美国北卡罗莱纳州的阿尔巴马-帕姆利奥河口岸线的时间和空间动态变化
摘要：目前许多海岸线研究依靠的是几十年或超过50年的遥感影像，研究海岸线的历史变化速率，进而预测海岸线的位置，并确定海岸的后退距离。但是这些研究也许不能说明短期内潜在的高强度风暴事件对沿海地区的影响。在这项研究中，通过量化5个地区海岸线的变化率（SCRs），这些地点包括从阿尔巴马-帕姆利奥河口生态系统（APES）附近的沼泽到沉积岸边的海岸等一系列的历史（10至50年）和短期时间（两个月）以及单个风暴事件。从北卡罗来纳州的河口海岸线上来看，长期的(历史的)SCR大约为0.5~0.07 m年，着与前人的研究结论相一致，但是短期内SCR在空间上和时间上都是持续变化的，其中一个研究点的年变化范围为15.8±7.5至-19.3±11.5米。本文基于气象观测并耦合水动力(Delft3D)和波浪(SWAN)模型，研究了波浪气候对海岸线短期内侵蚀速率的空间和时间变化的影响。该模型主要应用于模拟水体表面波浪波和水位的逐时变化。结果表明，在阿尔巴马-帕姆利奥河口生态系统（APES）的有限区域内，风向对研究地点的波浪气候有很大的影响。波浪高度对个别气象事件的波模拟有影响，但从长期来看，波浪高度和SCRs没有相关性。尽管在短时间内海岸线侵蚀率会显著上升，但是像飓风这样的个别事件，长期以来对海岸线累积的影响是很低的。因此，在岸线管理计划中应考虑这些海岸线的短期反应，而在海洋海岸线管理中常用的长期趋势也可以用来确定河口海岸的侵蚀状况。
关键词：河口海岸线 海岸侵蚀 风暴 河口沉积物 海岸带管理 水动力与波浪模拟
介绍
动态变化是河口海岸线的特征，而且海岸线的变化是由水动力和地貌相互作用形成的(Camfield and Morang 1996;Komar 1983; Roman and Nordstrom 1996; Phillips 1986;Riggs and Ames 2003)。影响海岸线的形态和位置变化的原因有很多，例如海平面变化、构造活动、潮汐、波浪、和沿海风暴等过程都可以在不同时间和空间尺度上影像海岸线(Bellis et al. 1975; Camfield and Morang 1996; Esteves et al. 2006; List et al. 2006; Pajak and Leatherman 2002; Zhang et al. 2002)。海岸线在小空间尺度上(例如，1米到10公里)和短时间尺度（从小时到几十年）上的变化，主要是水动力过程、人类活动、沉积物供给和海岸线构成。(Ali2010; Bellis et al. 1975; Camfield and Morang 1996; French 2001; Jackson and Nordstrom 1992; Phillips 1986; Riggs and Ames 2003). 岸线在空间和时间尺度上的变化，可以为海岸管理人员解决海岸线侵蚀问题提供依据。
海岸线变化数据对公众和海岸管理人员来说越来越有帮助，其可以帮助判别侵蚀灾害的地区和结构(Douglas et al. 1998; NRC 2007)。关于海滨海岸线变化的研究很多，历史数据或长期的侵蚀率通常被管理者用来确定在国家海岸管理计划中建立的保护条例(CMPs; Crowell et al. 1993; Douglaset al. 1998)。但是对河口海岸线变化的研究却较少，而且很少研究侵蚀岸线，包括预计的海岸线损失(NRC 2007)。在北卡罗来纳，大约有2万公里的河口海岸线与大约520公里的海滨海滩(McVerry 2012).。其中包括16945千米长的河口湿地（沼泽与沿岸沼泽湿地；McVerry 2012）。河口海岸线的长度，代表了河口与海滨海岸之间的管理工作的巨大鸿沟。而且湿地是一个重要的栖息地，人们对它们的潜在损失感到担忧。研究还表明，河口海岸的侵蚀率可能超过海滨海岸(Corbett et al. 2008; Cowart et al. 2011; NRC 2007; Stevenson and Kearney 1996; Stirewalt and Ingram 1974)。在之前的研究中已经发现北卡罗来纳河口海岸线的年度变化已经从-0.5m/a变化为-3m/a(Bellis et al. 1975; Cowart et al. 2011; Riggs and Ames 2003; Stirewalt and Ingram 1974)。Cowart等人(2011年)在新河湾（帕姆利奥湾的一个支流）就已经观测到，在过去6000年的时间里，该地区海岸线的变化是平均的。
