Morphodynamic coastal evolution in a changing climate

Abstract

RESUMEN: Esta tesis propone nuevas metodologías y modelos para la evaluación de los impactos en el sistema costero integrando diferentes escalas espaciales y temporales de variabilidad en respuesta a variaciones climáticas a escala regional (cuenca oceánica). En primer lugar, presentamos un marco general para simular y reducir la dimensionalidad de los forzamientos de oleaje para su uso en modelos morfodinámicos teniendo en cuenta la variabilidad climática. A continuación, definimos un nuevo modelo de ``downscaling estadístico'' para estimar el clima de oleaje a partir de campos de presión atmosférica a nivel del mar, teniendo en cuenta la relación espacio-temporal y, por lo tanto, representando las familias de oleaje. Después, proponemos una metodología híbrida para proyectar la variabilidad climática observada (o futura) a nivel regional en el clima de oleaje local y con ello en la respuesta asociada del sistema costero, e investigamos los cambios en las formas de gran escala presentes en la costa de North y South Carolina (EE.UU.) desde 1870 hasta la actualidad. Finalmente, presentamos un modelo de evolución de línea de costa y erosión de duna teniendo en cuenta procesos longitudinales y de perfil en múltiples escalas de variabilidad temporal, incorporando el efecto del oleaje y el nivel del mar.

ABSTRACT: This thesis proposes new methodologies and models for coastal hazard assessment integrating several spatial and temporal scales of variability in response to climate shifts at ocean-basin-scale. First, we introduce a general framework for simulating and reducing dimensionality of wave-driver inputs to morphodynamic models accounting for the climate variability. Next, we define a statistical downscaling model of atmospheric fields to local wave conditions tracking the spatiotemporal relationship and thus accounting for the wave families. Then, we propose a computationally efficient way (combining statistical, data mining and dynamic modeling techniques) to downscale from ocean-basin-scale meteorological climate to the nearshore wave and wind climate affecting any particular coastline, and we investigate shifts in the Carolina's (USA) coastline shape since 1870. Finally, we present a shoreline change - dune erosion model for coastal planning and adaptation accounting for coupled longshore and crosshore processes at different time scales, including seasonal, sequencing and clustering of storm events, and interannual and decadal oscillations of various sorts by incorporating the effects of integrated varying wave action and water levels.