復(fù)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)方法對(duì)湛江南三島海灘剖面季節(jié)變化動(dòng)態(tài)特征研究

李志強(qiáng)，劉長(zhǎng)華，杜健航，吳光林，張會(huì)領(lǐng)

(廣東海洋大學(xué)工程學(xué)院，廣東湛江 524088)

復(fù)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)方法對(duì)湛江南三島海灘剖面季節(jié)變化動(dòng)態(tài)特征研究

李志強(qiáng)，劉長(zhǎng)華，杜健航，吳光林，張會(huì)領(lǐng)

(廣東海洋大學(xué)工程學(xué)院，廣東湛江 524088)

利用復(fù)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(CEOF)分析方法對(duì)湛江南三島2009年2月22日至2010年4月21日期間的實(shí)測(cè)海灘剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明該海灘的季節(jié)變化有3個(gè)主要模態(tài):第1模態(tài)是海灘風(fēng)暴剖面和涌浪剖面之間的相互轉(zhuǎn)換，其貢獻(xiàn)占總方差的71.18%。其原因是海區(qū)侵蝕性風(fēng)暴大浪和建設(shè)性涌浪的交替變化。第2模態(tài)是平均高、低潮線之間的地形變化，其原因是由于潮汐變化導(dǎo)致入射波浪沖流活動(dòng)范圍變化，占總方差的14.28%。第3模態(tài)是侵蝕大浪過后的水下沙壩向岸遷移，并受潮汐影響在灘面上擺動(dòng)，占總方差的6.80%。最后指出必須重視風(fēng)暴對(duì)華南海灘演變季節(jié)性過程的影響。

海灘剖面;季節(jié)變化;復(fù)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)方法;風(fēng)暴作用;南三島

海岸地貌演化的過程和機(jī)制是海岸地貌學(xué)與沉積學(xué)研究的核心任務(wù)［1］，也是海岸工程建設(shè)必須重視的工程環(huán)境問題。海灘是海岸最重要的地貌類型之一，一直受到研究者的關(guān)注。海灘的演變過程具有多個(gè)時(shí)間和空間尺度，而且不同時(shí)空尺度的海岸過程相互作用，關(guān)系極為復(fù)雜［2-3］。揭示這些不同時(shí)空尺度的海灘演變過程和特征，對(duì)理解海灘演變機(jī)制有重要的意義，也是建立海灘演變預(yù)測(cè)模型的前提基礎(chǔ)。

目前，基于對(duì)獲得的海岸地貌數(shù)據(jù)進(jìn)行分析而建立演化模型，仍是國(guó)內(nèi)外最常用的海灘演變過程研究手段之一，即所謂的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型(data-driving model)。這種方法的關(guān)鍵在于:1)高質(zhì)量的數(shù)據(jù)系列;2)有效的數(shù)據(jù)信息提取方法。前者需要長(zhǎng)期的連續(xù)觀測(cè)資料，后者需要合適的信息提取方法。受數(shù)據(jù)獲得手段和難度所限，我國(guó)海灘研究多以短期(1個(gè)月左右)觀測(cè)為主，基于長(zhǎng)期觀測(cè)的研究?jī)H見于少數(shù)報(bào)道［4］，這對(duì)揭示我國(guó)海灘的一些中長(zhǎng)期演變規(guī)律是不夠的。在海灘演變信息提取方面，經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(empirical orthogonal function，簡(jiǎn)稱EOF)分析是被大家廣泛使用，并被證明是較有效的一種方法［1，4-6］。但經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)只能揭示要素空間波動(dòng)的駐波振動(dòng)現(xiàn)象，而對(duì)行波卻無(wú)能為力［7］。Barnett提出的復(fù)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(complex empirical orthogonal function，簡(jiǎn)稱CEOF)方法能有效的解決這一局限性［8］，該方法已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［9-13］。其中，Ruessink等將其應(yīng)用到近岸沙壩二維和三維遷移變化過程的海岸地形動(dòng)力學(xué)研究，也得到有意義的結(jié)果［13］。此處將利用CEOF分析方法的特點(diǎn)，對(duì)于2009年2月22日至2010年4月21日期間，在湛江南三島觀測(cè)到的海灘剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探討該海灘在觀測(cè)期間的季節(jié)變化的動(dòng)態(tài)特征。

