孟加拉湾西北部多气旋下的海滩时空响应

《Estuarine, Coastal and Shelf Science》：Spatio-Temporal Beach Response to Multiple Cyclones in the Northwest Bay of Bengal

　　

# 孟加拉湾西北部RK海滩与Rushikonda海滩在2018–2020年热带气旋影响下的海滩形态动力学响应

## 摘要要点

- 气旋Phethai产生的波高约为4.0米，残余水位约为1.0米。
- Phethai引发的沉积物输运速率超过2000立方米/天，沿岸流达到约±3米/秒。
- 强烈气旋使海滩宽度减少20–30米，随后逐渐自然恢复。
- RK3–RK4断面和RUK3–RUK4断面经历了比其他断面更严重的侵蚀和更慢的风暴后恢复过程。
- 高能量气旋条件使海滩状态从低反射型/低耗散型向更耗散的状态转变。
- 在强烈风暴事件期间，气旋驱动的形态变化大幅超过了正常的季节性变率。

## 引言

热带气旋是一种持续时间短但能量高的水动力强迫，能够引起海滩形态、沉积物再分配和岸线位置迅速变化（Stockdon et al., 2007）。风暴引发的海滩响应是由增强的波浪能量、波浪方向、风暴诱发的水位变化以及近岸流共同作用的结果，这些因素改变了垂直岸线和沿岸沉积物输运路径（Boak and Turner, 2005; Morton et al., 1995; Sallenger et al., 2006）。形态变化的幅度和方向不仅取决于风暴强度，还受前驱海滩地形、海滩坡度、沉积物特性、海滩朝向以及风暴持续时间和路径的影响（Sallenger et al., 2006）。最近的观测进一步表明，极端风暴可以暂时压倒季节性形态动力循环，产生侵蚀和沉积的显著空间变率，随后经历不同速率的形态恢复（Castelle and Masselink, 2023; M.D. Harley et al., 2011; Zeng et al., 2020）。风暴驱动的形态变化受波浪传播变形、水位、水流和沉积物可用性的相互作用控制。高能波浪增加了床面剪切应力、海滩坡度和沉积物迁移性（Gallagher et al., 1998; Montes et al., 2023; Salameh et al., 2019）。风暴诱发的水位抬升可以进一步延伸活跃的垂直岸线剖面并改变波浪破碎和沉积物输运的空间分布（Castelle and Masselink, 2023）。近期的过程导向研究表明，风暴事件期间强烈的波浪-水流相互作用可以显著增强沉积物再悬浮、离岸输运和海滩侵蚀，尽管主导输运路径会因当地形态和水动力条件而异（Castelle and Masselink, 2023; Chi et al., 2025; Gireesh et al., 2025; Komi et al., 2022; Ramesh et al., 2023; Ramesh and Ramachandran, 2011）。

海滩对极端事件的响应也必须在其季节性形态动力循环的背景下考虑（Huntley and Bowen, 1978; Jackson et al., 2022）。海滩形态通常根据波浪能量、沉积物特性和海滩坡度的变化，在相对反射型、中间型和耗散型状态之间调整（Ding et al., 2020; Dubois, 1988）。因此，根据此前的海滩状态，相同的风暴强迫可能导致不同的形态响应。近期的野外观测表明，风暴影响受风暴前海滩形态和水位强烈影响，且恢复过程可能涉及垂直岸线和沿岸沉积物再分配（Gireesh et al., 2026; Mitchell D. Harley et al., 2011; Splinter et al., 2018）。虽然反复或连续的风暴可能延迟完全恢复并导致累积性形态变化，但在某些环境中，海滩可能在几天或几个月内显著恢复（Mangor et al., 2017; Sarma, 2015）。

孟加拉湾经常遭遇热带风暴，其波浪和大气强迫表现出显著的季节性变率，这些过程尤为重要（Evan and Camargo, 2011; IMD, 2010; Mohapatra et al., 2014; Naidu et al., 2015; Noujas et al., 2023）。此前对印度东海岸的研究记录了与气旋相关的波浪、水流、岸线位置和海滩形态变化（Amrutha et al., 2014; Bhaskaran et al., 2014; Rao et al., 2013; Reddy et al., 1984; Sarma and Reddy, 1988）。然而，现有的大部分工作集中在单个风暴、区域尺度海岸灾害或水动力响应上，而同时解析风暴强迫、海滩剖面调整、沉积物特性、海滩状态转变、沿岸流和沉积物输运的研究相对较少。