历史海岸线变化率提供了平均海岸长期变化图，同时减少与映射方法相关的不确定性(Crowell et al. 1993; Fletcher et al. 2003)。基于这些变化速率的海岸侵蚀或管理计划可能无法解释大型的、偶然的事件，如风暴潮等与海岸线位置的变化，而这两种情况都可能对侵蚀造成重大影响(Crowell et al. 1993; Douglas et al. 1998; Douglas and Crowell 2000; List et al. 2006)。这些计划通常在长海岸线上使用平均变化率，通常不考虑细尺度的空间变化。
海岸线的变化被认为是由复杂过程相互作用和可以高度定位的角的相互作用所控制的。根据已知差异差异，近岸海深测量和岸线形态都显示出变化率对其的影响。(Cowart et al. 2011;ardaway 1980; Phillips 1986; Rosen 1980; Schwimmer 2001; Stevenson and Kearney 1996; Wilcock et al. 1998)。波浪能也被认为影响了海岸线的变化(Riggs and Ames 2003; Schwimmer 2001; Cowart et al. 2011)。例如，在纽斯河近河口段Cowart等人（2011）确定了波动能量与侵蚀速率之间的关系。
沿海风暴通常也被认为是对海岸造成严重侵蚀的主要驱动因素(Camfield and Morang 1996; Dolan et al. 1978; List et al. 2006; Phillips 1999)。关于海洋海岸的研究突出显示了风暴从海滩上带走大量沉积物的能力，同时也表明在风暴过后的静止期，这些沉积物的潜在恢复能力(Dolan et al. 1988; Dolan et al. 1978; Douglas and Crowell 2000; List et al. 2006; Phillips 1999)。List等人（2006）已经注意到风暴驱动的"侵蚀热点"的存在。这些热点代表了海岸线的一部分区域特征：短期侵蚀率显著提高然后是相同类型和形态的部分(List et al. 2006)。本研究的目的是通过一系列的时间和空间的变化研究海岸线的变化:(1)对海岸线位置的空间和时间变化的控制(2)对海岸线变化的影响的情景性风暴事件的影响。使用实时定位系统(RTK)GPS进行了实地调查，历史海岸线的数字化，以及耦合的流体波浪模型。
地区描述
阿尔巴马-帕姆利奥河口生态系统五个观测位置是根据海岸线特征、可行性和位置来选择的（图1）。所有的地点都位于河口的位置，在公用场所边界内，野生动物保护区，以及附近没有海岸结构的保护区，这些建筑可能会影响海岸线的变化。这些地点包括一系列的海岸线类型、海岸地貌、土地覆盖和波浪类型。有两个地点位于堤坝后的海岸线上，而另外三个地点则位于陆地河口海岸。
图1 本研究中所使用的地点的地图。每个站点的全名和缩写的缩写都已给出。5个海岸线站点由正方形(GCP、GRG、KHW、OCR和PPP)表示。波浪模型验证中使用的两个地点是CP和PCS，而在2010-2011年间的风力数据来源是KMQI(圆形)
第一个地点是在鹅溪国家公园(GCP)，其位于阿尔巴马-帕姆利奥河口的北岸(图1)。这个地点是由沙子、海岸带边缘的沙质沉积物草料、湿地的、和一些树组成的。其周围近岸海域为浅海（＜1m）并且有时在研究期间内会有大量的泥沙出现。由于河口的几何形状限制，这个地方的沙子抓取也非常有限（图1）。第二个地点GRG位于帕姆利奥的海德郡。这是一个沼泽海岸线，水下是一个陡直的悬崖以及侵蚀地貌。在这个地点里同时存在一条人工运河。第三个地点PPP位于泰勒尔县的阿尔伯玛尔。该地点由沉积物和沼泽森林组成的岸线，其特点是散落的木质碎片、树桩和一些破碎的杂草。沼泽存在于孤立的地方，且被大柏树和更大的泥炭沉积物所遮蔽。其周围的近岸为浅海域（＜1.5m），同时表层覆盖着大量的沙质沉积物并散落着木质碎片。
这两个堤坝的第一个堤坝是位于北河岸的小鹰号森林河口研究保护区（图1）。海岸线由交错的沼泽湿地和树木繁茂的海岸袖珍海滩组成。第二个堤坝是在克鲁克岛(OCR)，在奥克鲁克村北部。该地点由两个截然不同的部分组成:一个是由沙质沉积物主导的，另一个是低密度植被的平缓斜坡，还有一部分是盐沼，有20-30厘米的水下陡坡，并由宽、浅、潮的溪流和沙质底部两部分组成。由于短期岸线位置的数据差异，因此这两个堤坝的地点没有进行详细考虑。
该研究主要集中在三个大陆地区的海岸线变化的详细分析（GCP,GRG,PPP）。这些地点被选为作为对比形态的海岸类型。GPG和PPP地点具有相反的海岸线朝向，他们代表着最常见的海岸线类型。这些地点会接触到一些长时间的反馈。与此相反，GCP的位置是所有站点中最受限制的的沼泽和沉积物组合类型。
方法
岸线地图
首先绘制5个研究地点多时间的海岸线位置。表1列出了每个时间段的海岸线位置数据和属性，以后将会变成一个"时代"。长期(历史50年和十年)的时间由字母H和短期(最近的双月)时间所指定。这些历史海岸线的位置是通过对航拍照片的数字化而获得的，从2010年6月到2011年5月的每2个月进行的一系列原位调查，就可以得出这些短期的历史数据。由于技术和实际操作方面的困难，在OCR站点上的短期S1和S2的时间和持续时间与研究站点的其他时间不匹配。
