Reguła Bruuna

Recesja linii brzegowej piaszczystego brzegu w Norfolk Beach, wyspa Coochiemuldo, Australia

Reguła Bruuna to wzór służący do szacowania wielkości cofania się linii brzegowej piaszczystego brzegu w odpowiedzi na zmiany poziomu morza . Pierwotnie opublikowana w 1962 roku przez Pera Bruuna, Reguła Bruuna jako pierwsza podała związek między podnoszeniem się poziomu mórz a recesją linii brzegowej . Zasada jest prostą, dwuwymiarową konwersją masy i pozostaje w powszechnym użyciu do szacowania recesji linii brzegowej w odpowiedzi na wzrost poziomu morza, pomimo krytyki i modyfikacji oraz dostępności bardziej złożonych modeli alternatywnych.

Zasada

Reguła Bruuna określa liniową zależność między podnoszeniem się poziomu morza a cofaniem się linii brzegowej w oparciu o teorię profilu równowagi, która zakłada, że profil powierzchni brzegowej zachowuje kształt równowagi, a wraz ze wzrostem poziomu morza rosnąca przestrzeń akomodacyjna wymusza ten profil równowagi w kierunku lądu i w górę, aby zachować jego kształt względem nowego poziomu morza. W związku z tym analiza reguły Bruuna zakłada, że górna plaża ulega erozji, gdy profil brzegu przesuwa się w kierunku lądu, oraz że objętość erodowanego materiału jest osadzana na morzu, co powoduje podnoszenie się dna przybrzeżnego , które utrzymuje stałą głębokość wody. Reguła Bruuna przewiduje, że recesja wybrzeża wzrośnie od 10 do 50 razy , w zależności od nachylenia plaży .

Ilustracja reguły Bruuna autorstwa Komitetu Naukowego ds. Badań Oceanów (1991)

Matematyczny zapis reguły Bruuna to:

${\ Displaystyle R = {\ Frac {SL} {h + B}} = {\ Frac {S} {\ dębnik \ beta}}}$

Gdzie,

R to recesja linii brzegowej w metrach
S to wzrost poziomu morza w metrach
L to pozioma długość dna, na którą ma wpływ wzrost poziomu morza (od szczytu wydmy do głębokości zamknięcia), w metrach
h to głębokość zamknięcia (głębokość wody, poza którą nie występuje znaczny transport osadów ), w metrach
B to wysokość wydmy nad poziomem morza, w metrach
β to średnie nachylenie aktywnego profilu

Historia

W 1954 roku Per Moller Bruun opublikował artykuł opisujący profile plaż i równowagę między brzegami. Rozwijając te idee, w 1962 roku opublikował swój artykuł „Podnoszenie się poziomu morza jako przyczyna erozji brzegów”, w którym po raz pierwszy przedstawił związek między podnoszeniem się poziomu morza a recesją linii brzegowej równowagowych profili plaż. Jego rządom nie nadano nazwy aż do 1967 roku, kiedy Schwartz opublikował „Teorię wzrostu poziomu morza Bruuna jako przyczynę erozji brzegów”, w której szczegółowo omówiono laboratoryjne i terenowe testy tej teorii i doszedł do wniosku, że „koncepcja ta będzie odtąd znana jako” Reguła Bruuna”.

Od tego czasu Per Bruun opublikował prace mające na celu wyjaśnienie ograniczeń i praktyczności swojego modelu, w tym „Przegląd warunków użytkowania reguły erozji Bruuna” w 1983 r. Oraz „Zasada erozji Bruuna przez wzrost poziomu morza: dyskusja na temat dużych -Scale Two- and Three- Dimensional Usages” w 1988 r. Publikacje te przedstawiają ograniczenia i praktyczność reguły oraz podkreślają, że chociaż ten model jest celowo dwuwymiarowy , w praktyce jest stosowany do środowisk trójwymiarowych . Bruun twierdzi, że reguła „musi zostać poddana realistycznym dostosowaniom” w celu praktycznego zastosowania.

