När en kustlinje genomgår massiv erosion, som en orkan som plattar ut en strand och dess närliggande miljöer, den måste återuppbygga sig själv – förlita sig på motståndskraften hos dess naturliga kuststrukturer för att börja sammanfoga sig själv på ett sätt som gör det möjligt för den att överleva nästa stora fenomen som kommer i dess väg.

Drs. Orencio Duran Vinent, assisterande professor, och Ignacio Rodriguez-Iturbe, Distinguished University Professor och Wofford Cain Chair I Professor, vid Institutionen för havsteknik vid Texas A&M University, undersöker motståndskraften hos barriäröar och kustdyner efter högvattenhändelser och stormar. Genom att göra så, de hjälper ingenjörer och forskare att bedöma sårbarheten i kustlandskap.

Deras fullständiga resultat publicerades som relaterade artiklar i Proceedings of the National Academy of Sciences med titeln "Probabilistisk struktur av händelser som kontrollerar återhämtningen efter stormen av kustdyner" och "Stochastisk dynamik för höjden av barriärön."

"Om du förstår hur sanddyner växer, då kan du agera, till exempel, när det gäller vegetation eller konstgjorda barriärer, för att skydda kusten, " sa Rodriguez-Iturbe. "Men du kan inte skydda eller hantera, I detta fall, sanddyner och barriäröar om du inte först förstår dynamiken som äger rum."

I allmänhet, det finns två typer av högvattenhändelser längs kusten:naturkatastrofer som orkaner och tsunamier, som orsakar vågor som ödelägger strandlinjen, och mindre stormfloder, som inte orsakar storskaliga skador men ändå påverkar kustmiljön. Som Duran Vinent förklarade, det är dessa mindre, rutinhändelser som kontrollerar motståndskraften efter stormen hos sanddyner och barriäröar som spelar en nyckelroll för att skydda kustsamhällen genom att absorbera en del av påverkan från överspänningar.

"De här händelserna är inte riktigt starka nog att erodera en mogen dyn helt, men de är starka nog att hindra en från att växa i första hand efter en storm som eroderar sanddynerna och vegetationsekosystemet, " han sa.

Med det i åtanke, forskargruppen studerade först strukturen och egenskaperna hos sådana mindre högvattenhändelser från hela världen, använda boj och andra data för att beräkna egenskaper som strandhöjd, vågupplopp och vattennivå för att analysera dem.

Deras resultat var tvåfaldigt:för det första, de bekräftade att högvattenhändelserna inträffar slumpmässigt och utan samband med varandra. Sedan upptäckte teamet att högvattenhändelser runt om i världen delade samma allmänna egenskaper och hade samma typiska frekvens per år med en given intensitet när de mättes på strandnivå.

"Detta betyder att vi faktiskt kan säga något om den typiska storleken på dessa störande översvämningshändelser eller den typiska storleken och frekvensen av händelser som påverkar återhämtningen av kustmiljön, " sa Duran Vinent. "Oavsett plats, vi har en enhetlig beskrivning. Och detta förenklar arbetet mycket för beslutsfattare eller chefer eftersom de då inte behöver komplicerade beräkningar."

Teamet tog sin nyupptäckta information och använde den för att utveckla en modell som skulle bestämma höjden av en barriärö och, i sista hand, om en sanddyn skulle kunna lyckas eller inte. Dessutom, denna modell ger ett värdefullt verktyg för att återuppbygga kustlinjer som har brutits ner och försämrats över tiden, eftersom det ger ingenjörer ett sätt att se hur hög en sanddyn eller barriärö måste vara för att förhindra frekventa överspolningar och, Således, säkerställa ekosystemets överlevnad.

"Dynamiken mellan högvattenhändelser och barriäröarnas geomorfologi är komplicerad eftersom påverkan av varje högvattenhändelse beror på hur stora sanddynerna är, " sa Rodriguez-Iturbe.

"Och sedan medan dynen växer, du har dessa högvattenhändelser som slumpmässigt avbryter dess tillväxt, ", sa Duran Vinent. "Detta betyder att det finns en konkurrens mellan frekvensen av erosionshändelserna i högt vatten och hur snabbt dynen växer."

Denna tävling blev basen för deras analytiska ekvation utvecklad för att avgöra om en sanddyn skulle kunna lyckas eller inte, matematiskt kartlägga under vilka förhållanden en barriärö skulle vara motståndskraftig eller sårbar.

Sanddyner på barriäröar är oerhört viktiga, Duran Vinent förklarade, eftersom de förhindrar vattenhändelser från att bryta igenom ön och skyddar växtligheten på öns baksida från översvämningar, tillåter en mångsidig uppsättning växtlighet att växa som annars är intolerant mot havsvatten.