表1 岸线测量日期和属性
从过去的航拍照片来看，在每个地点区域大约有5公里的海岸线是基于Geis和Bendell方法获得的（2010）。1950至1982年的卫星照片是从USDA和USGS在线获得的。1993至1998年的DOQQ影像是从（NCDOT）获得的。最近的海岸线数据(数字化的图片)使用了2006年或2007年的国家影像，并作为北卡罗来纳海岸管理部门的一个更大的海岸线测绘项目的一部分完成数据。将20世纪50年代和1982年的卫星影像被导入到ArcGIS 9.3.1中，从1998年的DOQQ和2006/2007年的县级图像中，使用了Cowart的方法，采用二次多项式方法进行转换转换。所有地理分布的图像(平均所有图像块的平均)的平均根平均误差(RMSE)是1.7米。
从2010年6月到2011年5月期间，研究地点的海岸线位置每两个月测量一次。在每一次测量的过程中，海岸线的位置都是通过一个长达1公里的海岸线上的一个可调整的GPS系统来进行调查的。海岸线的位置是根据对历史海岸线位置的数字化而得到的，通过参考干湿界线，沼泽边缘，或稳定植被的线来决定的，这取决于岸边的特征(Geis and Bendell 2010)。RTK-GPS基站的位置是用美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的自动化处理系统，在线定位用户服务进行后处理的。在本研究中，RTK-GPS的平均位置不确定性被计算为0.4米。最后的海岸线位置点被用来计算海岸线的变化速率。
海岸线变化率和不确定性
通过使用R语言来分析移动边界，完成从不同方法获得的海岸线变化的计算(Jackson et al.2012)。采用终点法测量了该研究时期海岸线位置的变化。AMBUR使用双基线方法来创建用于计算海岸线包络线变化的横断面(Jackson et al. 2012)。这些都是在ArcGIS 9.3.1中创建的，它通过建立最内层和最外层的缓冲海岸线(根据每个历史和短期的时间线的几何和宽度来缓冲距离)。沿着每一个地点的双基线，海岸横截面被放置在1m间隔。在两个地点上的测试表明，5、10、25和50米的粗线间距会导致平均位置的海岸线变化速率(SCRs)无明显不同，1横截面的细尺度被认为更适合于观测海岸线的变化。
计算每个时期的年化SCR的不确定性是用下列公式计算的每一种方法的(i.e.,orthophotos and the RTK-GPS surveys，(Cowart et al. 2010; Crowell et al. 1993; Eulie et al.2013; Fletcher et al. 2003; Gentz et al. 2007))。
Ed代表数字误差，Er为图像校正误差，Eg为RTK—GPS测量误差，Eu为测量岸线不确定性因素（通过计算每个站点重复调查的平均差异来确定海岸线位置的平均差异）。每个海岸线测量的误差，用i代表一个特定的时间，被用来确定每个时段的年变化的不确定性。
T为整个时间的总和(Anders and Byrnes 1991; Crowell et al. 1993; Fletcher et al. 2003)。每个时代的平均Ut都在表2中报告。与此同时，每个海岸线的变化速率都提供了单独的Ut值。计算与报告的海岸线变化率相关的总不确定性，可以提高数据的可信度(Crowell et al. 1993; Moore 2000)。最重要的是依赖于每一组图像的误差以及其年化时间的长度(Crowell et al. 1993)。由于分辨率较低，地面控制点(地理位置)的精度低，以及老式GPS设备的精度差等条件设置，从较老的遥感影像中获得的海岸线不太准确。然而，正如海岸线变化时间序列数据所显示的，数据时间越长，年化错误或不确定性越低(Crowell et al. 1993; Fletcher et al. 2003)。相比之下，Cowart等人(2010年)在北卡罗来纳州的雪松岛进行了40年的海岸线变化研究，这一研究结果与50年的研究非常接近。
气象观测
2010-2011年的每小时风速和方向观测都是从KMQI站获得的(Manteo, NC; Fig. 1)。来自MCAS和KHSE的风记录主要用于原地观测模拟波的时间周期。所有风速观测报告都以米每秒和风向(从方向)的角度进行总结汇报。来自KMQI站的风速记录被过滤，以消除没有数据可用的时间。表3总结了时间的百分比，对于GRG和PPP站点，每个短期的数据都没有小时的数据，在2010年12月末到2011年1月初，数据丢失的数据量最大。这段时间发生在S3和S4的短期内
波浪模拟
