基于高頻觀測數(shù)據(jù)的徐聞青安灣海灘對臺風(fēng)“貝碧嘉”的響應(yīng)研究

曾春華，朱士兵，李志強*，張會領(lǐng)，李高聰

(1.廣東海洋大學(xué) 海洋工程學(xué)院，廣東 湛江 524088；2.河海大學(xué) 港口海岸與近海工程學(xué)院，江蘇 南京 210098；3.廣東海洋大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，廣東 湛江 524088)

1 引言

全球變暖導(dǎo)致海平面上升，未來強風(fēng)暴災(zāi)害的頻度有增加趨勢，使得海岸侵蝕問題愈發(fā)突出。美國近岸過程研究小組（The Nearshore Processes Community）在總結(jié)過去40 年海灘近岸過程研究進展的基礎(chǔ)上，將海灘風(fēng)暴的侵蝕和恢復(fù)過程作為下一個10 年的重要研究命題之一[1-2]。

風(fēng)暴作用下劇烈且多變的海灘過程，是海灘風(fēng)暴效應(yīng)研究的核心問題，需要從水動力過程、地貌變化過程、泥沙運移輸移過程等多角度進行觀測研究。現(xiàn)有研究一般通過采集臺風(fēng)前后現(xiàn)場地形數(shù)據(jù)進行對比分析[3-23]，缺乏臺風(fēng)期間的地形數(shù)據(jù)及相應(yīng)的水動力同步數(shù)據(jù)；無法呈現(xiàn)海灘地形的臺風(fēng)響應(yīng)過程，也因采樣時間跨度大而導(dǎo)致分析結(jié)果偏差大。有研究者嘗試在臺風(fēng)作用范圍之外進行觀測，如陳子燊等[24]和于吉濤等[25]在粵東后江灣觀測了臺風(fēng)“圣帕”、臺風(fēng)“派比安”和強熱帶低壓“寶霞”對海灘地形影響及其動力過程，但由于觀測點距離臺風(fēng)路徑太遠或臺風(fēng)強度太小，海灘沒有充分響應(yīng)。很難進一步深入觀測的主要原因在于，即使僅及時獲取風(fēng)暴前后的數(shù)據(jù)集就需要快速而繁重的工作部署，要在臺風(fēng)期間現(xiàn)場觀測更是存在極大的危險性、不可預(yù)測性和作業(yè)強度巨大等因素，導(dǎo)致關(guān)于海灘對臺風(fēng)的響應(yīng)過程高頻觀測與研究極少。為填補此觀測研究薄弱之處，本文對2018年16 號臺風(fēng)“貝碧嘉”長時間作用下徐聞青安灣海灘地形變化和水動力過程進行了高頻率的現(xiàn)場觀測，包括全時水動力要素、逐時海灘灘面高程變化過程，并對現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)進行分析研究，為探討海灘對臺風(fēng)的詳細(xì)響應(yīng)過程特征提供了一個很好的案例。

2 研究區(qū)域與臺風(fēng)概況

2.1 研究區(qū)域

圖1 研究區(qū)域與臺風(fēng)“貝碧嘉”路徑圖Fig.1 Map of study area and Typhoon Bebinca track

青安灣位于瓊州海峽北岸中間位置（圖1），距離瓊州海峽南岸的海南島約20 km。該海灣是雷州半島南端的一個弧形海灣，作為一個半封閉系統(tǒng)，外源供沙條件有限。灣口弦長為1.75 km，曲率半徑為0.85 km。海灣兩側(cè)為玄武巖岬角，岬角岸坡較陡，其下形成礫石灘。海灣后緣為北海組地層組成三級海積階地，階地前緣有風(fēng)成沙丘分布。沙灘長度約1 800 m，寬度為60～80 m，中間岸段較為平直，表層泥沙粒徑為2.5Φ～3.0Φ。海區(qū)潮汐為不正規(guī)日潮，平均潮差為0.82 m，最大潮差為2.16 m，屬弱潮海岸。灣附近漲潮流先向東后向西，而落潮流向東，流速約為l m/s。受地形條件影響，波浪主要為E-SW 方向，以風(fēng)浪為主，涌浪為輔，平均波高小于0.35 m，平均周期為4.0 s[26]。

