環(huán)境變化特征，探討地理特征、氣象因素及海洋環(huán)境等不同要素因子對沙丘變化的影響。

1.1 氣象監(jiān)測資料

選取翡翠島氣象站2008—2016年10 m風(fēng)資料，及2015—2016年山海關(guān)造船廠碼頭、秦皇島港2號碼頭氣象站盛行風(fēng)，分析優(yōu)勢風(fēng)動力效應(yīng)，并對比昌黎站風(fēng)速差值與上游站海區(qū)大風(fēng)和海冰資料，對比沙丘同步監(jiān)測資料，探討其中機(jī)理及新的研究結(jié)論。

1.2 2008—2016年海冰監(jiān)測資料

秦皇島海區(qū)船舶監(jiān)測與FY-3A氣象衛(wèi)星遙感：分析重冰期外緣線、冰厚、冰型、冰情等，與出現(xiàn)偏東大風(fēng)次數(shù)、氣壓場、海溫及岸基最低氣溫時段匹配，確定同步資料鏈接節(jié)點(diǎn)。

1.3 沙丘監(jiān)測資料

翡翠島沙丘動態(tài)監(jiān)測為2008年10月至2016年6月，分為3類數(shù)據(jù)：①2008—2016年航拍及實景照片；②2008年10月至2013年12月每年氣象監(jiān)測站7×7×h體積重量，坡度10～20°，距離35 m；2013年1月至2015年6月7×7×h體積重量，坡度20～30°，距離40 m；③2015年7月至2016年6月逐月分別為2個不同坡度0.4×0.4×h體積重量，坡度30～40°，距離40～45 m。沙粒度資料來源于中科院地理所。

2 翡翠島地理、氣象及海洋因素分析

2.1 地理與沙源變化

昌黎翡翠島海岸是中國北方沿岸沙丘發(fā)育最典型的區(qū)域。沙丘分布范圍北起洋河口，南至灤河口北，其中灤河北至七里海岸段沙丘發(fā)育最為典型[1]。此段沿岸主沙丘為加積型橫向沙丘鏈，自北向南沙丘高度逐漸減小，主沙丘內(nèi)側(cè)向陸方向依次分布多列新月形沙丘鏈、灌叢沙丘、沙席，多呈準(zhǔn)固定狀態(tài)[2-3]。

2.2 氣象因素影響

影響沙丘變化的氣象因素較多。如邊界層風(fēng)場對流沙的動力因素，盛行風(fēng)與優(yōu)勢風(fēng)的相互作用，冬季優(yōu)勢風(fēng)比岸基昌黎站風(fēng)速量級明顯偏大3～5 m/s。春季蒸發(fā)量大，干沙層在出現(xiàn)西南大風(fēng)時易形成局部揚(yáng)沙天氣；夏季降水量是全年集中時段，沙丘整體含水量大，有固沙作用；秋季為冷暖空氣轉(zhuǎn)換時段，干沙層逐漸增厚；沙丘變化活躍期在冬季，渤海北部被大陸冷高壓控制，東北季風(fēng)盛行，平均每月有4～5次冷空氣侵襲，每次均造成6～7級偏北大風(fēng)，有時達(dá)9～10級，風(fēng)向逆時針變化，即由E→N→W方向變化，持續(xù)1～2 d，在秦皇島近海及翡翠島海岸帶還可出現(xiàn)11～12級偏東大風(fēng)，且持續(xù)2～3 d。近30年秦皇島沿海站平均風(fēng)速3.0～3.5 m/s，盛行季風(fēng)主要為西風(fēng)、西南風(fēng)及東北風(fēng)，春季（3—5月）為風(fēng)速的大值時段，平均為3 m/s，冬季次之。

2.3 海洋環(huán)境因素

2.3.1 影響近海海區(qū)沙源水動力條件。潮汐、海流、海浪相互作用，在入海河流沙流量逐步遞減因素下，自我修復(fù)近海3～5條沙帶，偏西大風(fēng)沉降近海風(fēng)沙也混合在沙帶中，在夏季東風(fēng)涌浪作用下向海岸帶輸送表層細(xì)沙，維持翡翠島海岸沙帶平衡總量。

