本文档属于类型a，即报告了一项原始研究。以下是针对该研究的学术报告：
本研究的主要作者包括John C. Warner、Brandy Armstrong、Ruoying He和Joseph B. Zambon。研究机构为美国地质调查局（US Geological Survey）的沿海与海洋地质项目（Coastal and Marine Geology Program）以及北卡罗来纳州立大学（North Carolina State University）的海洋、地球与大气科学系。该研究发表于2010年的期刊《Ocean Modelling》第35卷，页码为230-244。
本研究的主要科学领域为海洋建模（Ocean Modelling），特别是沿海过程的模拟与预测。沿海区域是自然与经济资源的重要载体，理解其变化过程对于资源管理至关重要。现有的科学理解表明，区域尺度的沿海过程研究能够为海岸带的演化提供重要见解。为此，研究团队开发了一个耦合的海洋-大气-波浪-沉积物传输（COAWST, Coupled Ocean–Atmosphere–Wave–Sediment Transport）建模系统，旨在更好地识别影响海岸线的主要过程及其对沿海变化的贡献。
COAWST建模系统由多个组件组成，包括海洋模型ROMS（Regional Ocean Modeling System）、大气模型WRF（Weather Research and Forecasting）、波浪模型SWAN（Simulating Waves Nearshore）以及沉积物传输模型CSTMS（Community Sediment Transport Modeling System）。这些模型通过模型耦合工具包（MCT, Model Coupling Toolkit）进行数据交换。研究团队在现有模型基础上进行了改进，包括大气模型与海洋、波浪模型的耦合，海洋模型和波浪模型中的单向网格细化（one-way grid refinement），以及在细化层次上的耦合。
在海洋模型ROMS中，研究团队实现了单向网格细化，即在主网格（parent grid）中定义特定区域为子网格（child grid），以提高分辨率。波浪模型SWAN中也采用了类似的网格细化方法，使父网格和子网格能够同时运行。此外，研究团队使用SCRI（Spherical Coordinate Remapping Interpolation）包进行不同模型之间的数据插值，以确保模型在不同网格上运行时的数据交换。
研究团队将COAWST建模系统应用于模拟2003年9月的飓风伊莎贝尔（Hurricane Isabel），以测试模型的敏感性。研究分为四种配置：（1）仅使用WRF模型；（2）WRF与ROMS耦合；（3）WRF与ROMS耦合，同时ROMS与SWAN耦合；（4）完全耦合系统，包括所有模型及沉积物传输模型。通过交换不同模型之间的预测变量，研究团队分析了耦合对飓风强度、海表温度（SST）、波浪高度及沉积物传输的影响。
研究结果显示，仅使用WRF模型时，飓风路径偏北，且强度过高。通过与ROMS耦合，海表温度（SST）的反馈使飓风路径更接近实际观测，但飓风强度有所降低。进一步加入波浪模型后，飓风路径继续南移，而完全耦合系统则使路径再次北偏。完全耦合系统的飓风强度最低，表明波浪对大气模型的反馈进一步降低了飓风强度。
与仅使用WRF模型相比，耦合系统显著改善了海表温度（SST）的模拟。波浪模型的加入增加了海洋表面的粗糙度，导致更强的混合和更低的SST。波浪高度的模拟结果显示，耦合系统能够更好地捕捉波浪的时空变化，但风速的降低导致波浪高度低于实际观测。
沉积物传输主要受底部应力的控制。波浪模型的加入显著增加了底部应力，特别是在飓风路径附近的浅水区域。完全耦合系统模拟了飓风期间整个美国东海岸的沉积物再悬浮和沉积过程，结果显示沉积物响应与波浪和底部应力的分布高度一致。
本研究开发的COAWST建模系统为沿海过程的模拟提供了强大的工具，特别是在飓风等极端天气事件中的应用。通过耦合海洋、大气、波浪和沉积物传输模型，研究团队能够更准确地模拟飓风的路径、强度及其对沿海环境的影响。研究结果揭示了波浪与海洋、大气之间的复杂相互作用，并为进一步改进模型提供了重要见解。
研究团队指出，当前的耦合系统仅交换预测变量，未来将开发一致的通量耦合器（consistent flux coupler），以进一步提高模型的精度。此外，研究还强调了波浪与海流相互作用对波浪高度的重要影响，特别是在强风条件下的波浪增长公式可能需要进一步优化。
通过本研究，COAWST建模系统为沿海资源管理和极端天气事件的预测提供了重要的科学工具，具有广泛的应用价值。