2.2 臺風(fēng)概況

瓊州海峽所處的南海北部素有“臺風(fēng)走廊”之名，此次觀測的2018 年16 號臺風(fēng)“貝碧嘉”具有路徑復(fù)雜（圖1）、移動速度慢、生命期長（超過南海臺風(fēng)平均3～4 d 的生命期）、多次登陸、降水猛烈的特點。臺風(fēng)“貝碧嘉”中心移動路徑與青安灣最小距離約為47 km。臺風(fēng)期間的氣象信息和海區(qū)波浪狀況見表1和表2。

3 現(xiàn)場觀測與數(shù)據(jù)處理

3.1 海灘剖面變化觀測

海灘剖面地形變化觀測采取打樁、量樁高程的辦法[27-29]。觀測期間，在后濱、風(fēng)暴灘肩、大潮灘肩、前灘中部、前灘下沿的低潮線各1 排樁、水下平緩區(qū)2 排樁，共7 排樁，每排有7 根樁，形成7×7 觀測網(wǎng)格，列間距為5 m（圖2）。為避免波浪在樁周圍形成沖刷坑而影響測量精度，樁的材料采用直徑為10 mm 細(xì)鋼筋；每列為1 個剖面，由東北至西南分別命名為P1-P7。在后濱設(shè)置固定水準(zhǔn)點，每天用全站儀對每根樁的位置和高程進行測量，以檢測觀測精度。從2018年8 月8 日17 時開始，每小時1 次用鋼直尺量樁頂?shù)綖┟娓叨茸兓?，直?018 年8 月15 日12 時結(jié)束。室內(nèi)對測得數(shù)據(jù)進行處理，還原各樁位置海灘高程逐時變化過程。由于灘面變化具有一致性，因此本文選取P5 剖面的數(shù)據(jù)作為代表來進行分析和討論。

表1 臺風(fēng)“貝碧嘉”路徑信息表Table 1 The track information of Typhoon Bebinca

表2 臺風(fēng)“貝碧嘉”過境期間研究區(qū)域附近海域波高情況Table 2 Wave heights in the vicinity sea during the Typhoon Bebinca

3.2 碎波帶水動力觀測與數(shù)據(jù)處理

臺風(fēng)期間，在碎波帶投放壓力式波浪儀記錄水面波動過程。波浪儀位于平均水位以下水深約1.0 m處。波浪儀采樣頻率為2 Hz，連續(xù)觀測得到2018 年8 月8 日17 時至15 日12 時波浪數(shù)據(jù)。室內(nèi)把原始數(shù)據(jù)每20 min 分為一組，采用上跨零點法計算出波高、波周期等波浪要素。另外采用線性最小二乘濾波法濾出實時潮位過程。

4 結(jié)果

4.1 水動力

臺風(fēng)“貝碧嘉”期間，風(fēng)暴增水伴隨天文潮位周期性漲落（圖3），高潮位時波浪上沖邊界和風(fēng)暴灘肩基本平齊。臺風(fēng)在登陸前，隨著臺風(fēng)由南向北逼近觀測點，增水略有增加，而波高輕微減小。11 日臺風(fēng)路徑轉(zhuǎn)向東，逐漸離開觀測點，增水減小，波高進一步變小。12 日至13 日臺風(fēng)強度變大，最大風(fēng)速由15 m/s增大至18 m/s，增水稍有增大，波高衰減至最小后再小幅度增大。14 日臺風(fēng)路徑繼續(xù)向東，同時天文潮由大潮轉(zhuǎn)為中潮，增水減小，波高略微變小，15 日臺風(fēng)迅速向西靠近觀測點，波高略有變大（表3）。

圖2 現(xiàn)場觀測樁位布置Fig.2 Stake location for field observation

圖3 臺風(fēng)水動力過程線（剔除記波儀水深不足時的波浪異常數(shù)據(jù)）Fig.3 Hydrodynamic processes during the typhoon (eliminated invalid data of wave recorder when water depth was insufficient)