1 研究區(qū)域概況

南三島位于粵西雷州半島東側(cè)，面向南海開敞(圖1)。該島面積123.4 km2，與東海島、硇洲島等島嶼組成湛江港的外圍防護(hù)欄。南三島基底為花崗巖，表層為黃沙，地勢(shì)較平坦，最高處海拔30.3 m。南三島瀕臨南海側(cè)為長(zhǎng)約27 km的海灘，寬闊平緩，以中細(xì)沙為主，海灘后側(cè)為沙丘，高約3 m，種植有1～2 km寬的木麻黃防護(hù)林。根據(jù)多年的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，該海灘水下有大型的沙壩發(fā)育，并在水動(dòng)力作用下發(fā)生向岸或離岸遷移。

根據(jù)南三島南側(cè)為硇洲島海洋水文站資料統(tǒng)計(jì)(表1)［14］，該海區(qū)以風(fēng)浪為主，其年平均頻率為97%，涌浪年平均頻率為23%，常浪向?yàn)镋NE，強(qiáng)浪向?yàn)镹。年平均波高(H1/10)為0.9 m，平均周期為3.1 s。受東北大風(fēng)和熱帶氣旋影響，可生成大浪，尤以熱帶氣旋為盛。硇洲島平均潮差177 cm，最大潮差418 cm，潮汐判別數(shù)(HK1+HO1)/HM2=1.02，為不規(guī)則半日潮。

表1 硇洲島海洋水文站波浪統(tǒng)計(jì)(1960～1971)Tab.1 Wave statistics of Naozhou Island(1960～1971)

2 數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理

現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)工作從2008年9月開始，持續(xù)到2010年5月，每2周觀測(cè)一次。在南三島海灘中部垂岸方向共布設(shè)4條固定剖面。由于觀測(cè)期間觀測(cè)方法和儀器有所變化，為減小誤差，這里僅選用2009年2月22日到2010年4月21日的觀測(cè)數(shù)據(jù)。由于布設(shè)在南三島度假區(qū)的剖面不受當(dāng)?shù)鼐用耩B(yǎng)殖區(qū)排水活動(dòng)影響，而其余剖面都在一定程度上受到影響，因此這里選取該剖面為代表進(jìn)行分析，以保證得到信息的準(zhǔn)確性。該數(shù)據(jù)樣本觀測(cè)次數(shù)為30次，代表持續(xù)15個(gè)月的海灘變化，因此可以用來(lái)分析海灘的季節(jié)變化過程。

該時(shí)段內(nèi)，剖面測(cè)量采用南方測(cè)繪生產(chǎn)的NTS-352型全站儀。每次觀測(cè)選擇在當(dāng)日低潮時(shí)進(jìn)行，只能測(cè)得涉水最大深度，因而剖面長(zhǎng)短各異。為了便于計(jì)算分析，海灘剖面截止距離為100 m，其中4條長(zhǎng)度達(dá)不到截止距離的剖面通過線性插值外延到100 m，外延長(zhǎng)度均小于10 m。將原始數(shù)據(jù)通過線性插值成5 m間隔的數(shù)據(jù)矩陣，形成30×21的數(shù)據(jù)矩陣，計(jì)算分析時(shí)，首先對(duì)該數(shù)據(jù)矩陣做距平化處理，然后計(jì)算空間協(xié)方差矩陣。根據(jù)長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和潮汐預(yù)報(bào)表對(duì)比分析，該海灘剖面的平均高潮線位置位于距起測(cè)樁點(diǎn)約20 m處，平均低潮線位于距起測(cè)樁點(diǎn)約80 m處(圖2)。

現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)期間，為臺(tái)風(fēng)影響活動(dòng)劇烈時(shí)期，同時(shí)發(fā)生地點(diǎn)集中［15］，共計(jì)有6次臺(tái)風(fēng)過程顯著的影響了本海區(qū)(表2)。另外，2009年春季和秋、冬季幾次強(qiáng)冷空氣影響下，本海區(qū)形成了大浪。影響該海區(qū)最強(qiáng)烈冷空氣活動(dòng)發(fā)生在2009年3月初、2009年11月初。

