前礁沟槽作为输送通道在热带气旋期间输送珊瑚碎屑的作用及其对礁岛稳定性的启示

《Cambridge Prisms: Coastal Futures》：Grooves in forereefs act as transport channels to deliver coral rubble during tropical cyclones

本研究针对珊瑚礁岛屿沉积物供给路径不清的科学难题，聚焦前礁脊槽系统（SAG）在极端气候事件中的沉积动力学机制。通过2025年热带气旋阿尔弗雷德过境大堡礁南部的天然实验，采用无人机遥感与地形测绘相结合的方法，首次发现沟槽（grooves）可作为珊瑚碎屑向礁坪输送的高效通道。该成果颠覆了传统认为碎屑仅能通过礁脊（spurs）运输的认知，为珊瑚礁岛屿稳定性维持机制及联合国可持续发展目标（SDG14）相关海洋生态系统保护提供了关键科学依据。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，珊瑚礁生态系统正面临前所未有的生存危机。作为海洋中生物多样性最高的生态系统之一，珊瑚礁不仅为无数海洋生物提供栖息地，更是维护海岸线稳定和支撑岛屿国家生存的重要屏障。然而，随着海洋热浪频发和热带气旋强度增加，全球珊瑚礁普遍出现白化现象，导致珊瑚大面积死亡并形成大量珊瑚碎屑。这些碎屑的运移路径直接关系到珊瑚礁岛屿的沉积物供给和长期稳定性，但学界对其具体输送机制始终存在认知空白。

传统观点认为，珊瑚礁前礁区域的脊槽系统（Spurs and Grooves, SAG）中，沟槽（grooves）主要承担沉积物向海输送的功能，而向礁坪的逆坡输运被视为“不可能”。这种认知局限严重制约了人们对礁岛演化机制的理解。正是在此背景下，由悉尼大学地理海岸研究组Ana Vila-Concejo领衔的国际研究团队，通过捕捉2025年热带气旋阿尔弗雷德过境大堡礁南部的天然实验机会，开展了针对脊槽系统沉积动力学机制的突破性研究，相关成果发表于《Cambridge Prisms: Coastal Futures》。

研究团队综合运用无人机遥感测绘、地形激光雷达（LiDAR）和现场水文观测等关键技术手段，对万树礁（One Tree Reef）进行了系统监测。通过对比2022年基线数据和2025年气旋过后数据，结合波浪浮标记录的显著波高（H_s）达7米、波功率超250 kW/m的极端水文条件，首次揭示了脊槽系统在超高能事件中的沉积物输运新机制。

研究结果揭示脊槽系统的沉积输运新机制

通过高分辨率无人机正射影像对比分析，研究发现气旋过后礁坪东部出现了与沟槽位置一一对应的碎屑扇状体。这些扇状体与沟槽呈空间对齐分布，每个沟槽对应一个碎屑扇，证明沟槽是碎屑向礁坪输送的直接通道。地形测量数据显示，原本基岩裸露的沟槽内堆积了超过1米厚的珊瑚碎屑，这些碎屑主要由2024年白化事件产生的死亡珊瑚破碎形成。

沟槽输运的条件与阈值

观测表明，沟槽的向陆输运发生在极端水文条件下，热带气旋阿尔弗雷德产生的波浪条件属于研究区域热带气旋波浪的99%高百分位数。这种输运机制的发生阈值可能具有地点特异性，需要进一步研究确定。值得注意的是，气旋过境期间最大波浪与天文低潮相遇，这种相位关系可能增强了输运效率。

对礁岛稳定性的启示

研究证实脊槽系统不仅是有效的消波结构，更是维持礁岛沉积物供给的关键通道。这一发现更新了对珊瑚礁地貌动力学的认知，指出在气候变化背景下，极端事件驱动的沉积物输运对礁岛稳定性具有重要贡献。研究结果对基于碎屑稳定的珊瑚礁修复策略（如联合国可持续发展目标SDG14的实施）具有直接指导意义。

结论与展望

该研究通过多学科交叉观测，首次证实了前礁沟槽在高能事件中作为珊瑚碎屑向礁坪输送的有效通道。这一发现挑战了传统沉积动力学范式，揭示了脊槽系统在礁岛沉积物供给中的新功能。随着热带气旋强度预测增强（Knutson et al. 2020），理解这种事件驱动型输运机制对预测礁岛演化轨迹至关重要。研究强调，在珊瑚礁修复管理中，应优先理解自然系统的碎屑动力学规律，而非直接进行工程干预。这项研究为珊瑚礁系统的气候适应性管理和岛屿国家的可持续发展提供了科学基础。