在维沙卡帕特南海岸，先前的调查记录了季节性海滩变化以及气旋和正常天气条件对海滩形态的影响（Gireesh et al., 2026, 2025; Kumar et al., 2001; Rashmi et al., 2023; Reddy et al., 1984）。然而，一个重要的科学空白仍然存在：即不同强度、路径、持续时间和波浪特征的多起气旋如何沿相邻海滩产生空间可变性的形态响应，以及这些事件尺度响应如何与背景季节性海滩循环相互作用。特别是，风暴水动力强迫、海滩状态、沉积物特性和沿岸沉积物输运对侵蚀及后续恢复的相对贡献，仍未通过重复的高分辨率RTK-GNSS野外观测得到充分约束（Chen and Chang, 2009; Noujas et al., 2023; Pratt-sitaula et al., 2024; Surisetty, 2012）。解决这一空白需要能够解析海滩形态时间演化和与单个风暴事件相关的水动力条件的观测数据。RTK-GNSS海滩剖面测量结合波浪、水位观测和沉积物特征化，为量化海滩宽度、高程、坡度、沉积物体积和形态动力状态的变化提供了合适的框架。此类观测还可用于考察风暴驱动的沿岸流与沉积物输运之间的关系以及观测到的侵蚀和恢复空间模式。因此，本研究调查了2018–2020年孟加拉湾西北部RK海滩和Rushikonda海滩的时空形态动力学响应。具体目标包括：

（i）量化气旋引起的垂直岸线海滩形态变化、时间海滩宽度、坡度和沉积物体积变化；
（ii）表征与波浪强迫变化相关海滩形态动力状态的变化，并考察侵蚀的空间差异；
（iii）量化风暴驱动的沿岸流和沉积物输运变率。

通过整合多起气旋事件的观测数据，本研究为孟加拉湾一个多气旋、微潮海岸空间可变性海滩响应和恢复的控制因素提供了过程导向的评估。

## 研究区域

研究区域位于印度东海岸中部，孟加拉湾西缘，大约在17°42′40″–17°47′10″ N和83°22′50″–83°23′30″ E之间。研究聚焦于两个沙滩——Rushikonda海滩和RK海滩，长度分别约为1.5公里和2公里，如图1所示。Rushikonda海滩部分由岩石岬角和Rushikonda山系基座附近一处显眼的岩石露头所界定，而RK海滩则是更城市化的休闲区的一部分。

## 基于RTK-GNSS的野外海滩剖面测量

2018–2020年期间，作为SAMUDRA计划的一部分，在RK和Rushikonda海滩进行了每月海滩地形测量、垂直岸线海滩测量和沉积物采样（Rashmi et al., 2023）。此外，在气旋前、气旋后期和气旋后恢复期进行了基于RTK-GNSS的海滩地形测量，以捕获事件尺度的形态变化。这些地形测量的详细信息见表2a、表2ba和表2b。

**RTK-GNSS测量**

**特定地点的地貌和环境特征**

所研究的RK海滩和Rushikonda海滩表现出显著不同的地貌特征，影响它们对季节性和气旋诱发的水动力强迫的响应。两个海滩在宽度、前滩坡度、沉积物特性、岸线朝向和局部暴露程度上也存在差异，为考察气旋诱发的形态响应提供了对比环境。研究区域的典型海滩宽度约为45至80米，而测量的海滩面……

## 讨论

此前对维沙卡帕特南海岸的调查已确立了波浪驱动的沿岸流和季节性波浪变率在控制沉积物再分配中的重要性。本研究在此基础上，将观测到的波浪特征与海滩状态和重复的垂直岸线海滩剖面测量相关联。这种方法使得事件尺度的形态变化能够相对于事件前海滩状态和后续恢复过程进行评估，而不是……

## 结论

本研究利用重复的RTK-GNSS测量和垂直岸线海滩剖面观测、水动力测量、沉积物特性、海滩状态分类以及沿岸流和沉积物输运估计，对孟加拉湾西北部RK海滩和Rushikonda海滩的气旋诱发海滩形态动力学进行了综合评估。本研究的主要贡献在于将重复的海滩尺度形态观测与事件特定的……

## CRediT作者贡献声明

Rashmi Sharma：监督指导、资源。
Surisetty V V Arun Kumar：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、监督指导、调查、形式分析、概念化。
Baggu Gireesh：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、验证、软件、方法、形式分析、数据管理、概念化。
Chintam Venkateswarlu：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、形式分析。
C V Naidu：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿……

## 未引用参考文献

Arun kumar et al., 2021; Casamayor et al., 2015; El Mrini et al., 2013; Elko et al., 2015; Gireesh et al., 2023a; Goldar et al., 2024; Jackson et al., 2005; Kankara et al., 2018; Komar and Michael, 1972; Lippmann and Holman, 1990; Sanil et al., 2006; Short, 1975; Silveira et al., 2013; Venkateswarlu et al., 2023; Wiggins et al., 2019; Wright et al., 1978。

## 利益冲突

作者声明无利益冲突。

## 竞争利益声明

? 作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的工作。

## 致谢

作者衷心感谢空间应用中心（SAC）主任和安得拉大学气象学与海洋学系主任在研究全过程中提供的持续支持和鼓励。作者还衷心感谢地球科学国家研究中心（NCESS）主任及其下属的地球科学部长的合作。我们感谢KVSR Prasad教授的支持和鼓励。以及……

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