海岸带是全球陆海相互作用最为剧烈的地带,其易损性在全球海平面上升、风暴加剧和入海泥沙减少的大背景下普遍升高。由于海岸带是全球人类生产与生活的主要区域,其在提供重要的经济与社会价值的同时也面临着巨大的环境承载压力。砂质海岸是海岸带的重要组成部分,它除了具有海岸带的一般功能之外还具有极高的旅游与防灾减灾价值,然而,砂质海岸的脆弱性相较于其他类型的海岸尤甚。因此探究砂质海岸的动力地貌过程具有双重价值——深化理解地球系统变化的科学价值和为合理进行海岸带管理提供依据的社会价值。由于目前国内外海滩动力地貌研究普遍存在缺乏高空间分辨率的地貌观测,因而海滩地貌中蕴含的丰富信息缺乏挖掘。这客观上导致了海滩动力地貌过程研究较少涉及海滩整体的微观地貌结构的变化,特别是对海滩响应台风及随后的短期恢复过程的动力地貌行为及模式缺乏精细刻画与深刻认识。同时,国际学者对低波能海滩的冲淤机制一直存在争论,但尚未有研究从自组织角度分析这一热点问题。另外,近年来广西北部湾沿岸地区经济与社会发展迅猛导致海岸的脆弱性大大增加,因此对该区域砂质海岸的详细研究亟待开展。为此,本文以广西北部湾的典型夷直型砂质海岸——北海银滩为例,在Landsat影像、月际剖面测量数据、基于激光雷达的高空间分辨率地形数据和动力数据的基础上,综合运用统计分析、数值模拟以及概念模型等手段探讨银滩在不同时间尺度下的动力地貌过程,并从自组织视角对低波能海滩冲淤机制提出新的理解。本文的主要发现包括:(1)银滩岸线在人类活动的驱动下向海推进,而在自然环境下向陆蚀退。银滩岸线在20世纪90年代由于高强度的海岸开发经历了达50 m/yr的向海推进,其后在自然状态下银滩岸线以16 m/yr的速率在21世纪的头10年内连续向陆蚀退,之后高强度的海岸开发导致银滩岸线在下一个5年以12 m/yr的速率向海推进。银滩各岸段中受养殖业、房地产和建港影响的岸段具有最大的岸线变化速率,受旅游设施建设影响的岸段具有最小的岸线变化速率,而处于相对自然状态的岸段(银滩东侧白虎头村附近)的岸线在2000年以后在通常动力环境控制下以3 m/yr的速率向陆蚀退。对银滩相对自然岸段的岸线进行进一步的研究表明,岸线在2014年至2018年的年际与月际上均以蚀退为主,其在相对潮差所表征的动力环境的控制下以3.6 m/yr的速率向陆蚀退。通过对此岸线进行经验正交分解(下文称EOF)后发现,岸线变化的主要与次要模式分别为岸线在横向上的同时淤进与蚀退和在纵向上的西侧淤进与东侧蚀退。(2)海滩剖面在纵向上存在显著的异质性。海滩西侧的平衡剖面呈现出略下凹状结构,而海滩中东侧的平衡剖面呈现出现显著上凸状结构。这两者的差异性来源于海滩西侧处于中间型海滩状态,而海滩中东侧处于反射性海滩状态。经EOF分析后可得海滩各剖面的泥沙输移具有4个主要模式,但各剖面的泥沙输移模式存在差异。第一模态中,海滩西侧4条剖面的泥沙在中、低潮带和潮下带进行单向输移,海滩中东侧8条剖面的泥沙在高、中和低潮带同时进行双向输移。第二模态中,海滩剖面大多呈现出整个剖面同时冲淤。第三模态中,海滩中西侧8条剖面的泥沙在高、中和低潮带进行双向输移,海滩中东侧7条剖面的泥沙在高、中和低潮带进行三个方向的输移。第四模态中,海滩中东侧7条剖面的泥沙在高、中和低潮带进行双向输移,其他剖面都具有独特的泥沙输移模式。(3)海滩地貌存在季节性特征。海滩岸线的形态在春夏之间发生剧烈改变,继而在秋冬季逐渐“回归”至春季形态,从而形成季节性循环。海滩剖面具有两种季节性的剖面结构,冬春季剖面具有滩面较窄、坡度较大和发育显著上凸结构的特征,而夏秋季剖面具有滩面较宽、坡度较小和不存在显著上凸结构的特征。