1、第 43 卷 第 9 期2023 年 9 月Vol.43，No.9Sept.，2023热带地理TROPICAL GEOGRAPHY波浪海滩沙丘相互作用研究进展田伟1，董玉祥1,2（1.中山大学地理科学与规划学院/广东省城市化与地理环境空间模拟重点实验室，广州 510275；2.广州新华学院 资源与城乡规划学院，广州 510520）摘要：基于Web of Science数据库搜索关键词“波浪海滩沙丘相互作用”，筛分出与主题紧密相关的文献近百篇并对其梳理与分析，将研究阶段与理论模式进行划分，厘清当前研究存在的问题与机遇。结果发现，波浪海滩沙丘相互作用研究自1980s以来经历了理论提出、区域拓展、深
2、入研究3个发展阶段。理论模式从单一的概念模式发展为不同尺度概念下的相互作用理论模式，研究方法从单一的野外测绘和海图测深资料发展到野外实地观测、室内风洞试验、3S技术与数值模拟相结合的综合研究方法；研究区域，从澳大利亚东南部海岸扩展到欧洲、北美洲、南美洲和亚洲等地海岸。同时，波浪海滩沙丘相互作用研究中也存在一些尚未解决的问题：针对不同区域的海岸沙丘动力地貌系统难以总结出一个具有普适应的理论模式；微观尺度内，已有的理论内容难以完全的揭示波浪、潮汐水动力与碎波带/海滩和风动力与海滩沙丘地貌之间的复杂相互作用机理；中观尺度内，整个碎波带、海滩与沙丘系统对风暴的响应与反馈机理还需要进一步观测与深入研究，
3、且建立事件尺度内的动力与地貌响应过程和中期地貌形态变化之间的联系还需要更长时期的实地观测与模型改进；宏观尺度内，海平面抬升引起海岸变化的预测模型需要多时空的实地观测数据支持与验证。未来可结合历史资料、实地观测数据、高分辨率遥感影像数据，综合分析各环境要素与碎波带、海滩、沙丘地形地貌之间的动力过程与形态响应关系，采用数值模拟技术揭示不同时空尺度的波浪海滩沙丘相互作用关系机理，进一步完善波浪海滩沙丘相互作用理论内容。关键词：波浪；海滩；沙丘；海岸风沙地貌；风沙动力作用过程；波浪作用过程中图分类号：P737.1；P931.3 文献标志码：A 文章编号：1001-5221(2023)09-1665-1
4、3DOI：10.13284/ki.rddl.003729 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：海岸沙丘广泛发育于不同纬度的砂质海岸带，是以波浪作用为主的海滩和以风力作用为主的海岸共同构成的复杂动力地貌系统，系统各要素之间相互作用与反馈体现着陆海气三相交互作用（Short et al.,1982;Sherman et al.,1993）。海岸沙丘的形成发育具有高度时空异质性，不同区域海岸波浪海滩沙丘三相相互作用过程、程度与关系差异显著，如即使同一海岸在暴露风况程度、海滩宽度、沉积物特征、植物种群类型与分布情况基本一致时，仅波浪能沿岸微弱的变化也可引起海岸沙丘规模空间上显著差异，故波浪海滩沙丘
5、三相互作用研究一直是海岸风沙地貌研究的重点与难点（Short et al.,1982;Pye,1983,1990;Psuty,1986,1988;Sherman et al.,1993;Nielsen,2004;Saye et al.,2005;Miot et al.,2010;Cohn et al.,2018;Moulton et al.,2021）。始于20世纪80年代，波浪海滩沙丘相互作用研究大致可归结为理论提出、研究区域拓展、深入研究3个阶段，其中早期提出包括波浪能海滩/碎波带动力地貌状态海岸沙丘动力地貌特征之间关系模式、海滩与沙丘沉积物收支平衡理论、综合海岸动力环境要素与海岸沙丘形成
6、发育理论等概念模式（Short et al.,1982;Psuty,1986;Pye,1990;Sherman et al.,1993）；之后研究区域不断拓展，从澳大利亚东南部海岸、英国Sefton海岸扩展收稿日期：2022-06-16；修回日期：2022-07-15基金项目：国家自然科学基金项目“中国海岸风蚀地貌的发育与演变”（41871006）作者简介：田伟（1985），女，天津人，博士研究生，研究方向为海岸风沙地貌，（E-mail）；通信作者：董玉祥（1964），男，河南西平人，教授，主要从事海岸风沙地貌和土地退化研究，（E-mail）。田伟，董玉祥.2023.波浪海滩沙丘相互作用研究进
