秦皇岛市翡翠岛沙丘环境变化特征分析

张天云++曹秀芝

摘要 利用2008—2016年翡翠岛气象观测数据、渤海海冰监测、人工监测沙丘流量等资料，应用风沙物理学原理、沙漠气象学、MICAPS 3.1地理信息系统及国内沿海沙丘动态特征分析等方法，探讨沙丘环境变化特征，为当地生产生活的开展提供参考。

关键词 翡翠岛沙丘监测；海陆沙源循环；风动力因子；海冰因素；河北秦皇岛

中图分类号 P737.1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）22-0217-01

秦皇岛昌黎黄金海岸位于渤海西海岸带中部区域，海岸线全长52.1 km，历经千年风、潮汐、海流及河流的作用，形成一条长40 km、宽4 km的新月形沙丘和沿海数道沙堤组成的沉积地貌，为中国海岸带沙丘最高峰，分陆域和海域2个部分，渤海四级河流入海分布及翡翠岛一带沙丘，2008年实景航拍测得峰高约36 m。因此，翡翠岛沙丘变化特征分析需要采取最新监测资料补充或订正。

1 研究资料与方法

以2008—2016年翡翠岛人工监测沙丘流量及影像资料为线索，查询同步气象观测数据、渤海海冰船舶监测与卫星遥感等资料。本着时间与空间匹配原则，估算翡翠岛沙丘环境变化特征，探讨地理特征、气象因素及海洋环境等不同要素因子对沙丘变化的影响。

1.1 气象监测资料

选取翡翠岛气象站2008—2016年10 m风资料，及2015—2016年山海关造船厂码头、秦皇岛港2号码头气象站盛行风，分析优势风动力效应，并对比昌黎站风速差值与上游站海区大风和海冰资料，对比沙丘同步监测资料，探讨其中机理及新的研究结论。

1.2 2008—2016年海冰监测资料

秦皇岛海区船舶监测与FY-3A气象卫星遥感：分析重冰期外缘线、冰厚、冰型、冰情等，与出现偏东大风次数、气压场、海温及岸基最低气温时段匹配，确定同步资料链接节点。

1.3 沙丘监测资料

翡翠岛沙丘动态监测为2008年10月至2016年6月，分为3类数据：①2008—2016年航拍及实景照片；②2008年10月至2013年12月每年气象监测站7×7×h体积重量，坡度10～20°，距离35 m；2013年1月至2015年6月7×7×h体积重量，坡度20～30°，距离40 m；③2015年7月至2016年6月逐月分别为2个不同坡度0.4×0.4×h体积重量，坡度30～40°，距离40～45 m。沙粒度资料来源于中科院地理所。

2 翡翠岛地理、气象及海洋因素分析

2.1 地理与沙源变化

昌黎翡翠岛海岸是中国北方沿岸沙丘发育最典型的区域。沙丘分布范围北起洋河口，南至滦河口北，其中滦河北至七里海岸段沙丘发育最为典型[1]。此段沿岸主沙丘为加积型横向沙丘链，自北向南沙丘高度逐渐减小，主沙丘内侧向陆方向依次分布多列新月形沙丘链、灌丛沙丘、沙席，多呈准固定状态[2-3]。

2.2 气象因素影响

影响沙丘变化的气象因素较多。如边界层风场对流沙的动力因素，盛行风与优势风的相互作用，冬季优势风比岸基昌黎站风速量级明显偏大3～5 m/s。春季蒸发量大，干沙层在出现西南大风时易形成局部扬沙天气；夏季降水量是全年集中时段，沙丘整体含水量大，有固沙作用；秋季为冷暖空气转换时段，干沙层逐渐增厚；沙丘变化活跃期在冬季，渤海北部被大陆冷高压控制，东北季风盛行，平均每月有4～5次冷空气侵袭，每次均造成6～7级偏北大风，有时达9～10级，风向逆时针变化，即由E→N→W方向变化，持续1～2 d，在秦皇岛近海及翡翠岛海岸带还可出现11～12级偏东大风，且持续2～3 d。近30年秦皇岛沿海站平均风速3.0～3.5 m/s，盛行季风主要为西风、西南风及东北风，春季（3—5月）为风速的大值时段，平均为3 m/s，冬季次之。

