气候变化正在重塑全球50%的海岸线

Waves break in front of the South Pier on Blackpool Promenade, northern Britain, November 13, 2015. Abigail, the first named storm to hit Britain, whipped up winds of up to 84 miles per hour and cut power to 12,000 home according to local media reports. REUTERS/Phil Noble TPX IMAGES OF THE DAY - LR1EBBD0YULVV
A climate increase of more than 2℃ beyond pre-industrial levels would be enough to alter coastlines.Image: REUTERS/Phil Noble
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海平面上升并非气候变化影响海岸的唯一途径。我们的研究今日发表于《自然气候变化》(Nature Climate Change)发现,气候变暖还将改变全球超过50%海岸线沿岸的海浪。

如果气候升温超过工业化前水平2℃,澳大利亚南部可能出现更长、更偏南的海浪,从而可能改变海岸线的稳定性。

科学家通过研究海浪塑造海岸的方式(形成海滩、沙嘴、泻湖和海蚀洞)来推断过去的海岸面貌。以下是我们对理解过去海平面变化的指南。

Image: Sean Ulm

然而,这类研究往往假定:即便海平面可能变化,海浪状况却保持不变。在考虑气候变化将如何影响未来海岸线时,也沿用了同样的假设——未来海平面上升被纳入考量,但未来变化对海浪的影响(而海浪正是塑造海岸线的力量)却被忽视了。

海浪的变化

海浪是由地表风力产生的。不断变化的气候将推动全球风型变化(进而改变降雨模式,例如通过改变厄尔尼诺与拉尼娜现象的格局)。同样,这些风场变化也将改变全球海洋的海浪状况。

除这些由“天气驱动”的海浪变化外,海平面上升还可能改变海浪从深水传向浅水的方式,其他沿岸水深变化(例如受影响的珊瑚礁系统)也会产生同样作用。

近期研究分析了33年来卫星测量得到的风和海浪记录,发现平均风速已上升1.5米/秒,海浪高度上升30厘米——在这一相对较短的历史记录期内,二者分别增加了8%和5%。

这些变化在南大洋最为显著。这一点十分重要,因为南大洋产生的海浪会以长涌的形式传播到所有大洋盆地,最北可达旧金山所在的纬度。

海平面上升只是问题的一半

鉴于海洋海浪状况的这些历史变化,我们关注的是在气候更加变暖的情况下,大气环流的未来变化将如何改变全球各地的海浪状况。

作为协调海洋海浪气候项目(Coordinated Ocean Wave Climate Project)的一部分,十个研究机构联合起来,考察了多种全球海浪模式在不同未来气候情景下的表现,以判断未来海浪可能如何变化。

尽管我们发现不同研究之间存在一些差异,但研究发现,如果能够实现《巴黎协定》2℃的目标,海浪模式的变化很可能仍将处于自然气候变率范围之内。

然而,在一切照旧、升温沿当前趋势持续的气候情景下,各模式一致认为,全球50%的海岸很可能出现海浪状况的显著变化。这些变化因地区而异。

全球海岸线中不足5%面临海浪波高增加的风险。其中包括澳大利亚南部海岸,以及南美洲和中美洲太平洋沿岸的部分地段。

另一方面,减小的海浪波高(预计影响全球约15%的海岸)同样可能改变海岸系统。

但仅以波高描述海浪,就如同只用音量来描述一支管弦乐团的演奏。

有些地区的海浪高度可能保持不变,但其波长或频率会发生变化。这可能导致施加于海岸(或沿岸基础设施)上的作用力增大,海浪或许会更远地冲上海滩,并加剧海浪驱动的洪水。

同样,方向略有改变的海浪(据预测将影响全球20%以上的海岸)会改变其沿岸输送沙子的数量,这对判断海岸的可能响应至关重要。建于海岸或近海的基础设施,对海浪的这些诸多特征都十分敏感。

虽然每一种海浪特征本身都很重要,但我们的研究发现,全球约40%的海岸线很可能同时出现波高、周期和方向的变化。

有些读者可能认为强浪会为他们下一次冲浪度假带来一些好处,但其对沿海和近海环境的影响要大得多。若未能实现2℃升温目标,海平面上升引发的洪水可能到2100年每年给全球造成14万亿美元的损失。

未来气候变化下海岸线的响应,将是众多过程复杂相互作用的结果,其中许多过程又对多变且不断变化的气候作出响应。若只关注海平面上升,而忽视海浪在塑造海岸中所起的作用,是一种过度简化,极可能代价高昂。

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