厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）引发的气候变异性是否加剧了沿海洪水？ 来自印度尼西亚布雷斯贝斯沿海地区的启示

《Natural Hazards Research》：Does ENSO-driven Climate Variability Increase Coastal Flooding? Insights from the Brebes Coastal Area, Indonesia

该研究通过MIKE 21与HEC-RAS耦合模型，分析ENSO La Ni?a（2022）、El Ni?o（2023）及Neutral（2024）期对印尼Brebes沿海洪水的影响。结果显示中性期因澳大利亚季风加强，产生最高波浪（0.78m）和最大淹没面积（5584.51公顷），远超其他两期。研究挑战了传统观点，指出中性ENSO可能加剧洪水风险，需纳入风险评估。

　　在印尼西爪哇省的塔斯马尼亚市，以及印度尼西亚爪哇岛北部的其他地区，沿海洪水一直是严重威胁低洼地区的自然危害之一。特别是位于中央爪哇的布雷贝斯地区，由于其靠近海洋，同时拥有大量的水产养殖和农业活动，因此对海平面变化极为敏感。研究发现，尽管厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）被认为是影响沿海洪水的重要因素，但在布雷贝斯地区的具体影响仍不完全明确。因此，本研究利用耦合模型框架，结合MIKE 21用于水动力和波浪模拟，以及HEC-RAS用于洪水淹没模拟，对不同ENSO阶段下的洪水风险进行了分析。

### ENSO对沿海洪水的影响

ENSO由温暖的厄尔尼诺（El Ni?o）和寒冷的拉尼娜（La Ni?a）阶段组成，这两种极端状态对全球海平面、风暴频率和降水模式有显著影响。然而，近年来的研究表明，ENSO的中性阶段（即既非厄尔尼诺也非拉尼娜的状态）可能在某些情况下对沿海洪水产生更大的影响。本研究选择了2022年的拉尼娜、2023年的厄尔尼诺和2024年的中性阶段作为代表性月份，对布雷贝斯地区的水动力条件和洪水淹没情况进行了模拟分析。

研究结果表明，ENSO阶段对大规模水动力的影响有限，当前速度在0.035到0.091米/秒之间，水位变化在-0.34到0.36米之间，这些数值相对较小。相反，沿海洪水的主要驱动因素是本地波浪的形成和传播。在中性阶段，模拟结果显示，波浪高度达到0.78米，淹没了约5,584.51公顷的区域，最大水深达到0.2米。相比之下，在拉尼娜阶段，波浪高度为0.7米，导致3,326公顷的区域被淹没，水深为0.15米；而在厄尔尼诺阶段，波浪高度仅为0.45米，几乎未造成洪水。这些结果表明，中性阶段的气候条件在某些情况下可能比极端ENSO阶段更具洪水风险。

### 研究方法与模型应用

为了全面分析ENSO阶段对布雷贝斯地区沿海洪水的影响，本研究采用了描述性分析和数值模拟相结合的方法。描述性分析通过图形方法解读海洋学参数，如海面温度（SST）、风模式和波浪特征。这些数据来源于Copernicus Climate Change Service提供的ERA-5再分析数据，具有0.25°的分辨率，能够提供关于大气、陆地表面和海况的连续数据。虽然这种分辨率对于本地尺度分析来说略显粗糙，但ERA-5因其时间一致性、全球覆盖和在捕捉大规模风和波浪变化方面的可靠性而被选用。

在数值模拟方面，本研究使用了MIKE 21和HEC-RAS的耦合模型。MIKE 21用于模拟近岸水动力和波浪传播，而HEC-RAS则用于模拟内陆洪水的扩展和深度。模型的配置考虑了地形和水深数据，这些数据来源于Copernicus Digital Elevation Models (DEM) GLO-30（约30米分辨率）和Batimetri Nasional (BATNAS)数据集（约180米分辨率）。为了适应不同模型的需求，DEM被重新采样以匹配HEC-RAS的网格分辨率（35 x 35米），而BATNAS的水深数据则被插值到MIKE 21的网格中。

