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为解决传统海浪气候研究在多模态海况下信息不准确的问题，研究人员开展美国东海岸与墨西哥湾沿岸海浪家族气候学研究。利用 NOAA 浮标数据，结合最大熵法（MEM-II）和分水岭算法，识别出不同海浪家族。结果显示其特征存在时空变化，该研究对海岸工程、能源开发意义重大。
在广袤无垠的海洋世界里，海浪时刻都在奔腾翻涌。海浪不仅影响着海洋生态系统，还与海岸地区的诸多方面息息相关。极端的海浪事件就像海洋中的 “猛兽”，会引发海岸侵蚀、洪水泛滥，对沿海建筑造成严重破坏。而长期的平均海浪状况也不容小觑，它能像一位 “雕塑家”，慢慢改变海岸线的形状和位置。此外，海浪还是一种可持续的可再生能源，蕴含着巨大的开发潜力。
在过去，海浪气候分析常用综合波参数，如有效波高、平均波周期和方向。这些研究的数据来源多样，包括卫星数据、再分析数据等，研究尺度也从全球到区域、局部不等。然而，这种基于综合波参数的研究在面对多模态海况时却 “力不从心”。多模态海况下，频率 - 方向能量密度谱包含本地生成的风浪和一个或多个涌浪系统，综合波参数会导致对海况的描述不准确，无法为海岸保护、能源开发等项目提供精准的依据。
为了突破这一困境，来自国外的研究人员开启了一项极具意义的探索。他们聚焦于美国东海岸和墨西哥湾沿岸，旨在深入了解该地区的海浪家族气候学。研究成果发表在《Applied Ocean Research》上。
研究人员在技术方法上进行了精心选择。他们使用美国国家海洋和大气管理局国家数据浮标中心（NOAA NDBC）的浮标测量数据，这些浮标是 3 米泡沫的自包含海洋观测有效载荷（SCOOP）浮标，能测量多种数据。研究人员运用最大熵法（MEM-II）构建每小时的频率 - 方向波谱，该方法相比传统方法能提供更高分辨率的谱估计，避免能量泄漏和谱展宽等问题。同时，利用分水岭算法对波谱进行分区，识别不同的海浪系统，进而确定海浪家族。
下面来看看具体的研究结果：
- 海浪家族：通过对不同浮标站的分析，研究人员发现了各具特点的海浪家族。在缅因湾的浮标站，有两个主要海浪家族，WF 1 的海浪大致向东和东北方向传播，WF 2 则向西和西北方向传播，还有频率较高的本地生成风浪组成的 WF 3 和 WF 4。纽约和新泽西海岸附近的浮标站情况类似。美国东南海岸，WF 1 的海浪传播方向范围广，主要向东和东北，部分站点还存在向东南传播的子簇；WF 2 向西北传播，WF 3 和 WF 4 也是本地生成的海浪。墨西哥湾的浮标站海浪家族分布又有所不同，且部分站点的海浪家族存在独特变化。
- 海浪家族特征：在有效波高方面，美国东北和东南海岸以及墨西哥湾部分站点，WF 1 和 WF 2 能量较高，波高较大。整体上，开阔水域浮标站的主要海浪家族有效波高大于较浅或受庇护区域。波周期方面，美国东北和东南沿海地区，WF 1 和 WF 2 的海浪周期较长，WF 3 和 WF 4 周期较短；墨西哥湾部分站点也有类似规律，但部分站点存在差异。从传播方向看，不同海浪家族在各区域有特定的传播方向范围，通过小提琴图能清晰展示其分布特征。此外，研究人员还发现海浪家族月平均有效波高存在季节性变化，秋冬季节波高较大。
研究结论和讨论部分意义非凡。该研究揭示了海浪家族的独特特征和时空变化规律，这对海岸工程和管理至关重要。不同区域的主导海浪家族不同，其特征影响着近岸过程，了解这些有助于设计更具韧性的海岸基础设施和有效的海岸线保护策略。在能源领域，有助于优化海浪能转换器设计，提高能量转换效率。而且，对海浪动力学的深入理解，还能为沿海地区的可持续发展提供支持，在休闲活动规划、海洋导航等方面发挥重要作用。不过，研究也存在一定局限性，如数据受浮标位置和部署时间限制。未来研究可以拓展到更多沿海地区，结合数值模拟与实地测量，进一步探索气候变化对海浪特征的影响，为保护沿海社区、开发可再生能源提供更坚实的科学依据。
