气候变化下三维珊瑚礁岛形态动力学响应机制及其对海平面上升的适应性研究

针对珊瑚礁岛面临海平面上升(SLR)和风暴加剧导致的生存危机，研究人员采用XBeach-NH模型首次开展三维形态动力学模拟，揭示岛屿通过垂向加积、潟湖后退和沙嘴旋转等动态响应适应环境变化，为岛国灾害评估提供关键理论支撑。

　　

珊瑚礁岛作为环礁国家唯一的宜居陆地，其存续问题关乎马尔代夫、基里巴斯等岛国的命运。然而这些平均海拔不足3米的岛屿正面临海平面上升(SLR)、风暴加剧和珊瑚退化三重威胁，传统静态评估模型难以反映其动态适应能力。尽管Tuck等学者通过1DH水槽实验发现岛屿具有垂向加积现象，但三维形态响应机制仍是空白。

中国国家自然科学基金资助的研究团队在《Estuarine, Coastal and Shelf Science》发表论文，首次将XBeach-NH模型的非静压相位解析模块与沉积物输运模块结合，以图瓦卢Fatato岛为原型建立1:50比例的三维模型。通过验证Tuck等(2019b)的波浪水池实验数据后，系统模拟了SLR（0.3-1.1m）、波高(H_S)、波周期(T_p)、珊瑚生长/退化等场景下的岛屿演化过程。关键技术包括：基于Froude相似准则的几何缩放、XBeach-NH的非静压浅水方程求解、SWASH模型压力修正算法，以及考虑临界剪切应力的泥沙传输模块。

研究结果显示：

1. 三维响应特征：岛屿呈现垂向加积（年均1.2mm）、潟湖后退（最大8.3m/世纪）和沙嘴顺时针旋转（15°-30°）的复合响应模式，这与1DH研究仅观察到的单剖面迁移有本质差异。
2. 阈值效应：当SLR<0.8m时，岛屿可通过动态调整维持正干舷；但超过阈值后，年均体积损失达4.7%，最终导致解体。
3. 珊瑚礁影响：活珊瑚生长使礁坪抬升0.2m时，反而因水深变浅抑制波浪破碎，减少30%的沉积物向岛输送。

讨论部分强调，该研究突破传统洪水模型的静态假设，证明：
① 岛屿动态响应可延缓淹没时间约20-50年；
② 沙嘴旋转机制会改变沿岸流格局，需重新评估基础设施布局；
③ 珊瑚生态健康与岛屿稳定性存在非线性关系。这些发现为《IPCC第六次评估报告》提到的"小岛屿国家适应方案"提供了量化工具，中国团队开发的模型已应用于南海岛礁保护工程。