圖1 南三島形勢(shì)示意Fig.1 Sketch of the Nansan Island

圖2 實(shí)測(cè)海灘剖面(截止距離100 m)Fig.2 Measured beach profiles of Nansan Island

表2 2009年影響湛江附近海域的主要臺(tái)風(fēng)Tab.2 Typhoons influencing Zhanjiang Ocean during 2009

3 研究方法

復(fù)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(CEOF)是對(duì)物理量進(jìn)行時(shí)空結(jié)構(gòu)分析的一種新方法。Barnett最早將它用于研究季風(fēng)和信風(fēng)系統(tǒng)之間相互作用的研究，較有效地揭示了風(fēng)場(chǎng)上擾動(dòng)信息的傳遞過程［7］，因而引起大家的重視。

所謂CEOF分析，實(shí)質(zhì)是對(duì)一個(gè)變量場(chǎng)進(jìn)行Hilbert變換后構(gòu)成的一個(gè)同時(shí)具有實(shí)部和虛部的新物理量場(chǎng)，也即將實(shí)測(cè)資料擴(kuò)充到酉空間進(jìn)行正交分解，求得表征振蕩和移動(dòng)特征的空間振幅函數(shù)Sk(x)、空間位相函數(shù)Qk(x)、時(shí)間振幅函數(shù)Sk(t)和時(shí)間位相Qk(t):

式中:x表示空間點(diǎn)數(shù)，t為時(shí)間點(diǎn)數(shù)，k為主分量序號(hào)，Bk(x)表示第k個(gè)特征值對(duì)應(yīng)的特征向量是Bk(x)的共軛向量，Im表示它的虛部，Re表示它的實(shí)部，Pk(t)表示第k個(gè)主分量表示共軛。CEOF的計(jì)算結(jié)果，通過空間振幅函數(shù)Sk(x)，分析要素變量場(chǎng)的空間分布結(jié)構(gòu);根據(jù)空間位相函數(shù)Sk(t)，分析波的傳播方向;通過時(shí)間振幅函數(shù)Qk(x)分析變化強(qiáng)度隨時(shí)間的變化;由時(shí)間位相函數(shù)Qk(t)分析波的傳播特征。

4 CEOF計(jì)算結(jié)果分析

對(duì)南三島海灘剖面數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行CEOF計(jì)算，結(jié)果表明前3個(gè)特征向量的方差貢獻(xiàn)分別占總方差的71.18%、14.27%和6.8%，合計(jì)占總方差的90%以上(表3)，可以提取前3個(gè)特征函數(shù)來(lái)解釋海灘剖面的季節(jié)變化過程。

表3 海灘剖面前3個(gè)特征函數(shù)的特征值與解釋方差Tab.3 Eigenvalue and interpretation variance of CEOF