### 风模式与ENSO的关系

ENSO事件对风模式的影响是本研究关注的重点之一。通过分析ERA-5数据，可以发现ENSO的不同阶段会导致不同的风模式。在拉尼娜阶段，西太平洋的海面温度异常升高，而东太平洋则相对较低，这种温度梯度加强了贸易风，导致风速和风向的变化。特别是在2022年5月的拉尼娜事件中，风速显著增加，达到5.29米/秒，这在一定程度上加剧了波浪的形成和传播。

相反，在厄尔尼诺阶段，中央和东太平洋的海面温度异常升高，导致贸易风减弱甚至逆转。2023年12月的厄尔尼诺事件中，风速较低，仅为1.69米/秒，这在一定程度上减少了波浪活动，从而降低了洪水风险。在中性阶段，虽然海面温度变化不大，但受到区域大气强迫的影响，如澳大利亚季风，风速和风向可能更加显著。这种情况下，尽管没有极端ENSO的影响，但风力增强仍然可能导致较高的波浪活动，进而增加洪水风险。

### 波浪高度与洪水淹没

波浪高度是影响沿海洪水的关键因素之一。通过模拟发现，中性阶段（2024年7月）的波浪高度最高，达到0.78米，远高于拉尼娜（0.75米）和厄尔尼诺（0.48米）阶段。这表明，中性阶段可能在某些情况下比极端ENSO阶段更具洪水风险。在拉尼娜阶段，尽管波浪高度较高，但由于地形和水深的影响，波浪在传播过程中会逐渐减弱，从而降低了洪水的严重程度。

此外，研究还发现，不同ENSO阶段下的波浪活动在空间分布上也存在差异。例如，在拉尼娜阶段，波浪高度较高的区域主要集中在Losari和Tanjung，而在中性阶段，这些区域的波浪活动更为显著。波浪的传播路径和强度受到地形、水深和海流的影响，因此在不同ENSO阶段下，波浪对沿海地区的冲击程度也有所不同。

### 洪水淹没的时空分析

通过模拟，研究进一步分析了不同ENSO阶段下洪水淹没的时空特征。结果显示，中性阶段（2024年7月）的洪水淹没面积最大，达到5,584.51公顷，远高于拉尼娜（3,326公顷）和厄尔尼诺阶段的淹没面积。这种差异主要归因于中性阶段下波浪活动的增强，导致更多的区域被淹没。

在时间上，中性阶段的洪水淹没持续时间更长，因为后续的波浪继续影响沿海地区，直到水位完全退去。相比之下，拉尼娜阶段的洪水虽然在某些区域较为严重，但其持续时间相对较短。这些结果表明，中性阶段可能比极端ENSO阶段更具洪水风险，特别是在波浪高度较高的情况下。

### 模型验证与未来研究方向

为了验证模型的准确性，研究还对比了模拟结果与实际观测数据。通过与布雷贝斯地区发展计划和研究与发展局（Bappeda）的观测数据进行比较，发现模型的模拟结果与实际观测数据之间存在较低的误差（MAE = 0.081米；RMSE = 0.008米），并且具有较高的Nash–Sutcliffe效率（NSE = 0.588）和决定系数（R2 = 0.651），表明模型具有较高的可靠性。

尽管本研究提供了关于ENSO阶段对沿海洪水影响的重要见解，但仍然存在一些局限性。例如，研究未考虑长期海平面上升和陆地沉降的影响，且主要基于单个代表月份的数据，这可能无法完全反映洪水的时空变化。因此，未来的研究需要进一步结合更高分辨率的强迫数据和本地观测数据，以提高模型的准确性和适用性。

### 结论

本研究的结果挑战了传统的观点，即极端ENSO阶段总是导致最严重的洪水风险。通过结合MIKE 21和HEC-RAS模型，研究揭示了中性ENSO阶段在某些情况下可能对沿海洪水产生更大的影响。这些发现对于布雷贝斯地区乃至其他受ENSO影响的三角洲区域的洪水风险管理和适应策略具有重要意义。研究强调，未来在评估沿海洪水风险时，应将中性ENSO阶段纳入考虑，以更全面地理解气候变化对沿海地区的潜在影响。