摘要
地球上近三分之一的人生活在海岸附近，他们面临着洪水的危险。沿海地区通常由人工建造的防洪结构(如堤坝和海堤)保护免受洪水侵袭。现在地球的气候正在变化，海平面上升和风暴变得更加强烈和频繁，这增加了洪水的风险。因此，我们需要开发更大的防洪结构，以确保免受洪水侵袭。然而，这是非常昂贵的。还有别的选择吗?这听起来可能令人惊讶，但大自然可以帮助我们。在世界各地，红树林、盐沼和珊瑚礁等生态系统可以帮助保护我们的海岸免受洪水侵袭。它们有助于建设更绿色、更自然、生物多样化的海岸，并使地球沿线的生活更安全、更可持续。利用这些自然系统被称为基于自然的洪水防御。 In this article, we explain how it works.
为什么我们需要保护自己免受海平面上升的影响?
海岸是一个居住的好地方。地球上三分之一的人生活在沿海:在小渔村，在纽约和上海这样的大城市，甚至在整个国家，如荷兰。许多这样的地方位于一个叫做河流三角洲这里是河流入海的地方。河流三角洲是港口、农业和渔业的好地方，但它们也是容易发生洪水的低洼地区。例如，荷兰有一半的国土低于海平面几米，如果该国的防洪措施失败，今天就会被洪水淹没!生活在沿海是有风险的，随着气候变化及其后果，风险越来越大，包括海平面变化以及更多更强的风暴。
随着全球气温持续上升，南极洲和格陵兰岛等地的冰川和冰原正在融化。融化的冰流入海洋，抬高了海平面。与此同时，海洋从大气中吸收了一些热量，随着海水变暖，海水膨胀——因此海平面上升得更多。但这还不是全部——一些城市确实在下沉。城市下沉的主要原因之一是我们从地下抽取水、天然气或石油。建筑物和房屋的重量将掏空的土壤向下推。这种效应叫做地面沉降．在一些城市，地面下沉使水位每年上升超过10厘米，使海平面上升成为更大的威胁!地面沉降和海平面上升的共同作用被称为相对海平面上升（图1一个) [1]，并增加沿海地区的洪水风险。
- 图一-(一)相对海平面上升是陆地下沉(地面下沉)和海平面上升的结合。
- (B)波有水上部分和水下部分。当波浪的水下部分碰到障碍物时，它就会塌陷，波浪就会破碎。
除了导致相对海平面上升之外，气候变化还会导致更频繁和更强烈的风暴。更强的风暴可以把更多的水吹到海岸上，导致比相对海平面上升更高的水位。正因为如此，到达海岸的海浪也更高。为什么?波浪由水面部分和水下部分组成(图1 b)．通常情况下，当海浪的水下部分撞击海底或人造屏障时，它就会坍塌，整个海浪就会破碎。你可以在沙滩上看到这一点。然而，当水位太高时，波浪不会破碎，所以它们会保持很大。海浪如此之高的风暴会引发洪水，破坏建筑物，有时甚至夺去生命。我们如何保护自己不受海平面上升的影响?
是时候更新我们的防洪系统了吗?
沿海城市由混凝土结构保护灰色防洪系统（图2一个)．这些防御措施包括堤坝、海堤和防波堤。防波堤通过在海里形成一个高架屏障来保护海岸免受海浪的冲击。水下部分的海浪击中了这个屏障，失去了一些能量，有点像你跑步时被路缘绊倒了。堤防或海堤是海岸上的屏障。它们可以保护土地免受洪水的侵袭，特别是当水位高于正常水平时，这种情况会发生在风暴和真正的高潮期间。
- 图二-(一)传统的灰色防洪系统可以保护土地免受海浪和洪水的侵袭，但相对的海平面上升使得灰色防洪系统的效果较差。
- (B)基于自然的防洪系统利用生物生态系统来帮助保护海岸。具体的植物和动物可以使用取决于地理位置(见图3)．
灰色防御结构是为了抵御暴风雨而建造的，但当海平面上升时，它们就不那么有效了。例如，防波堤对海平面上升的抑制效果较差，因为海浪的水下部分不再撞击防波堤。相反，波浪有足够的空间传播在海岸上的防波堤和防波堤图2一个)．堤坝和海堤的效果也不太好——如果相对海平面上升太多，水位就会超过屏障，后面的土地就会被淹没。此外，堤坝和海堤可能会被非常强烈的海浪和风暴破坏，这使得它们的有效性降低。陆地下沉，海平面上升，风暴增多，这意味着我们需要更高更强的防洪系统，但这将花费大量资金。如果我们能用生命系统来保护海岸线呢?这叫做基于自然的洪水防御（图2 b) [2］．
大自然如何保护我们不受海平面相对上升的影响
沿海生态系统在世界各地都可以用于基于自然的洪水防御。这些生态系统由红树林和盐沼植物等植物，以及牡蛎、贻贝和珊瑚等建造“防波堤式”珊瑚礁的动物(图3)．这些植物和动物适应了在咸海水中生活。有些可以通过减缓海浪来保护我们免受洪水的侵袭，有些可以通过建造土地来保护我们，还有一些可以两者兼而有之!
