Beoordeling van kustlijnrecessie voor aanpassingsplanning: zeespiegelstijging versus stormerosie

Studie sites

Narrabeenstrand, Sydney, Australië

De Narrabeen-Colloy-brug, ongeveer 20 km ten noorden van Sydney, bestaat uit een 3,6 km lang zandbanksysteem dat wordt begrensd door Narrabeen Headland in het noorden en Long Reef Point Headland in het zuiden (Fig. 3a,b). Het zandstrand bestaat uit kwartszand met een gemiddelde korreldiameter dr50 ≈ 0,3mm27 Het wordt ondersteund door zandduinen. De getijden in het gebied zijn semi-dagelijks en meridiaan28 Stormvloeden in het gebied zijn klein23,29. Het hele jaar door ervaart Narrabeen deining die uit de Zuidelijke Oceaan straalt28 Als gevolg hiervan werd het golfklimaat van Narrabeen versterkt. De gemiddelde hoogte van de morele golf (HS) in het 1,6 m gebied, met een golfpiekperiode van 10 s, en de dominante golfrichting komt uit het zuid-zuidoosten (ZZO). Hoewel stormen vaker voorkomen tijdens het winterseizoen, is er niet veel seizoensvariatie in het surfklimaat29,30. Waterstandgegevens sinds 1914 zijn beschikbaar via een getijdenmeter in het nabijgelegen Fort Denison, terwijl continue golfgegevens sinds 1971 beschikbaar zijn vanaf Botany Bay (niet-directioneel) en hoge rifmeters (directioneel). Strandprofielen op Narrabeen Beach worden sinds 1976 maandelijks onderzocht31. De in dit onderzoek gepresenteerde resultaten hebben betrekking op het centrale profiel, bekend als profiel nr. 4, weergegeven in figuur 3b.

figuur 3

Studieplekken: (AEnB) Narrabeen Beach, Sydney, Australië (kaarten gemaakt met ArcGIS versie 10.7.0.10348), (CEndr) Strand Noordwijk aan Zee, Nederland (Afbeeldingen van Google Earth).

Strand Noordwijk aan Zee, Nederland

Het Noordwijk aan Zee-strand is een zandstrand langs de ongeveer 120 km lange Midden-Nederlandse kust, ook wel de ‘Nederlandse kust’ genoemd (afb. 3c, d). Het strand wordt ondersteund door zandduinen17,32en de gemiddelde korreldiameter is 0,15-0,25 mm33. De getijden in het gebied zijn semi-dagelijks en meridiaan34. Sterke stormen in de Noordzee kunnen aanzienlijk zijn, met een hoogteverschil van bijna 3,5 meter in een periode van 100 jaar.22. Het golfklimaat in de regio wordt gedomineerd door storm (zee), met slechts ongeveer 20% van de tijd deining (uit het noordwesten). De gemiddelde golfhoogte en golfperiode zijn respectievelijk 1m 6s, maar het surfklimaat is sterk seizoensgebonden met grotere stormgolven (HS>1,5 m) in de winter33, 35. Golf- en waterstandgegevens zijn beschikbaar van 1979 tot 1992 in de Munitiestrortsplaats IJmuijden (YM6) en vanaf 1993 in de Noordwijk Meetpost (MPN). Het strandprofiel bij Noordwijk wordt sinds 1965 jaarlijks continu gecontroleerd in het kader van het JARKUS-programma van de Nederlandse overheid.32en is gedefinieerd als JARKUS-profiel #8250, getoond in Fig. 3d.

PCR-monster

PCR-model (voor een volledige beschrijving van het model, zie Ranasinghe et al.14) berekent de omvang van kustrecessie als gevolg van het gecombineerde effect van SLR en stormen (stormgolven en stormvloed) door de horizontale verplaatsing van de gekozen kustlijnlocatie-indicator, hier genomen als de duinpositie (duinteen), over een lange periode te volgen van tijd, typisch ~ 100 jaar oud. Het model berekent de netto recessie van de kustlijn op lange termijn als gevolg van het effect van trapsgewijze stormen op het langzaam stijgende gemiddelde waterpeil (MWL) (dat wil zeggen SLR). Stel ter illustratie dat 1 op de 10 jaar een storm plaatsvindt op het moment dat de duinen zijn X= 0 (horizontale as) en gemiddelde waterstand (MWL) op 0 m (ten opzichte van het huidige NAP). Stel nu dat de erosie die gepaard gaat met deze storm ervoor zorgt dat het duin zich 10 meter terugtrekt. Als de volgende 1-op-10 storm 10 jaar later zou plaatsvinden, zou de SLR over die periode van 10 jaar de MWL met 10 x (SLR/jaar) hebben doen stijgen. Vanwege het trage karakter van het herstel van de duinen na een storm, is het echter onwaarschijnlijk dat de duinen volledig zullen terugkeren naar hun oorspronkelijke positie in de periode van 10 jaar tussen de twee stormen 1 in 10 jaar (d.w.z. het effect van vertraging). Stel dat het duin vanwege dit vertragende effect slechts 5 meter zeewaarts opgeschoven is vanaf zijn geërodeerde positie gedurende de periode van 10 jaar tussen de twee stormen. Wanneer de tweede storm in elke 10 jaar onder deze hoge MWL plaatsvindt en het duin al 5 m naar de grond is verwijderd van de huidige locatie, kan redelijkerwijs een extra duinterugtrekking van ten minste 10 m worden verwacht als gevolg van de tweede storm. De netto duinterugtrekking over een periode van 10 jaar zou 15 m zijn (10-5 + 10). Aangezien MWL blijft toenemen als gevolg van SLR, zal dit proces zich vele malen herhalen, wat resulteert in een netto achteruitgang van de kustlijn. Een PCR-monster simuleert dit fysieke proces met behulp van de hieronder beschreven workflow).

