加拿大格里斯峡湾北极社区的海岸线变化和海岸灾害特征

RBRvirtuoso on ice and water

格里斯峡湾位于努勒维特的埃尔斯米尔岛,是加拿大北极地区最北的社区,约有130人居住。在过去的20年里,社区成员已经注意到他们的海岸线发生了显著的变化,而且风暴的影响也越来越多。为了更好地了解这些变化以便能及时适应,他们正在与戴维·迪迪埃博士(Dr. David Didier)合作。Didier博士是一位海岸形态学家,目前在里穆斯基的魁北克大学(UQAR)工作。

Didier的研究重点是海浪和水位对海岸线的影响。他的大部分工作是在加拿大的北极地区进行的,那里的海岸灾害严重影响着社区。在学生和博士后的帮助下,他帮助这些北方社区更好地预测潜在的灾害,以了解沿海地区风暴频率增加、冰盖面积减少和冰川沉积物输入变化的影响。

格里斯峡湾的项目旨在确定海岸线变化的热点区位置,重点关注德文岛和埃尔斯米尔岛之间的整个地区。该项目于两年前启动,涉及的灾害制图包括洪水和侵蚀制图,同时还将当地知识整合到科学监测和建模中。该项目的核心是过去历史上危害事件和极端风暴的大量信息,该信息来自于社区人员的共同记忆。仅在过去十年里,就至少发生了3-4次大风暴,海浪高度超过了海滩上的行人,对海岸线和社区的基础设施造成了破坏。

Didier评论说:“在那里的暴风雨期间,电力网络和电线可能会被淹没。”海滩最近变得非常狭窄和陡峭,而且现在海滩的沙粒尺寸也更大了。这些对海滩结构的改变使得社区人士很难进入海滩;特别是,这加大了船只下水和回收的难度,进而限制了它们获得食物来源的途径。

Researchers using RBR instruments

尽管社区成员注意到这些显著的变化,加拿大北极高地通常不被认为是一个海岸快速变化的地区。事实上,这里新的海岸线出现的速度比全球海平面上升的速度更快,这意味着理论上海平面正在下降。然而,Didier认为海浪条件的变化可能是问题的一部分。他指出,在临界水位和临界浪高都超过的时候,特别是在夏季海冰范围减少时,往往发生破坏最严重的极端事件,并对海岸线和社区的产生严重影响。

尽管社区的集体知识是该项目的宝贵基础,但制定有效的适应策略以应对气候变化相关的沿海快速变化是复杂的。因此,Didier实施了一项多方面的综合监测计划。水下布放了12台RBRvirtuoso3 D传感器,在海岸带创建了一个观察网格,有效地涵盖了该地区独特和复杂的地貌,包括沿岸和跨海岸区域和一处浅水岩石平台。观测目标是找到传感器之间的统计相关性,以更好地了解波浪传播,并确定到达海滩的波浪能量。该传感器可用于整个开放汛期,并以4Hz分辨率持续监测。它们与三个视频站相结合,与传感器在相同站位同样以4Hz分辨率进行监测;此外还有延时相机和无人机调查等。所有这些工具都同步在一起,以了解格里斯峡湾海滩的基本形态动力学。所有数据都可在RBR Ruskin软件中直观显示,并在Matlab中进一步处理,以确定近海/近岸在海滩面上的波能和波高。

Researcher using RBRvirtuoso

该社区深入参与了该监测计划的所有内容,所有仪器的布放站位都与当地Iviq狩猎组织进行了确认,以确保科学家掌握海岸线变化的热点区,同时不影响当地的狩猎活动。Didier在社区的主要联络人是Terry Noah,他们几乎一直在就这个项目进行沟通。传感器的维护,包括电池更换和数据下载,由当地合作伙伴、学生和科学家共同完成。此外,每天都会接触海岸线的社区成员的陆地观察,也被纳入到监测计划当中。

到目前为止,该团队的第一个采样阶段已经完成,第二阶段的采样正在进行中。Didier期待从第二阶段获取更多数据,以发表他们正在采集的时间序列数据的初步成果。总体而言,采样方案有两个目的:(1)提供对海岸线的长期科学监;(2)提供观测数据,以帮助验证和调整一个区域形态动力学模型。目前,研究人员正在进行波浪预测模型的模拟和验证,以观察监测期间的实际风暴事件。他们将使用该模型重现过去沿海岸线的能量事件(反推),并将结果与当地记录进行比较,以验证该模型。一旦反推模型得到验证,并更好地理解了不确定性和偏差,该团队将开发一款沿海水位的预测模型。

Didier解释说:“我们预计将对海滩的总水位进行为期三天的预报,包括海岸线上的海浪上升情况,这样社区就可以提前为海岸线上即将到来的风暴和影响做好准备。”基于社区的需求,他相信这个模型将是该项目最令人兴奋的结果之一。

未来,Didier和他的团队将扩展这个形态动力学项目,在北极系统变化的背景下观察海滩系统的更大尺度的变化。这项即将开展的工作将重点研究冰川与海洋之间的联系,特别是从不同冰川到海岸线之间的河流沉积物的运输。Didier认为,对到达海岸后的沉积物展开研究,是理解格里斯峡湾变化背后的机制的关键。