本研究使用数值模型模拟在短时间内发生的特定风事件中APES地区波浪的变化情况。该模型是由一系列的模块组成，这些模块可以单独使用或耦合模拟水流、水位、波浪和其他参数在浅水或内陆水域(Lesser et al. 2004)。Delft3D流模型用于模拟流体力学（模拟近岸波浪），并与SWAN波浪模型进行耦合(Booij et al. 1999)。SWAN是第三代基于平衡方程的波浪谱模型。这一模型被Mulligan等人(2015年)应用于波浪模拟，以模拟2011年8月飓风艾琳的海浪和风暴潮。该模型使用一个水平网格分辨率为250米的矩形计算网格，并使用由NOAA提供的水深测量数据进行深度插值。表格使用了球面坐标系（经纬度）。这一模型是由Mulligan等人(2015年)根据水动力常数(如底部粗糙、涡流粘度)和波浪参数(如，底部摩擦、白度、波断)决定的。将模型运行结果与2005年卡罗莱纳州纽斯河飓风的实测数据和和位于PCS地区的2011年飓风数据进行对比，以增加其有效性。这些波浪的观测数据是在CP站点上使用流速仪收集的，它在2005年9月的频率为2赫兹，在pc站点上使用了一个Nortek矢量，在2011年8月采样频率为8赫兹。所有的波浪模拟的时间间隔为1分钟，并且每60分钟波浪就会与FLOW模块进行耦合。在MCAS站观测到的空间均匀的风力数据被用来驱动模型。图2显示了在CP和PCS地区上的模型验证，这表明在风暴事件期间，模拟值与波高(Hs)和峰值期(Tp)实测值估计有良好的一致性。结果发现，卡罗来纳松(CP)的研究结果与2005年9月14日至15日发生的飓风"奥菲利亚风暴"的观测结果是一致的（图2.a.b）。该模型稍微低估了重要的波高(Hs)和峰值波周期。Hs预测最大值为1.1m（观测值为1.3m），Tp预测值为3.3s。飓风艾琳的模型验证也表明了预测和观测值之间的拟合关系，预测的最大值为170万(观测到的Hs=1.8 m)，并预测Tp=3.6 s（Tp观测值为3.6s）。
在一个高海岸线侵蚀率(S2年代)期间，为了了解大陆研究地点的波浪传播兴涛，而进行了一系列的模拟实验。第一个事件是在9月初(2010年9月2-3日)在NC海岸KMQI观测站测量的厄尔飓风风速高达17米。事件1和事件2是在2010年9月16-17日和2010年10月27日至2010年10月4日期间发生的锋面风暴。在其他的受限制的因素中，小于6.0米的风速已经显示出相对较低的波动条件(小于0.2 m)，并且不包括在这些模拟中。
一项理想的模拟实验是为了研究在不同的风向和风速下的波浪能分布在不同的研究地点，以下称为风道，并用于在GRG和PPP地点的长期波浪气候。在GCP站点上，由于其与GRG站点海岸线相似的方向(两者都暴露于南风方向)，在GCP站点上没有进行拟合，GCP站点位于塔帕姆利波河支流的上游，那里的获取量更受限制。风力的输入是利用风速从6到30米的风速变化的每8个基数和顺序的风速每8个基数和顺序的风速从6到30毫秒不等而每8个基数和序数都是1。这个模拟的结果与所有短期的33天的风速记录相吻合（2010年6月至2011年5月）。KMQI观测站的每小时风速记录被过滤，然后每小时与风速箱和罗盘方向的模拟模拟结果相匹配。
图2 2005年9月14~16日奥菲利亚飓风在CP地点的实测值与模拟值的拟合（a. 有效波高；b. 波峰周期），在2011年8月26~28日期间PCS地点的艾琳台风的实测值值与观测值的拟合（c. 有效波高；d. 波峰周期）
数据分析
描述性统计和测试是使用Minitab软件进行计算的。方差分析(方差分析)的分析是在P 0.05的显著水平上进行的，以确定5个研究地点和每个地点不同时代之间的变化率是否显著不同。
结果
海岸线变的时间和空间变化
在过去50年的时间里，所有的研究结果都显示出侵蚀，并且其侵蚀速度超过了0.1m/a的平均速度(表1，图3(A-E))。其中4个位置GCP，GRG，OCR和PPP，有大约0.5m/a的变化率(-0.5±0.3，-0.5±0.5，-0.6±1.2，-0.5±0.5m/a)。相比之下，KHW地点的侵蚀速度明显降低，50年的时间内仅为0.3m/a。在两两比较比较中发现，OCR站点的侵蚀率明显高于GCP站点，但它也具有最大的可变性，它的标准差是1.2（图3.A-E）。
海岸线变化率也在以下各个时期内进行了对比研究:在50年期间里，一个为大约30年的时间尺度（H1），两个独立的几十年（H2和H4），一个5年(H3)。每个地区的日期变化及其计算的不确定性(Ut)都在表1中报告给出。总的来说，H1至H4时期内不同地点的海岸线变化是处于不断变化的。从已知的所有历史时间来看，在GPG地点上的海岸线变化速度是最一直的，变化范围为-0.4±0.5到-0.8±0.8m/a（图3（B））。相比之下，PPP地点所展示的的岸线变化最大(-0.1±0.6到-1.8±1.1m/a)，而OCR地点为最显著的时期内岸线的增长(0.7±1.2m/a；图3 D E ).
