三维根系模型量化红树林削弱风暴波浪能力,为沿海防护评估提供工具

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红树林因具备消散波浪能量、限制洪水并在热带气旋期间缓解海啸与沿海淹没的作用,近年来被视为提升沿海韧性的“基于自然的解决方案”(NbS)之一。随着气候变化改变海洋条件并加剧风暴强度,沿海社区面临更高的洪水与极端波浪事件风险,红树林在减灾与适应方面的潜力因此受到关注。

不过,研究人员指出,由于对红树林与水动力相互作用的认识仍有限,相关成果在工程与规划中的应用尚不充分。其中,如何准确模拟红树林复杂的支撑根结构(支柱根),并据此量化其波浪衰减效应,一直是评估与应用中的关键难点。

为弥补这一空白,京都大学防灾研究所的合作研究团队开展了针对红树林波浪衰减机制的建模研究。第一作者蔡宇霖表示,日本长期在沿海防护中使用松树,团队希望将相关经验延伸至红树林,以探索更智能且具成本效益的灾害风险降低方案。相关研究已发表在《地球物理研究杂志:海洋》上。

研究团队在既有树木形态调查与波浪水槽实验基础上,开发用于评估红树林波浪衰减的数值模型。研究对象为广泛分布于东南亚与西太平洋的红树种 Rhizophora apiculata。团队收集其根系三维形态的详细测量数据,并据此构建植被模型,将水深与波高对波浪衰减的影响纳入考虑。随后,研究采用数值布辛涅斯克波浪模型,并结合阻力与惯性力,估算红树林对水流动量的衰减效果。

研究结果显示,波浪衰减会随根系垂直形态与水深发生显著变化;在不同条件下,对波浪衰减水平的估计差异可达20%至50%。研究团队据此指出,在评估红树林沿海防护效果时,需要将根系的淹没程度作为重要因素纳入。

研究人员表示,该数值模型及其相关公式有望成为未来将红树林纳入沿海灾害风险降低规划的工具,并强调应从以往较为简化的红树林形态假设,转向更贴近真实根系形态与淹没条件的评估框架。团队负责人森信仁称,研究过程中在红树林景观中开展工作令人印象深刻。

团队还表示,下一步计划基于研究发现制定手册,以支持东南亚、太平洋岛屿及其他地区的红树林减灾策略,并希望相关成果可用于包括红树林再造林在内的更多实践。


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