2.3.2 重冰期渤海海冰影響。海冰是渤海特有海洋災(zāi)害現(xiàn)象，一般為3個月冰期，12月為初冰期以岸基冰為主，1月至2月上旬為重冰期，2月下旬至3月初為融冰期。根據(jù)冰情綜合監(jiān)測結(jié)果又分為3～4個量級，在重冰期海冰外緣線>20 km時，把海岸線水平方向整體擴(kuò)展37.04 km，在海冰摩擦系數(shù)小和海陸溫差作用下導(dǎo)致水平氣壓梯度加大，使偏東風(fēng)風(fēng)速在海岸帶脈動迅速增強(qiáng)，并把偏西大風(fēng)沉降在冰面浮沙又吹回岸基沙丘，成為翡翠島冬季流沙新的動力因素之一。海冰低于A類標(biāo)準(zhǔn)參照上述定義為0.10。

2.3.3 重冰期渤海海冰對偏東大風(fēng)的影響個例。2008—2016年渤海共出現(xiàn)2次重冰年，2013年和2016年從翡翠島沙丘變化監(jiān)測，明顯看出比輕冰年沙流量多40%～60%。風(fēng)沙物理學(xué)給出啟動速度，海洋學(xué)給出風(fēng)與浪對應(yīng)關(guān)系，氣象學(xué)給出動力學(xué)機(jī)理。單一學(xué)科難以給出冬季突然增多的成因，通過重冰期典型大風(fēng)個例綜合分析初步得出其動因。

3 結(jié)論

（1）西部海區(qū)入海河流沙源量自然減小后，潮汐、海流、海浪相互作用，自我修復(fù)近海3～5條沙帶存沙量，在渤海中部、東部北上的臺風(fēng)、渤海氣旋造成的風(fēng)暴潮及>3 m的長波涌浪效力更加顯著，維持近海至海岸線沙帶平衡總量。岸基沙丘盛行風(fēng)與優(yōu)勢風(fēng)相互作用，不同高低沙丘流沙處于微環(huán)循狀態(tài)，維持海岸帶至沙丘之間總量及形態(tài)平衡[4]。

（2）有利于翡翠島沙丘風(fēng)沙啟動和增加高度在冬季12月至2月，渤海北部被大陸冷高壓控制，東北季風(fēng)盛行，平均每月有5～6次冷空氣侵襲，造成由偏東轉(zhuǎn)為西北大風(fēng)6～7級，有時達(dá)9～10級，持續(xù)1～2 d；冬季優(yōu)勢風(fēng)比岸基昌黎站風(fēng)速量級明顯偏大3～5 m/s。春季蒸發(fā)量偏大，西南大風(fēng)易形成局部揚(yáng)沙天氣；夏季降水天氣偏多，短期固沙效益顯著。

（3）在優(yōu)勢風(fēng)和盛行風(fēng)作用下，偏東風(fēng)從海岸線—監(jiān)測站50 m×50 m流沙移動平均量80 t/年，主要月份為12月至翌年2月；偏西風(fēng)從沙丘后部邊緣線—監(jiān)測站50 m×50 m流沙移動平均量50 t/年，主要月份為3—5月；其他月份不顯著。

（4）2008年以來渤海海冰高度變化與重冰期相關(guān)，海冰是渤海特有海洋災(zāi)害現(xiàn)象，一般冰期為3個月，1—2月上旬為重冰期，當(dāng)海冰外緣線>20 km時，海岸線水平方向整體擴(kuò)展了37.04 km，在海冰摩擦系數(shù)小和海陸溫差作用下導(dǎo)致水平氣壓梯度加大，導(dǎo)致偏東風(fēng)風(fēng)速在海岸帶脈動迅速增強(qiáng)，成為翡翠島冬季流沙新的動力因素之一。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 高善明.灤河口北岸海岸沙丘的形成時代[J].海洋湖沼通報，1983（3）：29-32.

[2] 董玉祥.中國溫帶海岸沙丘分類系統(tǒng)初步探討[J].中國沙漠，2000，20（2）：58-64.

[3] 王為，吳正.華南海岸沙丘巖形成與全新世環(huán)境變化的關(guān)系[J].地理學(xué)報，2009，64（9）：1126-1133.

[4] 李志文，李保生，王豐年.海岸沙丘發(fā)育機(jī)制之研究現(xiàn)狀評述[J].中國沙漠，2011，31（2）：357-366.endprint