- 图3 -提供基于自然的洪水防御的沿海生态系统的全球分布。
- 每张图片周围的彩色圆圈对应地图上的颜色。盐沼和贝类礁大多分布在温带地区，而红树林和珊瑚礁则分布在热带地区[图片来源:Jildou Schotanus(贻贝礁)，Marte Stoorvogel(盐沼)和Celine van Bijsterveldt(珊瑚礁和红树林)]。
珊瑚礁不仅漂亮;它们很结实，生长在靠近海岸的地方。它们的位置与灰色混凝土防波堤非常相似，它们的工作方式也相同——通过形成一个水下高架屏障来阻挡海浪(图2 b)．牡蛎和贻贝可以像珊瑚一样建造能破浪的贝类珊瑚礁。虽然珊瑚礁和灰色防波堤以同样的方式保护海岸，但珊瑚礁可以生长!通过生长，珊瑚礁可以跟上海平面上升的速度，并保持足够高的高度来不断破浪，而防波堤必须保持。
红树林和盐沼经常生长在堤坝和海堤外。这是有帮助的，因为它们可以在到达灰色防洪防御之前减小海浪的大小。如果波浪卷进红树林(或盐沼)，就会遇到许多障碍。每当电波击中植物时，它就会减弱并失去一点能量。由于击中了沼泽或森林中的所有植物，波浪损失了大量能量，因此变得小了很多。我们称之为效应波衰减．如果红树林或盐沼足够大，它可以大大降低浪高。这是非常有效的，我们可以建一个更小的堤坝，节省很多钱!
红树林和盐沼也会抬高它们生长的土地。没有了植物，海水流动得如此之快，以至于可以携带泥浆和沙粒。manbetxapp在线登录但当水流过沿海植物时，流速减慢，颗粒就会沉到土壤上。manbetxapp在线登录随着时间的推移，这使得土壤表面更高。这对于跟上海平面上升非常有用[3.]，因此该地区的水灾次数就会减少。由于红树林和盐沼喜欢生长在洪水较少的地区，它们不断在这些地区建造土地，地表水位不断上升。更高的地面水平可以起到防波堤的作用，更好地保护海岸[4］．
利用沿海生态系统的更多优势
除了提供基于自然的洪水防御，沿海生态系统还有更多的优势。正如我们提到的，它们的表面水位会随着海平面的上升而上升[5］．这使得它们更便宜，因为它们比灰色防洪系统需要的维护更少。这些生态系统还可以储存大量的碳，从而降低大气中二氧化碳的含量。更低的二氧化碳水平意味着更少的气候变化，从而减少海平面上升。最后，这些生态系统为珍稀动植物提供了良好的生存环境，支持了生物多样性。人们也可以享受这些沿海生态系统!
不幸的是，在过去的50年里，沿海生态系统一直在下降。因此，科学家们现在正在学习如何保护和恢复它们。我们可以通过研究生活在那里的植物和动物的偏好来做到这一点。他们喜欢多久被水淹一次?它们能承受很多海浪吗?它应该多咸呢?我们对这些植物和动物了解得越多，我们就能更好地保护它们他们可以保护我们从洪水!