图3 A~E为所有历史时期内所有地点的岸线平均变化速率。F~J为所有短期时间内所有地点的岸线平均变化速率。误差条代表一个标准误差。SCR值为负代表侵蚀，为正代表淤积。图中的矩形代表飓风发生的年代。
图4 PPP地点岸线的变化 a. 在过去50年时间里岸线的变化 b. 在现代（S1~S5）海岸线的变化，b的范围位置已在a图中用矩形框表示。每幅地图下的图表表示过去50年里海岸线侵蚀（红色）或淤积（蓝色）的年际平均变化。横轴代表时间，纵轴代表切线编号。
在H1时期（1950年~1982年）所有的研究点都显示出侵蚀的趋势。GCP，GRG和OCR地点的变化率超过了0.2 m年的不确定性（图3（A B））。相比之下，KHW和PPP地点在误差范围内的侵蚀最小，这表明两个位置的平均变化很小。对于H2时代，所有的研究地点都显示出超过长期(50年)平均SCR的变化率，但是在这个时代(H2)，除了PPP地点外，其余都是如此。PPP地点的岸线变化速率为-1.1±0.5m/a（图3 E）。在H3（1993~1998）时期内，海岸线的速率都是处于不断变化的。在最近10年的历史上（1998~2006/2007，H4），所有的研究地点都具有侵蚀的趋势，这和H3时代的趋势相似，但是只有KHW这一地点的海岸线变化速率不同（-1.9±0.9m/a）。
短时间周期内(S1~S5)不同地点显示出在侵蚀和冲积之间交替的趋势。应该注意的是，在S3之前没有任何关于OCR地点的数据。在S2时代，GRG和PPP地点分别有-8.6±9.8和-19.3±11.5m/a的显著变化，并且其超过了3.1m/a的年化均误差（图3 G,J）。在经过这段的高侵蚀速率的时期之后，S3时期的特征是所有地点的岸线都有显著增加的趋势。可是，只在两个地方GCP和PPP进行了沉积物变化量的统计（10.3±11.7到15.8±7.5；图3 (F,J)）。在GCP位置点上，这由于沿着海岸线的一个区域有明显的增加。由于该地存在冲积层，因此使海岸线扩大了10m以上。在PPP位置点上，最大的沉积物堆积处被局限在一小段海岸线上。对于GCP和PPP两个位置点来说，这段时间的沉积期紧随其后的是侵蚀时期(S4)，其岸线变化速度分别为-9.7±8.8到-5.6±8.4m/a（图3 F,J）。最后，对所有研究地点的历史变化和短期年变化数据进行了比较。在对5个研究点进行成对的比较中发现，历史和年化的SCRs都有显著的不同（P＜0.01）。
在每个研究地点，由于海岸线的几何形状、构造、成分和植被的变化，其变化速率有明显的不同。在历史的年代，海岸线变化的沿岸模式在各个地点都是相对一致的。例如，PPP位置点(＞1.0 m/a)的海岸线侵蚀率最高(50年)的比率不断在3500-5000之间持续变化（图4a）。在1号和2500纵切线之间也有明显的海岸线变化的模式，海岸线形成了一系列的岬角。GCP和GRG这两个位置点也展示了不同的海岸线变化模式。在GRG位置点上，侵蚀发生的最高速率在沿着3800到4000切线之间的一段海岸线上（图5a）。这段海岸线在1972年的遥感图像中首先出现了一条平直的运河，但在1956年的图像中并没有出现。在随后的几十年里，侵蚀了沼泽湿地的前端部分，并将运河和它的海岸线暴露给帕姆利奥湾。因此在短时间内，一些地点的空间趋势不太明确，部分原因是更高的不确定性值和更大的时间变化性。在过去50年的时间里，被明确定义为持续侵蚀的海岸线被观测到侵蚀、增加或没有变化，这取决于短期的时间。例如，在3800到5000之间横截面的GRG位置点上，根据历史显示，该地区的海岸线侵蚀率一直很高（图5a,b）。相反的是，在短时间内，同一海岸线的特征是
交替的侵蚀，没有可观察到的变化，甚至是轻微的冲积（图5a,b）。
图5 GPG位置点的海岸线爱你变化。a. 过去50年里海岸线的变化 b.现代（S1~S5）时期海岸线的变化。b的空间范围是由a中黑色矩形表示的
风和波浪
