全新世以来中国东部海面变化数据集

该数据集主要根据国际上公开发行的海面变化相关观测数据以及国内外公开发表的相关研究数据和文献数据整理而成,主要包括全球海面与潮位变化数据(19世纪以来)、卫星测高数据(1992-2002年)、中国地区的海面遗迹数据(东部沿海及主要三角洲地区)及全新世海面变化(1万年以来)数据以及从相关文献图表中提取的数据和图件。

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应用案例:东中国海海面地形时空变化

该研究借助全新世以来中国东部海面变化数据集提供的全球范围内的卫星测高数据,提取全球与中国近海及相邻洋区的海面地形和海面变化速率的时空变化规律。深入研究了黄东海及邻近海域平均海面和海面变化速率的空间分布特征及海面高度的年内变化特征。

结果显示近十年来全球平均海面高度和变化速率存在显著的空间不均匀性,海面高的最大、最小值分别121cm和-180cm,上升速率的最大、最小和平均值分别为1.9cm/a,-1.5cm/a和1.06mm/a,中国近海的海面最高值和最低值分别为121cm和-15.1cm。海面变化的速率高于全球平均值。整个海区海面变化速率最大相差16mm/a,中国沿岸附近的海面变化速率变化呈现南快北慢的趋势,但数值变化比较平缓,相差3.5mm/a。对黄东海海区海面地形的结果显示,该区海面地形南高北低,西高东低,由东南向西北倾斜,最大高差超过90cm。从海面地形年内变化的空间分布看1~6月份,中部较低,南部较高;7~12月份,中部较高,而南部较低。

图1.全球海面地形
图2.全球海面变化速率
图3.1993-2002全球逐年平均海面变化速率
图4.东中国海海面地形特征(1993-2002)
图5.东中国海海面变化速率(1993-2002)
图6.黄东海及其邻近海域海面地形时空变化(1993-2002)

已服务项目

该特色数据集支持重大项目较多,如为国家自然科学基金:基于几何代数的时空场数据特征解析与结构匹配方法研究、江苏省高校自然科学基金:多维时空场数据建模与特征分析的Clifford代数方法、科技部重大科学研究计划:扬子大三角洲演化与陆海交互作用过程及效应研究等众多重大项目提供了数据支持。

太湖流域数据集

本特色数据集收集的太湖流域相关数据集包括:1:20万太湖流域地形数据、1:25万太湖流域土地利用类型数据、2000年太湖流域遥感影像、太湖流域地面沉降等速率数据、太湖流域行政区数据、太湖流域水系数据、水陆分界二值数据、太湖流域内各个市县的社会经济1992到2002年的社会经济指标数据(GDP、第一产业增加值、第二产业增加值及人口)。本数据集罗列了太湖流域地区的基础地理数据,社会经济发展数据等,由江苏省基础地理数据和长江三角洲数据及水系流域数据等整理而得。

平台可申请数据包括:

应用案例:人地系统未来演化情景预估

该研究在已有的太湖流域各数据集的的基础上,基于海面-地面系统研究思路,模拟预测了三种不同场景下2002年-2030年海面上升(以吴淞站位的验潮数据为基准)对太湖流域土地利用及社会经济的影响。

结果显示,随着海面上升值的增加,太湖流域所受的潜在影响的也越来越大。上海市区是受影响最严重的城市,不同的土地利用类型中,平原水田受影响的面积最大,湖州市是潜在受影响平原水田面积最大的城市。

图1-研究区范围
图2-低方案
图3-中方案
图4-高方案
图5-2030年海面-地面系统演变影响评价试验方案
图6-三种情况下平均潜在受影响情况

已服务项目

该特色数据集支持的重大项目众多,为各项目提供数据支持及技术服务,为太湖流域科学研究、太湖治理等多方面研究提供了支持,重大项目有:

南京水利科学研究院中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金:基于环境一号卫星数据的太湖富营养化状态遥感评价;

国家水体污染控制和专项治理科技重大专项“国家水环境遥感技术体现研究与示范”:面向湖泊水色遥感的多元数据融合与生成研究;

国家建设高水平大学公派研究生项目: 基于多遥感源的长江三角洲地区城市监测及其对植被初级生产力的影像分析;