总之，随着海平面上升，维持灰色防洪系统将非常昂贵。沿海生态系统还可以打破海浪，甚至建造陆地来跟上海平面上升的速度。通过这种方式，它们可以帮助我们保护我们的海岸免受世界各地的洪水侵袭。这里有一些你可以帮忙的方法。首先，如果你对这个话题感兴趣，你可以阅读更多的文章——看看这些manbetxapp在线登录年轻心灵的前沿manbetxapp在线登录的文章,海平面变化，全球海洋气候变化,或海草．你可以考虑在学校做一次演讲，向其他人介绍基于自然的洪水防御。要想了解更多，你可以找到当地的科学家并与他们见面，或者在网上与他们见面。Skype一个科学家而且给前科学家的信．最后，如果你自己也想成为一名科学家，就尽可能多地学习生物、数学和物理!也许有一天你会帮助发现基于自然的防洪新机制!
作者的贡献
RH、CB、CC和MS共同为手稿的构思和写作做出了贡献。RH协调了该项目。CB设计图形，MS支持，RH, CB, CC, MS, TB参与修改稿件，阅读并批准提交的版本。
术语表
河三角洲：↑河流流入大海的低洼地区。著名的例子是地中海的尼罗河三角洲和墨西哥湾的密西西比河三角洲。
海平面变化：↑海平面实际上变化很大，有些地方甚至会下降。它也不会一直上升。但对于海岸保护来说，海平面上升是最重要的。
地面沉降：↑沿海下沉的城市。如果我们从地下抽取水、天然气和石油，建筑物和房屋的重量将清空的土壤向下推，就会发生这种情况。
相对海平面上升：↑地面下沉和海平面上升的综合影响。它比海平面上升本身更容易增加洪水风险。
灰色防洪系统：↑防洪堤:保护海岸免受洪水侵袭的混凝土结构，如堤坝、海堤和防波堤
基于自然的洪水防御：↑这些防洪工程利用混凝土结构和沿海生态系统(如盐沼或珊瑚礁)来保护海岸免受洪水侵袭。
生态系统：↑植物和动物构成了大自然独特的一部分。这可以是亚马逊雨林，大堡礁，或者你当地的森林。
波衰减：↑电磁波每击中一株植物，就会损失一点能量。通过撞击大量的植物，波浪失去了如此多的能量，以至于它变得越来越小。
利益冲突
作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。
致谢
RH获得了由NWO (ALWSD.2016.026)、NSFC(51761135022)和EPSRC (EP/R024537/1)资助的“可持续三角洲”联合研究项目的资助。CB由项目号为14753的“BioManCO”项目资助，该项目由NWO领域应用和工程科学(部分)资助，并由Boskalis疏浚和海洋专家，Van Oord疏浚和海洋承包商bv, Deltares, Witteveen+Bos和湿地国际共同资助。CC得到了荷兰空间办公室的支持。ALGWO.2017.002)。MS获得了NWO(项目编号:hedwig - prosper Polder)资助的项目“Living Lab hedwig - prosper Polder”的资助。17589)。结核病由“生命堤坝项目”(NWA.1292.19.257)资助。
参考文献
[1]↑Nicholls, R. J.， Lincke, D.， Hinkel, J.， Brown, S.， Vafeidis, A. T.， Meyssignac, B.等。2021。沉降、相对海平面变化和沿海洪水暴露的全球分析。Nat,爬。改变11:338-42。doi: 10.1038 / s41558 - 021 - 00993 - z
[２]↑泰默曼，S.，迈尔，P.，鲍玛，T. J.，赫尔曼，P. M.和伊斯巴特·T·德·弗里德，H. J. 2013。面对全球变化，基于生态系统的海防。自然．504:79 - 83。doi: 10.1038 / nature12859
[3]↑柯文，M. L.，冈滕斯伯根，G. R.，达尔帕奥斯，A.，莫里斯，J. T.和马德，S. M. Temmerman. 2010。沿海沼泽对海平面上升适应性的限制。地球物理学。卷。37:23。gl045489 doi: 10.1029/2010
[4]↑Vuik, V.， Jonkman, S. N.， Borsje, B. W.， and Suzuki, T. 2016。基于自然的防洪:植被覆盖的前海岸对减少海岸堤防波浪负荷的效率。沿海Eng。116:42-56。doi: 10.1016 / j.coastaleng.2016.06.001
［5］↑朱，Z.， Vuik, V.， Visser, P. J.， Soens, T.， van Wesenbeeck, B.， van de Koppel, J.等。2020。历史风暴和沿海湿地在自然防洪方面的隐藏价值．Sust Nat。3: 853 - 62。doi: 10.1038 / s41893 - 020 - 0556 - z