海平面上升与ENSO协同作用下海南岛海岸带洪水暴露度模拟及城市适应策略研究

《Journal of Hydrology X》：Sea-level rise, ENSO, and coastal flood exposure in Hainan Island: Insights from Delft3D modeling for urban adaptation

本研究针对海平面上升(SLR)与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)复合胁迫下热带岛屿洪涝风险评估难题，采用Delft3D水动力-地貌耦合模型，模拟了SSP3-7.0情景下1.1?m SLR对海南岛海岸带的淹没效应。结果显示西部北部低地淹没面积扩大超40%，而东部礁坪海岸表现出较强韧性；La?Ni?a事件可引发南海15?cm海平面异常，使工业区资产风险达城市中心4倍。研究提出融合硬质工程、生态系统解决方案（红树林、珊瑚礁）与适应性分区的海岸城市防御模型(CUDM)，为热带海岸带气候韧性提升提供科学依据。

　　

随着全球气候变暖加速，海平面上升正悄然重塑世界海岸线格局。当冰盖融化和海洋变暖成为新常态，高潮位不断向内陆推进，吞噬道路、淹没农田，威胁沿海城市的安全基础。然而危险不仅来自这种缓慢侵蚀，更源于海平面上升与极端事件（热带气旋、风暴潮）在天文大潮背景下的叠加效应，这使得海平面上升从远期关切转变为紧迫的复合型危机。2024年中国东部沿海大规模海水入侵事件正是这种风险的现实写照——在天文大潮和抬升的海平面共同作用下，造成大面积淹没和严重经济损失。这类事件表明，沿海洪涝不再仅由瞬时天气驱动，而越来越多地受到慢发性驱动因子（特别是海平面上升）与短期强迫的交互影响，这种复杂协同作用常被低估。

在众多受威胁区域中，快速城市化的三角洲、小岛屿国家和沉降海岸线的 catastrophic 洪水风险正以指数级而非线性速度上升。尽管全球气候变化间接加速了海平面上升的整体趋势，但其速率存在显著区域差异。尤其值得关注的是海平面上升与海洋-大气变率（特别是厄尔尼诺-南方涛动ENSO）的相互作用。在厄尔尼诺事件期间，东太平洋海平面倾向于上升而西太平洋下降；拉尼娜事件则呈现相反格局。这种年际尺度波动与长期海平面上升趋势的叠加，对沿海洪涝风险产生放大效应。

海南岛作为中国第二大岛，自1988年建省以来人口增长高度集中于低海拔海岸带，成为中国最易受海平面上升影响的区域之一。近几十年来，ENSO事件加剧与更频繁不可预测的热带气旋共同加速了该区域海平面上升速率，导致海南沿海洪涝灾害强度持续增加。岛内沿海基底地质特征和经济发展水平区域差异显著，北部低洼、人口密集的沿海区域因琼州海峡的通道效应更易受海平面上升影响，这些差异在评估海平面上升背景下的洪水风险时至关重要。

为系统评估复合风险，华东师范大学研究人员在《Journal of Hydrology X》发表最新研究，通过耦合Delft3D水动力-地貌模型，量化预估海平面上升和ENSO驱动海平面异常下的洪水淹没情况。研究采用SSP3-7.0情景（对应2100年1.1?m海平面上升）评估海南沿海区域多灾种洪水暴露度，并评估ENSO相关变率的放大效应。

研究团队整合多源数据构建高精度数值模型，包括中国海事局电子海图（近岸1:50,000、外海1:250,000）、SRTM DEM数据（等高距10?m）以及2023-2024年实地RTK测量数据。通过Delft3D的Flow-Sed-Mor耦合模块，模拟不同海平面上升情景下的水动力响应、泥沙输运和地貌演化过程。模型验证采用2016年4-5月沿海台站潮位和ADCP流速数据，以及2019年8月悬浮沉积物浓度观测值，确保模拟可靠性。

3.1. 海平面上升下的水动力重构

模拟结果显示，琼州海峡作为显著的水动力通道，在现状海平面下出现峰值达2.5-3.0?m/s的双向流。在1.1?m海平面上升情景下，北部湾近岸流速增加约40%（从0.7增至0.98?m/s），琼州海峡流速提升20%（从2.9增至3.5?m/s）。这种强化主要归因于水深增加导致的底部摩擦系数减小和潮波传播特性改变。相比之下，东部礁坪主导区域的水动力响应较弱，流速变化低于10%，凸显珊瑚礁平台等生物地貌特征的消能作用。

3.2. 海平面上升情景下的泥沙动力响应

悬浮黏性泥沙主要富集于西部离岸区域，在海平面上升背景下其空间范围显著扩张。在黏性沉积物占比超60%的区域，1.1?m海平面上升导致侵蚀强度显著增加，模拟悬浮沉积物浓度从0.4?kg/m3倍增至1.0?kg/m3。邻近的英歌海以北沙质近岸区域，底质输运量同样显著上升，浓度达0.4?kg/m3。而东部广阔礁系统覆盖区域，模拟悬浮沉积物浓度在所有情景下均低于0.1?kg/m3，证实生物地貌特征的有效沉积物稳定作用。

3.3. 海平面上升情景下淹没空间格局预估

淹没范围显示显著空间异质性。在总海平面上升0.5?m时，西部低洼区域（英歌海、昌化河口）和北部区域（南渡河三角洲、东寨港自然保护区）已呈现显著淹没。当总海平面上升达1.1?m时，区域流速显著增强、侵蚀加剧，海甸岛面临近乎完全淹没，感恩河和万泉河口洪泛区基础设施和人口密集区风险突出。而南部和东部海岸因较高相对高程和珊瑚礁平台保护，永久性陆地损失低于5%。

3.4. 城市功能区的洪水暴露度

乐东和东方因软弱基底和薄弱防护显示最高暴露度，工业区资产风险达城市中心4倍。海口作为政治经济中心需强化海岸防护标准。旅游城市三亚可通过河口改造和生态护岸等柔性防护降低风险。综合分析显示，基于地质基底条件、社会经济水平和相邻海洋动力特征的分区防护策略至关重要。

研究进一步揭示ENSO对海平面变率的驱动机制： Ni?o 3.4指数与南海海平面异常呈显著负相关（相关系数-0.6至-0.8），且存在约6个月滞后效应。拉尼娜事件期间西太平洋热含量增加和风驱辐合导致海平面异常升高，与天文大潮叠加可能加速海平面上升影响。

基于研究成果，团队提出海岸城市防御模型(CUDM)，整合气候驱动、地貌响应、城市系统脆弱性和防护策略的多尺度框架。该模型强调自然过程、工程干预和社会经济响应间的反馈循环，建议建立全省互联的洪水暴露度与韧性数据库，制定差异化防护标准（居民农业区50年一遇、关键基础设施100年一遇以上），并将"洪水蓄滞功能区"嵌入土地利用规划。

这项研究通过揭示洪水危害的空间异质性和提出差异化防护策略，为海南岛及其他低洼沿海区域应对气候驱动型海平面上升提供了区域特异性框架。未来研究需集成更高分辨率气候地形数据，并将区域水动力模型与城市排水系统耦合，以更好捕捉雨洪-海岸复合型洪水过程。