  1. 1.

    Maak een lange tijdreeks (meestal rond de 100 jaar) van stormen met behulp van Callaghan et al29 JPM Synthetic Storm Generator (zie hieronder voor een korte beschrijving van de JPM-aanpak).

  2. 2.

    Gebruik de IPCC-projecties voor zeespiegelstijging om de zeespiegelstijging te schatten ten opzichte van een gestandaardiseerde waarde (meestal het begin van de 21e eeuw), op het moment dat elke storm plaatsvond in de synthetische tijdreeks.

  3. 3.

    Schat voor elke storm in de door de storm gegenereerde tijdreeks de recessie van de kustlijn als gevolg van de gecombineerde kracht van de storm en de SLR op het moment van elke storm, rekening houdend met het herstel van het profiel tussen stormen, met behulp van een op fysica gebaseerde stormerosiemodel geschikt voor de kustlijnindex (in deze aanvrage, Larson et al36 Voor Narrabeen Beach is een duineffectmodel gebruikt (zie Ranasinghe et al.14), terwijl een combinatie van DUNERULE37 en Xbeach38 Het werd gebruikt in de streng Noordwijk aan Zee (zie Li et al.17); Erosiemodellen worden gekalibreerd voor de respectieve sites met behulp van gemeten historische stormerosiegegevens – voor meer details zie Ranasinghe et al.14 Lee et al.17). Het gecombineerde effect van SLR en stormerosie in het PCR-model werd gesimuleerd door het stormerosiemodel voor elke storm uit te voeren met de MWL-geïnduceerde SLR-piek op het moment van die storm.

  4. 4.

    Volg en bewaar de positie van de kustlijnindicator tijdens de simulatie.

  5. 5.

    Trek de beginpositie van de kustlijnindex af van de uiteindelijke berekende positie (gemiddeld over de laatste 2-3 jaar simulatie) om de stilstaande kustlijn gedurende de simulatieperiode (~100 jaar) te schatten.

  6. 6.

    Herhaal 1-5 totdat de berekende lage overschrijdingskans (bijv. 0,05) convergeert uit slappe perioden (d.w.z. afvlakking).

READ  dynaCERT geeft updates over haar strategische alliantie met de Mosolf Group

Het JPM (Joint Probability Model), overgenomen in stap 1 van de PCR-workflow hierboven om de volledig synthetische stormtijdreeks te genereren, wordt beschreven in Callaghan et al.29. Deze benadering past bij marginale, afhankelijke en voorwaardelijke lange-tijdreeksverdelingen van dwingende parameters (d.w.z. stormgolfhoogte, stormduur, stormgolfperiode, stormgolfrichting, stormafstand en stormvloed), die vervolgens worden gebruikt in een Monte Carlo-simulatie om een ​​tijdreeks van stormen en kenmerken af ​​te leiden.

bepalende factoren

Deze studie richtte zich alleen op zandige kusten, en als zodanig is de potentiële toepasbaarheid van de hier gepresenteerde resultaten waarschijnlijk beperkt tot ongeveer 31% van de wereldwijde kustlijn die ijsvrij en zanderig is.39. Bij andere typen kusten (bijv. modderige kusten, hellende kusten) kunnen de kenmerken van de relatieve dominantie van stormerosie versus zeespiegelstijging ten opzichte van totale kuststagnatie verschillen van wat hier wordt gerapporteerd.

Hoewel de twee hier beschouwde onderzoekslocaties kunnen worden beschouwd als de eindleden van zandige kusttypes die diametraal tegenovergesteld zijn met betrekking tot golf- en golfklimaat (Narrabeen – deining- en verwaarloosde-rush-dominant; Noordwijk – stormloop) en rotsdynamiek nabij de kust (Narrabeen – door swash gedomineerd; Noordwijk – door drift gedomineerd), zijn er vele andere tussenliggende soorten zandige kusten binnen het volledige bereik van de brede reeks van zandige kusten die over de hele wereld te vinden zijn. Bovendien kunnen er op verschillende locaties in de wereld verschillende geologische controles en plankdynamiek bestaan.

