Dengan perubahan iklim yang membawa kepada peningkatan paras laut dan ribut yang lebih kuat, garis pantai global menghadapi risiko hakisan yang tidak pernah berlaku sebelum ini. Walau bagaimanapun, meramalkan perubahan garis pantai dengan tepat adalah mencabar, terutamanya arah aliran jangka panjang. Baru-baru ini, kajian kolaboratif antarabangsa ShoreShop2.0 menilai prestasi 34 model ramalan garis pantai melalui ujian buta, mendedahkan keadaan seni semasa dalam pemodelan garis pantai.
Garis pantai adalah sempadan dinamik di mana daratan bertemu laut, sentiasa berubah akibat ombak, pasang surut, ribut, dan kenaikan paras laut. Kira-kira 24% daripada garis pantai berpasir di seluruh dunia berundur pada kadar melebihi 0.5 meter setahun, dan di beberapa kawasan, seperti Pantai Teluk AS, kadar hakisan tahunan lebih tinggi daripada 20 meter.
Meramalkan perubahan garis pantai sememangnya sukar dan kompleks, memerlukan pertimbangan interaksi pelbagai faktor, termasuk tenaga ombak, pengangkutan sedimen dan kenaikan paras laut. Ramalan yang tepat dalam jangka masa yang panjang adalah lebih mencabar.
Model ramalan garis pantai moden boleh dibahagikan kepada tiga kategori: satu adalah berdasarkan simulasi fizikal, seperti Delft3D dan MIKE21 berdasarkan mekanik bendalir dan persamaan pengangkutan sedimen; satu ialah model hibrid yang menggabungkan prinsip fizikal dengan kaedah dipacu data, seperti CoSMoS-COAST dan LX-Shore; dan satu lagi ialah model dipacu data yang bergantung sepenuhnya pada statistik atau teknik pembelajaran mesin, seperti rangkaian LSTM dan seni bina Transformer.
Walaupun pelbagai jenis model, kekurangan kriteria penilaian bersatu telah menyukarkan perbandingan prestasi. Model manakah yang menawarkan ramalan yang paling tepat? Pertandingan ujian buta ShoreShop2.0 menyediakan peluang yang sempurna untuk perbandingan merentas disiplin.
Pertandingan ujian buta antarabangsa ShoreShop2.0 ialah bentuk kerjasama saintifik yang sangat ketat. Pasukan yang mengambil bahagian hanya dimaklumkan tentang tapak ujian, yang merupakan nama kod untuk teluk atau pantai. Maklumat penting seperti lokasi dan nama sebenar disembunyikan untuk mengelakkan pengetahuan terdahulu daripada mempengaruhi penentukuran model. Tambahan pula, data dirahsiakan dalam bahagian, dengan data dari 2019-2023 (jangka pendek) dan 1951-1998 (jangka sederhana) sengaja ditahan. Model tersebut kemudiannya meramalkan perubahan garis pantai jangka pendek dan sederhana, akhirnya mengesahkan ketepatannya menggunakan data sulit. Reka bentuk ini membolehkan perbandingan merentas disiplin model pantai di bawah keadaan yang tidak diketahui sepenuhnya.
Tiga puluh empat pasukan penyelidik dari 15 negara menyerahkan model, merangkumi 12 model dipacu data dan 22 model hibrid. Pasukan ini datang dari institusi di Amerika Syarikat, Australia, Jepun, Perancis dan negara lain. Walau bagaimanapun, model yang diserahkan tidak mempunyai model komersial seperti GENESIS dan model berasaskan fizik Delft3D dan MIKE21.
Perbandingan mendedahkan bahawa model berprestasi tinggi untuk ramalan jangka pendek lima tahun ialah CoSMoS-COAST-CONV_SV (model hibrid), GAT-LSTM_YM (model dipacu data) dan iTransformer-KC (model dipacu data). Model-model ini mencapai ralat purata kuasa dua akar kira-kira 10 meter, setanding dengan ralat sedia ada 8.9 meter dalam data pantai penderiaan jauh satelit. Ini menunjukkan bahawa untuk sesetengah pantai, keupayaan ramalan model menghampiri had teknologi pemerhatian. Sudah tentu, model lain dapat menangkap perubahan garis pantai dengan lebih baik.
Penemuan yang mengejutkan ialah model hibrid berprestasi setanding dengan model dipacu data. CoSMoS-COAST-CONV_SV (model hibrid) menggabungkan proses fizikal dan operasi konvolusi, manakala GAT-LSTM_YM (model dipacu data) menggunakan rangkaian perhatian graf untuk menangkap korelasi spatial. Kedua-dua model menunjukkan prestasi yang baik.