7、展.热带地理，43（9）：1665-1677.Tian Wei,and Dong Yuxiang.2023.Research Progress on Wave-Beach-Dune Interactions.Tropical Geography,43(9):1665-1677.43 卷热带地理到英国多处海岸、爱尔兰、法国、丹麦、西班牙、北美以及巴西和中国等区域海岸，通过具体实例研究验证已有理论模式（Guilln et al.,1999;Aagaard et al.,2004;Saye et al.,2005;Anthony et al.,2006,2009;Vespremeanu-Stroe
8、et al.,2007a;Dan et al.,2009;Houser,2009;Servera et al.,2009;Qi et al.,2010；董玉祥，2010；Miot et al.,2012）；近期波浪海滩沙丘相互作用机理研究不断深入，结合现代测量、数据处理及模拟技术，量化了事件尺度水动力作用过程和风沙动力作用过程，以及中长期尺度海滩沙丘形态变化的联系，探索不同环境要素在海滩沙丘地貌状态变化中的影响程度差异（Anthony,2013;Bauer et al.,2015;Zhang et al.,2015;Darke et al.,2016;Moore et al.,2016;Cas
9、telle et al.,2017;Walker et al.,2017;Cohn et al.,2018;Dez et al.,2018;Malvrez et al.,2019;Anthony et al.,2020;Costas et al.,2020;Moulton et al.,2021;He et al.,2022）。相比国际上波浪海滩沙丘相互作用理论模式、数据获取技术与分析方法、区域研究等方面的显著进展，国内相关案例研究较少，且理论模式难以全面的揭示不同区域海岸沙丘系统的三相相互作用机理。因此，本文从Web of Science 数据库，搜索关键词“波浪海滩沙丘相互作用”，筛分出与
10、主题紧密相关的文献近百篇，并对其进行梳理与分析，厘清当前研究存在的问题与机遇，为下一步探索与揭示中国的不同区域岸段的波浪海滩沙丘相互作用关系提供科学依据。1 波浪海滩沙丘相互作用理论模式 波浪海滩沙丘相互作用模式主要分析与海岸沙丘地貌形态相关的水动力作用过程、风沙运动过程、植被覆盖情况、沙源沉积物供给以及人类活动干扰之间的相互作用关系，揭示海岸沙丘地貌形态的时空变化规律（Short et al.,1982;Pye,1990;Sherman et al.,1993;Walker et al.,2017）。海岸地貌学家通过借鉴其他领域的定义与概念，引入到海岸沙丘的相关研究中。Sherman等（19
11、93）借鉴Valentin（1952）的“尺度”概念，将时空尺度内波浪海滩沙丘相互作用关系划分为微观尺度（Microscale）、中观尺度（Mesoscale）与宏观尺度（Macroscale）3类（表1）。Walker等（2017）借鉴“尺度意识（scale aware）（Schumm et al.,1965）”以及河流侵蚀循环理论，将海滩与沙丘地貌动力系统研究划分为空间上“点（Plot）”尺度、“地貌（Landform）”尺度和“景观（Landscape）”尺度研究。以下将从微观、中观与宏观尺度分别阐述波浪海滩沙丘相互作用的理论内容。1.1微观尺度理论模式微观尺度界定的时间范围是数小时数天
12、，空间范围是数毫米数米。微观尺度内波浪-海滩-沙丘相互作用研究近岸带水动力、风动力、波浪侵蚀表1 微观、中观、宏观尺度波浪海滩沙丘相互作用模式与研究区域Table 1The model of wave-beach-dune interactions in micro-,meso-,macro-domains and related study areas尺度微观中观宏观理论模式海滩沉积物供给与传输协同作用理论（Houser,2009）波浪-碎波带/海滩地貌动力状态-沙丘动力地貌特征关系模式（Short et al.,1982）海滩/沙丘沉积物收支平衡理论（Psuty,1986,1988,199