4.2 海灘剖面變化過程

從各樁的實測高程過程線看，各樁所在位置地形響應(yīng)變化趨勢各不相同，每個潮周期內(nèi)，均有侵蝕和淤積現(xiàn)象（圖4）。剖面變化幅度最大位置在風(fēng)暴灘肩（2#樁）、大潮灘肩（3#樁）和沙壩附近（6#樁）（圖4）。灘肩線橫向后退約6 m，從大潮灘肩侵蝕退至風(fēng)暴灘肩后1 m 處，水下形成沙壩（圖5）。

表3 臺風(fēng)水動力統(tǒng)計Table 3 Typhoon hydrodynamic statistics

1#樁處于后濱位置，臺風(fēng)“貝碧嘉”期間，增水高程沒有高于后濱，主要受雨水沖刷作用。高潮位時，在2#樁開始侵蝕之后，有上沖流末端帶來的極少量泥沙堆積到1#樁，最大堆積幅度為4 cm，全程變化幅度很小。

圖4 實測剖面變化形態(tài)與各觀測樁高程變化過程Fig.4 Shape of the observed profile and elevation processes of stake

圖5 灘肩侵蝕和水下沙壩（臺風(fēng)后）Fig.5 Beach berm erosion and underwater sandbar (post typhoon)

2#樁所在位置為風(fēng)暴灘肩，8 月9 日臺風(fēng)生成當(dāng)天，大潮灘肩未完全沖蝕，風(fēng)暴增水及波浪未直接影響風(fēng)暴灘肩時，風(fēng)暴灘肩因暴雨而呈現(xiàn)出輕微沖刷。8 月10 日大潮灘肩侵蝕后，波浪未開始直接侵蝕風(fēng)暴灘肩之前，波浪上沖流夾帶泥沙漫到風(fēng)暴灘肩，產(chǎn)生2.2 cm 輕微的堆積現(xiàn)象。8 月11 日波浪開始直接侵蝕風(fēng)暴灘肩，侵蝕幅度達6.7 cm。8 月12-15 日，侵蝕幅度分別為3.5 cm、5.0 cm、5.4 cm 和4.0 cm。臺風(fēng)“貝碧嘉”期間，每個潮周期內(nèi)沖刷起主導(dǎo)作用，高潮位時波浪直接沖刷侵蝕，低潮位時上沖流攜沙輕微恢復(fù)性淤積。

3#樁在大潮灘肩位置，是臺風(fēng)期間響應(yīng)最劇烈的地方。響應(yīng)過程可分為3 個階段：一是快速侵蝕階段，時間從8 月9 日09 時至14 時，臺風(fēng)生成并向北移靠近青安灣，大潮灘肩前緣快速蝕低35.7 cm，接近臺風(fēng)剖面侵蝕最大值，坡度變陡，侵蝕起絕對主導(dǎo)地位；二是緩慢侵蝕至最大值階段，時間從8 月9 日15 時至10 日14 時，臺風(fēng)繼續(xù)正面逼近青安灣，登陸并達到最近距離，灘面緩慢侵蝕至最大值（40.5 cm），期間剖面因低潮時上沖流攜沙淤積有微小恢復(fù)，沖刷仍占優(yōu)勢；三是振蕩恢復(fù)階段，8 月11 日往后，臺風(fēng)路徑轉(zhuǎn)向東，逐漸遠離青安灣，浪向轉(zhuǎn)為離岸向，侵蝕作用減弱，1 個潮周期內(nèi)出現(xiàn)侵蝕和回淤反復(fù)振蕩狀態(tài)，淤積開始占優(yōu)勢。12-14 日以恢復(fù)性淤積為主，每天淤積值分別為6.9 cm、2.8 cm 和-0.2 cm，淤積累積最大值為9.7 cm，接近侵蝕最大值（40.5 cm）的1/4。

4#樁位于前灘中部，增水直接影響之前，臺風(fēng)波浪帶來泥沙淤積，淤積最大幅度為8.5 cm。8 月9-12 日，隨潮位振蕩侵蝕至最低，最大累積侵蝕幅度為16 cm。8 月13 日開始轉(zhuǎn)為振蕩淤積。侵蝕趨勢與3#樁相似，但淤積稍有滯后且幅度更小。

5#樁位于前灘下沿低潮線處，在3#樁位置發(fā)生快速侵蝕時5#樁發(fā)生淤積，淤積幅度為8.2 cm。在2#樁位置開始發(fā)生侵蝕時5#樁發(fā)生另一次淤積高峰，淤積幅度為8.4 cm。其余時段都是微幅度的振蕩，5#樁位置高程變化幅度小。