海浪被认为是海岸侵蚀的主要驱动力之一。该部分针对在快速侵蚀过程中发生的3个气象事件进行模拟，包括一个理想化的风浪模拟，以及对耦合的水动力学模型进行的模拟。初始的三个模拟气象事件中得到的结果已用图6,7绘制表达的。当风暴经过近海时，以16~17m/s的速度向北移动（图 6A）。这些因素导致了在PPP位置点上的Hs值为1.2米（图 6B）。在GCP和GRG两个位置点上，海浪高度小于0.6米。这一较小的价值是由于风向(来自北方)限制造成的，这导致了沿着阿尔伯玛尔湾和帕姆利奥的南部海岸线上最大的海浪高度（图 7A）。GCP和GRG位置点位于塔帕姆利口河口和帕姆利奥湾的北部海岸线上，它们暴露在较小的海浪中（＜1m；图 7A）。
在S2时期模拟的第二个气象事件事是典型的锋面系统，在2010年9月16-18日移动到研究区域并在风暴的高峰期在南方生成了7-9米的风速/s（图 6E H）。虽然厄尔飓风的风速比较低，但该模型计算出了超过0.5米的海浪高度，以及GRG位置点的浪峰期达到近3秒（图 6(F,J)）。PPP和GCP位置点的模型结果显示，在同一场风暴中，Hs只有0.4 m并且Tp接近2（图 6(F,G)）。在这一事件的持续时间里，水位的变化小于0.1米（图 6H）。图7(B)显示了在此事件中，峰值风速的显著波高的空间分布，图7(B)表明，最高的h值沿着阿尔伯马的北部海岸，沿着北部和西部的帕姆利奥湾在靠近GRG位置点。
图6 S2时期GCP（蓝色）、GRG（黑色虚线）、PPP（红色虚线）三个位置点的飓风和风浪情况模拟。A，E表示风的速度和方向。B,F表示表示波高和波峰的变化。C,G表示水平面的变化。
模拟S2时期的最后一个气象事件是一个长达一周的锋面系统，风速＞6m，同时带来的暴雨导致了这三个研究地点的蓄水量剧增。最高记录为发生在2010年9月1日的风速为每秒13.4米(东南方向;150°)。在此之前，东南风持续了12小时，超过了8米/小时。由于12小时的时间尺度设置，该模型预测水位将在GCP和PPP站点分别增加0.26和0.15 m。自2010年10月1日之后，风向向北移动，风速降至5-8m/s，但在接下来的2天内持续。虽然这导致了整个波浪的整体低潮高，但在PPP位置点上的Hs比GCP和GRG位置点要高得多(几乎是GCP的显著波高的两倍)。更大的浪高是在南部海岸线上，正如飓风厄尔事件所观察到的（图 7D）。很明显，在这6天的时间里，风向在决定不同地点的波浪高度时起着重要的作用。
在图8,9,10和11中，可以看到来自于GRG和PPP站点的风力渐变模拟的结果。图8显示了风方向在两个位置点对波浪高度的影响作用。GRG位置点的最大H值为110米，从东南方向为30m/s(图8a)，最大的海浪高度为从东到西南的风方向（31~54km；图 8a）。在PPP处的位置点显示，当风从北方吹来的时候，它的高度是1.7米。总的来说，当风向从西、南或东方向移动18-33公里时，最大的海浪高度是在PPP位置点上模拟的（图 8b）。
图7 在S2时期在GCP、GRG和PPP位置点上，模型的结果具有h显著的波高(Hs)。
接下来，风速的观测结果与短期记录的风记录相吻合。在GRG和PPP位置点上，在短期(S1-S5)的时间里，84-90%的时间范围内模拟浪高低于0.4米（图 9和10）。这表明，在研究期内大部分时间里，海岸线在较短时期(小于2秒)暴露在较小的波的环境中。这两个位置点在短期内只有10-16%的时间内Hs是＞0.4m（图 9和10）。在这段时间内，每个地点的海岸线整个短期内暴露出的波浪能量大约占总波动能量的大约46-60%（图 10）。因此，虽然在整个研究时间中，较小的浪高占据了大部分，但那些不频繁大波浪的占据了剩余的时间周期，因此也经历了更大的波浪能。
在PPP位置点上，模拟波浪大于0.4m高度有16%是发生在S2、S4和S5时代，当时的侵蚀率超过了5m/a（图 9）。Hs的最大值(0.1%的时间)和大约4%的波能(S1~S5)发生在S2时代，由于厄尔飓风的影响，侵蚀速度接近20m/a（图 9和10）。与此相反的是，在S3时代，海岸线通过自然恢复积累回到了厄尔飓风侵蚀之前位置。浪高是0.2~0.6m，最大的波浪能量来自0.4~0.6m。在S3和S4时代，大多数波浪能量Hs值都是在0.6-0.8和0.8-1.0之间变化，在PPP位置点上观察到的侵蚀率是最高的。虽然这些结果表明了波浪能和侵蚀率之间的潜在关系，但是当平均SCR被标为平均显著的波高时，却没有发现任何直接相关。
暴风事件
