沿海沼泽植物能为我们抵御风暴潮和毁灭性风暴提供重要保护。
麻省理工学院帕森斯实验室的研究可以帮助沿海规划者在规划项目时考虑重要细节。
各国必须利用这一建模方法，在特定区域种植特定植物，以恢复沼泽地。
沼泽植物遍布世界各地的海岸线，随着海平面上升和风暴潮增强，它们可以在减轻海岸受损方面发挥重要作用。现在，麻省理工学院的一项新研究更详细地说明了这些保护作用在波浪和水流影响的现实条件下如何发挥作用。
该研究结合了在大型波浪水槽中使用模拟植物进行的实验室实验以及数学建模。研究成果发表于期刊《Physical Review — Fluids，论文作者为麻省理工学院前访问博士生张晓霞（Xiaoxia Zhang，现任大连理工大学博士后）以及土木与环境工程教授Heidi Nepf。
沿海沼泽植物能为我们抵御风暴潮和毁灭性风暴提供重要保护，这一点已经十分明确。例如，据估计，飓风“桑迪”造成的损失因受影响海岸沿线大片沼泽对波浪能量的消减作用而减少了6.25亿美元。但麻省理工学院的新分析纳入了植物形态的细节，例如柔性叶片与较硬茎秆的数量和间距，以及可能来自不同方向的水流与波浪之间复杂的相互作用。
这种程度的细节可以使沿海修复规划者确定为减轻预期风暴潮或海平面上升所需的沼泽面积，并决定引入哪些类型的植物以实现最大程度的保护。
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“当你走进一片沼泽时，常会看到植物呈分带排列，”土木与环境工程Donald and Martha Harleman讲席教授Nepf说道，“在边缘地带，植物往往较为柔韧，因为它们借助柔韧性来减少所承受的波浪作用力。在下一个区带，植物则稍显坚硬，叶片也稍多。”
随着区带向内推进，植物变得更加坚硬、叶片更加繁茂，并因叶面积增大而更有效地吸收波浪能量。本研究所做的新建模工作（其中纳入了在麻省理工学院帕森斯实验室24米长波浪水槽中对模拟植物进行的研究）可以使沿海规划者在规划保护、减缓或修复项目时考虑这些细节。
“如果把最坚硬的植物放在边缘，它们可能无法存活，因为它们承受着非常大的波浪作用力。通过阐明大自然为何以这种方式组织植物，我们有望设计出更具可持续性的修复方案，”Nepf说。
张说，一旦建立起来，沼泽植物就会形成正反馈循环，不仅有助于稳定，还有助于抬升这些脆弱的沿海陆地。“几年之后，沼泽草开始截留并固定沉积物，地表高程越来越高，这可能足以跟上海平面上升的速度，”她说。
Nepf说，人们对沼泽地保护作用的认识正在不断提高。例如，荷兰一直在恢复围堤外已消失的沼泽地，这些围堤保护着该国大部分农业用地；研究发现，沼泽地可以保护堤坝免受侵蚀，而且在防止洪水方面，沼泽与堤坝协同作用的效果远优于单独依靠堤坝。
Nepf说，但迄今为止，大多数此类工作在很大程度上是基于经验的反复试错型规划。现在，人们可以利用这一建模方法，准确了解需要多大面积、何种类型植物的沼泽地，才能达到所需的保护水平。
她说，这也为估算沼泽所提供的价值提供了一种更为量化的方法。“它可以让你更准确地表述：‘40米宽的沼泽将使波浪减弱至这一程度，从而使漫过堤坝的水量减少这么多。’有人可以据此表示：‘如果通过维护这片沼泽来减少洪水，我在未来10年内可以节省这么多的资金。’这或许有助于激发恢复工作的政治动力。”
Nepf本人已在努力促使其中一些研究成果被纳入沿海规划流程。她担任由海湾水研究所（Water Institute of the Gulf）的Chris Esposito领导的实务专家小组成员，该研究所服务于饱受风暴摧残的路易斯安那州海岸线。“我们希望将这项工作纳入用于大规模修复和沿海规划的沿海模拟之中，”她说。
“理解真实植被湿地中的波浪消减过程具有重要价值，因为评估这些湿地的沿海防御价值需要这一认识，”中山大学海洋科学副教授胡展说道，他并未参与这项研究。“然而，挑战在于对波浪消减过程的定量描述，其中有许多因素在起作用，例如植物的柔韧性、形态以及同时存在的水流。”
胡展说，这项新研究“巧妙地结合了实验结果与分析建模，揭示了波浪消减过程中每个因素的影响。……总体而言，这项工作是朝着更准确地评估真实沿海湿地波浪消减能力迈出的坚实一步，而这对于基于科学的设计以及自然基础型海岸防护的管理而言十分必要。”
该研究工作部分得到了美国国家科学基金会和中国国家留学基金委的支持。