13、2;Sherman et al.,1993）海岸前丘形态与风动力、海洋动力作用程度关系概念模式（de Almeida et al.,2019;Pelln et al.,2019）海平面上升引起的海岸侵蚀后退模型（仅考虑沉积物向海一侧传输）（Bruun Model）（Bruun,1954;1962）海平面上升引起的海岸侵蚀后退模型（仅考虑沉积物向陆传输）（RD-A Model）（Davidson-Arnott,2005）修正Bruun模型（既考虑沉积物向海一侧传输，也考虑沉积物向岸传输）（Rosati et al.,2013）研究区域Skallingen海岸沙丘系统（丹麦）（Anthony et
14、 al.,2006）；北海南部的法国海岸（Anthony et al.,2009）；Long Beach Penisula Oysterville海滩沙丘系统（Cohn et al.,2018）；Calvert Island West Beach海滩沙丘系统（Grilliot et al.,2019）英格兰及威尔士五处海岸（Saye et al.,2005）；澳大利亚东南部Queesland海岸（Moulton et al.,2021）；巴西南部Mocambique海滩（Miot et al.,2010）；中国福建南部海岸（刘建辉 等，2014）西部加利福尼亚州的Humbolt Bay Nat
15、ional Wildlife Refuge海岸（Rader et al.,2018）；加拿大Princess Edward Island海岸（Walker et al.,2017）；多瑙河三角洲海岸（Vespremeanu-Stroe et al.,2007a）；英国及新西兰部分海岸（Pye,1990）西班牙北部六处稳定状态海岸沙丘系统（Pelln et al.,2019）北美、欧洲，新西兰，澳大利亚海岸（Bruun,1954;1962）加拿大Princess Edward Island障壁岛海岸沙丘系统（Walker et al.,2017）美国海岸（Rosati et al.,2013）1
16、666田伟等：波浪海滩沙丘相互作用研究进展9 期海滩向海搬运沙源沉积物与海滩表面风沙流向岸传输沙源供给海岸沙丘的过程，亦是海滩与沙丘之间物质交换与能量耗散过程（Sherman et al.,1993;Bauer et al.,1999）。海滩上风沙流向岸输沙能力不仅受到近岸带向海滩供给沙源量的影响，还受到海滩沙含水量、冰雪覆盖、盐壳、和圆木残骸等粗颗粒层的限制。因此Houser（2009）借鉴协同作用理论提出：当近岸沙坝向岸移动与碎波带合并为海滩提供沙源与海滩沙源沉积物被风携带向岸传输同步发生时，海岸沙丘建立且规模扩大；反之海岸沙丘遭受侵蚀破坏、规模减小。根据Walker等（2017）的“点（
17、Plot）”尺度概念，单个输沙事件是海滩地形、海滩面含水量、风向、波浪爬高、风速等各环境要素相互作用的结果，反映气流运动与风程、海滩表层沙含水量、海滩和沙丘地貌形态之间的作用与反馈。输沙活动的起始与中断以及输沙量变化反映各环境要素相互作用的时空变化，以及其对海滩-沙丘地貌蚀/积格局变化的控制作用。1.2中观尺度理论模式中观尺度界定时间范围在数月数年内，空间范围为数米数千米。中观尺度研究月/年际周期内的水动力作用与风动力作用过程对海滩沙丘地形地貌变化的作用与贡献，既需考虑平静天气条件下海滩与沙丘地形变化，也需研究极端天气状况下风暴与台风（群）对整个系统作用程度以及系统的响应与反馈（Sherman