2.3 海洋环境因素

2.3.1 影响近海海区沙源水动力条件。潮汐、海流、海浪相互作用，在入海河流沙流量逐步递减因素下，自我修复近海3～5条沙带，偏西大风沉降近海风沙也混合在沙带中，在夏季东风涌浪作用下向海岸带输送表层细沙，维持翡翠岛海岸沙带平衡总量。

2.3.2 重冰期渤海海冰影响。海冰是渤海特有海洋灾害现象，一般为3个月冰期，12月为初冰期以岸基冰为主，1月至2月上旬为重冰期，2月下旬至3月初为融冰期。根据冰情综合监测结果又分为3～4个量级，在重冰期海冰外缘线>20 km时，把海岸线水平方向整体扩展37.04 km，在海冰摩擦系数小和海陆温差作用下导致水平气压梯度加大，使偏东风风速在海岸带脉动迅速增强，并把偏西大风沉降在冰面浮沙又吹回岸基沙丘，成为翡翠岛冬季流沙新的动力因素之一。海冰低于A类标准参照上述定义为0.10。

2.3.3 重冰期渤海海冰对偏东大风的影响个例。2008—2016年渤海共出现2次重冰年，2013年和2016年从翡翠岛沙丘变化监测，明显看出比轻冰年沙流量多40%～60%。风沙物理学给出启动速度，海洋学给出风与浪对应关系，气象学给出动力学机理。单一学科难以给出冬季突然增多的成因，通过重冰期典型大风个例综合分析初步得出其动因。

3 结论

（1）西部海区入海河流沙源量自然减小后，潮汐、海流、海浪相互作用，自我修复近海3～5条沙带存沙量，在渤海中部、东部北上的台风、渤海气旋造成的风暴潮及>3 m的长波涌浪效力更加显著，维持近海至海岸线沙带平衡总量。岸基沙丘盛行风与优势风相互作用，不同高低沙丘流沙处于微环循状态，维持海岸带至沙丘之间总量及形态平衡[4]。

（2）有利于翡翠岛沙丘风沙启动和增加高度在冬季12月至2月，渤海北部被大陆冷高压控制，东北季风盛行，平均每月有5～6次冷空气侵袭，造成由偏东转为西北大风6～7级，有时达9～10级，持续1～2 d；冬季优势风比岸基昌黎站风速量级明显偏大3～5 m/s。春季蒸发量偏大，西南大风易形成局部扬沙天气；夏季降水天气偏多，短期固沙效益显著。

（3）在优势风和盛行风作用下，偏东风从海岸线—监测站50 m×50 m流沙移动平均量80 t/年，主要月份为12月至翌年2月；偏西风从沙丘后部边缘线—监测站50 m×50 m流沙移动平均量50 t/年，主要月份为3—5月；其他月份不显著。

（4）2008年以来渤海海冰高度变化与重冰期相关，海冰是渤海特有海洋灾害现象，一般冰期为3个月，1—2月上旬为重冰期，当海冰外缘线>20 km时，海岸线水平方向整体扩展了37.04 km，在海冰摩擦系数小和海陆温差作用下导致水平气压梯度加大，导致偏东风风速在海岸带脉动迅速增强，成为翡翠岛冬季流沙新的动力因素之一。

4 参考文献

[1] 高善明.滦河口北岸海岸沙丘的形成时代[J].海洋湖沼通报，1983（3）：29-32.

[2] 董玉祥.中國温带海岸沙丘分类系统初步探讨[J].中国沙漠，2000，20（2）：58-64.

[3] 王为，吴正.华南海岸沙丘岩形成与全新世环境变化的关系[J].地理学报，2009，64（9）：1126-1133.

[4] 李志文，李保生，王丰年.海岸沙丘发育机制之研究现状评述[J].中国沙漠，2011，31（2）：357-366.endprint