De toepassingen van het PCR-model houden hier geen rekening met gradiënten langs de kust in offshore sedimenttransport of riviersedimenttoevoer naar kusten. Hoewel deze weglatingen geen invloed hebben op de resultaten op de twee onderzoekslocaties, moet dit proces op andere locaties mogelijk in het model worden opgenomen als sedimentbronnen of putten. Post-STORM profielherstel is een belangrijk proces dat moet worden weergegeven in simulaties van polymerasekettingreactie (PCR). Omdat het een model met een lage complexiteit is, houdt het PCR-model door zijn ontwerp geen rekening met het volledige scala aan kustforceringsomstandigheden die kunnen worden ervaren (bijv. Getijden, golven, wind, zeestromingen, enz.) tijdens de simulatieperiode, maar werkt door stormreeksen te bedienen Individueel (met SLR), met vereenvoudigde parameters om het profiel tussen stormen te herstellen. Het model houdt dus geen rekening met de langdurige migraties van stranden en duinen die kunnen optreden. Hoewel herstelpercentages na STORM-profielen beschikbaar waren (en werden gebruikt in PCR-toepassingen) voor de twee case study-locaties die in dit onderzoek worden beschreven, is dit misschien niet het geval voor de meeste andere. Dastgheb et al16, 20 een ‘reverse engineering’-oplossing presenteren die in dergelijke gevallen kan worden gebruikt om een ​​schatting af te leiden van de gemiddelde snelheid van profielherstel over een paar PCR-simulaties, samen met de waargenomen herpositioneringssnelheden van de kustlijn. Wat echter ideaal zou zijn, zou zijn om een ​​op een proces gebaseerde, maar toch eenvoudige formule te gebruiken die de herstelsnelheid van statusgegevens na een storm voor een bepaalde locatie kan schatten op basis van direct beschikbare parameters. Volgens de auteurs bestaat zo’n formule nog niet.

READ  EU stimuleert Nigeria's energietransitie met $ 1,35 miljard

Een andere beperking van de huidige versie van het PCR-model is de aanname dat de vorm van het profiel ongewijzigd blijft terwijl het landwaarts (tijdens stormen) en zeewaarts (tijdens herstelperiodes tussen stormen) beweegt. Hoewel dit geen verklaring is voor de toegenomen erosie wanneer een storm optreedt als een aangroei en verminderde erosie wanneer stormen snel achter elkaar optreden op een reeds geërodeerd profiel, is het netto-effect van deze verschillen in stormerosie waarschijnlijk klein over een lange gesimuleerde periode, vooral als we bedenken dat een typische PCR-simulatie ongeveer 1000 keer een 100-jarige simulatie uitvoert binnen het Monte Carlo-raamwerk van het model. Wat betreft profielaanpassing aan de SLR, houden toepassingen van het PCR-model rekening met duinteenlift en MWL als reactie op de SLR, hoewel dit op verschillende manieren wordt gedaan voor verschillende toepassingen, afhankelijk van het slijtagemodel dat wordt gebruikt in de PCR-toepassing (bijv. in het toepassen van Narrabeen strand PCR, de term die het verticale hoogteverschil vertegenwoordigt tussen duinteen en gradiëntbegin in het duineffectmodel van Larson et al. (2004) neemt toe met de hoeveelheid SLR die optreedt tussen storm (I ) en onweer (I– 1), bij het berekenen van duinafslag voor storm (i)).

De model-PCR-resultaten die in deze studie worden gepresenteerd, zijn qua ontwerp beperkt tot projecties voor het einde van de 21e eeuw onder het SSP5-8.5-klimaatscenario met hoge emissie. Door rekening te houden met een dergelijk evoluerend scenario kan een duidelijke scheiding worden gemaakt tussen verschillende systeemresponskarakteristieken voor forcering, zoals de focus van deze studie was (d.w.z. bepalen wanneer stormerosie de zeespiegelstijging domineert, en vice versa, in termen van algehele kustlijnrecessie). De dominantie van het ene proces over het andere is misschien niet duidelijk voor scenario’s met lage emissies. Daarentegen zal de relatieve dominantie van SLR op stormerosie in totale kustrecessie meer uitgesproken worden voor evoluerende SLR-projecties dan bijvoorbeeld het low-impact (LLHI) SLR-verhaal gepresenteerd in IPCC AR6.

READ  EU-nieuws: econoom waarschuwt dat Italië geconfronteerd wordt met 'permanente werkloosheid' stad en bedrijf | financiën

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *