《Water》：A Data-Driven Morphodynamic Classification of Microtidal Beaches Along the Greek Coast (Eastern Mediterranean)
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本研究对希腊海岸174条海滩剖面进行了形态动力学分类，这些剖面主要来自小型、细粒、缓坡且以朝南为主的海滩。沙丘是最常见的后滨环境（占39%），30%的剖面以道路或建筑物等人工地貌为背景，29%的剖面存在海滩岩。为进行形态动力学分类，研究采用了多因子分析（MFA
本研究对希腊海岸174条海滩剖面进行了形态动力学分类，这些剖面主要来自小型、细粒、缓坡且以朝南为主的海滩。沙丘是最常见的后滨环境（占39%），30%的剖面以道路或建筑物等人工地貌为背景，29%的剖面存在海滩岩。为进行形态动力学分类，研究采用了多因子分析（MFA）和基于主成分的层次聚类（HCPC）并结合k均值整合。前两个MFA维度概括了暴露度/波浪条件以及沉积物-后滨特征，聚类结果与调查样本内重叠的环境梯度相一致。整合后的HCPC产生了三个主要的操作类型（k = 3）：暴露高能海滩（n = 83）、遮蔽细粒海滩（n = 64）以及较小的遮蔽粗粒、与海滩岩相关的组群（n = 27）。平均轮廓系数为0.370；固定平面自助法Jaccard值分别为0.765、0.688和0.563，表明类型I-III之间的稳定性不均衡。更细的划分（k = 5和k = 8）提供了更高分辨率的视角，并与三类型划分交叉切割。该类型学概括了波浪暴露度、沉积物质地和海岸环境之间的差异，为目标化监测提供了基础；但并未量化侵蚀速率或预测越浪事件。
一、研究背景与问题
海滩作为陆海交界的过渡带，是地球上最动态且脆弱的沉积地貌单元，不仅为海岸基础设施提供天然防护，还支撑着独特的生态系统。对于希腊这一依赖"阳光、沙滩、海洋"（3S）旅游模式的国家而言，海滩具有重要的社会经济意义，全国超过5000条海滩直接关联着区域经济增长与就业。然而，在持续海平面上升、极端天气事件频发以及人类活动直接干预的多重压力下，海滩系统正经历快速演变。希腊海滩的陆上宽度通常不足20米，对侵蚀高度敏感，在RCP8.5高冰融情景下，预计到本世纪末将有40%-89%的希腊海滩发生至少相当于其当前最大宽度的永久性后退。
有效的海岸带综合管理（ICZM）和可持续适应策略的实施，需要能够反映海滩环境高度变异性的分类方案，而非将海岸线视为均质单元。传统的单参数描述符如Dean无量纲参数（Ω）虽具解释力，但将高维现实压缩为单一能量主导轴，可能掩盖方位、吹程、多尺度形态以及后滨和基底（包括海滩岩）的重要性。此外，中间状态的海滩高度动态，随波浪条件在风暴期与平静期之间持续转换，各中间亚阶段并无刚性数值边界。为此，研究者日益采用多变量数据驱动方法对区域数据集进行分类。然而，多变量分类面临一个方法论难题：海滩描述符（水动力、沉积学、形态学及背景变量）自然形成大小和内部相关性各异的变量块，普通主成分分析可能使最大或相关性最强的变量族占主导。多因子分析（MFA）通过分块加权限制这种主导性，但无法消除块间冗余；基于主成分的层次聚类（HCPC）则在保留因子空间条件下提供操作化划分。
二、研究内容与意义
本研究整合了174条希腊海岸剖面（爱琴海/东部区89条、克里特岛46条、爱奥尼亚/西部区39条）的暴露度、形态学、沉积学、波浪条件以及分类后滨/基底描述符，通过MFA-HCPC构建了希腊海滩的区域类型学。研究旨在定量描述数据集、开发并批判性验证希腊海滩的MFA-HCPC类型学，识别影响海滩变异的主导因素，比较不同分类分辨率，并评估各描述符类别（包括分类后滨背景）对最终类型的影响。该类型学概括了波浪暴露度、沉积物质地和海岸环境之间的差异，为目标化监测提供了基础，但并未量化侵蚀速率或预测越浪事件。
三、主要技术方法
研究采用的主要方法包括：多因子分析（MFA）——通过分块归一化限制较大或内部相关性更强的描述符家族的主导作用；基于主成分的层次聚类（HCPC）结合k均值整合——在保留因子空间内提供操作化划分；固定平面自助法（B=100次剖面级重采样）评估聚类稳定性；调整兰德指数（ARI）比较不同模型规格的划分一致性；以及多种聚类数诊断指标（轮廓系数、Caliński-Harabasz指数、Davies-Bouldin指数、Dunn指数和间隙统计量）。数据来源包括174条海滩剖面的野外测量（主要代表夏季条件）、哥白尼海洋服务地中海波浪再分析产品（MEDSEA_MULTIYEAR_WAV_006_012）以及SMB方程计算的波浪参数。
四、研究结果
4.1 海滩特征描述