对海滩在典型季节(春季)的逐日动力地貌过程进行的分析表明,受地形结构的影响,强浪会在进入高潮带之前充分的破碎,从而造成中潮带区域冲流坝的积极并陆,但此时海滩微地貌结构的复杂程度变化较小。弱浪可以在几乎没有破碎的情况下直接传入占据海滩大部分面积的高潮带并对其微地貌结构进行塑造,从而造成海滩微地貌结构的复杂程度变化较大,但此时中潮带区域冲流坝的变化很小。通过对海滩进行EOF分析发现,海滩在春季的主要和次要动力地貌模式分别为弱浪主导下的高潮带的微地貌结构的发育和强浪主导下的以冲流坝并陆为标志宏观地貌发育。(4)海滩地貌对台风的响应具有差异性。对不同台风事件而言,银滩对台风事件的响应取决于碎波带延展程度与台风路径。当台风的移动路径距银滩这种极端消散型海滩较远时,具有较强深水波波能的台风由于碎波带向海显著延展导致波浪在入射海滩之前波能耗散严重,从而其对海滩地貌的影响弱于具有较弱深水波波能的台风。当台风的移动路径距海滩较近时,台风可以对在碎波带内传播的波浪补充能量,从而对海滩地貌的影响较强,海滩在这种台风影响下的易损性应引起重点关注。对同一台风事件而言,海滩不同动力地貌带对台风的响应存在显著的区别。在海滩的横向上,波浪在破波带—冲流带—后滨的传播过程中存在波能的显著递减。相应的,海滩破波带—冲流带—后滨内典型等值线在台风前后的变化的频率分布随着波能的递减从符合高斯分布逐渐变化至符合幂律分布。新提出的概念模型揭示出等值线变化的频率分布在系统由外部动力作用主导时倾向于符合高斯分布,而在系统由内部的泥沙间相互作用主导时倾向于符合幂律分布。(5)台风后海滩短期恢复过程具有阶段性变化的特征。海滩在受台风作用后短期内并非是“逐渐恢复”的过程,海滩的短期恢复具有“弱稳定-震荡-稳定”三个阶段和以极端淤积为特征的两个转折点。海滩在受台风“威马逊”作用后13天内处于以净侵蚀为特征的弱稳定阶段,期间海滩地貌形态变化很小。随后,海滩发生第一次强烈的淤积,转折进入持续9天且以微地貌结构振荡调整为特征的第二阶段,期间海滩净侵蚀较小且海滩总冲淤较大,潮间带沙坝的形态变化剧烈。之后,海滩第二次发生强烈的淤积,转折进入以缓慢净淤积为主的稳定阶段,潮间带沙坝的形态与台风前愈发类似。潮间带沙坝的重构在海滩的短期恢复过程中占据了主要地位,而潮间带沙坝后方宽阔的海滩后滨在恢复过程中只有轻微的冲淤变化。此外,结合春季海滩逐日地貌变化可知,海滩地貌变化在统计意义上具有三个本质属性:主导坡度的频率分布符合伽马分布、冲淤幅度的频率分布均符合广义高斯函数和侵蚀量在时间上较为均匀而淤积量在时间上剧烈震荡,海滩的净淤积均主要来自于占少数的极端淤积事件。(6)在通常动力条件下,海滩变化中存在自组织临界状态。通过对海滩逐日的冲淤图进行斑图分析可知,当每日平均相对潮差(下文称MDRTR)在3至7时,海滩侵蚀斑图的斑块尺寸的频率分布符合截断幂律分布(下文称TPL),MDRTR在其他数值范围时侵蚀斑图的斑块尺寸的频率分布不符合TPL,同时,所有淤积斑图的斑块尺寸的频率分布均不符合TPL,这表明海滩的侵蚀行为在MDRTR在3至7时进入了自组织临界状态。结合新提出的元胞自动机模型可得出,侵蚀行为中的自组织临界状态导致海滩的侵蚀量出现了双稳态,且双稳态的出现导致了海滩的侵蚀量与MDRTR存在非线性关系。无论春夏,海滩的极端淤积事件都是MDRTR在3至7时系统向“侵蚀量为0”这一稳态变化的结果,并且在此动力环境下海滩的初始冲淤状态对海滩变化至双稳态中的哪一稳态至关重要。