搭建河口海岸与经济建设的桥梁
——河口海岸学国家重点实验室

2021-06-19 07:35
科学中国人 2021年11期
关键词:三角洲河口实验室

我国河口海岸具有鲜明的区域特色,高浊度水体、宽浅陆架在世界上独一无二;淤泥质海岸漫长,独具特色;长江、黄河、珠江三大河口属世界级的典型河口,而且流域人口密度世界第一,近30年人类活动对河口海岸的影响巨大。因此,我国河口海岸研究科学意义重大,产生原创性的世界级成果,并且丰富国际上河口海岸研究的理论体系,将会为我国沿海经济与社会发展做出更大的贡献。

河口海岸学国家重点实验室依托于华东师范大学,于1989年由国家计委批准筹建,1995年12月通过国家验收并正式向国内外开放。实验室总体定位为:围绕我国沿海经济带,特别是三大河口三角洲地区发展对河口海岸研究的迫切需求,结合我国河口海岸的区域特色,瞄准河口海岸学科国际发展前沿,发挥实验室多学科交叉渗透和综合分析优势,利用高新技术手段,深入研究河口海岸地区的物理过程、化学过程、生物过程、地质过程及这些过程间的相互作用和全球变化与人类活动对这些过程的影响,丰富和发展具有我国特色的河口海岸学科理论体系,同时为我国沿海地区资源开发、重大工程建设、环境保护及社会经济的可持续发展服务。

研究目标明确

实验室主要从事河口海岸的应用基础研究,研究方向为:河口演变规律与河口沉积动力学、海岸动力地貌与动力沉积过程、河口海岸生态与环境。河口演变规律与河口沉积动力学的研究着重于对潮汐河口的水动力、泥沙动力、河槽演变、沉积过程、物质通量、界面过程及全球变化响应的研究,揭示自然和人类活动作用下各种河口过程的变化规律及其相互作用,为河口的综合开发和治理服务。海岸动力地貌与动力沉积过程的研究着重于对淤泥质海岸在波、流作用下的泥沙运动特征,沉积过程及潮滩剖面塑造等方面,揭示细颗粒泥沙的运移规律、岸滩冲淤演变机制,为海岸工程和海岸资源的开发利用服务。河口海岸生态与环境的研究着重于对河口海岸动力过程相应的生态学和生物地球化学的研究,揭示在陆海交互作用下生态动力学特点及化学物质的迁移规律;阐明河口海岸湿地生态系统的结构、功能、演替与生物多样性,为河口海岸地区的生态环境保护和可持续发展服务。

实验室在原“211工程”、原“985工程”、上海市重点学科建设等支持下,科研条件得到质的改善,基本上达到了国际上中等实验室的层次。科研条件的改善使科技人员能采集到一般仪器得不到的原始资料,开展用常规设备无法进行的室内测试分析,从而提升科技人员进行原创性研究,进一步提高了科技人员研究成果的国际化程度,增强了科技人员在解决河口海岸重大工程中关键科学问题的能力。

实验室通过多学科交叉渗透和综合分析,深入研究各种时空尺度的河口海岸动力沉积和动力地貌过程及人类活动对自然环境与过程的影响,揭示河口海岸各地区自然要素和界面的相互作用与变化规律,发展河口海岸学科理论体系,同时为港口航道等工程建设、沿海资源开发、生态环境保护、规划管理等服务。

科研技术领先

近期,实验室在流域入海物质通量变异及其对河口环境的影响、河口盐水入侵规律与淡水资源利用、河口动力沉积过程及其在深水航道工程中的应用、河口三角洲沉积环境、淤泥质海岸冲淤演变及其工程应用、河口海岸生物地球化学过程、滨海湿地生态系统结构和功能等领域取得一批有重要影响和创新意义的研究成果,这些成果丰富和发展了具有我国特色的河口海岸学科理论体系,有效地解决了长江口深水航道整治工程、长江口淡水资源开发利用、杭州湾北岸冲刷防护等重大(点)工程中的关键科学技术问题,为长江三角洲地区社会经济的可持续发展做出了应有的贡献。

实验室开展了上海市教育委员会科研创新计划自然科学重大项目“长江三角洲蓝图重绘的基础科学问题研究”。河口海岸是地球系统的重要组成部分、国际地学前沿的重点研究区域。作为河口海岸的重要子系统,三角洲发生的快速变化,引发了未来海岸蓝图重绘的经济与社会可持续发展问题。长江三角洲深受全球气候海面变化和人类活动的影响,是研究系统状态转换下三角洲演化机理的极佳区域。针对长江三角洲系统转型问题,实验室通过物理过程、边界条件和初始条件概化,基于水动力学物理方程建立数值模型,进行过程和机制刻画;发展采用沉积物收支方程进行三角洲谱系模拟的新方法,构建三角洲本征态和“衍生态”模式,在此基础上给出不同系统状态下的三角洲谱系及相关变量的定义域;同时,实验室还会进行三角洲系统状态转换模拟,给出新状态下三角洲演化的时空动态序列,基于三角洲演化的谱系理论,进行10~100年的中长期三角洲岸线、沙岛、最大浑浊带演化预测,为长江三角洲未来发展蓝图重绘提供理论依据。

实验室还开展了科技部重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项“水环境的高光普及多源高分辨率光学遥感研究”。该项目中方承担单位为华东师范大学,外方是比利时皇家自然科学院。合作研究目标为共同研制新的遥感反演算法,定量反演全球河口/海岸/内陆浑浊水体浮游植物种类和特征色素浓度、非生物颗粒物浓度、类型和粒径等水环境参数;充分发掘国内/外先进的高光谱/高空间分辨率多源卫星观测技术对水环境监测和定量评估的应用潜力;在全球典型浑浊水域开展算法及产品验证,为未来卫星传感器的设计提供科学依据,为中外卫星观测水环境提供应用示范。中外研究团队通过项目内容分工合作,拟实现技术集成和创新、方法及区域优势上互补双赢,使研究与技术水平达到世界先进水平,并通过应用示范,提升我国对地观测技术的应用能力、信息服务和决策支持水平,为我国防灾减灾、水质环境、生态安全、港口工程、气候变化等重要领域提供监测与评估信息及决策支撑。

发展之心坚定

如今,实验室在国际上的地位和影响力不断提升,系列研究成果得到国际同行的认可,提出的动力、沉积、地貌综合分析与生物、化学过程相结合和宏观把握、微观量化的学术思想,以及解决实际问题的能力得到国际同行的赞赏。现实验室与美国、英国、荷兰、德国、日本、加拿大、韩国等相关研究机构保持着紧密的合作关系。每年平均有40多人次赴国外从事合作研究与学术交流,平均接待国内外专家、学者来室学术交流或合作研究60多人次。从总体上来讲,实验室已从过去主要参与国际合作的角色转换到现在共同主持,部分合作项目则以实验室为主的态势。实验室人员在16个国际学术计划或学术组织中任职,在23个SCI期刊任编委或副主编职务。

依托单位华东师范大学十分重视并大力支持实验室建设,实验室将继续发扬“艰苦创业、开拓创新、求实创优”的精神,坚守“求是、求实、求新、求成”的学术风范,迈步新征程,攀登新高峰,努力把河口海岸学国家重点实验室建设成国际一流的河口海岸研究中心、高层次人才培养与聚集的中心和国内外河口海岸学术交流的中心,为促进世界河口海岸学科的发展和实现国家可持续发展做出更大贡献。

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