全球河口懸浮泥沙濃度過去20年明顯增加

河流懸浮泥沙在維持河口三角洲濕地方面發揮著至關重要的作用。近幾十年來，世界各地由于河壩修建導致許多河流輸沙呈減小趨勢。目前全球河口三角洲沿岸懸浮泥沙的動態及驅動因素尚未得到全面評估，河口懸浮泥沙對河流輸沙變化的響應仍然不清楚。

黃河三角洲泥沙羽。（中山大學供圖）

中山大學聯合南方科技大學、華東師范大學水環境遙感團隊及荷蘭烏特勒支大學海岸帶地貌學團隊聚焦全球河口懸浮泥沙的變化，采用衛星遙感技術對過去20年全球349個大型河流的河口懸浮泥沙變化進行了監測，提供了349個河口過去20年的月均懸浮泥沙濃度數據集，并分析了各河口懸浮泥沙的變化對河流輸沙變化的響應，探討了影響河口懸浮泥沙變化的關鍵因素。4月18日，相關成果論文發表于《自然-通訊》。

“該研究有助于了解河口三角洲沿岸懸浮泥沙的時空格局，對科學評估海平面上升背景下海岸帶濕地的脆弱性具有十分重要的意義，也為各地方針對其海岸區域保護和恢復制定相關政策奠定了科學基礎。”論文第一作者、中山大學測繪科學與技術學院副教授侯雪姣告訴《中國科學報》。

揭秘河口懸浮泥沙的變化

海岸帶懸浮泥沙在維護沿海濕地、海岸帶生態系統和河口三角洲發育方面起著至關重要的作用。

許多研究表明由于河流上游大壩的修建，一些河口（比如：中國長江、越南湄公河）懸浮泥沙減少，使得河口三角洲面臨沿岸侵蝕、紅樹林減少等問題。但這些研究多局限于局部區域，全球河口是否都因大壩的修建而面臨河口懸浮泥沙減少的問題仍不清楚。

“近幾十年來，各種全球尺度的評估均表明河流水壩的修建導致許多河流輸沙量減少。但在2022年有學者基于放射性同位素的方法研究了北美近岸1950年前后的沉積物變化，發現盡管1950年以后北美修建的水壩數量激增，但并未導致北美近岸沉積物的減少，建壩后近岸的沉積物量是建壩前的兩倍以上。一種可能的解釋是，海岸帶懸浮泥沙會受到海岸水動力學，比如河流流量、潮汐和波浪與沉積物輸移之間的反饋影響。因此，更好地了解河口懸浮泥沙的長期變化及其影響因素對于準確評估河口海岸帶未來的演變方向至關重要。” 論文通訊作者、南方科技大學環境科學與工程學院副教授馮煉介紹說。

為了了解全球河口懸浮泥沙的變化，團隊利用MODIS衛星遙感數據，構建了全球349個河口從2000至2020年的懸浮泥沙數據集，生成了目前分布范圍最廣、時間尺度最詳盡的河口懸浮泥沙濃度數據集，為科學評估河口懸浮泥沙的分布變化提供了翔實的基礎數據支持。研究發現，在過去20年，全球大部分河口的懸浮泥沙都呈現了增加的趨勢，其中北美、非洲及北極的河口懸浮泥沙增加明顯，但南亞地區的河口懸浮泥沙顯著減少。

揭示河口懸浮泥沙對河流輸沙的響應

人們通常認為河流輸沙減少會限制河口海岸帶的懸浮泥沙量，進而增加海岸帶濕地喪失的風險。

為了理解河流輸沙對河口懸浮泥沙的影響，團隊利用衛星獲取的河流輸沙量變化數據，結合研究獲取的河口懸浮泥沙變化數據，分析了河口懸浮泥沙對河流輸沙的響應。研究表明，有45.2%的河口懸浮泥沙與河流輸沙之間的變化呈相反的趨勢。通過分析發現這些河口的河流輸沙比較小，潮汐作用比較弱，但波浪作用比較強。

為了深入挖掘河口懸浮泥沙與河流輸沙變化不一的原因，團隊利用衛星獲取的河流輸沙量數據，結合模型模擬的潮汐、波浪數據及鹽度數據分析了河口懸浮泥沙變化的影響因素。研究發現河口懸浮泥沙的季節性變化除了與河流輸沙量有關，還與潮汐及波浪作用密切相關，河流輸沙量大、潮汐或波浪作用強的季節均會表現出較高的懸浮泥沙濃度。這一發現突顯了河口懸浮泥沙對河流輸沙響應的復雜性。

有趣的是，研究發現從河口懸浮泥沙長期變化來看，往往只有河流輸沙量大、潮汐作用強的河口懸浮泥沙濃度較高，而波浪作用強的河口懸浮泥沙反而較低。

“出現這種季節性和長期性的影響差異，可能在于河口懸浮泥沙的變化除了受河流輸沙、河口水動力因素的影響，還受河口地貌的影響。相比河流和潮汐主導型河口三角洲，波浪主導型河口三角洲的懸浮泥沙濃度會更低，這可能是因為波浪主導型河口三角洲沒有較多的分流河道，且基本都是沙質海岸線，這一特征使得波浪主導型河口不能長期有效地保留懸浮泥沙。波浪可能會短暫增加懸浮泥沙濃度，但長期較強的波浪主導作用往往會導致懸浮濃度降低。” 論文通訊作者、荷蘭烏特勒支大學助理教授Jaap H. Nienhuis介紹說。

未來應用

該研究監測到的全球河口懸浮泥沙的變化及其對河流輸沙的響應可為河口海岸帶濕地保護修復提供寶貴的理論支撐。研究發現并非所有河流輸沙減少都會導致河口懸浮泥沙減少，至少在該研究分析的時間范圍內是如此。此外，研究發現到過去二十年河口懸浮泥沙明顯增加。懸浮泥沙增加可能能夠幫助河口海岸濕地更好地抵抗未來海平面上升的威脅，這也側面反映以往研究可能高估了海岸帶濕地的脆弱性。

該研究提供的懸浮泥沙濃度數據集也可以作為管理和恢復海岸環境的數據支撐。懸浮泥沙增加促進三角洲面積擴大，大量沉積物形成新的泥灘，可為各種生物提供更多棲息地。然而，并非所有增加的懸浮泥沙對海岸生態系統都具有積極作用。懸浮泥沙濃度升高會影響水下光合作用和水生生物的生存，因為水體渾濁度增加，水下光的可見性將降低。此外，增加的懸浮泥沙還可能加劇水質惡化，甚至導致藻類大量繁殖，因為懸浮泥沙是陸源污染物（如農藥、營養物質和重金屬）的重要載體。因此，河口懸浮泥沙的增加是否有利于海岸帶的可持續發展仍需要進一步研究。