太湖水质目标管理平台研制与应用检验:流域污染源分区分类合算与减排分析及管理平台校验;

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项:太湖流域污染模拟与管理措施情境分析;

中国科学院重点部署项目:太湖水质目标管理平台研发等。

长三角地区田野考古数据集

该数据集主要是300多个包括长江三角洲地区新石器时期和隋唐的田野考古数据记录(全新世沉积厚度数据、考古数据钻孔数据),年代为7000年-隋唐时期共8个时段的数据,全新世沉积厚度数据、考古数据钻孔数据、2000年、2030年的影响评价结果图及数据说明(包括DEM数据)。

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长三角地区1:50万水文地质与第四纪地质钻孔数据库(1980s)

长江三角洲地区1:50万水文地质数据:相关数据主要包括水文地质基本信息、钻孔地层信息、开采井信息、监测井及其水位、水温、水质、水量监测信息。相关数据主要来源于扬州、南京等地区的水文地质钻孔资料。比例尺为1:50万,年代为20世纪80年代,数据类型为图片和属性数据。

长江三角洲地区1:50万第四纪地质数据:数据库主要包含了长江三角洲(无锡以东)第四纪钻孔分层数据的钻孔编号、孔口标高、底板埋深、基底数据等数据,数据类型为图片和属性数据。主要服务于相关领域的研究人员,为研究环境地质变迁信息服务奠定基础,提供数据资源保障。

应用案例:海面地面系统演化过程模拟

该研究基于海面-地面系统研究思路,以共享网提供的现代地面高程数据和全新世沉积厚度数据为基础,利用GIS技术和虚拟现实技术建立模拟系统, 重建并模拟了10 000 a BP—AD2100时段内100a—1a和1km—1cm的不同时、空分辨率的长江三角洲海岸演变过程。并利用考古遗址点数据和古海滨砂堤数据对模拟结果进行验证。研究成果表现为该时段内不同尺度的沉积厚度图、地形图、古地貌分层设色图和古地貌三维晕染图、以及长江三角洲地区在研究时段内的动态演变过程的动画文件。

试验结果显示了该研究区的现代海陆格局大体上在3000abp奠定基础的,且在一万年以来有一个明显的海侵时期。模拟所采用的海面控制参数在全新世中期曾经几度高于现代海面,但是研究区从未成为汪洋大海,有大片的陆地可供古人栖息。但研究区内曾经有不少地带曾经受到过海洋的影响,几度成为0~-2m之间的海滨湿地。

图1-二维动态演变过程模拟
图2-三维动态演变过程模拟

已服务项目

该特色数据集服务于省级国家级等各项重大项目,为国家建设高水平大学公派研究生项目:基于多遥感源的长江三角洲地区城市监测及其对植被初级生产力的影像分析等提供数据支持,并为本科课程:地貌学原理等提供数据支撑与帮助。

中国东部及长江中下游地区洪灾数据库

该数据库搜集整理了19世纪以来中国东部以及长江中下游地区历次洪涝的相关记录。包括统计数据,洪灾图片,洪灾发生时的气候、水文资料。数据集包含了洪灾数据库、洪灾图表数据库和洪水相关图件数据库三个数据库,其中洪灾数据库7主要根据相关文献图表中提取的数据,包括19世纪以来长江中下游地区历次洪涝的相关记录。反映了该流域主要的洪水过程及相关影响。洪灾图表数据包括了19世纪以来中国东部洪灾记录数据及图件。洪水相关图件数据库主要根据相关文献图表中提取的图件,包括了长江、太湖及其他流域的洪水相关过程,反映了该流域主要的洪水过程及相关影响。以及主要洪水事件的影响范围、区域洪灾危险等级、洪水过程线、洪峰空间分布等洪水相关图件。

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应用案例:长江口三角洲演变与各要素关系

该研究借助19世纪以来中国东部及长江中下游地区洪灾数据库提供的洪灾图表数据,洪水相关图件及洪灾发生时的气候水文资料,对长江口前缘沙洲演变与流域泥沙要素关系、长江入海水沙通量与三角洲演变模式关系、长江口三角洲演变与陆海水力要素量化关系等进行了深入研究。