Jak przyznaje Bruun, Reguła Bruuna jest charakterystycznie prostą zasadą i dlatego była wielokrotnie modyfikowana, aby uwzględnić więcej czynników i aby można ją było dokładnie zastosować w większej liczbie przypadków. Reguła Bruuna była najczęściej modyfikowana w celu uwzględnienia transportu przybrzeżnego , przemywania i transportu osadów eolskich . Na przykład Dean i Maurmeier w 1983 r. zmodyfikowali tę zasadę, aby miała zastosowanie do wybrzeży barierowych i wysp, z których niektóre ulegają narastaniu zamiast erozji. Rosati i in. w 2013 r. oraz Dean i Houston w 2016 r. zmodyfikowali tę zasadę, aby uwzględnić transport lądowy i ruch przez brzeg na przypuszczalnej głębokości zamknięcia. Ponadto Ashton i in. w 2011 r. zmodyfikował regułę Bruuna do użytku na wybrzeżach klifowych , a Hinkel i in. w 2013 r. wykorzystał tę regułę jako część szerszej metodologii do opisania wpływu podnoszenia się poziomu mórz na wloty pływowe i wokół nich . Największym wyzwaniem, jakie pozostaje, wydaje się być wyodrębnienie wpływu podnoszenia się poziomu mórz na morfologię plaży od połączonych skutków między innymi energii fal, prądów pływowych, działania wiatru, dostaw osadów, rodzajów osadów i wielkości ziaren.

W różnych formach iw połączeniu z innymi modelami reguła Bruuna jest obecnie wykorzystywana do szacowania reakcji linii brzegowej na wzrost poziomu mórz na całym świecie. Reguła Bruuna została zastosowana do wybrzeży , w tym Morza Kaspijskiego , Półwyspu Koreańskiego , Zatoki Shuidong, Norfolk , Rhode Island , Florydy , Akry i Hawajów .

Krytyka

wpływu zmian klimatu na plaże jest trudne, ponieważ jest to interdyscyplinarny temat obejmujący nauki o oceanach , ziemi i atmosferze , a także inżynierię lądową i politykę . Wiarygodne oceny wpływu zmiany klimatu na obszarach przybrzeżnych są potrzebne, aby wesprzeć skuteczne strategie adaptacyjne w celu przygotowania rosnących społeczności przybrzeżnych i aktywów przybrzeżnych o wysokiej wartości. W rezultacie modele szacowania erozji wybrzeża w wyniku podnoszenia się poziomu mórz – w tym reguła Bruuna i modele oparte na regule Bruuna – są stale przeglądane i aktualizowane. Reguła Bruuna stała się centrum wielu akademickich debat.

W odpowiedzi na swoje nieodłączne założenia, Reguła Bruuna była szeroko krytykowana. Niektóre z najbardziej krytykowanych założeń reguły obejmują brak gradientów w transporcie osadów przybrzeżnych , istnienie głębokości zamknięcia, zamknięty budżet osadów oraz dostępność wystarczających źródeł piasku . W 2015 roku Andersen i in. określił regułę Bruuna jako „samą w sobie… praktycznie bezużyteczną w środowiskach przybrzeżnych otwartego oceanu” ze względu na jej założenia dotyczące środowiska fizycznego .

Jednym z wyraźnie krytykowanych założeń reguły Bruuna jest postulowanie, że efekty netto transportu przybrzeżnego są nieistotne, ponieważ reguła jest z definicji dwuwymiarowym modelem transgranicznym, który nie uwzględnia trzeciego wymiaru przybrzeżnego. Te efekty przybrzeżne mogą jednak być główną przyczyną osadów lub osadzania się wzdłuż plaż, dominując w morfologii linii brzegowej, a nawet maskując wpływ podnoszenia się poziomu morza, jak opisano w modelu Bruuna.

Innym krytykowanym założeniem jest istnienie „głębokości zamknięcia”. Za głębokość zamknięcia uważa się głębokość wody, poza którą nie ma znaczących zmian poziomu dna i zwykle przyjmuje się ją jako granicę między górną powierzchnią brzegu, charakteryzującą się załamującymi się falami i słupami, a dolną powierzchnią brzegu, charakteryzującą się falami nieprzełamującymi się i brak barów. Reguła Bruuna stanowi, że nie ma znaczącego osadów przez tę granicę, jednak siła tej koncepcji w praktyce jest przedmiotem dyskusji. Alternatywny model R-DA, zaproponowany przez Davidsona-Arnotta, opiera się na tych samych założeniach, co reguła Bruuna, z tym wyjątkiem, że uznaje znaczny transfer osadów między górną i dolną powierzchnią brzegową, zakładając hipotezę, że osady są erodowane z dolnej powierzchni brzegowej i transportowane do górnej powierzchni brzegu w celu utrzymania profilu równowagi, w wyniku czego następuje migracja głębokości zamknięcia w górę i w kierunku lądu wraz ze wzrostem poziomu morza.

