Met klimaatsverandering wat lei tot stygende seevlakke en intenser storms, staar globale kuslyne ongekende erosierisiko's in die gesig. Dit is egter moeilik om kuslynverandering akkuraat te voorspel, veral langtermyn-tendense. Onlangs het die ShoreShop2.0 internasionale samewerkingsstudie die prestasie van 34 kuslynvoorspellingsmodelle deur middel van blinde toetse geëvalueer, wat die huidige stand van sake in kuslynmodellering onthul het.
Die kuslyn is die dinamiese grens waar land en see ontmoet, wat voortdurend verander as gevolg van golwe, getye, storms en seevlakstyging. Ongeveer 24% van sanderige kuslyne wêreldwyd trek terug teen 'n tempo van meer as 0.5 meter per jaar, en in sommige gebiede, soos die Amerikaanse Golfkus, is die jaarlikse erosiekoers selfs groter as 20 meter.
Die voorspelling van kuslynverandering is inherent moeilik en kompleks, en vereis die oorweging van die wisselwerking van verskeie faktore, insluitend golfenergie, sedimentvervoer en seevlakstyging. Akkurate voorspellings oor lang tydperke is selfs meer uitdagend.
Moderne kuslynvoorspellingsmodelle kan in drie kategorieë verdeel word: een is gebaseer op fisiese simulasie, soos Delft3D en MIKE21 gebaseer op vloeistofmeganika en sedimenttransportvergelykings; een is 'n hibriede model wat fisiese beginsels kombineer met datagedrewe metodes, soos CoSMoS-COAST en LX-Shore; en die ander is 'n datagedrewe model wat geheel en al staatmaak op statistiese of masjienleertegnieke, soos LSTM-netwerke en transformatorargitekture.
Ten spyte van die wye verskeidenheid modelle, het 'n gebrek aan verenigde evalueringskriteria prestasievergelykings moeilik gemaak. Watter model bied die akkuraatste voorspellings? Die ShoreShop2.0 blindetoetskompetisie bied 'n perfekte geleentheid vir kruisdissiplinêre vergelykings.
Die ShoreShop2.0 internasionale blindetoetskompetisie is 'n hoogs streng vorm van wetenskaplike samewerking. Deelnemende spanne word slegs in kennis gestel van die toetsterrein, wat 'n kodenaam vir 'n baai of strand is. Sleutelinligting soos die ligging en werklike naam word verberg om te verhoed dat vorige kennis die modelkalibrasie beïnvloed. Verder word data in afdelings vertroulik gehou, met data van 2019-2023 (korttermyn) en 1951-1998 (mediumtermyn) wat doelbewus weerhou word. Die modelle voorspel dan kort- en mediumtermyn kuslynveranderinge en verifieer uiteindelik hul akkuraatheid met behulp van die vertroulike data. Hierdie ontwerp maak kruisdissiplinêre vergelykings van kusmodelle onder heeltemal onbekende toestande moontlik.
Vier-en-dertig navorsingspanne van 15 lande het modelle ingedien, wat 12 datagedrewe modelle en 22 hibriede modelle insluit. Hierdie spanne het van instellings in die Verenigde State, Australië, Japan, Frankryk en ander lande gekom. Die ingediende modelle het egter kommersiële modelle soos GENESIS en die fisika-gebaseerde modelle Delft3D en MIKE21 kortgekom.
'n Vergelyking het aan die lig gebring dat die top-presterende modelle vir korttermyn-, vyfjaarvoorspellings CoSMoS-COAST-CONV_SV (hibriede model), GAT-LSTM_YM (datagedrewe model) en iTransformer-KC (datagedrewe model) was. Hierdie modelle het wortelgemiddelde kwadraatfoute van ongeveer 10 meter behaal, vergelykbaar met die inherente fout van 8.9 meter in satelliet-afstandswaarnemingskuslyndata. Dit dui daarop dat die modelle se voorspellingsvermoëns vir sommige strande die perke van waarnemingstegnologie nader. Natuurlik kon ander modelle kuslynveranderinge beter vasvang.
'n Verrassende bevinding was dat die hibriede model vergelykbaar met die datagedrewe model presteer het. CoSMoS-COAST-CONV_SV (hibriede model) kombineer fisiese prosesse en konvolusionele bewerkings, terwyl GAT-LSTM_YM (datagedrewe model) 'n grafiek-aandagnetwerk gebruik om ruimtelike korrelasies vas te lê. Beide modelle het goed presteer.
