想象一下几年后的波士顿港。东波士顿绿道(East Boston Greenway)是一条绿树成荫的城市小径，不再停在码头一个街区外，而是延伸到海洋中。一条漂浮的半圆形步道在水面上划过弧形;骑自行车的人嗡嗡作响，行人沿着它漫步。
这不仅仅是一个充满活力的公园。真正的创新围绕着道路。在两侧，沼泽草从数百个6英尺宽的漂浮球体中伸出，由枯木和椰子纤维制成。摇曳的绿褐色地球是人造的，是骑在海洋之上的新湿地。
这是翡翠图图——一种抵御海平面上升的新海岸防御系统，由东北大学土木与环境工程教授朱莉娅·霍普金斯(Julia Hopkins)和其他研究人员构思。如果它奏效，它可以保护低洼的东波士顿免受气候变化造成的未来洪水的影响。
翡翠图图项目将霍普金斯和她的共同发明者置于增长趋势的前卫。在美国东海岸和墨西哥湾沿岸以及世界各地的其他海岸线上，基于自然的海平面上升解决方案，包括“生活海岸线”，在过去十年中越来越受欢迎。
工程师们正在切萨皮克湾设计和建造牡蛎礁，加固路易斯安那州的屏障岛，恢复湿地，以及(在墨西哥尤卡坦半岛等热带气候中)沿着海岸线种植红树林 - 所有这些都是为了吸收海浪和风暴潮。对于大型沿海城市和沿海小城镇来说，它们都是一个有吸引力的想法，因为它们正在寻找新的方法来阻止海洋。
如果做得好，基于自然的解决方案还可以带来其他环境效益，例如净化水。“如果你要做一个基于自然的解决方案，你不妨做一个改善自然环境的解决方案，”霍普金斯说。“如果你不在乎改善你的自然环境，你可以竖一堵墙。那会起作用。我们知道墙壁是如何工作的。
翡翠图图将比其他基于自然的沿海项目更进一步。它将是一个活的人工海岸线，保护真正的海岸线。
“我们试图考虑一种灵活、自然的解决方案，可以适应不断变化的气候，”霍普金斯说。“这是针对那些没有很多自然防御的海岸线。
东波士顿曾经有一条沼泽、柔软的海岸线，但这座城市建造了一条“硬”海岸线，洛根机场和伊斯特的港口码头现在就矗立在那里。
“芭蕾舞裙是一种在不实际恢复沼泽的情况下恢复沼泽的方法，”霍普金斯说。她说，漂浮的垫子将连接在一起。“单个垫子的密度和垫子之间的相互作用使它们能够在风暴通过时消散能量波，”她说。“他们正在减少到达海岸线的能源量，理想情况下，到达有人居住的地区。
新的漂浮沼泽也有助于使波士顿港的水域更健康。
“漂浮的湿地倾向于净化周围的水域，”霍普金斯说。“如果我们把它们从洛根周围的海岸线上放下来，我们是否可以吸收一些来自活跃机场的径流，并帮助净化港口一点?”
像翡翠图图这样基于自然的海岸防御背后的想法是提供海堤的新替代方案——不是它们的替代品，而是作为更大海岸防御系统一部分的补充。随着沿海城镇为海平面上升和气候变化带来的更极端风暴做准备，这一点很重要。
测量那场风暴
在霍普金斯大学位于东北大学斯内尔工程中心的办公室的大厅里，她的同事陈秦吉姆(Qin Jim Chen)也在研究基于自然的海岸防御。他不是发明家，而是测试人员。
陈寅恪研究气候变化已有数十年，他知道气候变化带来的危险日益增加。2004年，当他在阿拉巴马州莫比尔的一所大学担任教授时，他去了新奥尔良，发表了关于气候变化和淹没莫比尔的热带风暴的会议演讲。但当他准备发表演讲时，一场新的风暴出现了：预计飓风伊万将袭击墨西哥湾沿岸。会议被取消，陈加入了从新奥尔良到莫比尔的疏散——开车花了10个小时，而不是通常的两个小时。然后天气预报发生了变化——伊万现在的目标是莫比尔，而不是新奥尔良——所以陈不得不再次撤离，内陆的塔斯卡卢萨。
这不是陈与飓风的最后一次斗争。一年后，卡特里娜飓风在他家的屋顶上撕开了一个洞。
这些破坏性的风暴帮助激励了陈。多年来，他一直与墨西哥湾沿岸的科学家网络合作，建立传感器，测量飓风期间的潮汐，风和海浪。陈和他的合作者经常在暴风雨来临前几个小时安装仪表。
现在，他也在研究防御他们。陈正在与美国陆军工程兵团，美国地质调查局和国家鱼类和野生动物基金会合作，测量东海岸生活海岸线项目的有效性。
“我们知道湿地可以减少风暴潮，”陈说。但他说，直到最近，科学家们还没有工具来评估这种情况何时发生。现在，Chen的建模和分析正在为重建的湿地或牡蛎礁何时保护其背后的海岸提供新的见解。
