海院科研动态（157）| Science Bulletin：气候变化改变全球滨海湿地消浪防护效能
研究背景
全球约 40% 人口聚居在海岸带100 km 范围内，气候变化引发的极端波浪气候与风暴增水持续加剧，使滨海地区面临严峻的洪涝与侵蚀风险。以红树林（Mangroves）、盐沼（Salt Marshes）为核心的自然海岸防护（Nature‑based Coastal Protection），因兼具生态效益与成本优势，已成为应对海岸灾害的新兴防护方案。然而，气候变化对全球滨海湿地消浪能力的长期影响仍不明确。
研究结果
近期，我院海岸动力与湿地研究团队联合德国不来梅大学、英国林肯大学、美国波士顿大学学者，在国际权威期刊Science Bulletin发表题为Climate change influences coastal protection value of global wetlands的研究成果。该研究基于1979–2019 年全球再分析数据，系统揭示了气候变化驱动下滨海湿地波浪衰减能力的时空演变规律，并量化湿地修复对提升防护效能的关键作用。
研究内容
- 构建全球84134条湿地断面（红树林56791条、盐沼27343条）的波浪衰减评估框架
- 采用SHapley Additive exPlanations（SHAP）机器学习模型量化气候变化因子对海岸湿地消浪能力变化的贡献
- 综合考虑消浪能力和剩余波高，提出C⁻R⁺等四类生态海岸防护类型，精准识别高风险海岸段，实现未来情景与不确定性分析。
核心结论
1. 全球湿地消浪能力格局
- 红树林防护效能显著优于盐沼：多数红树林区域可消减 80% 以上入射波高，而盐沼仅37.4% 可实现40%–60% 的衰减。
- 盐沼在高纬度地区（北美东部、欧洲、中国北部）因淹没度高，防护能力普遍偏低。
图1 全球红树林和盐沼湿地防护能力现状。a，基于2019年水动力数据的红树林（黑色等高线）和盐沼（蓝色等高线）波浪衰减能力的空间分布。波浪衰减能力是利用波浪通过沿海湿地100 m 植被后波高的相对降低来计算的。b 和 c，具有不同波浪衰减能力水平的红树林和盐沼海岸线的比例，其中n为断面数。
2. 四十年演变特征（1979–2019）
- 全球湿地波浪衰减能力呈±20%显著波动，与入射波高、风暴增水变化高度相关。• 按衰减能力（C）与残余波高（R）变化划分为四类：C⁺R⁺、C⁻R⁻、C⁺R⁻、C⁻R⁺。
- C⁻R⁺（消浪能力下降、剩余波高上升）为最不利类型，全球占比7.6%，主要分布于中国南部、波罗的海、墨西哥湾部分岸段。
图2 1979 - 2019 年红树林和盐沼湿地、红树林和盐沼湿地波浪保护的变化。a，波浪衰减能力的变化。b，剩余波浪高的变化。c，红树林和 d，盐沼中波浪衰减能力变化程度不同的海岸线比例。e，根据波浪衰减能力(以“C”表示)和剩余波高(以“R”表示)的变化对四种湿地海岸进行分类：C⁺R⁺、C⁻R⁻、C⁺R⁻和C⁻R⁺。例如，C⁻R⁺意味着在不断变化的极值波气候下，波的减少能力降低，剩余的相对波高增加。图示结果为植被宽度100 m 假设下的计算结果。
图3 四种湿地海岸线的全球分布随波浪保护发生变化（容量增加/减少，剩余波高增加/减少）。a，四种已确定的波浪衰减类型的空间分布。b,受 C⁺R⁺模式影响的红树林海岸和盐沼海岸不同分位数入射波高对应的入射波高和剩余波高变化比较。n 表示计算的断面数。纯橙色填充的条形图表示剩余波高的变化，白色斜纹填充的条形图表示入射波高的变化。c，分布四种类型的特定区域：区域 1 是东南亚海岸红树林湿地，其中C⁺R⁺占主导地位，区域2是中国南海岸C⁻R⁺类型的海岸线较多，区域3是美国西北海岸C⁻R⁺型占主导地位，4是美国东北海岸C⁻R⁺类型的海岸线较多。
3. 驱动机制解析
- C⁺R⁺、C⁻R⁻：主导因子为极端波高变化；C⁺R⁻、C⁻R⁺：主导因子为风暴增水变化，增水上升导致植被淹没度增加、有效拖曳力降低，是防护失效的核心物理机制。
图4 四种不同海岸防护能力海岸的水动力因素。a-d，四种海岸类型处红树林（以“M”表示）和盐沼（以“S”表示）湿地中风暴潮、波高和波浪周期的变化分布，其中正表示增加，负表示波浪衰减能力（以“C”表示）和剩余波高（以“R”表示）降低。e-h, 波高，周期和风暴潮对应的 SHAP 值。SHAP值被归一化到-100到 100 的范围。正SHAP值和负值表明水动力驱动因素是增强或抑制植被的波浪衰减，而绝对值表示各因素对每种类型海岸的波浪衰减的相对贡献。
4. 未来情景预测（2019–2034）
- 气候趋势不变下，C⁻R⁺型湿地占比将升至 18.1%，北美东部、欧洲北部、亚洲东部风险显著上升。
- 湿地宽度增加 20%可抵消约2/3的防护效能衰退；宽度减少20% 将使全球高风险岸再增 7%。
图5 2034 年 C⁻R⁺类型海岸的未来分布（衰减能力下降，剩余波高增加）。a，1979-2019年与1979-2034年 C⁻R⁺（衰减能力降低，剩余波高增加）类型海岸的分布。b，d 和 f 分别表示红树林宽度保持不变，宽度减少20%，宽度增加 20%的情况。c，e 和 g 分别表示盐沼宽度保持不变，宽度减少20%，宽度增加 20%的情况。各情景下C⁻R⁺变化均采用 95% 置信水平评估，95%不确定性区间由蒙特卡洛模拟确定。
研究结论
- 红树林在极端水文条件下保持更高消浪稳定性，盐沼更易受增水淹没影响而效能下降。
- 风暴增水上升是未来湿地防护弱化的核心驱动，通过加剧淹没、缩短波植作用时间降低消浪效率。
- 湿地宽度修复可有效对冲气候变化带来的防护损失，是低成本、高收益的适应策略，为全球海岸带湿地修复优先级划定与生态防护工程设计提供定量依据。
文章相关信息
Huang, K., Schuerch, M., Fagherazzi, S., Liu, Z., & Hu, Z. (2026). Climate change influences coastal protection value of global wetlands. Science Bulletin.
https://doi.org/10.1016/j.scib.2026.03.045
第一作者：黄坤辉（中山大学）
通讯作者：胡湛 教授（中山大学）
合作作者：Mark Schuerch、Sergio Fagherazzi、刘泽正
资助：国家自然科学基金、南方海洋实验室（珠海）创新团队项目、广东省科技计划项目
相关论文：
Hu, Z., Temmerman, S., Zhu Q., Wang X., Wu J., Gao R., Schoutens K., Suzuki T., Yang Z., Bouma, T.J., (2025). Predicting nature-based coastal protection by mangroves under extreme waves. PNAS.
https://doi.org/10.1073/pnas.2410883122