18、 et al.,1993）。从“Landform（地貌）”尺度看，海滩沙丘地形地貌状态与系统的沉积物收支状况、海岸沙丘植被生长与覆盖程度、输沙事件和风暴作用效应与贡献密不可分（Walker et al.,2017）。因此对其不同区域的海岸沙丘系统研究证实，它既是多年内潮波状况与海滩动力地貌状态和沙丘动力地貌状态的一一对应关系，也是海滩与沙丘沉积物收支状态与海岸沙丘的体积规模变化关系，还反映水动力作用与风沙活动在整个系统达到稳定状态时所做出的相对贡献。1）波浪碎波带/海滩沙丘相互作用模式Short等（1982）基于澳大利亚南部海岸观测、调查和分析，总结波浪能高低与碎波带/海滩地貌动力状态与沙丘地
19、貌动力特征之间的关系。波浪从深海传入到近海发生破波时，近岸带地形变化与海岸岬角地形引起波浪折射、衍射导致波浪能沿岸再分配；波浪与近岸带地形的相互作用与反馈决定碎波带/海滩的地貌动力状态，风动力与海滩地形相互作用与反馈决定了海岸沙丘体积规模与地貌形态（表2）（Short,1978;Short et al.,1982）。波浪与碎波带/海滩沙丘相互作用亦体现在碎波带与海滩和沙丘之间的沉积物交换，以及海岸前丘形态变化与植被盖度、植物种群丰富度之间的关系，而植物生长状况和种群数也受到波浪能高低与盐雾浓度的影响（Short et al.,1982;Hesp,1988）。2）海滩/沙丘沉积物收支平衡理论海滩
20、与沙丘之间的沉积物交换过程引起海滩沙丘蚀积格局变化与相应的沙丘体积规模变化，在系统达到稳定状态时，海滩与沙丘沉积物收支动态平衡，因此海滩沙丘沉积物收支状况反映地貌尺度内海滩与沙丘相互作用关系。Psuty（1986；1988）总结得出：海滩沉积物收支为正，海滩存储沙源空间增大且向海一侧扩张，则沙丘建立；海滩沉积物收支为负，海滩向内陆后退，沙丘被侵蚀形成陡坎；沙丘沉积物收支为负时，沙丘体积规模减小，反之沙丘体积增长、规模扩大。在河口三角洲、障壁岛和沙咀海岸，因河流输沙量年际变化或沿岸流传输沉积物作用引起的海滩与沙丘沉积物收支从近端（河口）向远端变化，相应的海岸沙丘规表2 澳大利亚南部海岸波浪海滩沙
21、丘相互作用关系模式（Short et al.,1982）Table 2The wave-beach-dune interaction models in southeastern of Australia(Short et al.,1982)波浪高度/m2.512.51海滩动力地貌状态耗散型中间型反射型海滩形态与岸平行沙坝-低槽，平缓宽阔新月形沙坝；缓-中等海滩坡度新月形沙坝-滩尖角；缓-中等海滩坡度裂流；中-陡的海滩坡度无沙坝狭窄的碎波带，海滩坡度陡海滩侵蚀模式低频；波浪增水侵蚀频率从低到高变化，裂流侵蚀高频；波浪增水海岸前丘前缘侵蚀程度低频；沿岸方向形成连续沙丘侵蚀陡坎，冲刷侵蚀中频；在裂
22、流带形成侵蚀陡坎（间距1 000 m），裂流背部冲刷侵蚀中频；在裂流带形成侵蚀陡坎（间距：5001 000 m）；在裂流背部冲刷侵蚀中频；在裂流带形成侵蚀陡坎（间距：500 m）；在裂流背部冲刷侵蚀高频；形成连续沙丘陡坎；在较低处形成冲刷潜在输沙率高高-中中中-低低海岸前丘规模/潜在破坏频率大型海岸前丘/中等的破坏频率高-中等规模海岸前丘/中-高等的破坏频率中等规模海岸前丘/高频率的破坏中等-低规模海岸前丘/中-低破坏频率小型海岸前丘/低破坏频率海岸沙丘形态大型向陆后退沙席大型抛物线沙丘、沙席大型抛物线沙丘、风蚀坑不连续的风蚀坑海岸前丘陡坎，偶见风蚀坑166743 卷热带地理模随之变化（Psu
23、ty,1992）。后来，该理论被Sherman等（1993）扩展为9种海滩/沙丘蚀积状态与海岸沙丘地貌形态对应关系，其中的不确定海岸沙丘形态表明其可能有几种海岸沙丘（表 3）。此外，Pye（1990）基于澳大利亚北昆士兰海岸和英国Sefton海岸沙丘的研究，总结得出6种沙丘形态与海滩/沙丘沉积物收支状态、风能、植被有效集沙能力之间的相互作用关系（表4）。3）海岸前丘与海洋动力、风沙动力作用程度关系模式为了定量判别稳定状态的海岸前丘地貌形态与海洋动力、风沙动力作用程度的关系，Pelln等基于西班牙北部的六处海岸前丘坡脚位置、体积规模、输沙势和年平均总水位高度（等于天文潮汐水位+风暴涌浪水位+波浪