结果显示长江口前缘南汇边滩、九段沙和江亚南沙及横沙东滩和浅滩3个沙洲-5m以浅面积1958-1989年为淤涨趋势,1989-1997年略有侵蚀,1997-2000年转为淤涨趋势,2000-2009年表现为持续锐减趋势;建立了沙洲面积冲淤速率与流域入海沙量、含沙量关系曲线,沙洲整体达到冲刷和淤涨平衡时的临界入海沙量、含沙量分别为2.83×108t/a与0.318kg/m3;依据以往三峡水库蓄水后入海沙量多年变化的估算成果,沙洲将在三峡水库蓄水后60a左右-5m以浅面积冲刷至1958年水平,而三峡水库蓄水后(2003-2011年)入海沙量低于预测数值,沙洲面积的减少趋势将加剧。沙洲面积的锐减将使得长江河口的湿地保护、自然资源及城市安全等面临严重威胁。

图1.1958-2000年沙洲面积变化
图2.2000-2009年沙洲面积变化

近期(1950-2011年)长江流域入海水量变化不大,沙量表现为阶段性的减少,同时含沙量自 1985 年左右也表现为锐减趋势,海平面 1978-2011 年为上升趋势。长江河口水下三角洲 1985-2009 年期间伴随着流域入海水量、沙量和海平面综合作用表现为冲刷和淤涨交替变化,其中 1997-2000 年的淤涨主要受流域水量增加控制,但2000-2009 年表现为持续的冲刷,是综合因素作用的结果。建立三角洲典型区域面积变化速率和陆海水力要素量化关系曲线,流域入海水量、沙量和含沙量的增加均有利于三角洲淤涨,而海平面的上升不利于三角洲的淤涨。同时流域和海域水力要素变化对三角洲演变的影响程度上,流域大于海域,其中流域入海流量的影响最大,即长江河口演变过程中流域水力要素的影响占主导作用。

图3.长江河口水下三角洲演变

流域入海流量和输沙率的改变对长江河口水下三角洲演变模式重要影响,近期水沙组合不同,流量和输沙率的贡献也发生一定变化。研究表明,流域入海流量无明显变化趋势,输沙率和含沙量均表现为一定的阶梯型减小趋势,近期入海流量和年内分配上为 10 月和 11 月减小,12月至次年3月增加,输沙率洪季减幅大于枯季;长江河口三角洲演变模式经历了淤涨、淤涨减缓、侵蚀的变化过程,输沙率在其演变中的贡献大于流量,但大水年或是枯水年水量贡献不容忽视;近期(2003-2010 年)入海流量和输沙率组合不同,近期三角洲淤涨比例减少,侵蚀比例增加。平衡状态中流量淤涨比例增加,沙量淤涨比例大幅减少,即流量在三角洲演变中的影响逐渐加强。河口三角洲是河流和海域两矛盾共同影响,虽流域占主导作用,但海域作用不容忽视。

图4.1958-2009年水下三角洲变化

已服务项目

该特色数据库服务项目较多,为各项目提供数据支持及技术服务,服务项目包括: 南京师范大学优秀高层次人才科研启动基金项目:基于几何代数与张量代数的多维时空过程结构解析与重构方法研究; 科技部重大项目:重大水利工程影响下河口水沙和地貌变化过程 国家自然科学基金:长三角地区土地利用景观变化特征分析、基于生态过程模型的长三角地区景观变化预测等。

已支撑论文

该特色数据库已支撑各单位各研究者开展研究,获得丰硕成果,已支撑论文数篇,包括: 杨云平. 长江口水沙条件变化与地貌系统作用关系研究[D]. 2014. 杨云平, 李义天,樊咏阳。长江口前缘沙洲演变与流域泥沙要素关系[J]。长江流域资源与环境,2014,23(5):652-658. 杨云平, 李义天,Xue Guoqiang。长江入海水沙通量与三角洲演变模式关系[J]. 水力发电学报,2014, 33(2): 162-167. 杨云平, 李义天,Xue Guoqiang。长江口三角洲演变与陆海水力要素量化关系[J]. 水力发电学报, 2014, 33(1): 88-94. Yang Yunping, Li Yitian, Zhu Lingling, et al. Study on the relationship between water and sediment discharge and the deltaic evolution of Changjiang River Estuary [C]. Proceedings of 2013 IAHR Congress