沼泽草和牡蛎礁都可以抑制风吹拂的海浪和风暴潮。“牡蛎[珊瑚礁]和盐沼，如果它们生长，如果它们健康，它们将跟上海平面上升的步伐。但是，陈说，“我们发现有些项目是有效的，有些项目实际上并不有效。沉积物供应、水盐度和水温的差异有助于确定沼泽还是牡蛎礁的生长。
海岸线需要在金发姑娘区内生长
陈的工作中的一个见解是：为了消散波浪能，有生命的海岸线需要在金发姑娘区域内生长——不要太高或太矮，但恰到好处。“通常，你迫切需要把它建得很高，以减少波浪能，因为这就是我想保护海岸的方式，”他说，“但如果它太高，实际上，它超出了牡蛎的最佳生长区。它被淹没的频率不够高。湿地植被也是如此：“它可能太高，也可能太低，它将无法生存。
陈说，在路易斯安那州恢复湿地和牡蛎礁以吸收波浪能量“相当成功”。另一个成功的故事是钦科蒂格的牡蛎礁项目，陈补充说，他在那里进行了2019年的现场实验。在陈的项目照片中，由牡蛎制成的露头从海底冒出来，贝壳像郁金香一样伸向天空。在他们身后矗立着一片芦苇，沼泽海岸和一条略微凸起的沿海道路，两者都受到礁石的保护。
现在，Chen正在为工程师制定设计指南：他们如何才能最好地恢复湿地并将其与堤坝和堤坝等传统海岸防御相结合?在 2023 年 <> 月出版的《海岸工程》杂志上的一篇论文中，Chen及其同事提出了一个测量植被阻力系数的统一公式：衡量盐沼草减缓波浪流动的不同程度。“工程师可以使用这个[公式]，不管你有什么植被，”陈说。“是非常灵活的植被还是非常僵硬的植被?只要你知道它们有多硬，那么我们实际上可以使用这个单一的公式。
到目前为止，大多数生活海岸线项目都是小规模的，保护马里兰州和弗吉尼亚州切萨皮克湾沿岸等地的较小社区。Chen正在与马萨诸塞州的马什菲尔德镇和纽约长岛的Shinnecock部落国家合作，为他们的海岸设计基于自然的解决方案。
在新奥尔良地区，湿地项目和屏障岛的恢复现在在保护城市方面发挥着作用，尽管高大的堤坝仍然是新月城的主要防御。陈说，对于城市来说，下一步是使用基于自然的解决方案作为低洼地区海岸线防御的一部分——波士顿已经在计划这样做了。他认为这可能包括他同事的翡翠图图项目，该项目迄今为止给他留下了深刻的印象。
“这是个好主意，”陈说。“这当然是创新的，特别是对波士顿来说，因为我们这里有这些大潮。漂浮装置可以随着潮汐移动。他期待霍普金斯大学和她的合作者进行试点演示，以证明它是有效的。“它有很大的潜力。”
翡翠图图将保护海岸线
2021 年，霍普金斯大学在俄勒冈州的一个波浪池中测试了翡翠图图的原型沼泽草垫。去年，她和她的同事们在东波士顿和马萨诸塞州的塞勒姆各部署了一个芭蕾舞裙垫。今年夏天，他们计划启动一项更大的测试：在一个互锁的网络中放置几个沼泽垫，看看它们是否按照设计耗散波浪能。“它们真的能防止洪水吗?如果是，那是什么机制?”霍普金斯说。她说，目标是“设计数值模型，可以模拟许多不同类型的海岸线上的大量这些东西。
霍普金斯大学的团队几年前开发了翡翠图图的想法，以响应保护东波士顿免受风暴潮的想法的呼吁。大多数西班牙裔社区是波士顿最容易发生洪水的地区之一，由于气候变化导致世界海平面上升，该地区处于危险之中。
陈说，没有一个美国城市有一个成熟的、资助的计划来抵御海平面上升，但波士顿比大多数城市走得更远。其气候准备波士顿的努力包括东波士顿和该市其他高危社区的沿海复原力计划：多切斯特、查尔斯敦、南波士顿、北端和市中心。绘图板上的项目包括一项关于可能提升东波士顿贝尔岛沼泽部分地区的研究。
翡翠图图(Emerald Tutu)旨在缓冲海岸上更硬、更工业化的部分，但尚未在波士顿的计划中;霍普金斯和她的合作伙伴正在努力为这个想法建立社区支持。但他们在设计时考虑到了波士顿;翡翠图图这个名字是对弗雷德里克·劳·奥姆斯特德设计的公园和公园大道的翡翠项链的致敬。
“我不认为翡翠图图会在任何地方工作，”霍普金斯说。“我认为它可以在缅因州，波士顿和纽约市这样的地方工作 - 要么有岩石露头海岸，要么有小海滩，要么曾经有沼泽的地方，然后我们只是把东西放在沼泽上。