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河口海岸学研究方向和应用前景 精选

已有 8736 次阅读 2016-7-12 15:33 |个人分类:研究生|系统分类:科研笔记


这个题目看上去有些过于专业化,但实际上我的发言将集中于比较轻松的话题,第一是为什么要研究河口海岸?第二是哪些同学最适合于这个研究领域?让我们从以下几个方面来寻找答案。

第一,我们需要确定河口海岸在地球上的位置。地球表面的大部分被海洋所覆盖,少部分是陆地,两者之间的界线称为海岸线。但海岸线的位置不是一成不变的。潮涨潮落使水边线发生水平迁移。在更长的历史时期里,地球还经历了海面变化,18000年前岸线位置比现在低130m,那时整个东海陆架都是出露的,岸线离开上海有600km远。另外一点,就算岸线被固定,岸线两侧的环境特征也会同时受到海洋、陆地的影响,如海上刮来的台风可深入陆地很远,而陆地通过河流进入海洋的淡水、沉积物和溶解物也有很大影响。因此,岸线两侧的地带实际上构成一个海洋与陆地之间的过渡地带。这个地带在地球历史上有水平迁移。如果按照第四纪即过去200万年的时间尺度,这一地带就变得十分广袤,可能占到整个地球表面的20%以上。河口是海岸带的重要组成部分,其特点是河流向海洋进行物质输送的必经通道。

第二,我们要问:河口海岸有什么重要性呢?长话短说,这个地带是经济、社会发展的重心所在。这里交通便利、土地肥沃、气候宜人,最能吸引人。在我国,东部沿海是经济相对发达的区域,而最发达的地方又集中于长三角、珠三角、京津唐等少数几处。长江三角洲有一个全球记录:单位面积土地能够养活的人口最多。上海就是富饶的长江三角洲的一部分,这里每亩土地每年产出26万元的GDP。从历史的眼光看,我们会有一个疑问:既然长三角这么好,为何古代我国社会重心却是在内地呢?这与科学技术的水平有关。三角洲地区的洪涝、台风、灾害必须要能够防范,在古代这些都是难题,现在不同了。现代科学技术已经解决了海岸带开发的各种障碍。

第三个方面的问题是:河口海岸还需要研究哪些问题?怎样进行研究?这些问题可以宏观地看,也可以微观地看。宏观上,学术研究的目的是要提高人类的知识水平。英国哲学家罗素在他的名著《西方哲学史》里说过,人类的知识分三大类,即科学的、哲学的和宗教的知识。进一步细分,科学知识包含自然的、社会的和工程技术的知识。自然科学的体系主要是针对物质(如物理、化学)、生命现象(如生物学、医学)以及地球环境(如海洋科学、环境科学)的研究,其共同点是要以数学为工具进行系统特征刻画和分析。

地球与环境科学有一些有别于其他门类科学的核心理念。首先,要特别关注时空尺度问题。不同时空尺度上起主导作用的过程和机理是不同的。在这里,“过程”是指影响系统行为的各种因素以及它们起作用的方式(通过能量、物质、信息等),而“机理”是与特定现象相关联的某些过程的组合。其次,地球环境的研究经常要依赖于现场观测和取样。这个学科不能像物理学、化学那样进行“判决性实验”。所以,从事这项工作,有许多外出旅行的机会。如果说其他学科人员旅行的目的主要是学术会议和合作研究,那么本学科还要加上现场观测的目的,而且相关的学术会议也有不少野外旅行的安排。因此对于喜欢旅行的人们,地球科学研究是很有吸引力的。最后,对地球的研究不仅要关注现象及其解释,而且要关注演化问题。河口海岸学研究属于地球科学,因此它具有相同的核心理念。此外,由于河口海岸区域是经济发展的重心,因此研究中会遇到十分复杂的问题,需要多学科交叉,像河流三角洲体系的过程-产物关系、生物地貌演化与海面变化及海水酸化的关系、海岸盐沼湿地-陆架生态系统动力耦合模型等就是这样的问题。

在微观上,河口海岸学面临许多现实的问题。虽然人类已经能够在这一地带立足和生存,但也面临着许多挑战。在基础研究上,要从物理、化学和生物过程入手,来寻求河口海岸系统的各种规律。从物质和能量守恒的原理出发,已建立了一些定量刻画的控制方程(如物理海洋学中的连续方程和动量方程),当然其中所含的参数还需要深入分析(如与紊动相联系的扩散系数)。而在生物过程方面,控制方程的建立还是空白,今后似乎可以信息传递(基因等)的角度去思考。

应用方面的关键之一,是如何考虑气候变化和人类活动主导下的系统行为和未来演化。这里涉及多个有趣的主题,资源、环境、生态、灾害,还要加上人地关系。单说生态问题,现在我们大力倡导生态文明,因而需要进行生态系统动力学的研究。生态系统包含生物和它们所在的生活环境,从藻类、浮游和底栖动物、鱼类再到更上层的物种(鲸等),再从海水表面到水层深处再到海底环境,足以让人们产生极大的兴趣。河口海岸环境的鱼类很独特,非陆地或开敞海洋鱼类所能比拟;河口鱼是本领最大的鱼,可在不同的盐度下生存,鲻鱼就是一个例子。长江鲥鱼、刀鲚也是与河口环境有关的珍稀鱼类。陆架区的海鱼种类很多,而且有不少传奇般的故事。如鳕鱼的味美让巴斯克人成为捕捞高手,而鳕鱼资源的分配又引发了国际政治问题,这激发了M. Kurlansky的灵感,他在 1997年出版了《Cod:a biography of the fish that changed the world一书,专门讨论这个问题。从事河口海岸研究,将有更多机会与海鱼和海洋生态系统接触。

回到最初我们所提的问题,我建议的答案是:之所以要研究河口海岸,是因为其经济、社会的重要性,以及对人类智力的挑战。喜欢旅行的同学们可以考虑进入这个研究领域,如果还喜欢海鱼,那就更好了。

(本文是2016712日在华东师范大学河口海岸学国家重点实验室参加优秀大学生夏令营活动时的演讲。)




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