黄河河口极端天气事件下波浪动力学的响应机制与地形调制作用研究

针对黄河河口(YRE)在台风和寒潮等极端天气下波浪动力学机制不明的问题，研究人员采用双嵌套第三代波浪模型(SWAN)，结合高分辨率地形数据和浮标观测，揭示了波浪特征与风场的时空关联性，发现寒潮期间显著波高(Hs)呈双峰特征而台风期为单峰，并阐明了地形折射对波浪能量耗散的关键调控作用，为浅水三角洲海岸带管理提供科学依据。

　　

黄河河口作为典型的浅水三角洲，在全球变暖背景下频繁遭受台风和寒潮等极端天气的冲击。这类事件引发的波浪不仅加剧海岸侵蚀和风暴潮灾害，还直接影响河口碳循环和生态系统稳定性。尽管前人针对黄河河口的沉积动力学和风暴潮开展过研究，但波浪在复杂地形下的生成、传播和衰减机制仍存在显著认知空白。尤其当台风与寒潮的波浪响应模式存在差异时，地形如何通过折射、破碎等过程调制能量分布，成为海岸工程和生态保护亟待解决的核心问题。

中国科学院烟台海岸带研究所的Miaohua Mao团队在《Ocean Modelling》发表研究，通过构建双嵌套非结构化网格的SWAN（Simulating Waves Nearshore）波浪模型，结合ECMWF风场数据和浮标观测，系统模拟了2021-2022年台风"烟花""梅花"及寒潮事件下黄河河口的波浪场。研究采用高分辨率地形数据（GEBCO）校准模型，并利用Y1-Y3浮标站实测数据验证了H_s和平均波周期(Mp)的模拟精度。

模型验证
模型在四个浮标站的验证显示，H_s和Mp的模拟与观测值具有良好一致性，但存在轻微低估现象。这种偏差可能源于浅水区低波周期特性或地形数据分辨率限制。

波浪场时空演化
寒潮期间，H_s呈现双峰特征，对应风向从东北向西北的转变；而台风期间因持续单向风场作用仅出现单峰，且波浪响应滞后风速1.5小时。风浪在事件期间主导海况，而涌浪仅在台风过境后显著出现。

地形调制机制
莱州湾南部因地形折射形成波浪遮蔽区，有效阻挡远程涌浪能量。水深骤变区域的白冠破碎(whitecapping)与底摩擦共同控制能量耗散，而 triad 波-波相互作用加剧了近岸H_s的空间异质性。

能量耗散途径
研究表明，水深诱导破碎(depth-induced breaking)在浅水区起主导作用，而白冠破碎在深水区更显著。黄河河口扇形地形的辐散效应导致波浪传播过程中发生多次破碎过程，这与Willapa Bay等典型河口机制存在差异。

该研究首次阐明了黄河河口在复合极端事件下的波浪响应分异规律，揭示了地形异质性通过折射-破碎耦合作用调控能量耗散的新机制。成果不仅为三角洲海岸带灾害预警提供模型支撑，其提出的"风向转变-双峰波浪"响应范式更可推广至长江、珠江等大型河口系统。研究强调未来需关注全球变暖下台风路径北移对高纬度河口波浪动力的潜在影响，为应对气候变化下的海岸韧性规划提供了科学基准。