百年尺度东海内陆架风暴与洪水事件重建

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未来全球变化可能使极端事件的强度增加、频度提高,这带来了更新海岸带防护标准的课题。由于台风、洪水的器测记录时间较短,需要从其他载体寻找替代指标以延长台风、洪水记录的时间跨度,这样才能推算出更可靠的防护标准。陆架泥质区的风暴、洪水事件沉积记录,历史文献中的有关灾害记录,是拓展台风和洪水记录的两个方向。因此,本文提出了两个科学问题:(1)与气象观测同期的沉积物中也留下了台风/洪水事件沉积,二者之间有怎样的关系(怎样的台风、洪水留下了沉积记录);(2)沉积记录反演的台风/洪水序列与替代性的台风/洪水历史文献记录是否一致。为了解决这些问题,本项研究试图通过台风、洪水观测记录与沉积记录的耦合,重建百年尺度东海内陆架风暴、洪水事件,并与气象灾害记载的台风暴潮、洪水成灾事件相印证,以期探讨陆架泥质区对台风、洪水事件的保存潜力,及其可能反映的台风信息(如路径和强度等)。2018年在浙江温岭近海采集了一根2 m长的短柱样J1,2019年在长江口三角区采集了一根2.13 m长的短柱样A7-3。在实验室进行了岩心扫描、粒度分析、210Pb和137Cs比活度分析;对A7-3还测试了有机碳氮含量。采用210Pb定年法确定沉积物的年代。同时,在中央气象台台风网等收集台风的观测数据(19492019年),收集长江大通水文站的年最大径流数据(19492019年)及18401949年的长江洪水历史文献记录。通过多指标建立J1的台风事件沉积判定程序:当沉积物的平均粒径、Zr/Fe变大时,判断为有锆石成分的台风沉积;当沉积物的平均粒径、Sr/Al、Ca变大时,判断为非锆石组分的台风沉积。通过多指标建立A7-3的台风/洪水判定程序:当沉积物的平均粒径、Zr/Rb变大时,若TOC/TN也变大,则判断为台风沉积或洪水沉积,无法有效区分;当沉积物的平均粒径、Zr/Rb变大时,若TOC/TN变小,则判断为有锆石成分的台风沉积;当沉积物的平均粒径、Sr/Al、Ca变大时,判断为非锆石组分的台风沉积。将识别的台风、洪水沉积记录与器测台风、洪水记录通过时间标尺进行耦合分析,得出以下结论。(1)J1的沉积速率约为1.10 cm/a,年代跨度大约是1836年至2018年;从J1共识别出25次台风沉积事件,其中气象观测时期(19502018年)有6次台风事件留下了沉积记录,这6次台风的平均风速与影响J1的所有台风平均风速比较接近,且大多数属于登陆浙闽、成灾较严重的III型和IV型台风。通过多变量综合分析,发现就J1点而言,沉积记录中台风事件的保存潜力在20%30%。(2)A7-3的沉积速率约为2.32 cm/a,年代跨度大约是1926年至2019年;从A7-3共识别出7次台风、洪水沉积事件,其中气象观测时期(19502018年)有2次台风事件、3次洪水事件留下了沉积记录。而通过对比沉积记录与观测记录,发现当沉积物的层位同时出现平均粒径变大、Zr/Rb变大、TOC/TN变大时,该层位更有可能是洪水沉积。就A7-3点而言,沉积记录中台风事件的保存潜力大致为6%15%,洪水事件的保存潜力为10%20%。总结:高能的洪水事件更有可能在沉积物中留下痕迹,而台风事件能否在沉积物中留下痕迹与其强度大小没有显著关系。在东海内陆架地区,长江口泥质区的沉积速率高于浙闽沿岸泥质区,浙闽沿岸泥质区对台风的保存潜力更大。这些认识有助于更好地利用沉积记录中保存的台风事件拓展台风记录的时间跨度,也有助于指导未来的采样地点,以尽可能多地获得保存更完整的台风沉积记录。
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