24、爬高水位）相关性分析，提出海岸前丘位置与规模取决于海洋动力与风沙动力作用的相对权重概念模式（Pelln et al.,2019;de Almeida et al.,2019）。当海洋动力作用较弱时，波浪作用难以到达沙丘坡脚，海岸前丘可持续地向海一侧前进，其规模受控于输沙势；随着沙丘不断向海扩张，海滩所能提供的沙源量逐渐减少，沙丘增长趋势变缓直至因风程有限规模不再增长，海岸前丘最终所处的位置由“自我调整的风程”决定。在海洋动力作用强的海岸，波浪侵蚀作用强，海岸前丘位置由年平均总水位线决定；当海滩宽度大于临界风程时，前丘体积规模增长至稳定状态，其规模与输沙势成正比；当海滩宽度小于风沙流达到饱和所需
25、的临界风程时，海岸前丘规模取决于受风程限制的输沙量（Pelln et al.,2019）。1.3宏观尺度理论模式宏观尺度界定时间范围：数十年至百年甚至千年；空间范围：百公里至千公里。百年至千年时间尺度海平面上升不可逆转。海平面上升引起海岸线与沙丘向内陆后退，破坏沿岸沉积物收支平衡，最终控制海滩沙丘系统长期演化（Sherman et al.,1993）。另外，河流携带入海泥沙沉积物减少、构造运动、地面沉降引起相对海平面抬升，导致海岸线后退和海滩沙丘侵蚀程度增加（Walker et al.,2017）。经典Bruun模型认为，海平面上升导致海滩侵蚀，海滩沉积物被向海的回流带到离岸带沉积，并未考虑海
26、滩与沙丘之间的沉积物交换作用（Bruun,1954;1962）。RD-A模型认为，海平面抬升导致海岸前丘被侵蚀下切形成陡坎，侵蚀的沉积物被搬运并堆积在潮下带与近岸带，之后在风沙流向岸搬运作用下被带回陡坎前缘，陡坎恢复沙丘高度增加且沙丘向陆一侧移动（Davidson-Arnott,2005）。最近，基于海平面上升引起越浪侵蚀、沉积物向岸传输、海滩与沙丘沉积物交换的证据，Rosati 等（2013）对Bruun模型进行修正，能够较全面地预测海平面抬升引起的沉积物向岸传输与向海传输2种情况下，海滩横剖面的变化趋势。2 波浪海滩沙丘相互作用的研究方法 2.1微观尺度三相相互作用关系的研究方法波浪海滩沙
27、丘相互作用研究方法包括野外观测、室内实验、遥感影像解译与分析和数值模拟。波浪特征参数（表5）可通过野外波浪浮标记表3 Sherman 和Bauer的中观尺度海滩沙丘相互作用关系（Sherman et al.,1993）Table 3Dynamics of beach and dune interactions in meso-scale(Sherman et al.,1993)海滩沉积物收支正沉积状态正沉积状态正沉积状态稳定状态稳定状态稳定状态负沉积状态负沉积状态负沉积状态沙丘沉积物收支正沉积状态稳定状态负沉积状态正沉积状态稳定状态负沉积状态正沉积状态稳定状态负沉积状态海岸沙丘形态海滩肩/沙丘
28、脊不确定沙丘形态风蚀坑/风蚀洼地沙丘原地加积不确定沙丘形态风蚀坑/风蚀洼地海岸沙丘加积且向岸迁移不确定沙丘形态沙丘侵蚀和越浪侵蚀表4 海滩/沙丘沉积物收支状态、风况条件、植被集沙能力与海岸沙丘形态关系（Pye,1990）Table 4Models of beach/dune sediment budget,wind climate,vegetation trap sand and coastal dune morphology(Pye,1990)海滩/沙丘沉积物收支状态海滩沉积物收支为正海滩沉积物收支为正海滩沉积物收支为负海滩沉积物收支平衡海滩沉积物收支为负（轻微）无充足沙源风况条件风能相对较
29、低风能相对较高中等风能各种风况各种风况风能高植被集沙能力无有效的植被集沙不连续植被覆盖有效的植被集沙植被被破坏植被被破坏海岸沙丘形态滩肩/沿岸堤、海岸平原与海岸线平行的海岸前丘一排排雏形圆丘和雏形风蚀坑、抛物线沙丘单一的高大海岸前丘在原地增长一系列的风蚀坑和小型后退式抛物线沙丘向内陆后退式沙席1668田伟等：波浪海滩沙丘相互作用研究进展9 期录与电磁洋流计（Inter Ocean S4）监测获取，还可通过目视观测波浪高度、破波个数用于判别波浪能高低；水下沉积物采集可通过水下取样器（Van Veen grab sampler）、水下旌式集沙仪和网式集沙仪捕获（U.S.Army,1984;U.S.