4.1 第1模態(tài)的分布與特征

第1模態(tài)的空間振幅(圖3(a))大值主要發(fā)生在25 m以下的區(qū)間，對(duì)應(yīng)于海灘剖面平均高潮線以下的部分，說(shuō)明平均高潮線以下是海灘剖面變化最大的區(qū)間。從該模態(tài)的的空間相位函數(shù)(圖3(b))分布看出平均高潮線以下的相位分布基本相同，只在高潮線以上出現(xiàn)約±150°相位分布。在時(shí)間模函數(shù)(圖3(c))的分布圖上可以看到，有3個(gè)顯著的峰區(qū)，均大于2.0。說(shuō)明上述空間模的變化主要有這3個(gè)時(shí)期的地形動(dòng)力作用引起。這3個(gè)峰值對(duì)應(yīng)的測(cè)量時(shí)間分別為2009年3月21日、2009年9月26日、2009年11月14日。在這3個(gè)時(shí)間前期，湛江南三島海域均發(fā)生大浪事件。2009年3月上旬，在湛江附近海域分別發(fā)生寒潮大風(fēng)大浪，造成多起海上漁民身亡事故。2009年9月15日臺(tái)風(fēng)“巨爵”在廣東臺(tái)山登陸，登陸時(shí)風(fēng)速達(dá)12級(jí)，然后沿粵西海岸進(jìn)入廣西，該臺(tái)風(fēng)登陸后一直正面襲擊本次觀測(cè)海灘，是當(dāng)年對(duì)湛江作用最為強(qiáng)烈的臺(tái)風(fēng)。2009年11月初，受強(qiáng)冷空氣(第2號(hào)寒潮)活動(dòng)影響，南海北部連續(xù)多日出現(xiàn)9級(jí)以上大風(fēng)。在這些強(qiáng)動(dòng)力事件影響下，海灘遭到強(qiáng)烈的侵蝕，泥沙向水下搬運(yùn)，形成風(fēng)暴剖面。在這些大的風(fēng)暴之間的時(shí)段，海區(qū)涌浪成分加強(qiáng)，泥沙向岸搬運(yùn)，海灘重新塑造，形成涌浪剖面。因此第1模態(tài)可以解釋為風(fēng)暴事件下的海灘泥沙的向、離岸運(yùn)移，以及由此造成的海灘風(fēng)暴剖面和涌浪剖面之間的轉(zhuǎn)換。在時(shí)間位相圖(圖3(d))上可以看到，這些大的強(qiáng)動(dòng)力作用過程發(fā)生的相位都有一個(gè)相對(duì)固定的位相上(±π)，隨后位相正負(fù)值轉(zhuǎn)換，兩者相差2π，這進(jìn)一步說(shuō)明海灘剖面模式轉(zhuǎn)換的特征，風(fēng)暴侵蝕后，海灘剖面重新堆積。該模態(tài)的總方差貢獻(xiàn)為71.18%，是該海灘在本次觀測(cè)期間季節(jié)演變的主要模態(tài)。

4.2 第2模態(tài)的分布與特征

第2模態(tài)的空間振幅(圖4(a))大值出現(xiàn)在20～80 m之間，對(duì)應(yīng)于海灘剖面平均高、低潮線之間的海灘，也即沖流帶的位置。因此，說(shuō)明第2模態(tài)反映的是沖流帶地形變化的動(dòng)態(tài)特征。在空間位相圖上(圖4(b))，沖流帶的位相較小，小于π/2，平均高潮線以上及平均低潮線以下的區(qū)間位相較大，接近±π。參照相關(guān)分析［9，12］，說(shuō)明海灘物質(zhì)由沖流帶向兩端運(yùn)移。為了突出時(shí)間振幅函數(shù)的變化特征，特在時(shí)間振幅函數(shù)圖上(圖4(c))在振幅值0.6處加上了時(shí)間橫軸，橫軸上部標(biāo)示的是年份，下部標(biāo)示的為月份?？梢钥闯鰰r(shí)間振幅函數(shù)曲線基本上表現(xiàn)出以月為周期的振蕩(約每?jī)芍懿▌?dòng)1次，僅在2010年2月振蕩不顯著)，振幅值大小基本相當(dāng)。在海灘地形動(dòng)力要素中，這正好與潮汐的周期特征吻合。因此，該模態(tài)可以解釋為潮汐過程對(duì)海灘變化的影響。潮汐對(duì)海灘演變的作用主要表現(xiàn)是潮位規(guī)律性的變化，引起入射波浪沖流范圍有規(guī)律變化。另外潮汐還可以通過影響海灘潛水面的周期性變化，對(duì)海灘變化造成影響［16］。時(shí)間位相函數(shù)(圖4(d))上，在2009年4月以前，及2009年10月以后，位相值正負(fù)轉(zhuǎn)化變化大，表明潮位升降，引起泥沙在灘面上的向上、向下的遷移轉(zhuǎn)換。可以認(rèn)為，4月至10月之間由于連續(xù)風(fēng)暴作用，海灘發(fā)生嚴(yán)重侵蝕，掩蓋了泥沙在灘面上的上下遷移過程，相關(guān)的研究也證實(shí)了這一現(xiàn)象［17-18］。

