南海北部典型岛礁水动力过程的分布式声学传感观测与环境影响研究

岛礁水域复杂的水动力过程是塑造岛礁地形地貌的重要控制因素，也是制约岛礁工程建设与风险管控的关键科学问题，但传统观测手段难以在岛礁区域实现米级空间分辨率和秒级时间分辨率的连续观测。本研究利用分布式声学传感（DAS）技术，对南海宣德环礁赵述岛水域的水动力过程进行了高时空分辨率的观测与分析。通过时频分析和频率-波数分析等方法，揭示了DAS在岛礁水域记录的多频段信号及其时空变化特征，提出了不同频段信号与潮汐、风场和地形耦合作用驱动的水动力环境密切相关：（1）频率范围为0.1–0.6 Hz的信号视速度约为6 m s−1，符合典型的海表重力波特征，其能量随潮位变化呈现显著的周期性波动，具有从礁脊向潟湖方向逐渐衰减的空间梯度特征。（2）频率范围为2–10 Hz的信号能量具有与0.1–0.6 Hz信号相似的时间波动和空间梯度特征，推测其与礁坪表面的局部湍流过程有关。（3）频率范围为0.6–2 Hz的信号峰值频率表现出与潮汐变化负相关的波动规律，且该信号在风向转变后出现缺失，推测其与涡激振荡现象密切相关。（4）陆地阵列在建设区记录的信号强度高于沙滩区，反映出不同海岸类型对拍岸浪破碎过程的影响。（5）防波堤的海浪反射效应显著，估算其在高潮位时反射系数约为0.46–0.54，符合典型碎石防波堤的反射特征。本研究证实，DAS技术可在岛礁水动力过程高时空分辨率观测中发挥独特优势，为理解岛礁水动力环境产生机制提供了新的视角。成果不仅可用于评估防波堤与岛礁岸坡的稳定性，还能指导资源开发优化与生态保护策略的精准制定。