Forstå modstandsdygtigheden af ​​barriereøer og kystklitter efter storme

Når en kystlinje gennemgår massiv erosion, som en orkan, der udjævner en strand og dens nærliggende omgivelser, den er nødt til at genopbygge sig selv – stole på modstandskraften i dens naturlige kyststrukturer for at begynde at samle sig selv på en måde, der vil tillade den at overleve de næste store fænomener, der kommer dens vej.

Drs. Orencio Duran Vinent, Assisterende professor, og Ignacio Rodriguez-Iturbe, Distinguished University Professor og Wofford Cain Chair I Professor, i Department of Ocean Engineering ved Texas A&M University, undersøger barriereøers og kystklitters modstandsdygtighed efter højvandsbegivenheder og storme. Derved, de hjælper ingeniører og forskere med at vurdere sårbarheden i kystlandskaber.

Deres fulde resultater blev offentliggjort som relaterede artikler i Proceedings of the National Academy of Sciences med titlen "Probabilistisk struktur af begivenheder, der kontrollerer genopretningen efter stormen af ​​kystklitter" og "Stokastisk dynamik i barriereøens højde."

"Hvis du forstår, hvordan klitter vokser, så kan du handle, for eksempel, i form af vegetation eller kunstige barrierer, for at beskytte kystlinjen, " sagde Rodriguez-Iturbe. "Men du kan ikke beskytte eller styre, I dette tilfælde, klitter og barriereøer, hvis du ikke først forstår den dynamik, der finder sted."

Generelt, der er to typer højvandsbegivenheder langs kysten:naturkatastrofer som orkaner og tsunamier, som forårsager bølger, der ødelægger kystlinjen, og mindre stormfloder, som ikke forårsager omfattende skader, men alligevel påvirker kystmiljøet. Som Duran Vinent forklarede, det er disse mindre, rutinebegivenheder, der kontrollerer klitternes og barriereøers modstandsdygtighed efter storm, som spiller en nøglerolle i at beskytte kystsamfund ved at absorbere noget af påvirkningen fra bølger.

"De begivenheder er ikke rigtig stærke nok til at erodere en moden klit fuldstændigt, men de er stærke nok til at forhindre en i at vokse i første omgang efter en storm, der eroderer klitterne og vegetationens økosystem, " han sagde.

Med det i tankerne, forskerholdet studerede først strukturen og egenskaberne af sådanne mindre højvandsbegivenheder fra hele verden, ved at bruge bøje og andre data til at beregne karakteristika som strandhøjde, bølgeopløb og vandstand for at analysere dem.

Deres resultater var todelte:For det første, de bekræftede, at højvandsbegivenhederne sker tilfældigt og uden relation til hinanden. Derefter opdagede holdet, at højvandsbegivenheder rundt om i verden delte de samme generelle karakteristika og havde den samme typiske frekvens om året med en given intensitet, når de blev målt på strandniveau.

"Det betyder, at vi faktisk kan sige noget om den typiske størrelse af disse generende oversvømmelser eller den typiske størrelse og hyppighed af begivenheder, der påvirker genopretningen af ​​kystmiljøet, " sagde Duran Vinent. "Uanset placering, vi har en samlet beskrivelse. Og det letter arbejdet meget for politikere eller ledere, for så behøver de ikke komplekse beregninger."

Holdet tog deres nyopdagede information og brugte dem til at udvikle en model, der ville bestemme højden af ​​en barriereø og, ultimativt, om en klit ville være i stand til at lykkes. Derudover denne model giver et værdifuldt værktøj til at genopbygge kystlinjer, der er blevet nedbrudt og forringet over tid, da det giver ingeniører en måde at se, hvor høj en klit eller barriereø skal være for at forhindre hyppige overskylninger og, dermed, sikre økosystemets overlevelse.

"Dynamikken mellem højvandsbegivenheder og geomorfologien af ​​barriereøer er kompliceret, fordi virkningen af ​​enhver højvandsbegivenhed afhænger af, hvor store klitterne er, " sagde Rodriguez-Iturbe.

"Og så mens klitten vokser, du har disse højvandsbegivenheder, der tilfældigt afbryder dens vækst, " sagde Duran Vinent. "Det betyder, at der er en konkurrence mellem hyppigheden af ​​den højvandede erosionsbegivenhed og hvor hurtigt klitten vokser."

Denne konkurrence blev grundlaget for deres analytiske ligning udviklet for at afgøre, om en klit ville være i stand til at lykkes, matematisk kortlægning af, under hvilke forhold en barriereø ville være modstandsdygtig eller sårbar.

Klitter på barriereøer er af vital betydning, Duran Vinent forklarede, fordi de forhindrer vandbegivenheder i at bryde øen og beskytter vegetationen på bagsiden af ​​øen mod oversvømmelser, tillader et mangfoldigt sæt af vegetation at vokse, som ellers er intolerant over for havvand.