6#樁在沙壩中心的內(nèi)側(cè)（圖5），8 月9 日在臺風(fēng)初始階段快速淤積13.4 cm，與大潮灘肩快速侵蝕響應(yīng)同步。8 月11 日出現(xiàn)另一次淤積峰值，淤積幅度為7.4 cm，與風(fēng)暴灘肩侵蝕同步。8 月12 日6#樁位仍少量淤積2.4 cm，8 月13 日淤積1.3 cm，累積淤積最大值為18.9 cm；8 月14 日沙壩開始轉(zhuǎn)向侵蝕平整。整個臺風(fēng)期間，灘肩侵蝕的泥沙繼續(xù)向海輸移到沙壩，沙壩持續(xù)成長擴大，形成寬而平緩的形態(tài)。

7#樁在沙壩向海側(cè)，破波帶外，在8 月13 日之前，高程值在2 cm 上下微小范圍內(nèi)振蕩。8 月14 日后，有輕微淤積，淤積最大值為6 cm，應(yīng)是沙壩在臺風(fēng)后期趨向蝕低平整所致。

5 討論

5.1 臺風(fēng)水動力響應(yīng)過程分析

5.1.1 風(fēng)暴增水

海灘風(fēng)暴響應(yīng)的本質(zhì)就是異常水動力對正常水動力塑造的海灘的突發(fā)改造[30]。風(fēng)暴期間，向岸大風(fēng)把海水往沿岸輸送，造成海水輻聚，使高水位進一步加高形成風(fēng)暴增水，使得波浪作用范圍擴大。海灘地形地貌、臺風(fēng)位置、臺風(fēng)強度、臺風(fēng)移速、臺風(fēng)路徑等因素都對增水有重要影響[31]。

萬弘超等[32]研究表明，南海熱帶氣旋進入以16°N線為南邊界，以116°E 線為東邊界的區(qū)域時，瓊州海峽就會產(chǎn)生顯著風(fēng)暴增水。臺風(fēng)“貝碧嘉”產(chǎn)生于16.9°N，111.7°E，故而在臺風(fēng)產(chǎn)生之初海峽內(nèi)即可產(chǎn)生較為顯著的增水。臺風(fēng)強度大和移動速度快，則有利于風(fēng)暴增水[32]，而臺風(fēng)“貝碧嘉”強度較小且相對穩(wěn)定，移動速度慢，使得風(fēng)暴增水值并非很大。若臺風(fēng)路徑與緯線夾角為0°～10°，在瓊州海峽引起的增水最大[33-35]。路徑與緯線夾角越大，增水越小，因為北半球氣旋逆時針轉(zhuǎn)，形成類圓形風(fēng)圈，大風(fēng)把風(fēng)圈內(nèi)東側(cè)海域水源區(qū)的水向瓊州海峽輸送，水源區(qū)面積越大，引發(fā)增水越大[32]；而臺風(fēng)“貝碧嘉”路徑與緯線夾角約為75°，“貝碧嘉”生成并向北逼近青安灣過程中，受海南島與雷州半島特有地形掩護，瓊州海峽風(fēng)暴增水的水源區(qū)面積是不斷變小的（圖6）。而且，由于瓊州海峽是東西連通南海與北部灣的狹長海域，雷州半島為突出地形，由大陸伸出大海約130 km，海水易從海峽快速流走，不利于海水持續(xù)堆積壅高。

圖6 青安灣風(fēng)暴增水水源區(qū)面積變化Fig.6 Water source area of storm surge in the Qing’an Bay

瓊州海峽狹窄的特有地形地貌，使得臺風(fēng)“貝碧嘉”在風(fēng)力較弱且距離較遠的初始階段青安灣海域即產(chǎn)生0.38 m 的增水；另一方面，雷州半島為突出地形，不利于海水持續(xù)堆積壅高而是快速流走，導(dǎo)致增水對復(fù)雜的臺風(fēng)路徑、強度變化響應(yīng)不敏感，整個臺風(fēng)期間，增水變化幅度較小，處于0.38～0.50 m 范圍。

