文|史说百家
编辑|史说百家
【前言】作为世界经济的真正支柱，沿海地区经常会受到海洋短波（以下简称波浪）的影响而改变，这些波浪不断改变原本的海岸线，甚至在极端条件下造成不可逆转的损害，影响沿海生态系统，基础设施，社会经济活动和人类生命安全。
在热带大西洋，特别是在西非，以波浪气候学为重点的研究仍然很少，然而对波浪气候的良好了解对于决策和实现有弹性和可持续的沿海管理至关重要。
特别是在与气候变化相关的沿海风险增加的背景下，自20世纪下半叶以来显著波高（以下简称Hs）的增加，以及其他波浪参数（平均周期带峰值和方向）在北纬和中高纬度和南纬报告。
沿海地区的海岸线变化都受什么影响？塞内加尔海岸线最近这些年的波浪又有什么变化？
【西部风暴】基于回顾性（1979-2005）和前瞻性（2026-2045和2081-2100）波浪分析，在同一地区的早期，最近37年（1980-2016）的波后播。
预计GG西部的风暴会增加，虽然位于GG之外，但这种增长可以到达塞内加尔，因为它在非洲之角的海岸线构成了西非的极端。
然而波浪参数的长期趋势仍然未知，其他基于卫星测高的全球波浪气候分析发现，热带大西洋这一区域的趋势不显著。
尽管如此，这两项研究并没有涵盖与Osinomo等人和Dahunsi等人相同的时期为了了解波浪的时空变化，许多研究已经研究了气候模式（例如）和波参数之间的连接/远程连接。
北大西洋涛动（NAO）解释了大西洋的波浪气候变率，这是北半球中纬度气候变率的主要模式。
此外南半球中纬度变率的主要模式，南半球环形模式（SAM）也与波浪气候变率有关，尽管研究很少，但其他模式被证明可以解释热带大西洋东部波浪气候变率的一部分在GG中。
Almar等人发现SAM指数和波参数之间的相关性能够部分解释其可变性，在塞内加尔沿海，只有少数研究涉及波浪气候基于43年至1979年的时代中期再分析。
Almar等人建立了主要大西洋气候模式与波浪变率之间的显著相关性，这些作者发现Hs在北方冬季与NAO有很强的相关性，在北方夏季与SAM的正相呈正相关。
这些人还提到了塞内加尔海岸的每日波浪活动，与北方夏季热带大西洋表面风的变化之间的显著差异。
由于当地的风力变化，重要的波浪变化和风暴事件也可能发生在塞内加尔海岸近海的过渡季节（春季和秋季），正如Winant等人最初报道的那样，然而这些研究依赖于从全球后播中提取波浪参数。
达喀尔半岛对波浪沿海岸传播至关重要，事实上，这里为南部海岸提供了抵御北方海浪的庇护所，为北部海岸提供了抵御来自南方的海浪的庇护所。
大西洋测深法
【波浪类型】根据季节的不同，有四种类型的波浪状态到达塞内加尔海岸：
1、来自北大西洋中纬度的西风风暴产生的西北膨胀，这些长长的海浪是大海岸最高的，全年都存在，但在 2 月至 3 月的旱季占主导地位。
2、北半球和南半球信风常年产生的风害。
3、7月至48月西南隆起，来自南大西洋，几乎总是在雨季观察到。这些长期的膨胀大多在4月和7月以最大的功率到达小海岸。
西大西洋隆起是由7月至2月佛得角群岛和加勒比海之间形成的热带飓风产生的，该地区没有受到大风暴或气旋的直接影响。
但在波浪气候中可以看到这些遥远的高能事件的信号，长岸运输由到达海岸线的斜波产生，在该海岸的沉积物动力学中起着重要作用，潮汐是整个海岸的半昼夜变化，具有微潮汐范围。
而海岸则受益于特定的测深调查，风力强迫来自ERA5再分析，大西洋的空间分辨率为3小时，空间分辨率为0.5°，嵌套在塞内加尔大陆架上的高分辨率网格的空间分辨率为0.25°。
【模型实现】从 1980 年到2021年，在整个大西洋进行了为期 42 年的波后波，在塞内加尔海岸有一个高分辨率嵌套网格，为了模拟这两个尺度上的波浪气候，采用了涉及两个计算网格的单向嵌套策略：
（1）覆盖北大西洋的区域网格，经度从西经80°到东经20°，纬度从南纬70°到北纬70°，分辨率为0.5°×0.5°（图1A）;（2） 局部网格，经度从西经 18° 延伸到西经 16°，纬度从北纬 12° 延伸到 16.50°，空间分辨率为 0.05° × 0.05°（图 1），首先进行区域后播模拟，以沿局部网格边界生成光谱强迫。
频谱空间使用24°上的360个均匀分布的方向和36个对数间隔的频率（范围从0.036 Hz到1 Hz）离散化，增量因子为1.1，两个网格都是由ERA5风力强迫的，风输入源项和白帽耗散使用。
Alday等人中描述的ST475（“测试61”）参数化，离散相互作用近似，用于表示4波非线性相互作用，波流相互作用没有被考虑在内，因为大陆架上的平均电流相对较弱，~5公里的分辨率不允许近岸动力学。
在从区域网格到沿海地区的模拟中，水位被认为是恒定的，波场数据来自部署在达喀尔以南（北纬14°20.8′–17°13.68′，图1）的沿海系泊海空浮标MELAX。
该多参数站包括一个位于35米水深（距离海岸约25公里）的NORTEK AWAC，该预警机由一个装有压力传感器的多普勒电流剖面仪和一个声学跟踪系统（AST）组成。