In terme van mediumtermynvoorspellings, bied die LX-Shore-reeks (hibriede modelle) die naaste voorspellings aan gemete data. Deur sedimentvervoerprosesse langs die kus en laterale te koppel, handhaaf hierdie modelle langtermynstabiliteit terwyl hulle die mees konsekwente reaksies op ekstreme stormgebeurtenisse met gemete data toon. Voorspellings van hierdie modelle dui daarop dat 'n enkele hewige storm 'n tydelike kuslynterugtrekking van tot 15-20 meter kan veroorsaak, met volle herstel wat moontlik twee tot drie jaar kan neem. Die CoSMoS-COAST-reeks bied uitstekende stabiliteit, terwyl ander modelle kan ly aan langtermyn-drywing en oorreaksie.
Modelresultate dui daarop datdatakwaliteitis 'n belangrike beperkende faktor in modelprestasie. Terwyl satelliet-afstandswaarnemingsdata 'n wye gebied dek, is die temporale resolusie daarvan laag, tipies weekliks tot maandeliks, wat dit moeilik maak om vinnige herstel na 'n storm vas te lê. Verder word die oombliklike waterrand beïnvloed deur golfoploop en getye, wat lei tot oorgangsfoute wat modelvoorspellings kan beïnvloed.
Die studie het bevind dat ruimtelike-temporale data-gladmaak, soos die gebruik van robuuste tweedimensionele filtertegnieke, modelprestasie aansienlik kan verbeter. Later het nie-blinde toetsmodelle wat ingedien is, die gemiddelde fout met 15% verminder deur geoptimaliseerde data-voorverwerking.
Robuuste 2D-gladmaak is 'n gevorderde seinverwerkingsmetode wat spesifiek ontwerp is om geraas in kuslyn-satellietdata te verwerk. Dit is in wese 'n iteratiewe filteralgoritme gebaseer op geweegde kleinste kwadrate, en is hoogs robuust teenoor uitskieters soos oorgangsgolfgeraas in satellietbeelde.
Nog 'n faktor wat deurslaggewend is vir modelvoorspellings is die akkuraatheid van nabykusgolfdata. Tans ly golfdata aan verskeie foute, insluitend foute in die nabykus-omskakeling van globale golfheranalisedata, vooroordele wat veroorsaak word deur die onttrekking van golfparameters by die 10-meter-isobaat eerder as die breeksone, en die onderskatting van die impak van ekstreme gebeurtenisse deur daaglikse gemiddelde golftoestande te gebruik. Hierdie foute kan almal modelvoorspellings beïnvloed.
Vir langtermynvoorspellings maak die meeste modelle staat op die klassieke Brownse wet om die impak van seevlakstyging te skat. Hierdie wet veronderstel egter 'n oneindige en gebalanseerde sedimentvoorraad en ignoreer die gevolge van sedimentvervoer op see of menslike aktiwiteite, soos strandvoeding. Dit kan lei tot beduidende modelvooroordele.
Gebaseer op die ewewigsprofielteorie, bied Brown se wet 'n lineêre verband tussen seevlakstyging en kuslynterugtrekking. Hierdie teorie postuleer dat 'n kusprofiel 'n ewewigsvorm behou. Soos seevlak styg, dwing die toenemende akkommodasieruimte hierdie ewewigsprofiel om landwaarts te skuif om sy vorm relatief tot die nuwe seevlak te behou. Gevolglik postuleer die teorie dat soos die kusprofiel landwaarts skuif, die boonste strandlaag geërodeer word, en die geërodeerde materiaal word op die kus neergelê, wat veroorsaak dat die seebodem naby die kus styg, waardeur 'n konstante waterdiepte gehandhaaf word. Brown se wet voorspel dat kusterugtrekking 10 tot 50 keer groter kan wees as seevlakstyging, afhangende van die helling van die strand.
Hierdie studie bied 'n basis vir die keuse van gepaste gereedskap gebaseer op spesifieke behoeftes. Verder is data-voorverwerking van kritieke belang; behoorlike dataverwerking kan soms 'n groter impak hê as die model self. Voortbouend op die ervaring wat met ShoreShop 2.0 opgedoen is, kan verbeterings aan satelliet- en golfdata aangebring word om voorspellingsakkuraatheid te verbeter. Verder kan die onbeheerbare effekte van kunsmatig versteurde strande in langtermynvoorspellings ook voorspellingsresultate aansienlik beïnvloed. Verder is die gebrek aan deelname van kommersiële modelle soos GENESIS, Delft3D en MIKE21 'n beduidende probleem.
Bewakers van die Blou Grens: Frankstar se 11-jaar lange missie om ons oseane en klimaat te beskerm
Vir meer as 'n dekade is Frankstar aan die voorpunt van mariene omgewingsbestuur, en benut ons die nuutste tegnologie en wetenskaplike noukeurigheid om ongeëwenaarde oseaan- en hidrologiese data te lewer. Ons missie gaan verder as blote data-insameling – ons is argitekte van 'n volhoubare toekoms, wat instellings, universiteite en regerings wêreldwyd bemagtig om ingeligte besluite te neem vir ons planeet se gesondheid.
Plasingstyd: 11 Augustus 2025