5.1.2 波浪

臺風(fēng)“貝碧嘉”在逼近青安灣過程中，風(fēng)浪形成的風(fēng)時、風(fēng)距、風(fēng)速的三要素中，波浪相應(yīng)風(fēng)距逐漸縮小，最后縮小到只有瓊州海峽的寬度（圖6）。臺風(fēng)“貝碧嘉”最大風(fēng)速因靠近而增大同時又與地面摩擦消能而減小，且越靠近青安灣風(fēng)圈內(nèi)陸地占比越大，與地面摩擦消能亦越大。8 月9 日至10 日實測波高從0.78 m 減小為0.67 m。8 月10 日11 時之后，臺風(fēng)處于青安灣東側(cè)，風(fēng)向轉(zhuǎn)為離岸風(fēng)，這個階段風(fēng)距都只有瓊州海峽狹小的寬度，實測波高亦近一步減小至8 月12 日的0.43 m。8 月13-15 日加強為熱帶風(fēng)暴級，最大風(fēng)速從15 m/s 增強至25 m/s，臺風(fēng)路徑逐漸從東往西逼近青安灣，波浪微微增加到0.56 m，波浪變化趨勢與臺風(fēng)路徑初始階段從南到北行進過程是相反的，原因是這個階段風(fēng)距不變，海陸分布不變，風(fēng)速不斷增加，所以波浪有所增強，但又由于是離岸風(fēng)，使得波高增幅很小。

5.2 海灘剖面響應(yīng)

5.2.1 海灘剖面響應(yīng)形態(tài)

北半球臺風(fēng)逆時針旋轉(zhuǎn)，東北—西南走向的青安灣沙灘正對風(fēng)浪來向，同時8 月9 日是天文中潮，使臺風(fēng)波浪可直接作用到大潮灘肩位置，是大潮灘肩快速響應(yīng)發(fā)生沖刷原因。

臺風(fēng)逐漸由南向北逼至青安灣最近距離過程中，灘肩并沒有明顯地繼續(xù)向下侵蝕，而是轉(zhuǎn)向平行岸線的蝕退。原因是在此過程中，受瓊州海峽特有海陸分布影響風(fēng)暴增水沒有明顯增加，波高變小，8 月10 日9 時臺風(fēng)“貝碧嘉”在海南登陸后，風(fēng)與陸地摩擦消耗，青安灣海面的風(fēng)力削弱，使得作用在灘面上的波浪有所減小。隨著臺風(fēng)路徑轉(zhuǎn)向東離開青安灣，風(fēng)向轉(zhuǎn)為離岸風(fēng)，波浪進一步減弱，剖面在向下最大侵蝕后開始轉(zhuǎn)向恢復(fù)性淤積，主要泥沙來自上方風(fēng)暴灘肩侵蝕落淤和泥沙向岸輸移，坡度變緩。

已有研究通過對比臺風(fēng)前后剖面形態(tài)，研究認(rèn)為臺風(fēng)造成的海灘侵蝕，因不同的海灘差別很大[3-23]。其中之一就是高潮帶侵蝕，泥沙向海輸移形成水下沙壩，與臺風(fēng)“貝碧嘉”對青安灣海灘剖面主要影響一致。但臺風(fēng)“貝碧嘉”影響期間，海灘剖面各部位響應(yīng)過程截然不同，波浪不直接作用的后濱位置受暴雨作用有微小沖刷。沖流帶范圍發(fā)生最劇烈沖刷，大潮灘肩分快速向下侵蝕、緩慢侵蝕至最大值、振蕩回淤恢復(fù)3 個階段，臺風(fēng)期間振蕩恢復(fù)幅度可達最大侵蝕深度的1/4。風(fēng)暴灘肩在大潮灘肩侵蝕后逐步侵蝕下切、橫向后退，激浪帶海床高程整體變化小。破波帶形成水下沙壩，逐步淤積成長，位置相對穩(wěn)定。破波帶外海側(cè)，臺風(fēng)期間地形沒有明顯變化。這些不同部位迥異的風(fēng)暴響應(yīng)過程特征無法僅從臺風(fēng)前后地形變化對比分析得出。

5.2.2 海灘剖面響應(yīng)模態(tài)

臺風(fēng)作用下，海灘剖面變形是由多種非線性因子共同作用下的結(jié)果，為進一步探討海灘變化的過程與規(guī)律，采用經(jīng)驗正交函數(shù)（EOF）分離出相互獨立（即正交）的海灘響應(yīng)過程成分。

EOF 功能是從海灘實測時空數(shù)據(jù)構(gòu)成的變量場中識別出主要的相互正交的空間分布型，從而降低數(shù)據(jù)的維度，更好地描述海灘剖面時空變化過程的主要特征。海灘高程變化的隨機向量場正交分解如公式（1）所示[36]

式中，Ht是m個空間點n次觀測值構(gòu)成的隨機向量場；Vk是m維空間基向量；Tk(t)是空間向量Vk在表示向量場Ht中的權(quán)重系數(shù)，是時間系數(shù)序列，各自的方差等于對應(yīng)的特征值，從大到小排列。εk是剩余誤差向量。EOF 的原理就是從正交基向量集內(nèi)逐個選取Vk，使得 εk最小，所得Vk就是隨機向量場Ht的典型，也稱為模態(tài)。

本次觀測7 個樁位及164 組逐時高程得到的數(shù)據(jù)集構(gòu)成7 維空間和164 個向量序列的向量場，正交分解得到特征值由大到小排序見表4。

當(dāng)特征值的取樣誤差大于等于該特征值與相鄰特征值之差時，特征向量的分量的取樣誤差就達到或超過相鄰特征向量的分量[37]，即滿足公式（2）時

表4 特征值排序Table 4 Sorting table of eigenvalues

其中，λk－λk+1＜λk－1－λk時，k′=k+1;λk－λk+1＞λk－1－λk時，k′=k－1。該特征向量的估計就無意義了，并據(jù)此計算本次特征值取樣誤差，結(jié)果如表5。

表5 特征值取樣誤差分析Table 5 Sampling error analysis

由表5 可知，λ1～λ4對應(yīng)的特征向量是有意義的，λ1～λ4累積方差占總方差的98.47%，第一至第四模態(tài)可以顯著且較全面地表征海灘臺風(fēng)期間的響應(yīng)模態(tài)。

對時間Tk進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，令使得空間向量的量值就是這個模態(tài)對應(yīng)分析對象的一般大小[36]。標(biāo)準(zhǔn)化后的第一至第四模態(tài)及時間序列展開如圖7 所示。

空間特征函數(shù)體現(xiàn)了地形學(xué)意義上海灘剖面空間變化特征，距平值為正值表示淤積，負(fù)值表示侵蝕；時間特征函數(shù)體現(xiàn)了臺風(fēng)期間水動力的作用過程，振幅表示水動力作用下地形響應(yīng)的強度。

圖7 空間特征函數(shù)和時間特征函數(shù)Fig.7 Spatial and temporal eigenfunctions of EOF

第一模態(tài)方差貢獻率為73.18%，是形成風(fēng)暴剖面的最主要過程因素。第一模態(tài)空間特征函數(shù)主要體現(xiàn)了3#樁大潮灘肩位置侵蝕，每小時最大侵蝕幅度超過10 cm。6#樁沙壩位置淤積，每小時最大淤積幅度約為5 cm。1#樁所在后濱、5#樁沙壩內(nèi)側(cè)位置及7#樁破波帶外高程無明顯變化，2#樁風(fēng)暴灘肩和4#樁前灘位置有輕微侵蝕。時間特征函數(shù)表明在臺風(fēng)初期8 月9 日臺風(fēng)“貝碧嘉”生成之前到初期潮位尚未漲至大潮灘肩之前，由波浪上沖流帶向岸泥沙可堆積到3#樁大潮灘肩處，所以時間特征函數(shù)的振幅為負(fù)值。從8 月9 日9 時至14 時，高潮位疊加風(fēng)暴增水使得波浪可直接作用在大潮灘肩，大潮灘肩發(fā)生急速而劇烈的侵蝕。特征函數(shù)振幅直接從-2.8～0.2的急劇大幅度反轉(zhuǎn)，之后卻一直處于0～0.7 之間較為穩(wěn)定的狀態(tài)，每天隨潮位漲落做周期性（高潮位侵蝕，低潮位淤積）小幅度振蕩。表明大潮灘肩對臺風(fēng)水動力響應(yīng)極為靈敏，在臺風(fēng)“貝碧嘉”生成后的第一個高潮位期間即可完成侵蝕狀態(tài)，大潮灘肩迅速適應(yīng)了臺風(fēng)波浪強度，而且8 月9 日之后波浪有所衰減，從而導(dǎo)致第一模態(tài)地形變化對臺風(fēng)“貝碧嘉”第一個高潮位后臺風(fēng)路徑復(fù)雜變化的響應(yīng)并不是很明顯。

圖8 觀測位置兩端入海小河涌Fig.8 The streams at both ends of the observation position

總的來看，臺風(fēng)“貝碧嘉”路徑雖然復(fù)雜多變，但青安灣海灘響應(yīng)形態(tài)主要受以上4 個模態(tài)控制。4 個模態(tài)對應(yīng)的動力因素不同，相互交叉、疊加及耦合，對海灘變形貢獻率不同，影響時間不同。貢獻率大的可能影響范圍小，如第一至第三模態(tài)，是風(fēng)暴剖面的控制模態(tài)，影響海灘破波帶以內(nèi)范圍。貢獻率最小的第四模態(tài)影響范圍最廣，而且對海灘的長期演變可能有深遠影響。一般來說，第一模態(tài)和第二模態(tài)中，灘肩侵蝕泥沙向海輸移形成水下沙壩的特征可以通過臺風(fēng)前后剖面形態(tài)變化分析得出，但很難發(fā)現(xiàn)第三模態(tài)、第四模態(tài)及第二模態(tài)中風(fēng)暴灘肩泥沙對大潮灘肩的補償性作用。

6 結(jié)論

通過對徐聞青安灣海灘在臺風(fēng)“貝碧嘉”期間連續(xù)6 天半的高頻觀測，并對所獲取的全時水動力要素和164 組逐時海灘灘面高程變化數(shù)據(jù)進行分析，得出結(jié)論如下：

（1）青安灣海域風(fēng)暴增水及波浪受控于海南島-雷州半島特有的地形地貌和臺風(fēng)“貝碧嘉”的復(fù)雜路徑。增水總體穩(wěn)定在0.38～0.5 m 之間，而波高先由0.78 m 衰減至0.43 m，再增加至0.56 m。

（2）海灘剖面地形變化總體表現(xiàn)為灘肩侵蝕，形成水下沙壩。海灘不同位置的響應(yīng)演變趨勢完全不同，波浪影響范圍內(nèi)，每個潮周期內(nèi)，均有侵蝕和淤積現(xiàn)象。灘肩變化過程分為快速向下侵蝕、緩慢侵蝕至最大值、振蕩回淤恢復(fù)3 個階段。破波帶形成水下沙壩，逐步淤積成長，位置相對穩(wěn)定。沙壩外側(cè)，臺風(fēng)期間地形沒有明顯變化。

（3）海灘響應(yīng)風(fēng)暴的復(fù)雜變化過程主要由4 個模態(tài)耦合而成。第一模態(tài)體現(xiàn)大潮灘肩侵蝕生成水下沙壩過程；第二模態(tài)體現(xiàn)風(fēng)暴灘肩侵蝕，補償大潮灘肩侵蝕位置和進一步壯大沙壩過程；第三模態(tài)揭示了波浪二次破碎位置的上沖流和離岸底流使泥沙發(fā)生雙向輸移過程；第四模態(tài)表明臺風(fēng)大浪使得碎波帶內(nèi)泥沙大量懸浮，在沿岸流和離岸流作用下部分懸沙進入深水區(qū)，可能造成海灘泥沙的永久虧損。

（4）臺風(fēng)“貝碧嘉”對徐聞青安灣海灘既有侵蝕作用又有恢復(fù)作用，使得侵蝕最大值發(fā)生在臺風(fēng)過程中。這一現(xiàn)象僅通過臺風(fēng)前后的地形變化是無法觀測到的，在海灘風(fēng)暴響應(yīng)機理研究中應(yīng)該予以特別注意。

致謝：李澤華、董一鳴參加了現(xiàn)場觀測工作和青安村部分村民提供的后勤保障，特此致謝！