海平面上升对得克萨斯州风暴潮和近海岸海浪的影响

——对景观和风暴特征的影响

John Atkinson,Ph.D.¹;Jane McKee Smith,Ph.D.,P.E.,M.ASCE²;and

Christopher Bender,Ph.D.,P.E.,M.ASCE³

摘要：海平面上升（SLR）估算的取值范围很大，但是绝大部分的估算结果都预测到了下个世纪海平面高度将会有一个显著的提升。本文运用经过验证的波浪-流体动力学耦合模型，研究SLR对风暴潮和近海岸波浪，包括沿海景观变化和风暴特征的影响。根据土地利用类型的不同，海浪模型和流体动力学模型都用于解释海水的底部摩擦，因此整个过程模型用于解释排除了更高的平均海平面高度的影响以外，与海平面上升有关的土地覆盖变化。对相同气候特征和运动轨迹但是分别登录在北岸和南岸的风暴进行模拟可以测试海岸特征是如何影响海平面上升造成的风暴潮和波浪效应。对模拟结果的分析可得出结论，风暴潮跟相对海平面上升（RSLR）的关系，受地理位置和风暴类型的复合影响。在北岸，淹没区域是随着海平面上升成线性增加的，而在相同的风暴模拟中，南岸淹没区域是跟北岸逐渐接近的。正如预想的那样，近海波浪结果表明实际相对海平面上升和扩大的风暴造成的更高水深，会造成更大的浪涌入陆地区域。针对得克萨斯的模拟结果，发现台风风速提升25%会近似造成相对海平面上升0.5m，这是根据淹没区域增加面积得到的。由于风暴强度，轨迹和当地地势对风暴潮的复杂影响，适用于所有地区的RSLR估算方法是不存在的，应该使用针对特定地区的电脑模型来评估沿海居住区所面对的风险。

CE数据库类别标题：海平面；风暴潮；洪水；得克萨斯州；飓风；近海岸环境；近岸水域；

作者关键字：海平面上升；风暴潮；波浪；洪水；土地覆盖；ADCIRC；WAM；STWVE；得克萨斯州；飓风

一、引入

历史上，沿海城市在全球海平面上升速率低的时期得以发展和兴旺，如今这些城市正面临着全球海平面上升和土地沉降造成的累积性影响。在上个世纪，验潮仪和人造卫星测量高程的结果都提出在全球范围内海平面已经逐渐上升了12-22cm，而且绝大部分研究表明上升速率孩子不断加快（Solomon 等，2007）。现如今，数百万人生活在洪水频发的区域，并且由于海平面上升，还要受到洪水增多的威胁。对于这些社区来说，最可靠，最可持续和最经济的策略就是提前做好预案并调整自身去适应这环境变化。成功的调整需要对未来潜在情形的理解和一个可靠且具有可操作性的估算未来洪水风险的工具。其中一种用于估算未来影响的工具就是计算机模拟，它将会被本文用来探究未来海平面上升可能会如何造成沿海岸洪水。海平面变化趋势在全球范围波动，因此本研究只着眼于得克萨斯州海岸。

最近发展的一个得克萨斯州沿岸水动力模型和波浪模型提供了本次调查的框架（如图1）。这些模型是在作为最近FEMA 水灾保险研究的一部分被发展和验证得到的。（FIS；Atkinson 等，2011）这些FEMA模型是用高精度地形数据，可获得的最精确的深测数据以及最新的地表覆盖数据集构建的，用来获得水文摩擦力参数。这些模型有效的模拟过数次历史上的飓风，因此其有效性是经过广泛验证的。其中两个用以验证的飓风是Ike和Gustav（2008），从这些飓风中收集的数据是空前的丰富。如此高质量的数据让水动力学模型和波浪模型可以准确的刻画近海水域和中尺度暗礁两种至关重要的因素的影响，估算飓风对得克萨斯州广阔的暗礁的影响。(Kennedy 等，2011; Dietrich 等，2011)应用这些高精确度、高分辨率且经过验证的计算机模型提供了一种有效的途径来探索海平面上升的影响。

对海平面上升的估算相当程度上依赖于过程和假设的确定（Solomon 等，2007）在本文的范畴，海平面上升包括全球海平面升降变化以及由地质运动造成的陆地或海底高程变化——将其统称为相对海平面变化（RSLR）。相对海平面变化对沿海环境的长期影响例如沼泽地区的退化和沙丘系统的恶化都会引发风暴潮和近岸浪更深入的侵入内陆，造成毁灭性的结果。根据本研究的目的，风暴潮被定义为由飓风引发的海水高度异常，是由风、浪和压力多重驱动的，但是不考虑浪的抬升和潮汐的影响。

二、先前的工作

由于美国的飓风气候和相对来说较浅平的海岸，海湾的沿岸非常容易受到风暴潮的危害。再加上气候变化（海平面上升和风暴

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