调查海滩以朝南为主（43.7%），沙丘是最常见的后滨环境（38.5%），其次为人工固定结构（29.9%）。海滩宽度不超过23米的剖面占56.9%，滩肩/海滩高度不超过1.5米的占52.9%。沉积物以砂质为主，近滨（内岸坡）样品分选普遍优于滩面和陆上海滩样品。显著波高（Hs）在0.3-0.9米低中等级范围内的剖面占66.1%，而最大波高超过4.5米（高和极高等级）的占61%。根据Ω参数，72%的海滩处于中间形态动力学状态（1.5 ≤ Ω ≤ 5.5），无完全消散型剖面。
4.2 活跃变量相关结构
显著波高与周期呈最强正相关（r = 0.98），上尾波高与周期相关为r = 0.97。最大吹程与波浪描述符呈正相关（r = 0.28-0.43），而形态学、沉积特征与方位间相关性普遍较弱。排除周期变量（Ts和Tmax）后重新拟合的模型与基线划分一致性有限（ARI = 0.247），表明对波浪描述符选择敏感。
4.3 MFA与HCPC分析
主模型（M1）中，维度1解释11.28%惯量，维度2解释8.31%（累计19.59%），需11个维度达到70.86%累计惯量，表明数据集高维性。维度1主要贡献来自水动力（32.0%）、方位/暴露度（28.3%）和形态学（27.0%），对比相对遮蔽、低能、短吹程剖面与相对暴露、高能、长吹程剖面；维度2由沉积学（53.6%）和后滨/基底背景（23.8%）主导，代表沉积物质地/背景对比。
4.3.1 最终三类型（k = 3）操作类型学
聚类数诊断未识别唯一最优解。采用k = 3作为紧凑的区域描述方案：类型I（n = 83）为暴露/高能组，平均最大波高约5.81米，最大吹程约389公里，53%剖面为沙丘后滨，37%含海滩岩；类型II（n = 64）为遮蔽/细粒组，平均最大波高约4.10米，87.5%剖面无海滩岩；类型III（n = 27）为遮蔽/粗粒、后滨受限组，平均陆上中值粒径约2.31毫米，74%为人工T3后滨，41%含海滩岩。固定平面自助法Jaccard值分别为0.765、0.688和0.563，类型III稳定性最低。地理交叉分析显示类型I主导克里特岛（36/46）和爱奥尼亚/西部区（24/39），类型II和III共同主导爱琴海/东部区（66/89）。维度1呈现显著正空间自相关（Moran's I = 0.423）。
4.3.2 五组更高分辨率划分
k = 5方案（平均轮廓系数0.3387）包含29、46、47、7和45个剖面。组5-I为长吹程暴露核心（平均最大吹程约616公里），76%为沙丘后滨；组5-IV为小型粗粒端元（平均陆上中值粒径约4.86毫米），6个剖面含海滩岩，5个为反射型。该划分与k = 3交叉切割而非严格嵌套。
4.3.3 八组更高分辨率划分
k = 8方案（平均轮廓系数0.3750）解析更细的局部结构，但产生4-36个剖面的组群。组8-VI仅含4个剖面且全部含海滩岩，组8-VIII平均最大波高最低（约1.67米）且以人工后滨为主。固定平面自助法Jaccard值范围0.50-0.88，与k = 3一致性有限（ARI = 0.292）。
五、讨论与结论
讨论部分指出，方法上MFA通过分块归一化限制了较大或内部相关性更强的描述符家族的主导作用，但周期省略敏感性表明分组对所选波浪描述符并非不敏感。类型学的解释需将诊断强度与主张相匹配：k = 3时平均轮廓系数为0.370，聚类数诊断未识别共同最优值，固定平面自助法重现率不均，结合模型规格敏感性，这些发现与样本中重叠的环境梯度相容。从纯物理基线（M0）到背景活跃模型（M1）的转变实质性地重组了物理聚类划分（ARI = 0.336）。类型III作为最不稳定的操作端元应谨慎解释。k = 5和k = 8的并行记录使分辨率权衡明确化，它们提供替代性更高分辨率视角而非统计上更优的最终类别。研究限制包括：形态观测主要代表夏季条件、波浪输入混合再分析推导与SMB估算、波浪描述符捕捉广泛的波候差异但未估计季节性/年际或因果性区域气候效应、分类后滨描述符比连续测量粗糙、174条剖面构成非随机空间聚类样本。
结论部分总结：显著波和极端波描述符概括波况的不同部分，极端分支具有更大的波高和估算破波深度；56.9%的海滩宽度不超过23米，52.9%的滩肩/海滩高度不超过1.5米，这些尺度为场地特定灾害评估提供动机；约30%的调查海滩存在人工结构，28.7%的剖面存在海滩岩，表明对剖面调整的潜在约束；操作化k = 3类型学区分了83条相对暴露/较高能海滩、64条遮蔽/细粒海滩和27条遮蔽/粗粒海滩（后者具有更强的后滨和近滨基底约束），这些组群概括了调查样本和所选MFA平面内重叠的环境梯度，而非截然分离的自然种群；更细的k = 5和k = 8方案描述了额外变异性，但其稳定性不均且非k = 3的严格细分。
