风暴条件下红树林波浪衰减机制的转变：涌浪与波浪耦合作用研究

本文系统研究了台风（Typhoon PraPiroon）前后红树林波浪衰减率（增加21%）与植被拖曳系数（Cd下降58%）的悖离现象，通过概念模型量化了风暴波浪（贡献147%）、涌浪（-21%）及其耦合作用对衰减变化的调控机制，为风暴易发区基于自然的海岸防护（nature-based defense）设计提供了新见解。

　　

Highlight

风暴引发的红树林波浪衰减转变：涌浪与波浪的耦合机制

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Field observation

野外观测在位于中国珠江三角洲的海陵岛红树林国家湿地公园（21.64° N, 111.93° E）开展（图1）。该区域是中国南方重要的经济发展区，常受台风影响（Chan et al., 2021）。1949年至2019年间，该区域年均遭遇2.7次台风（中国气象局, 2020）。海陵岛红树林以秋茄（Kandelia obovata）为优势种，其结构特征（如树高、胸径和冠层密度）均被详细记录。

Wave properties under normal and storm conditions

台风"琵琶"（PraPiroon）显著改变了研究区的水动力条件。正常条件下最大水深为1.37米，台风期间增至1.65米（图3a）。波高从正常条件下的0.02米跃升至台风期间的0.11米（图3b）。相对波高（波高与水深比值）在台风期间也显著增加，大潮高潮时超过0.11，而正常条件下均值仅为0.04（图3c）。这些变化为研究风暴条件下红树林的波浪衰减机制提供了关键数据。

Regime shift in wave damping due to storms

观测发现，尽管在高雷诺数（Re > 20000）下红树林的波浪阻尼效率（以拖曳系数C_d衡量）降低了58%，但台风期间的波浪衰减率反而增加了21%（图5b）。这一看似矛盾的现象可归因于台风引起的水深增加（17%）和波高增大（400%）对衰减过程的协同增强作用。该结果与Lee等（2021）在新加坡红树林的观测一致，揭示了风暴条件下水动力参数对衰减效应的非线性调控。

Conclusion

本研究基于台风"琵琶"（2024）的现场观测数据，系统揭示了红树林波浪衰减机制在风暴条件下的转变，并通过理想化模拟量化了风暴波浪与涌浪对衰减变化的相对贡献。研究发现，红树林的波高削减率从正常条件的11%提升至台风期间的14%，凸显了极端事件中红树林海岸防护功能的动态复杂性。