文丨五年宝
编辑丨五年宝
前言热带气旋对狭窄而浅的大陆架施加压力。强风和海浪引起的水流与海岸附近的局部地形的相互作用产生了复杂的水流和沉积物输送模式。浊流的启动机制仍然存在相当大的不确定性，特别是在受极端天气事件影响的沿海海洋环境中。
使用最先进的数值模型来研究热带气旋引起的沿海环流模式对浊流产生的影响。热带气旋诱发与海岸线曲率和入射波方向旋转相关的巨型裂隙流。这些水流将水和沉积物冲向海底峡谷，最终引发浊流进入深水区。
热带气旋经常摧毁沿海地区，因为它们的登陆会引发极端的海浪、巨浪和降雨，从而导致一些世界上最具破坏性的沿海洪水。气旋引发的风暴和河流洪水会引发沿大陆坡向下移动的沉积物重力流，对管道等海底基础设施构成严重威胁，从而构成自然灾害的潜在风险。
已经认识到浊流可以由多种机制引发，包括海底沉积物破坏、河流洪水、下流以及驻波边波，但极端事件引起的近岸环流才与浊度直接相关电流。观察到的管道位移与两次台风引发的浊流有关，其揭示了强烈的沿岸水流指向海底峡谷作为浊流的新型触发机制。
即使在中等风暴期间，许多相互影响的环境力量，如漂浮的河流羽流、涨落的潮汐、风暴波、岸上吹的风，也会在内陆架上产生复杂的水流模式。近岸异质性进一步加剧了这些水流，这总是由沿海边界的存在和由沉积物运输支撑的沙质海岸的变化性质决定的。
这种过程的影响严重性在极端天气事件期间会被放大，并且在很大程度上取决于目标近岸形态。由于强烈的波浪搅动，沉积物不断从河流三角洲疏散到内陆架，悬浮在海床上，然后通过沿海环流模式分布，最终被裂流细胞输送到离岸，这些裂流细胞可能会沿着海底峡谷系统转变为浊流。
沿着充满活力的海岸线，离岸流无处不在，是从海岸线突出的地表水流，穿过冲浪区，最终扩大到破浪之外。由于沿海形态的沿岸变化，裂口是由沿岸的波浪破碎变化驱动的。当波浪破裂时，它们会失去能量，从而转移动量，迫使水沿着它们传播的方向流动。
这会导致平均海平面在岸上“上升” 并且水会根据相对于海岸线的破碎波角沿岸水流流动。碎波高度和角度的沿岸变化是由于沿海地区形态变化引起的波浪折射造成的。由此产生的较高和较低压力梯度模式与由斜入射波引起的沿岸水流相结合，决定了近岸环流。
只要在冲浪区中建立了流汇聚 ，就会发生裂口。在极端波浪条件下，受地形控制的环流会产生大规模裂隙，随着高能条件的加强，裂隙会加剧。这种巨型裂隙环流通常以比典型裂隙流更高的速度为特征。
延伸到碎屑之外并造成大量沉积物的侵蚀，这些沉积物通过又宽又深的渠道被引导到海上。这些侵蚀足迹已在靠近小海湾海滩岬角或较大海湾中心的地方观察到。MT河流入一个非常狭窄的陆架，只有几百米宽，然后过渡到由多个海底渠道和峡谷雕刻而成的更陡峭的大陆坡。
该地区容易发生台风等极端天气事件。2016年初管道定期巡检发现管道横向位移，正是在它穿过这些潜艇特征中最大的特征的地方。浊流是造成这一事件的最可能原因，而不是地震引起的山体滑坡或地面运动。
MT峡谷系统中的浊流特征自2001年安装以来，该管道仅在2016年检测到的MT三角洲发生位移。2017年进行了海底地球物理调查，表明浊流是造成这一事件的最可能原因。这个三角洲外的大陆坡具有三个主要特征，即海底端壁、几个海底峡谷和分散的海底床形。
MT峡谷系统从同名三角洲发展而来，三角洲的两个出口流向一个狭窄的陆架，该陆架将河流直接连接到大陆坡，几乎没有留下河流沉积物在浅水区积累的空间。从约50米水深开始，一些河道被端壁中断，端壁标志着大陆坡在约120米水深处，并被解释为滑坡疤痕。
海底剖面还表明，海底通道已经侵蚀了这个端壁，因此显然比相关的滑坡更年轻。这些渠道化特征中只有一个，即最长的东南峡谷，延伸超过250米水深，并将系统限制在东南方，管道位移被记录在该处。
床形显示的波长范围为50至100m，高度约为5m。它们在LSEC左侧的方向表明浊流会聚到峡谷中，导致这些流变得受限并因此加速。水流越强，床形就越大，其顶部总是垂直于强迫流生长。
这些床形显示出不对称的剖面，具有陡峭较长的背风侧，具有较缓的梯度，因此被解释为反沙丘。通过对其内部结构的视觉分析进一步证实了这种独特的性质，这些分析表明这些床型正在逆着强迫流动方向向上移动。由于反沙丘是由超临界流产生的，因此它们的存在表明存在强烈的浊流。
基于这些发现，假设沉积物驱动的重力流在MT三角洲的上坡发展，并由于LSEC内的流动汇聚和连续的河道内自加速而作为剧烈的浊流到达管道。尽管没有发现触发重力流的可能主导机制的迹象。
台风米洛触发MT三角洲的浊流地球上一些最强大的台风通常沿直线向西移动，以最大强度穿越菲律宾。由于地面粗糙度的增加，它们的强度会降低。民都洛岛因距离菲律宾群岛最东端的岛屿仅约300公里而遭受了强台风袭击。
自2001年以来，已有11次台风从民都洛岛北部附近经过。卡拉潘的一个气象站提供了17年的降雨观测资料。数据表明台风的临近是决定MT三角洲近岸海洋气象和水文强迫严重程度的主要因素。
