曾春華，朱士兵，李志強(qiáng)*，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(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(qiáng)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(yuǎn)或臺風(fēng)強(qiáng)度太小，海灘沒有充分響應(yīng)。很難進(jìn)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)一步變小。12 日至13 日臺風(fēng)強(qiáng)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(dá)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(dá)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(yuǎn)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(kuò)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(jìn)一步加高形成風(fēng)暴增水，使得波浪作用范圍擴(kuò)大。海灘地形地貌、臺風(fēng)位置、臺風(fēng)強(qiáng)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(jìn)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(qiáng)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(qiáng)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(hù)，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(yuǎn)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(qiáng)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(qiáng)為熱帶風(fēng)暴級，最大風(fēng)速從15 m/s 增強(qiáng)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(jìn)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(qiáng)，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(jìn)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(dá)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)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(dá)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(jìn)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(qiáng)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(xiàn)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(qiáng)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(xiàn)率不同，影響時間不同。貢獻(xiàn)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(xiàn)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(yuǎn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jī)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！