30、Army Corps Of Engineers,2003;Moulton et al.,2021）。潮汐特征主要来自野外验潮站和水文站（Nielsen,2004;Saye et al.,2005;van Puijenbroek et al.,2017;Grilliot et al.,2019）。类似的，海滩上气象状况可通过建立微气象站布设风速仪、水分计、气压计、温度计、湿度计、水位计实时监测风况、海滩面含水量、大气压强、温度、湿度与海滩地下水位，还可布置集沙仪（圆柱状、立式与轻便式）捕获风沙流输沙量（Arens,1996;Vespremeanu-Stroe,2007a;Anthony et a
31、l.,2009;Sherman et al.,2014;Walker et al.,2017;He et al.,2022）。水下近岸带与碎波带地形可采用测绘棒、回声定位技术与水准仪协同测绘，潮上带海滩与沙丘地形可采用水准仪、全站仪、RTKGPS、LIDAR、无人机、激光扫描仪针对布设的横向剖面样线进行测绘（Saye et al.,2005;abuz,2016;Walker et al.,2017）。此外，在海滩与沙丘高处安装延时摄像机，拍摄潮汐周期内的波浪所到达的具体位置，实时监测海滩面浸湿与干燥过程，为分析判断海滩有效风程提供依据（Walker et al.,2017）。沙源沉积物物理特征
32、主要通过室内粒度实验与含水量实验获得，并采用Folk等（1957）的粒度参数分级标准分析。根据实测深水波浪、潮汐与风况数据和近岸带水下地形，借助于Delft3D与SWAN模型模拟波浪在碎波带海滩的传输与耗散过程，预测沿岸流、波生流传输沉积物和水下地形演变（Saye et al.,2005;Bayram et al.,2007;Miot et al.,2012;Moulton et al.,2021）。针对风暴时难以获取深水波特征参数的情况，可利用总水位作为代用指标并划分风暴等级，在XBEACH模型中模拟水动力作用过程，并计算水下传输沙源量（Roelvink et al.,2019）。风沙流输沙
33、过程模拟基于风速、风向与沉积物粒径，采用Fryberger等（1979）方法计算输沙势 DP（Drift Potential）、总输沙势 RDP（Resultant Drift Potential）、输沙势合力方向RDD（Resul表5 微观、中观、宏观尺度波浪海滩沙丘相互作用研究所需要的参数Table 5The parameters for wave-beach-dune interactions in micro,meso,and macro scale domains尺度波浪特征参数潮汐特征参数风暴特征参数风况参数近岸带/碎波带特征参数海滩形态特征参数海岸前丘形态规模参数微观尺度（数小时
34、到数天）有效波高、波浪周期、最大波高、波向、波向频率大潮高度、小潮高度、最大潮差、最小潮差，潮汐类型风暴强度等级、一次风暴引起的波浪爬高、风暴持时风速、风方向、最大风速、风向频率、输沙势沉积物颗粒尺寸，近岸带/碎波带坡度、宽度潮间带宽度/坡度、沉积物颗粒尺寸，潮上带宽度/坡度、颗粒尺寸、沉积物颗粒含水量海岸前丘高度、迎风坡坡度、海岸前丘迎风坡与背风坡沉积物颗粒尺寸、海岸前丘体积规模、海岸前丘有无植被覆盖、海岸前丘前部是否发育雏形沙丘、海岸前丘上部是否发育风蚀坑中观尺度（数月到数年）有效波高、波浪周期、最大波高、波向、波向频率（数月到数年统计值）平均潮差、最大潮差，潮汐类型风暴强度等级、频率、每
35、次风暴的持时，每次风暴引起的波浪爬高，风暴事件引起的海滩与沙丘系统的侵蚀等级风速、风向（数月到数年统计值），最大风速、风向频率，输沙势沉积物颗粒尺寸，近岸带/碎波带坡度、宽度潮间带宽度/坡度、沉积物颗粒尺寸，潮上带宽度/坡度、沉积物颗粒尺寸，海滩移动性、潮上带颗粒沉积物含水量、潮上带冬季是否有冰雪覆盖以及持续的时间、有无植被覆盖、植物种群变化、植被高度变化以及覆盖度变化（数月到十年），海滩沉积物收支状况，是否存在人工养滩工程海岸前丘高度、迎风坡坡度、海岸前丘迎风坡与背风坡沉积物颗粒尺寸、海岸前丘体积规模、海岸前丘植被覆盖度及其变化（数月到十年）、植物种群数、植物高度，雏形沙丘与风蚀坑规模，海岸
36、前丘沉积物收支状况以及年际变化宏观尺度（数十年至百年甚至更长）有效波高、波浪周期、最大波高、波浪方向，ENSO/La Nina 事件相位表征参数MEI、PDO、NOI，北大西洋涛动指数NAO，英国西风带天气类型指数Lamb平均潮差、最大潮差，潮汐类型百年内风暴频率、风暴强度百年内风况（风速、风向）及其变化海平面变化引起的近岸带/碎波地形变化（坡度、宽度、水下沙坝移动距离）百年内海岸线前进/后退速率，海滩蚀积状态及其变化海岸前丘形态演化特征（体积规模变化、高度变化、向内陆后退/向海前进，移动距离与移动速率），微地貌（风蚀坑、雏形前丘）的出现与消亡注：MEI=Multicariate ENSO/L