台风路径越近，产生的波浪和河流流量就越高。台风的强度被定义为最大持续风速，是第二重要的因素。此类台风的登陆导致近岸海流比潮汐流强，降雨量与季风引起的降雨量相当。确定了三个最相关的台风，它们的风眼经过MT三角洲25公里以内，强度等级为“3级”。
这些台风的一个关键区别是它们的接近纬度，Melor从触发区南部经过，而Durian和Nock-Ten从北部经过。这种差异可能影响了台风引发的降雨，因为大部分降雨通常发生在热带气旋的右前象限。
来自MT河的异重流的可能性河流羽流以异重流形式潜入海中的首要条件是携带沉积物的浓度大于某个阈值，这取决于沿海水域的盐度和温度。为了调查MT三角洲在管道寿命期间可能发生的异重流，研究了MT河流的额定曲线，该曲线与集水区出口处的水和泥沙排放有关。
降雨径流模型用于估算河流流域的洪峰流量。该结果被用作沉积物输送模型的输入，该模型提供了三角洲悬浮沉积物浓度的估计值。台风梅洛引发的洪水具有约35年的大重现期，而榴莲和诺克十号的洪水预计更短。
热带气旋产生的河流外流，与MT三角洲的海洋气象条件之间的相互作用通过水动力模型Delft3D的高分辨率、深度平均应用，以及通过与光谱波模型SWAN耦合获得的叠加波流相互作用得到解决。
在台风期间，斜波破碎产生了持续的东南向沿岸水流，主导了近岸环流。当入射波方向为0∘N，速度超过2ms，离岸MT三角洲时，该电流在风暴峰值处达到最大值，导致两个河流出口向东南偏转。
沿海和河流沉积物因此被沿岸输送到Naujan海湾。尽管波攻角在风暴高峰后逆时针旋转了很短的时间滞后，即使在风暴尾部，东南向的气流仍然存在，现在来自西方的风和波浪减少，导致近岸环流减少，但目前没有逆转。
与Melor相关的风浪方向的顺时针旋转导致了完全不同的场景。在风暴渐强阶段，向北传入的海浪产生了一*南方向的海流，类似于主导的海流。当Melor的眼睛接近海岸时，风和海浪转向东北偏东，在峰值条件下达到整体海岸法线方向。
这在Naujan海湾的东南侧产生了一股西北向的沿岸流，与海湾西北侧仍然盛行的东南向的先行流相反。这些水流的汇聚在海湾中心引发了巨型裂口环流，在那里一股强烈的喷射状水流向LSEC向近海传播。
这种水和沉积物的强烈向海输送被解释为触发浊流的主要机制。由于持续的风浪顺时针旋转，Melor的减弱阶段随后以普遍的西北气流为主。 megarip循环的其余部分向北偏转并偏离MT三角洲作为边界控制的裂口流30。
台风引发的巨型裂隙引发浊流沿10m水深等高线提取预测的速度分量和沉积物浓度，为浊流建模提供信息，这是由计算流体动力学代码TCsolver执行的。与管道移动的时间一致，数值模拟预测只有台风Melor在LSEC内触发严重的浊流，而不是Durian和Nock-Ten。
由Melor触发的模拟浊流实例。尽管沿整个西南边界强制流入条件，但仅在Naujan海湾中心附近以强速度触发流动，因为只有那里的离岸巨型裂口的方向和强度提供足够的动量和悬浮沉积物浓度以引发强烈的浊流。
在西南边界的其余部分，近岸流主要沿岸流向，没有强大的浊流。在陆架断裂的近海，预测的浊流主要限制在LSEC内。受限电流几乎垂直地冲击管道。“Durian”和“Nock-Ten”模拟情景的结果显示LSEC内没有任何强烈的电流模式。
海底峡谷中的浊流起源于峡谷头部悬浮沉积物供应控制的富含沉积物的底流，因此水流的触发是其发展的关键。尽管浊流建模不断取得进展，但在为其现场规模数值模拟制定现实边界条件方面仍然存在相当大的不确定性，特别是在沿海海洋环境中。
下峡谷密度流是由空气-海洋-陆地相互作用的复杂组合引起的，包括沿岸堆积的水及其由于强烈的陆上吹风、高入射表面波、潮流、密集的海水瀑布、内波和重力驻波的激发导致面向峡谷的裂流单元。
与这些机制一致，结果揭示了海底峡谷中浊流的新启动机制，其中气旋的通过在两个突出的河流三角洲之间的嵌入带中产生一系列相反的沿岸水流。由此产生的瞬时大裂流单元产生大量沉积物通量，直接流向近海峡谷，触发点燃的浊流，该流是海底管道移动的原因。
参考文献Martino,CD&Houston,SH用于应急管理的热带气旋风浪建模。海洋工程 30 ,553–578(2003)
Needham,HF,K.,BD和Sathiaraj,D.热带气旋产生的风暴潮回顾：全球数据来源、观察和影响。地球物理学家。 53 ,545–591(2015)
Rogers,R.,M.,F.&Marchok,T.热带气旋降雨。水文学百科全书。科学。 3 ,545–591(2009)
Talling、PJ和Hunt、JE热带气旋引发的破坏性沉积物密度流。地球行星。科学。莱特。 458 ,161–169(2017)
Ashton,ABM&Arnoult,O.由高角度波引起的大规模不稳定性形成海岸线特征。自然 414 ,296(2001)