AST允许直接测量自由表面高程，克服压力信号随深度的指数衰减，Goring和Nikora[66]的Despiding算法应用于AST信号，以消除几个杂散尖峰，AWAC 数据包括每小时 20 分钟的 2 Hz（2400 点）突发，包括底部压力、AST 数据和接近底部速度。
然而轨道波运动比35 m水深所阻尼，无法计算定向波谱，因此分析仅限于一维频谱，功率谱密度（PSD）估计值是使用具有1个汉宁窗口段（10个视自由度）的快速傅里叶变换计算的。
这些PSD集成在低频截止F之间最小设置为峰值频率的一半，高频截止设置为 0.3 Hz，以计算波体参数，例如有效波高 Hs、峰值周期 Tp和平均波周期 T米02.来自模型的一维频谱在与数据完全相同的频率范围内进行积分，从而提供了一致的比较。
【波浪气候分析】之所以选择这些气候指数，是因为已知相关的气候模式可以解释大西洋大气变率的主要部分。
事实上，NAO、EA和SCAN是北大西洋气候变率的主要模式，可以从海平面大气压力场的旋转主成分分析中恢复，SAM是南大西洋气候变率的主要模式，对应于许多大气场中的主要经验正交函数（EOF），包括地表压力、位势高度，地表温度和纬向风。
SAM的特征是中高纬度地区大气质量的大规模交替，与形成到达塞内加尔的海浪的纬度上大气西风的经向变化有关使用稳健回归方法，Sen斜率方法和线性回归方法（尽管最终产生相似的值）估计趋势，采用两种统计检验：
皮尔逊相关检验量化波浪参数与气候模式之间可能存在的联系；曼-肯德尔显著性检验，以确定观测趋势和相关性分析中<>%置信区间的显著性。
波体积参数（有效波高（Hs，上图）、平均波周期（T米02、中间）和高峰期（Tp，底板））
在研究期间，波浪参数的平均分布显示出显著的空间变异性，一般在沿海地区，特别是在小海岸沿岸。
平均而言，大海岸（从圣路易到达喀尔1至1.2米）的Hs高度约为小海岸（0.4至0.6米，从达喀尔到南部海岸末端）的两倍，达喀尔半岛是塞内加尔海岸最容易受到海浪影响的部分，Hs从1.2到1.4米不等。
鉴于Hs在小海岸大陆架上的空间分布，它们向南强烈衰减，在大海岸前面，波浪方向从320°到330°不等，突出了它们的西北大西洋起源，这在小海岸（270°-310°）附近类似。
但在达喀尔以南明显观察到一个特殊性，膨胀在达喀尔半岛周围折射，使其方向从西北（320°）向北旋转到西南（220°）向南旋转，大海岸（~10秒）的峰值膨胀期比小海岸（~11.5秒）短。
年平均波气候、显著波高（Hs （m），左）、平均波向（DIR （°），中间）和峰值期（Tp（s），右）
显著波高（Hs（m），顶部）和高峰期（Tp（s），底部）
波浪参数（从左到右）、有效波高（Hs）、波浪平均周期（T米02）、高峰期（Tp）和平均方向（DIR °）
对从不同波浪参数获得的年际季节趋势的分析表明，在一个单一的北方季节内以及所有季节之间，彼此之间都存在重要的空间变化。
关于Hs，夏季在小海岸附近发现了最大和显著的趋势（0.2厘米/年），向北下降到达喀尔半岛（0.1厘米/年）。
在平均波方向上观察到的趋势显示逆时针旋转几乎为负（在-0.25和0°/年之间），并且仅在夏季和秋季显着（95%置信度），在这些季节观测到的DIR显示出相似之处，其特征是从公海（-0.03°/年）向海岸（-0.05°/年）下降。
秋季和夏季之间的空间差异为~0.05°/年，阳性和显著 T米02趋势（95%置信度）在夏季和秋季观察到，最大值在小海岸的北部（分别为~0.004秒/年和~0.007秒/年）。
总体而言，观察到的 Tp仅在大海岸附近的秋季发现趋势显著（95%置信度），~0.015 s/年，比观测到的T 高约20倍米02最大趋势。
1980-2021年期间计算的主波参数（Hs，DIR，T米02和 Tp）
【讨论与结论】虽然只关注95%的显著趋势，但波浪参数显示出适度的趋势，尽管根据季节的不同可以观察到强烈的对比，在海岸获得的气候学显示波浪时期的趋势非常弱（T米02和 Tp，最大每十倍频程~0.05秒）。
方向总体上显示出逆时针关系（每十倍频程0°和-1°之间），这些结果在波 T 上米02/TpDIR趋势很好地证实了先前GG研究的结果。
从Hs年度趋势中获得的结果很好地证实了Reguero等人从1948年到2008年对大西洋以西的类似纬度海岸的先前发现，在局部地区，我们的Hs上升趋势达到~1.2厘米。
总体而言，观测到的Hs空间格局和趋势将主要基于南大西洋隆起和风暴的活动来解释。
在研究期间，NAO 和 EA 模式没有观察到趋势，它们的相应指数下降了 −0.003，另一方面，SAM指数呈+0.07.年的上升趋势−1.对于其他波浪参数，T 增加米02在小海岸以北。
然而其他方面仍有待研究，例如使用分区算法的风浪和远处涌浪的独特气候学以及对风场的直接调查。
最后我们提出的波浪模型和从本研究中获得的结果可以指导未来与该地区相关的沿海研究，例如塞内加尔海岸海滩，河口和沿海泻湖的形态动力学演变。
参考文献：
西吉：海岸线的位置为什么会经常变化。2005
程明华，王廷晓：海岸线纵深度变化试题再优化。2018
王吉兴：海岸带与海岸线。2022
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