卫星揭示气候周期如何影响海岸线

新南威尔士大学悉尼分校的研究人员分析了数百万张卫星照片，以观察太平洋海滩的变化。这项研究结果今天(10月<>日)发表在《自然地球科学》上，首次揭示了海岸线如何应对厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)周期的不同阶段。

ENSO是一种自然气候现象，会导致太平洋上空海面温度的变化。变暖阶段(称为厄尔尼诺现象)和冷却阶段(称为拉尼娜现象)根据周期影响不同海岸线的天气模式。

在此期间，海岸侵蚀也会加剧，将沙子从海滩上移走，威胁海滨房屋和栖息地。但科学家们无法使用传统的沿海监测技术对此进行广泛研究，这些技术仅限于对几个海滩的地面观测。

“科学家们已经知道海滩对ENSO循环有反应几十年了，但我们只能从几个零星的海滩监测点描绘出一幅小幅画面，”新南威尔士大学土木与环境工程学院水研究实验室该研究的合著者Mitchell Harley博士说。“对于这项研究，我们能够采取完全不同的角度来完成气候周期如何影响整个太平洋海岸的更大图景。

从宇宙观察沿海变化

近四十年来，绕地球运行的卫星定期拍摄世界海岸线的图像。研究人员开发了一种名为CoastSat的新型开源工具，该工具结合了图像处理和机器学习算法，从环太平洋地区数千个沙滩的每个像素中提取信息。

“该工具会自动绘制沙子和水之间界面的位置。在多个图像和海滩上执行此操作，并校正潮汐，我们可以发现海岸线在大时间和空间尺度上的变化，以及这与ENSO循环的关系，“水研究实验室研究的主要作者Kilian Vos博士说。

使用该工具，研究人员处理了38年的Landsat卫星照片，以发现海滩宽度与厄尔尼诺和拉尼娜周期的相关性，跨越8000多公里的沙质海岸线，从澳大利亚东海岸到加利福尼亚西海岸，再到智利。

他们发现，澳大利亚东南海岸的海滩在长期的拉尼娜现象期间变窄，而在厄尔尼诺现象期间，海滩会变宽或增加。但太平洋另一边的海滩经历了相反的影响——厄尔尼诺现象期间侵蚀，拉尼娜现象期间恢复。

“虽然我们的研究着眼于与ENSO周期相关的沙滩的平均行为，但这与我们观察到的情况一致，例如，最近澳大利亚的三重下降拉尼娜现象，连续的沿海风暴一直在从新南威尔士州和昆士兰州海岸线的海滩上剥离沙子，”沃斯博士说。

预测海岸侵蚀风险

研究人员表示，了解ENSO循环对太平洋不同海岸的影响可以帮助沿海管理人员和居民预测海岸侵蚀风险，并准备采取海滩滋养等保护措施。

“沙质海岸是地球上最具活力和人口最多的环境之一。在某些情况下，它们可以在一夜之间完全消失，需要数年时间才能恢复，“沃斯博士说。

“我们必须继续通过这样的研究来监测它们，这有助于告知我们如何管理我们的海滩，这在海浪和周围的高价值基础设施之间提供了缓冲区。

“如果你是一个想在海滩上度过假期的游客，可能值得看看ENSO的预测，因为它可能会让你知道哪里有宽阔的沙滩。

Harley博士还领导CoastSnap公民科学项目，社区成员分享他们的海岸线照片，以创造关于海滩如何应对不断变化的条件的新见解。

研究人员计划进一步分析这两个项目的数据，以揭示海滩如何尽可能接近实时地应对海浪，海平面和气候变化的见解。

“一些研究表明，气候变化将改变ENSO模式，这可能会影响海岸线如何进一步变化，这些侵蚀和吸积效应的加剧，或者它们发生的地方发生变化，”哈雷博士说。

“利用所有这些来自太空和社区的令人难以置信的数据源，我们可以继续增加我们对海岸线现在和未来如何变化的理解。