2010年9月2日，在北卡罗来纳州50海里范围内的飓风厄尔影响下，对海岸线位置和波浪气候进行了观测记录。分别在GPG和PPP位置点上测量的海岸线平均变化速率为-8.6和 -19.3m/a（表4）。飓风厄尔的最高风速为17m/s，导致最高的浪高(1米)和最大的峰值期(3.8s)沿着南部阿尔伯玛尔和帕姆利索的海湾，包括PPP位置点（图 4）。在GRG现场，平均浪高模拟值仅为0.6米。相比之下，在飓风艾琳期间，当飓风经过该地区时，PPP位置点观测到Hs值超过1.5m，风速超过30米的风从东南方向移动到西北方向。GRG和PPP位置点的海岸线年平均变化值分别为-9.74和-3.84.。这两种风暴之间的海岸线平均变化可能是不同的主风向的结果。
图8 在GRG（a）和PPP（b）位置点上所进行风场模拟的风速、风向以及波浪高度变化。
讨论
长期与短期的海岸线变化
从长时间的时间来看，长期岸线的年际变化与短期的岸线年际变化具有很大的不同。为了验证不同因素对侵蚀速率的影响大小，例如短期内捕获，对海岸线位置的长期的累积变化，这些值被绘制为GCP，GRG和PPP位置点的线性离模型（图 12）。绘制了每个历史时期的空间平均海岸线位置(SASP)，线性回归分析在95%置信区间内进行。在1956年最初的海岸线(基线)之后，位置被绘制成距离海岸线位置(米)的平均净变化。然后，对数据点进行线性回归模型，并绘制了95%置信区间。我们观察到线性回归模型可以很好地拟合历史数据，在GCP、GRG和PPP位置点上，所有三个站点的r2值都可以证明:0.95、0.95和0.85（图 12）。然后绘制每一个短期的SASP，以确定它们是否在每个站点的95%置信区间范围内（图 12）。所有的短时间内的SASP都被发现在这三个站点的95%置信区间内。因此，尽管短期的岸线变化速率和风暴事件的发生率明显高于长期的，但在长期趋势下的空间平均净变化量趋于稳定（图 12）。这表明，短期内的侵蚀和淤积的循环，以及有重要影响但是发生频率低的风暴事件，可能不会像之前认为的那样对长期趋势产生强烈的影响。这可能是由于这些事件的持续时间短(和频率较低)。这一发现代表了对调查人员的预期的变化，因为最初的假设是单个事件不仅会推动短期变化也会推动长期岸线的变化。
波浪气候和短期海岸线变化
模型模拟结果表明，海岸线变化速率与气候变化之间可能存在关系。然而，进一步的分析表明，这种关系可能更为复杂，可以在目前的研究中加以探讨。在GRG位置点上，更大的波浪能变化与S5时代相关联;然而，该时期没有发生海岸线的变化。Cowart等人(2010年)的一项研究表明，海岸线变化特征的重要性，如鲤鱼跳跃的高度、河底的内聚力和植被类型，可能会改变湿地的侵蚀潜力。在GRG位置点上，这些因素可能会降低侵蚀的可能性。然而，在海浪高度超过0.8米的S2时代，现场有明显的侵蚀迹象，这表明波浪能量可能超过了诱
发沉积物侵蚀所必需的阈值。
图10 在GRG和PPP位置点的所有短期时间(S1-S5)中，重要的海浪高度的概率密度分布和总波能的百分比。波浪高度被分成了0.2米间隔(x轴)和时间(左y轴)的坐标系。总波能的百分比在右y轴。这些条框表示每一个地点，每一个地点都有几个小时的高度波高。两条线表示这两个地点的波能变化的百分比
图12 所有研究时期的空间平均海岸线位置(SASP)的趋势。A为GCP，B为GRG，C为PPP。趋势值为线性回归计算的海岸线变化速度m/a。终点速率值是根据50年来的海岸线变化速度所求得的。
图11 根据每一个短期的(GRG和PPP) 的岸线变化的平均波高(由风道结果和风记录)来绘制。
表4 GRG和PPP位置点在格尔飓风影响下海岸线变化速率和波浪变化特征。波浪特征包括波高（Hs），水平面（n），和波峰时期（Tp）
PPP位置点的模拟结果表明，在波浪较小时期，沙子可以在陆地上移动，但是在波浪较大时期，沼泽基板的临界侵蚀应力可以被超越，从而导致侵蚀。然而，在Cowart等人(2010年)的研究中发现，波浪能量和侵蚀率之间没有直接的联系（图11）。