Cooper i Pilkey bezpośrednio krytykowali regułę Bruuna, publikując w 2004 roku artykuł zatytułowany „Wzrost poziomu morza i cofanie się linii brzegowej: czas porzucić regułę Bruuna”, który jest regularnie cytowany w późniejszej literaturze. Twierdzą, że pomimo powszechnej krytyki, pierwotna reguła Bruuna jest nadal stosowana w niewłaściwych kontekstach, jak nakreślił Bruun i historia eksperymentów, oraz że reguła Bruuna i towarzyszące jej kontrowersyjne założenia są osadzone w późniejszych modelach, które twierdzą, że oferują bardziej wyrafinowany wgląd w wybrzeże zachowanie. Cooper i Pilkey opisują zastosowanie reguły Bruuna jako „podejścia typu „jeden model pasujący do wszystkich”” w szeregu złożonych środowisk przybrzeżnych, których nie można opisać. Wymieniają trzy główne powody, dla których reguła „nie działa”: jej restrykcyjne założenia, pominięcie ważnych zmiennych oraz oparcie się na przestarzałych i błędnych koncepcjach. Restrykcyjne założenia reguły opisują jako zamknięty bilans materiałowy, który ignoruje transport przybrzeżny netto , oraz brak składnika akrecyjnego, który zakłada, że wzrost poziomu morza zawsze skutkuje recesją plaż , co razem ogranicza zastosowanie reguły do niewielkiej liczby wybrzeży. Cooper i Pilkey wymieniają pominięte zmienne , takie jak obecność wychodni lub prądów dennych , wpływ nachylenia szelfu kontynentalnego na tempo wycofywania się, zależności zwrotne specyficzne dla danego miejsca oraz wysoce zmienne wzorce ewolucji wybrzeża w tysiącletnich skalach czasowych , a także przestarzałe i błędne koncepcje jako uniwersalna teoria profilu równowagi, głębokość zamknięcia i ta niepotwierdzona idea, że stromość brzegu ma wpływ na tempo cofania się brzegu. „Dochodzą do wniosku, że [reguła Bruuna] przeżyła swoją użyteczność i należy ją porzucić”, jednak krytykowano ich za to, że nie zapewnili żadnej „znaczącej alternatywy” dla reguły.

W swoich artykułach Bruun nie przedstawił ścisłego matematycznego wyprowadzenia swojej reguły, co spowodowało zamieszanie w społeczności naukowej . Na przykład Rosen w 1978 r., Allison i Schwartz w 1981 r., Dean i Maurmeyer w 1983 r. oraz Zhang, Douglas i Leatherman w 2004 r. wszyscy matematycznie wyprowadzili regułę Bruuna w inny sposób, nie zgadzając się co do założeń i ograniczeń reguły Bruuna charakterystycznych dla ich własne wywody. Jednak ta ostatnia wersja przeprowadzona przez Zhanga i in. przedstawia alternatywne wyprowadzenie pokazujące, że „choć bardzo prosty, model Bruuna ma znaczną ogólność”.

Niektóre testy terenowe i laboratoryjne potwierdziły regułę Bruuna, chociaż krytykowano wady eksperymentalne w tych publikacjach. Między innymi Ranasinghe i Stive w 2009 roku, a później Andersen i in. w 2015 r. doszli do wniosku, że „żadne badanie nie przyniosło kompleksowej, dobrze przyjętej weryfikacji modelu Brunna”. Istnieje jednak prawie zgoda co do tego, że podstawowy jakościowy recesji linii brzegowej jest ważny, pomimo tego, że dane ilościowe zebrane z reguły Bruuna są określane jako „bardzo zgrubne przybliżenia” lub „szacunki szeroko orientacyjne”. Pomimo tej krytyki, reguła Bruuna jest uznawana za swoją prostotę i nie ma „żadnej prostej, realnej alternatywy”.

Zobacz też