4.3 第3模態(tài)的分布與特征

第3模態(tài)的方差貢獻(xiàn)率為6.80%，相對(duì)于前兩個(gè)模態(tài)來(lái)說(shuō)，顯著性要差一些。但其中也存在一些規(guī)律值得進(jìn)行初步的分析探討。第3模態(tài)空間振幅(圖5(a))的最大峰值主要出現(xiàn)在潮下帶，在潮間帶也有兩個(gè)次大峰值，分別出現(xiàn)在55 m前后和75 m前后?？臻g位相表現(xiàn)出潮下帶接近0，在55 m前后和75 m前后為±π/2，且兩者位相正負(fù)相反。說(shuō)明海灘剖面變動(dòng)過程由水下向岸上傳播。時(shí)間振幅圖(圖5(c))上，大值出現(xiàn)在2009年9月26日、2009年11月1日、2009年12月12日，分別對(duì)應(yīng)于“巨爵”、“芭瑪”和11月連續(xù)冷空氣活動(dòng)過后的時(shí)間。因此，初步推斷為水下沙壩的向岸遷移活動(dòng)過程，代表的是灘面淤積恢復(fù)過程。從時(shí)間位相函數(shù)(圖5(d))上可以看到，位相的變化具有以半月為周期的變化(每一次測(cè)量均出現(xiàn)一次顯著的升降變化)，參照文獻(xiàn)［9］和［12］的分析，說(shuō)明沙壩的向岸遷移過程中，隨著潮位的變化，在灘面上還有向、離岸的擺動(dòng)變化，這與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)到的現(xiàn)象基本吻合。南三島海灘發(fā)育水下發(fā)育有大型的沙壩，由于岸灘平緩，在常浪波況下沙壩遷移速度比較緩慢。同時(shí)受隨著潮位的變動(dòng)作用，在潮下帶海灘上遷移。圖6為2009年11～12月連續(xù)4次觀測(cè)的海灘剖面，在該圖上可以清晰的看到這一現(xiàn)象。

圖3 第1模態(tài)的分布和特征變化Fig.3 Spatial amplitude，spatial phase，temporal amplitude and phase of the first mode

圖4 第2模態(tài)的分布和特征變化Fig.4 Spatial amplitude，spatial phase，temporal amplitude and phase of the second mode

圖5 第3模態(tài)的分布和特征變化Fig.5 Spatial amplitude，spatial phase，temporal amplitude and phase of the third mode

圖6 實(shí)測(cè)海灘剖面及沙壩在海灘剖面上的進(jìn)退遷移Fig.6 Sand bar movement on the beach

5 討論

5.1 CEOF分析方法在海岸地貌研究中的應(yīng)用

20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)的普及EOF方法逐漸在海岸地貌研究中流行開來(lái)，并形成了大量的研究成果［1］。但隨著研究的深入，研究者也逐漸認(rèn)識(shí)到認(rèn)識(shí)到EOF分析方法在原始數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算結(jié)果的解釋等方面的局限性。例如，國(guó)內(nèi)在海灘剖面演變模式時(shí)，一般直接畫出計(jì)算得到的空間特征函數(shù)圖。但是，計(jì)算得到的空間特征函數(shù)是歸一化的，所有分量的平方和等于1。當(dāng)海岸地貌的高程采樣點(diǎn)數(shù)很多時(shí)，每個(gè)空間點(diǎn)上的分量很小，空間特征函數(shù)只給出分布形勢(shì)而分量值的大小意義不顯著［1］。加之，揭示是要素空間波動(dòng)的駐波振動(dòng)現(xiàn)象，因此結(jié)果顯示不直觀，一些模態(tài)的解釋只能進(jìn)行定性的推斷。相對(duì)而言，CEOF分析方法在EOF分析方法的空間特征函數(shù)基礎(chǔ)上增加了空間位相函數(shù)，將二者結(jié)合起來(lái)分析，可以得到空間波動(dòng)傳播方向，得到的信息就大大增加，可以清晰的反映剖面的侵蝕淤積部位，結(jié)果解釋更加準(zhǔn)確、直觀。又如對(duì)時(shí)間函數(shù)的解釋，Gao等曾經(jīng)指出，當(dāng)海灘剖面采樣頻率過低時(shí)，如果缺乏同步波浪數(shù)據(jù)，EOF分析方法無(wú)法解釋時(shí)間特征函數(shù)中表現(xiàn)出波動(dòng)部分的極值點(diǎn)的物理含義，并且對(duì)于海灘剖面響應(yīng)時(shí)間的確定只能是定性和粗略［19］。從上面的分析可以看到，CEOF分析的時(shí)間特征函數(shù)物理意義比較明確，與地形動(dòng)力要素變化過程很吻合，從而為揭示海灘地貌演變背后的物理過程和機(jī)制提供了更多有價(jià)值的信息。