在波浪气候和海岸线变化的观测趋势中，也存在季节性因素影响。在GRG和PPP位置点上，夏季(6月-8月)的特征是持续较小的海浪高度和海岸线位置的显著变化（图11）。从历史上看，在这项研究中，每年的这个时候，风都是从西南方向来的，很少从前方出现(Cowart et al. 2010; Wells and Kim 1989)。在PPP位置点上，这种风的方向限制了沿着阿尔伯玛尔海峡南部海岸线的海浪发展。在GRG位置点上，虽然西南地区的风刮得很大，但大量的海浪能量可能会因为该地区的大量鱼群而减少（图 13a）。在9月和10月的几个月时间里，热带和热带风暴的通过会导致高能量的事件发生(有很大的海浪高度)，但是这些相对较短的时间内会严重侵蚀这些河口海岸线。在冬季和早春几个月(12月-3月)，风主要来自北部和东北部，在模拟中发现，在PPP位置点方向产生了最大的波浪高度，侵蚀速度高达5m/a(Cowart et al. 2010; Wells and Kim 1989)。
正如上面所提到的，水的深度是控制波浪气候的另一个因素。在PPP位置点上，波浪高度几乎总是更大。然而，GRG位置点的取值为31-54公里，与之相比，在PPP位置点上的数据为18-33公里。这些模型的结果很可能是这些地点的深度测量的函数（图13）。在GRG位置点上，模拟的海浪高度较低，水深仅为220米，而深度测量则表明几乎没有坡度的浅滩。在整个南部地区，水的深度也保持较浅(小于5米)，这是由于帕姆利奥的分离所造成的。在PPP位置点上，波浪高度是由模型模拟的，水深为440米（图13b）。水深测量显示，离海岸不到500米的斜坡上，距离海岸4米~1千米的水域深度不超过500米（图13）。在GRG位置点周围较浅的海水深度和广泛的浅滩将会限制模型模拟中的波的增长，尽管在该地点有更大的取回从而导致整体较低的浪高。
图13 水深。A：GRG位置点。B：PPP位置点。C：所有地区的水深剖面图。在A和B中，黑色圆圈表示在耦合的流体动力-波浪模型中所使用的每个位置。黑色箭头显示的是深度测量剖面的位置。这些星点表示在每个剖面图上模型点的位置。
暴风事件
风向、深度和波浪在海岸线侵蚀的数量和位置上起着至关重要的作用。短时间内，高能量的气候事件会导致严重的侵蚀甚至更有抗性的沼泽海岸线类型（例如GRG）。同时，在沉积类型海岸(即:PPP)，有可能在风暴后岸线恢复到原来的样子，所以长期的影响可能是很低的。相反，沿着沼泽海岸线(也就是GRG)，风暴过后形成了一种新的沼泽边缘海岸线。这表明，在暴风雨驱动的侵蚀下可能比沉积物岸海岸线的长期变化对长期变化的影响更大。然而，在所有的地点，像风暴这样的低频事件的累积影响要小于预期。
沿海管理措施
目前，北卡州的河口海岸线没有受到侵蚀的现象，这与长期侵蚀率所决定的海滨地区的侵蚀相比不相上下。然而，在一些指定的环境关注区(AECs)要求在一定距离内的建筑物和海岸线分类的建筑物内进行建筑许可。在现有的海岸结构下，基于河口海岸线变化的结构可以被纳入到现有的管理结构中，并为海岸管理人员在面对诸如侵蚀和海平面上升等环境变化的情况下，提供一种管理河口海岸开发的方法。长期来看，这些政策可能会增加河口地区的自然恢复力，并提供一种应对海岸线后退的监管机制，并不依赖于加固河口海岸。然而，由于APES的数量巨大，许多重要的地点(如湿地)处于危险之中，因此可能需要进行某种形式的海岸线改造。
结论
在微潮汐APEC中，波浪被认为是海岸线变化的重要机制。海岸方向和风向在确定一个特定地点的波浪能时非常重要当风向和海岸线方向的时候最受影响的是海浪高度。模型模拟的最大的海浪高度发生在最严重侵蚀的那个年代(S2)。然而，在这项研究中观察到海岸线的变化率和波浪高度之间没有直接的联系，这表明这一关系由于其他因素而变得复杂，例如海岸线构成和研究地点之间的近岸形态。这些因素及其对海岸线变化动力学的影响需要进一步研究才能解决。
与长期的历史记录相比，在微小的时间和空间尺度上观察到的波浪可变性表明了在多个时间尺度和空间分辨率下检查海岸线变化的重要性。历史的海岸线变化率提供了近几十年来海岸线的净移动的观点，该方法的误差很低。近期或气候时间驱动的改变对海岸位置的短期影响可能很高，但正如空间平均海岸线位置数据所表明的那样，累积的影响可能比先前认为的要低。大型风暴事件对海岸线侵蚀的贡献在短期内可能是很重要的，但在长期内可能是最重要的，因为在风暴后恢复侵蚀物质的可能性很低。在短期内，波浪能可能是海岸线位置变化背后的驱动力，但在这项研究中没有发现直接相关。