海南沙滩地貌动态与影响机制

上文从较大的尺度分析了海南环岛沙滩的变化规律，了解到海南岛西部和北部的岸滩比较稳定，而万泉河至鹿回头的东南部海岸的沙滩变化较剧烈且表现出不稳定的特征。海南环岛岸滩的形态变化同时受到了地质情况（如水下坡度和岸线朝向）和动力条件（如波浪、潮差及台风强度和走向）的影响；与此同时，沉积物与河口和岬角的分布也表现出了相关性。因此，本小节将对岸滩形态、地质条件和动力环境等多种参数进行综合分析，以进一步研究不同因素对海南环岛岸滩变化的影响。

在多元回归分析中，R2值表示多元线性回归模型与因变量数据的拟合程度，R2值越大反映自变量与因变量的共变量比率越高。因变量的波动或差异是由两部分因素引起的：一是自变量的变化；二是其他随机因素的影响。F显著性检验通过因变量的离差平方和将两部分因素区分开，从而检测回归方程的有效性，如果显著性（Significance）＜0.05则可以认为所建立的回归方程有效。在本文的模型中，显著性和R2值有一定的关系（即R2＞0.15时显著性＜0.05），因此，在这种情况下认为自变量与因变量的关系显著，回归模型能有效表示因变量。偏回归系数表示了因变量和各个自变量之间的线性关系，标准化的偏回归系数（Beta）则去除了自变量的计量单位的影响，将系数统一标准化，使不同自变量的回归系数具有可比性。多元回归分析的结果如图2-9所示。

从各个时间段来看（图2-9），不同时间阶段的岸滩地形要素（岸线、滩面坡度、海滩体积）都与水动力及地质因素有明显关系，说明水动力与地质因素对岸滩形态的变化起到控制作用。从因变量与自变量之间线性关系的明显性看，海岸线的变化与水下坡度、方位角和最大潮差等固定参数关系更明显，与波高和波周期的关系比较不稳定；滩面坡度与波浪高度的关系最为明显，与方位角和潮差的关系不明确；海滩体积则与大部分参数都有明显的关系。在动态参数中，波高与岸滩地形的关系比波周期与岸滩地形的关系明显，尤其与滩面坡度关系明显；在固定因素中，水下坡度和潮差与岸滩地形的关系更为明显。

图2-9　海南环岛岸滩形态变化与影响因素的多元回归分析结果F显著性检验[如果显著性＜0.05则可以认为所建立的多元回归方程有效]

如图2-10所示，在以上的这些明显关系中，水下坡度、方位角和潮差这三个参数对岸滩形态的作用程度大部分情况下相对较小（Beta绝对值偏低），但作用的正负变化表现出了夏季和冬季的不同特征。例如，水下坡度与滩面坡度、海滩体积在冬季—夏季区间呈正相关，在夏季—冬季区间则呈负相关，而方位角与滩面坡度、海滩体积在冬季—夏季区间呈负相关，在夏季—冬季区间则呈正相关。水下坡度与方位角这两个参数是固定参数、不随调查时间变化，因此，这种相关关系的转变应该是由动态变量的变化引起的，即波浪方向的季节性变化造成波浪传播方向与海岸线朝向的夹角发生变化、波浪折射和绕射的改变使进入海岸的波浪能量重新分配，从而引起不同岸段的岸滩变化趋势随季节变换而产生转变。从Beta值的大小还可以看出，波高和波周期在回归方程中常常起到主要作用。波高与海岸线变化和海滩体积变化呈负相关，即波高越大，海岸线向陆移动越多、海滩体积越小；波高与滩面坡度的变化呈正相关，即波高越大，海滩滩面坡度越陡。波浪周期和岸滩形态的关系则与波浪高度相反，即短周期的波浪与大波高的波浪对岸滩形态的塑造作用相近。

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图2-10　海南环岛岸滩形态变化与影响因素的多元回归分析结果[图中所示为通过F显著性检验的关系，Beta为标准化的偏回归系数，表示因变量和各个自变量之间的线性关系；Hs′表示Hs与Hs（30d）之和，T′表示T与T（30d）之和]

由全体自变量组成的回归方程中，海滩滩面坡度只与三个调查区间的自变量关系明显，海滩体积则与大部分调查区间的自变量都有显著关系，且台风作用的较短时间内（2014年6—8月）只有海滩体积与自变量组具有显著关系。岸线变化虽然也与五个调查区间的自变量关系明显，但在台风“威马逊”影响的期间（2014年6—8月）关系不明显。这说明海滩体积作为指示岸滩地貌变化的指标，与动力条件有更稳定的关系。

在参与多元回归分析的自变量中，与波浪条件相关的参数有四个，两两一组，代表半年的和调查前一个月的两种不同时间尺度的平均波浪情况。其中，在夏季和冬季的两次调查间，半年的波浪情况覆盖了台风出现的时间区间，而调查前一个月的波浪情况则基本反映了夏季和冬季季节性的波浪环境。如图2-11所示，海南环岛的月平均波高在夏季和冬季有明显的区别，表现出年内震荡波动；冬季和夏季两次调查之间的波浪高度变化则较小，整体上略高于夏季的月平均波浪高度。值得注意的是，在台风频繁登陆的2013年5—12月，平均波高明显偏高，冬季海滩调查前30天的波高也比其他冬季的波高略大。由于台风的风暴浪持续时间有限而冬季较大风浪作用的时间较长，因此，随着统计时间尺度的不同，调查期间平均波高和后一次调查前30天的平均波高的关系随着季节的变化而有所不同：在夏季进入冬季时，冬季的月均波高明显大于有台风登陆的半年平均波高；而在冬季进入夏季时，调查前30天的平均波高略小于两次调查间的平均波高。

图2-11　海南环岛岸滩形态变化与平均波高的多元回归分析结果

在多元回归模型中，两个时间尺度的波浪参数都对岸滩形态起到较强的作用，但是通常与Beta的正负相反，值的大小也有差别。在与岸线变化的关系中，半年尺度的波高和月均波高的表现相近，前者可能作用更明显，但与台风的关系不明确，即台风影响海南岛的期间半年平均波高的作用不一定强于进入冬季后一个月的波浪作用。滩面坡度的变化和一段时间内的强波能相联系，不论统计的时间尺度：在波浪的夏冬季季节性变化过程中，冬季的岸滩剖面坡度与冬季的大浪关系密切，而夏季的岸滩剖面坡度则更依赖于冬季进入夏季这段时间较大的平均波高；这体现了波浪对岸滩剖面坡度的塑造作用主要和一段时间内累计的波能有关系。海滩体积变化则更倾向于与半年尺度的波浪条件相关；在三个有台风影响的夏季—冬季期间，除了波浪整体都更强的2013年5—12月，其他两个期间平均波高对岸滩体积的影响都强于冬季波高。以上的结果说明波浪对岸滩形态进行塑造的时间尺度根据海滩剖面上的部位和形态描述参数的不同而有所变化。