5.2 海灘剖面的季節(jié)演變特征與風(fēng)暴作用

海岸地貌和海灘地形動(dòng)力學(xué)研究中面臨的最大的挑戰(zhàn)之一是中尺度的海岸行為特征及預(yù)測(cè)［20］，這也是工程尺度的海岸行為，對(duì)提高海岸工程設(shè)計(jì)和建設(shè)能力有重要的意義［21-22］。海灘的季節(jié)演變特征是這一命題的核心內(nèi)容之一。雖然國(guó)外在多項(xiàng)海灘演變的長(zhǎng)期觀測(cè)計(jì)劃的基礎(chǔ)上，對(duì)海灘的中尺度變化開展了大量的研究，但仍沒有得到可以推廣到其它海灘的規(guī)律性成果［22］，因此，更多海岸環(huán)境的個(gè)案研究是解決這一問題的重要途徑，本研究可以說(shuō)也是這樣的一個(gè)有意義的案例。

一般來(lái)說(shuō)，由于海區(qū)波浪的季節(jié)性變化，泥沙呈現(xiàn)出向岸—離岸規(guī)律性運(yùn)動(dòng)，海灘剖面表現(xiàn)出風(fēng)暴剖面(侵蝕性)和涌浪剖面(淤積性)之間的旋回［23］。水下沙壩遷移是這一現(xiàn)象的主要表現(xiàn)［4，24-30］。風(fēng)暴雖然會(huì)對(duì)海灘短期變化起作用，但對(duì)整體沒有太大的影響［4，24］。但此處的研究來(lái)看，風(fēng)暴作用已經(jīng)對(duì)南三島海灘的演變產(chǎn)生了重要的影響，甚至已經(jīng)成為海灘演變的主要過程，方差貢獻(xiàn)達(dá)到71.18%。在這一期間，風(fēng)暴具有的特點(diǎn)是:1)溫帶風(fēng)暴發(fā)生次數(shù)為2005年以來(lái)最多的年份;2)臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴發(fā)生地點(diǎn)集中，廣東省全年共遭受8次臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮襲擊［15］，其中對(duì)湛江海域有顯著影響的就達(dá)6個(gè)(表2)。通過分析可以看到，在系列的臺(tái)風(fēng)過程中，臺(tái)風(fēng)“巨爵”由于在廣東臺(tái)山登陸后緩慢向西移動(dòng)，南三島海灘一直處于臺(tái)風(fēng)的正面侵襲，因此造成了海灘的顯著侵蝕，是所有臺(tái)風(fēng)中影響最顯著的。其余臺(tái)風(fēng)由于強(qiáng)度偏弱、登陸點(diǎn)距海灘較遠(yuǎn)或作用時(shí)間有限，對(duì)海灘的侵蝕作用有限，因此在第1模態(tài)的時(shí)間振幅上的表現(xiàn)沒有臺(tái)風(fēng)“巨爵”作用顯著(圖3(c))。具體的差異作者將在另文中討論。另一個(gè)更應(yīng)該注意到的現(xiàn)象是溫帶風(fēng)暴潮［15］的作用。以前的研究中，絕大多數(shù)都集中在熱帶風(fēng)暴(臺(tái)風(fēng)、颶風(fēng))對(duì)海灘的侵蝕作用，對(duì)溫帶風(fēng)暴的影響很少研究。由于后者一般持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)、范圍大，對(duì)海灘的侵蝕也是相當(dāng)顯著的［31-32］。分析結(jié)果可以看到，由于2009年11月初南海北部連續(xù)多日出現(xiàn)9級(jí)以上大風(fēng)，海灘侵蝕變動(dòng)的顯著性甚至已經(jīng)超過臺(tái)風(fēng)作用，成為這一期間影響最大的侵蝕事件。因此，在建立華南海灘的季節(jié)演變模式時(shí)，必須考慮到溫帶風(fēng)暴潮的作用，這一現(xiàn)象對(duì)華南海岸帶管理和海岸工程建設(shè)都是有重要意義的。