37、a Nina Index，恩索指数；PDO=Pacific Decadal Oscillation，太平洋十年涛动；NOI=Northern Osillation Index，北方涛动指数；NAO=North Altanic Osillation，北大西洋涛动指数。166943 卷热带地理tant Drift Direction）。值得注意的是，数值模拟计算的风动力传输沙源量往往比实际观测值大，是近年来研究人员尝试通过野外监测结果修正模型的重要关注点（Delgado-Fernandez et al.,2009;Delgado-Fernandez,2011;Walker et al.,2017）
38、。2.2中观尺度三相相互作用关系的研究方法中观尺度研究所需要的参数（见表5）源于数月数年内监测数据的统计分析值，多次极端风暴事件对较长时间内地貌形态变化的影响具有累加效应，因此还需要详细记录台风、风暴（群）事件的强度、频率、持时以及它们对系统的影响程度。Guilln 等（1999）提出采用波浪-涌浪参数A=(Hmo t12)和风暴-涌浪参数B=(SL t12)，其中：Hmo代表有效波浪高度；SL代表风暴事件时平均海平面高度；t是风暴持时，用于分析风暴累计效应对海岸蚀/积状态的影响。2次调查期间累积的风暴-涌浪参数时空分布与海岸前丘坡脚位置具有很好的相关性，表明每年的海岸蚀积变化量与风暴累积效应
39、直接相关。当波浪高度无法获取时，往往采用水位数据作为代用指标，根据高水位超过平均水位发生的概率划分风暴强度等级做进一步分析（Sallenger,2000;van Puijenbroek et al.,2017;Grilliot et al.,2019）。因仪器的可操作性和天气状况限制，中长期尺度测量近岸带、碎波带向海滩与沙丘提供沙源供给量难以实现，更多的通过数值模拟获取破波参数并计算传输沉积物量（Bayram et al.,2007;Hquette et al.,2008;Miot et al.,2010;Roelvink et al.,2019;Moulton et al.,2021）。碎波
40、带/海滩地貌动力状态是基于模拟的破波参数和半经验公式计算SSP（Surf-Scaling Parameter）、SSim（Surf Similarity Parameter），结合相对潮汐范围RTR（Relative Tide Range）划分碎波带/海滩地貌动力类型（Dean,1973;Guza et al.,1975;Wright et al.,1984;Gerhard et al.,1993;Emilia et al.,2013;Malvrez et al.,2019）。基于月/季/年际地形测绘调查获取不同时段的地形横剖面线，得出海滩供给沙丘沉积物量和海滩与沙丘体积规模变化量，统计分析海
41、滩宽度及其变化（标准差）、海岸线变化（变异系数）和海岸线变化率与海滩稳定性（Short et al.,1982;Nielsen,2004;Vespremeanu-Stroe et al.,2007a;Miot et al.,2010;Walker et al.,2017;Moulton et al.,2021）。此外，采用计算流体力学 CFD（Computational Flow Dynamics）的方法计算气流经过不同状态（坡度、宽度）海滩，所受到的干扰程度与搬运沉积物量，验证了耗散型、中间型、反射形海滩对气流干扰程度由小变大，风沙流输沙能力由大到小的理论。因其能准确地分析气流与地形之间相互
42、作用，被广泛地应用在海滩、风蚀坑气流动力学研究中（Smyth et al.,2016,2019;Delgado-Fernandez et al.,2018）。2.3宏观尺度三相相互作用关系的研究方法宏观尺度内气候变化主要表现在北大西洋涛动与太平洋海温异常引起的西风带天气类型变化和ENSO/La NiNa 事件，反映事件发生的相位参数（见表 5）可从美国国家海洋和大气管理局（NOAA）（Rader et al.,2018）和英国气象研究中心网站直接下载（Pye et al.,2008）。美国地质调查局开发的数字海岸线分析系统 DSAS（The Digital Shoreline Analysis
43、 System）可解译历史卫星影像，将海岸线数字化并计算海岸线位置变化-端点速率EPR（End Point Rate）。通过对海岸线变化、与气候异常事件发生导致的波高突变、潮汐范围、潮汐频率、海岸前丘侵蚀/加积率变化和相位参数（太平洋10年涛动PDO与恩索指数MEI或西风带天气类型变化指数Lamb、北大西洋涛动指数NAO）时空相关性分析，揭示海平面抬升引起海岸前丘侵蚀/加 积 时 空 变 化 机 理（Vespremeanu-Stroe et al.,2007b;Pye et al.,2008;Rader et al.,2018;Aagaard et al.,2019）。随着模拟平台的不断发展与
44、改进，数值模拟技术也被应用在陆海相互作用研究中。Zhang 等（2012;2015）通过1D水陆界面过程模型和海滩植被与风沙流相互作用过程的元胞自动机模型耦合，模拟50年内海陆相互作用过程，预测海岸前丘形成发育与形态演变。此外，Durn等（2013）采用数值模拟的方法预测在植被与沙丘形态相互作用达到动态平衡时，海岸前丘演变趋势以及所能达到的最大高度；Davidson-Arnott等（2018）则根据海岸前丘沉积物收支平衡状况，预测未来数百年内海岸前丘所能达到的最大规模。3 波浪海滩沙丘相互作用区域研究 已有在世界各地海岸开展的研究显示，不同时空尺度内波浪海滩沙丘相互作用的方式以及相应的控制因素
45、存在显著的区域差异。1670田伟等：波浪海滩沙丘相互作用研究进展9 期3.1不同区域的微观尺度相互作用方式和控制因素研 究 者 在 荷 兰 Schiermonnikoog、Groote Keeten、Noordwijkerhout海岸（Svasek et al.,1974;Arens et al.,1995;Arens,1996）、英国Benone Strand海滩（Jackson et al.,1997）、美国 New Jersey 的Wildwood海滩（Jackson et al.,2015）、丹麦 Skalligen 障壁岛海岸（Nielsen,2004）、西班牙Cabopino海 岸
46、（Malvrez et al.,2019）、法 国 北 部 海 岸（Hquette et al.,2008;Anthony et al.,2009）、中国福建平潭岛海岸做了相关的波浪海滩沙丘相互作用关系研究（何岩雨 等，2018a；He et al.,2022），结果证实不同海岸区域环境背景特征差异明显，近岸波浪能向岸传输耗散过程与海滩上风沙流运动模式时空变化显著。大潮汐与波浪共同作用的法国北海海岸，波浪向岸输沙沉积物量明显低于潮汐流沿岸输沙量。与之不同的微潮汐Skalligen障壁岛海岸和西班牙Cabopino海岸，低波浪能难以带来大量的近岸沙源沉积物供给海滩与沙丘，海滩与沙丘的沙源沉积物来
47、源往往靠风暴引起高波浪将沉积物传输到滨面，同时水下沙坝向岸移动与碎波带合并所提供（Nielsen,2004;Malvrez et al.,2019）。海岸沙丘加积不仅与沙源供给紧密相关，也与海滩上的风沙流传输模式相关（Svasek et al.,1974;Davidson-Arnott and Law,1990;Arens et al.,1995;Arens,1996;Jackson et al.,1997）。Jackson等（2015）根据风速和沙源区环境条件不同，提出风沙流穿过湿沙表面的5种运动模式，该理论被何岩雨等（2018b）在福建平潭海滩试验研究所证实。此外，平潭大潮汐范围海岸，海滩
48、输沙能力反映潮汐旋回、海滩上的滩肩沙坝-低地（低槽）微地形引起风程变化、风速变化、海滩面地下水位波动引起的海滩沙干燥与湿化过程之间的相互作用（Anthony et al.,2009;He et al.,2022）。在潮汐涨落周期内，存在风沙流输沙窗口期，即输沙起动停滞周期性变化，滩面斑块状与舌状沙区随潮水涨落不断重复着“形成发展打破消失再形成和再发展”的循环过程。3.2不同区域的中观尺度相互作用方式和控制因素研究者在澳大利亚 Younghusband海岸（Short et al.,1982;Hesp,1988;Moulton et al.,2021）、巴西东南部Mocambique海岸（Mio
49、t et al.,2010;2012）、南非 Alexandria 海岸（Illenberger et al.,1988）、多瑙河三角洲流域Sfntu Gheorghe 海滩（Vespremeanu-Stroe et al.,2007a）、Skallingen障壁岛（Nielsen,2004）、西 班 牙 Cabopino 海 岸（Malvrez et al.,2019）、英国五处海岸（Saye et al.,2005）、加拿大的 Prince Edward Island海岸（Walker et al.,2017）、British Columbia 的 Vancouver 岛 Wickanin
50、nish 沙丘（Ollerhead et al.,2013）、Carlvert 海滩（Grilliot et al.,2019）、美国的墨西哥湾海岸（Houser,2009;Houser et al.,2015;Houser et al.,2018）、Long Beach岛的Oysterville海滩（Cohn et al.,2018;Dietz et al.,2022）、Humboldt Bay National Wildlife Refuge（HBNW）海岸（Rader et al.,2018）和中国福建沿岸（刘建辉 等，2014），进行中观尺度的波浪海滩沙丘相互作用研究，证实不同区域海岸