Dari segi ramalan jangka sederhana, siri LX-Shore (model hibrid) menyediakan ramalan yang paling hampir dengan data yang diukur. Dengan menggandingkan proses pengangkutan sedimen sepanjang pantai dan sisi, model ini mengekalkan kestabilan jangka panjang sambil memaparkan tindak balas yang paling konsisten terhadap kejadian ribut melampau dengan data yang diukur. Ramalan daripada model ini menunjukkan bahawa satu ribut yang teruk boleh menyebabkan garis pantai berundur sementara sehingga 15-20 meter, dengan pemulihan penuh mungkin mengambil masa dua hingga tiga tahun. Siri CoSMoS-COAST menawarkan kestabilan yang sangat baik, manakala model lain mungkin mengalami hanyut jangka panjang dan tindak balas yang berlebihan.
Keputusan model menunjukkan bahawakualiti dataadalah faktor pengehad utama dalam prestasi model. Walaupun data penderiaan jauh satelit meliputi kawasan yang luas, peleraian temporalnya adalah rendah, biasanya mingguan hingga bulanan, menjadikannya sukar untuk menangkap pemulihan pantas selepas ribut. Tambahan pula, pinggir air serta-merta dipengaruhi oleh larian ombak dan pasang surut, yang membawa kepada ralat sementara yang boleh menjejaskan ramalan model.
Kajian mendapati bahawa pelicinan data spatiotemporal, seperti penggunaan teknik penapisan dua dimensi yang teguh, boleh meningkatkan prestasi model dengan ketara. Kemudian, model ujian tidak buta menyerahkan ralat purata berkurangan sebanyak 15% melalui prapemprosesan data yang dioptimumkan.
Robust 2D Smoothing ialah kaedah pemprosesan isyarat lanjutan yang direka khusus untuk memproses hingar dalam data satelit pantai. Pada asasnya, ia adalah algoritma penapisan berulang berdasarkan kuasa dua terkecil berwajaran, dan sangat teguh kepada outlier seperti bunyi gelombang sementara dalam imej satelit.
Satu lagi faktor penting untuk ramalan model ialah ketepatan data gelombang dekat pantai. Pada masa ini, data gelombang mengalami pelbagai ralat, termasuk ralat dalam penukaran dekat pantai data analisis semula gelombang global, bias yang disebabkan oleh mengekstrak parameter gelombang pada isobath 10 meter dan bukannya zon pecah, dan meremehkan kesan peristiwa melampau dengan menggunakan keadaan gelombang purata harian. Ralat ini semuanya boleh menjejaskan ramalan model.
Untuk ramalan jangka panjang, kebanyakan model bergantung pada undang-undang Brown klasik untuk menganggarkan kesan kenaikan paras laut. Walau bagaimanapun, undang-undang ini menganggap bekalan sedimen yang tidak terhingga dan seimbang dan mengabaikan kesan pengangkutan sedimen luar pesisir atau aktiviti manusia, seperti pemakanan pantai. Ini boleh membawa kepada kecenderungan model yang ketara.
Berdasarkan teori profil keseimbangan, hukum Brownian menyediakan hubungan linear antara kenaikan paras laut dan pengunduran garis pantai. Teori ini berpendapat bahawa profil pantai mengekalkan bentuk keseimbangan. Apabila paras laut meningkat, ruang penginapan yang semakin meningkat memaksa profil keseimbangan ini beralih ke darat untuk mengekalkan bentuknya berbanding paras laut baharu. Akibatnya, teori ini berpendapat bahawa apabila profil pantai beralih ke darat, lapisan atas pantai terhakis, dan bahan yang terhakis dimendapkan di luar pesisir, menyebabkan dasar laut dekat pantai meningkat, dengan itu mengekalkan kedalaman air yang tetap. Undang-undang Brown meramalkan bahawa pengunduran pantai boleh 10 hingga 50 kali lebih besar daripada kenaikan paras laut, bergantung pada cerun pantai.
Kajian ini menyediakan asas untuk memilih alat yang sesuai berdasarkan keperluan khusus. Tambahan pula, prapemprosesan data adalah penting; pemprosesan data yang betul kadangkala boleh memberi impak yang lebih besar daripada model itu sendiri. Membina pengalaman yang diperoleh dengan ShoreShop 2.0, penambahbaikan boleh dibuat pada data satelit dan gelombang untuk meningkatkan ketepatan ramalan. Tambahan pula, kesan tidak terkawal dari pantai yang terganggu secara buatan dalam ramalan jangka panjang juga boleh memberi kesan ketara kepada hasil ramalan. Tambahan pula, kekurangan penyertaan daripada model komersil seperti GENESIS, Delft3D dan MIKE21 adalah isu penting.
,Guardians of the Blue Frontier: Misi 11 Tahun Frankstar untuk Melindungi Lautan dan Iklim Kita
Selama lebih sedekad, Frankstar telah berada di barisan hadapan dalam pengawasan alam sekitar marin, memanfaatkan teknologi termaju dan ketelitian saintifik untuk menyampaikan data lautan dan hidrologi yang tiada tandingan. Misi kami mengatasi pengumpulan data semata-mata—kami adalah arkitek masa depan yang mampan, memperkasakan institusi, universiti dan kerajaan di seluruh dunia untuk membuat keputusan termaklum untuk kesihatan planet kita.
Masa siaran: 11 Ogos 2025