6 結(jié)語(yǔ)

海灘剖面的季節(jié)演變是重要的工程尺度海岸行為，演變過程極為復(fù)雜，對(duì)其中的演變規(guī)律和機(jī)制人們的認(rèn)識(shí)還有待深入，需要開展大量的觀測(cè)來(lái)補(bǔ)充和完善。通過對(duì)湛江南三島1年多的海灘剖面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行CEOF分析，得到以下結(jié)論:

1)CEOF分析能有效的將海灘地形變化的各種主要模態(tài)分析出來(lái)，并反映出地形變動(dòng)的動(dòng)態(tài)傳播過程。

2)南三島海灘剖面CEOF分析的結(jié)果表明，海灘剖面的季節(jié)變化可以用3個(gè)主要模態(tài)來(lái)描述。第1模態(tài)代表的是海灘風(fēng)暴剖面和涌浪剖面的相互轉(zhuǎn)換，其貢獻(xiàn)占總方差的71.18%。其原因是海區(qū)風(fēng)暴大浪和建設(shè)性涌浪的交替演變。第2模態(tài)代表的是平均高低潮帶之間的地形的變化，其原因是由于潮汐變化導(dǎo)致入射波浪沖流活動(dòng)范圍變化，占總方差的14.28%。第3模態(tài)反映的是侵蝕大浪后，水下沙壩向岸遷移，同時(shí)受潮汐影響在灘面上擺動(dòng)，該模態(tài)貢獻(xiàn)占總方差的6.80%。

3)在建立華南海灘的季節(jié)演變模式時(shí)，必須考慮到風(fēng)暴的作用，包括熱帶風(fēng)暴及溫帶風(fēng)暴。志謝:胡偉劍、劉春林、羅偉良、楊錫良等參加了大量的現(xiàn)場(chǎng)工作，特此致謝。

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Using CEOF method to analyze the seasonal variation characteristics of beach profile in Nansan Island，Zhanjiang，China

LI Zhi-qiang，LIU Chang-hua，DU Jian-hang，WU Guang-lin，ZHANG Hui-lin
(School of Engineering，Guangdong Ocean University，Zhanjiang 524088，China)

A beach profile of Nansan Island，Zhanjiang，measured during February 22，2009 to April 21，2010，is analyzed with CEOF method.The results shows the beach profile variation includes 3 modes.The first complex mode，containing about 71.18%of the variance in the data，represents the interconversion of storm beach profile and swell profile induced by erosive storm wave and constructive swell wave.The second complex mode explains about 14.28%of the variance and corresponds to the beachface topography changes between mean high tide level and mean low tide level，which are mainly caused by tidal level fluctuation.The third complex mode，accounting for 6.80%of the variance，denotes the submerged bar movement onshore after erosive wave event，which vibrates on the beachface under the influence of tide.Finally，the authors point out the importance of paying much attention to the storm effect on the beach seasonal processes in South China.

beach profile;seasonal variations;CEOF method;storm effects;Nansan Island

P737

A

1005-9865(2012)02-0079-08

2011-04-14

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(40806036);廣東省學(xué)科建設(shè)專項(xiàng)資金(育苗工程)資助項(xiàng)目

李志強(qiáng)(1974-)，男，博士，副教授，從事海岸地形動(dòng)力學(xué)及工程應(yīng)用研究。E-mail:qiangzl1974@163.com