近十年我国海平面变化研究进展
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2019年我国各海区沿海海平面变化2019 年,渤海、黄海、东海和南海沿海海平面较常年分别高74毫米、48 毫米、88毫米和 77 毫米,东海沿海海平面偏高最明显。
与 2018 年相比,各海区沿海海平面均上升,其中东海升幅最大,为 38 毫米(图 1)。
图1 2019 年中国各海区沿海海平面变化一、渤海沿海1980-2019 年,渤海沿海海平面上升速率为 3.7 毫米/年。
2019 年,渤海沿海海平面较常年高 74 毫米,比 2018 年高 19 毫米。
预计未来 30 年,渤海沿海海平面将上升 55~180 毫米。
2019 年,渤海沿海 1 月和 3 月海平面均为 1980 年以来同期第三高,较常年同期分别高 118 毫米和 96 毫米;与 2018 年同期相比,1 月和 10 月海平面分别上升 116 毫米和93 毫米,8 月海平面下降 78 毫米(图 2)。
图2 2019 年渤海沿海月平均海平面变化二、黄海沿海1980-2019 年,黄海沿海海平面上升速率为 3.2 毫米/年。
2019 年,黄海沿海海平面较常年高 48 毫米,比 2018 年高 20 毫米。
预计未来 30 年,黄海沿海海平面将上升 50~180 毫米。
2019 年,黄海沿海 1 月海平面为 1980 年以来同期第三高,较常年同期高 86 毫米;与 2018 年同期相比,1 月和 10 月海平面分别上升 111 毫米和 103 毫米,8 月海平面下降 82 毫米(图 3)。
2图3 2019 年黄海沿海月平均海平面变化(三)东海沿海1980-2019 年,东海沿海海平面上升速率为 3.3 毫米/年。
2019 年,东海沿海海平面较常年高 88 毫米,比 2018 年高 38 毫米。
预计未来 30 年,东海沿海海平面将上升 45~170 毫米。
2019 年,东海沿海 2 月和 4 月海平面较常年同期分别高 92 毫米和 99 毫米分别为1980 年以来同期第二高和第三高。
海平面多年变化的研究方法
海平面多年变化的研究方法主要有以下几种:
(1)海水位观测。
利用潮汐观测站、潮位观测站和潮汐预报站等设施,对当地潮汐情况进行定期观测,从而获得海平面的变化趋势。
(2)卫星遥感。
利用卫星遥感技术,通过对海面影像的解译,可以大致了解海平面的变化情况。
(3)洋底地貌调查。
通过海底地形图的形态学分析,可以推断出海平面的变化趋势。
(4)水文化模拟。
通过水文模型模拟,可以分析海平面变化的原因以及预测海平面变化的趋势。
(5)地球物理方法。
通过海洋地球物理手段,如测深、测温、测声等,可以获得海水深度和温度等信息,进而推断出海平面的变化趋势。
常乐,孙文科. 2021. 全球及中国近海海平面变化趋势研究进展及展望. 地球与行星物理论评,52(3):266-279. doi :10.19975/j.dqyxx.2020-028Chang L, Sun W K. 2021. Progress and prospect of sea level changes of global and China nearby seas. Reviews of Geophysics and Planetary Physics,52(3): 266-279. doi:10.19975/j.dqyxx.2020-028全球及中国近海海平面变化趋势研究进展及展望常 乐1,2,孙文科2*1 山东科技大学测绘科学与工程学院,山东青岛 2665902 中国科学院大学地球与行星科学学院,北京 100049摘要:海平面变化是全球气候系统变化的一个组成部分,是环境变化的重要指标,也会影响沿海区域及岛屿的生态环境甚至存亡. 全球海平面变化由海水质量变化和比容海平面变化构成. 海水质量变化主要是由于两极冰盖和高山区的冰川融化流入海洋所致;比容海平面变化是由海水的温度和盐度变化所引起的,其中温度变化是最主要的因素. 本文介绍了海平面变化各种监测技术的发展过程,并对海平面变化的研究现状进行了总结. 所有研究成果均表明,近100多年以来,全球海平面一直处于上升态势;近几十年以来,海平面呈现加快上升并且越来越快的趋势. 目前仍然存在一些问题:人们还没有完全掌握海平面变化规律,对未来海平面变化预测有较大不确定性;深海缺乏实测数据;厄尔尼诺—南方涛动(ENSO )的变化规律以及对海平面的影响;GRACE 陆地与海洋信号无法完全分离以及GRACE 与GRACE-FO 之间的一致性分析等. 这些问题都需要进一步开展研究.关键词:全球海平面;海水质量;比容海平面;GRACEdoi :10.19975/j.dqyxx.2020-028 中图分类号:P229 文献标识码:AProgress and prospect of sea level changes of global and China nearby seasChang Le 1,2, Sun Wenke 2*1 College of Geodesy and Geomatics, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, China2 Key Laboratory of Computational Geodynamics, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, ChinaAbstract : Sea level change is a part of global climate system change. It is an important indicator of environ-mental change and affects the ecological environment of coastal areas and islands. Global sea level change is com-posed of sea water mass change and steric sea level change. The change of sea water mass is mainly caused by the water produced by melting of polar ice sheets and glaciers in high mountain areas flowing into the ocean; the steric sea level change is caused by the change of sea water temperature and salinity, while the temperature variation is the most important factor. The study of sea level change is of great significance to science and society. For a long time, scientists have paid close attention to this issue, carried out a lot of research and made important progresses.This paper describes the development of various monitoring technologies for the sea level change and summarizes the research status of sea level change. All the research results shown that the global mean sea level has been rising for more than 100 years. In recent decades, the sea level has been rising faster and faster. There are still some prob-lems, including (1) people have not fully understand the law of sea level change and there is a great uncertainty in收稿日期:2020−12−27;录用日期:2021−02−05基金项目:国家自然科学基金资助项目(41974093, 41774088, 41331066, 41474059);中国科学院重点部署资助项目(QYZDY-SSW-SYS003)Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 41974093, 41774088, 41331066, and 41474059) and the Key Research Program of Frontier Sciences Chinese Academy of Sciences (Grant No. QYZDY-SSW-SYS003)第一作者:常乐(1991-),男,讲师,主要从事海平面变化及卫星重力应用的研究. E-mail :**********************通讯作者:孙文科,男,教授,博士生导师,主要从事地震位错理论及应用、重力变化的观测与解释、重力卫星GRACE 的应用研究. E-mail :************.cn第 52 卷 第 3 期地球与行星物理论评Vol.52 No.32021 年 5 月Reviews of Geophysics and Planetary PhysicsMay, 2021the prediction of future sea level change; (2) measured data in deep sea are not enough; the law of ENSO and its impact on sea level is still not clear; (3) land and ocean signals in GRACE cannot be completely separated and the consistency analysis between GRACE and GRACE-FO needs to be developed. These problems need to be further studied.Key words: global sea level; seawater mass; steric sea level; GRACE0 引 言海平面变化是全球气候和环境变化的重要指标之一,受人类活动和自然因素的影响,同时又对人类的生产生活产生重要的影响,特别是沿海区域.由于沿海区域土地肥沃、交通方便、沿海和深海渔业发达以及更多娱乐休闲设施,吸引了全球数亿人前往沿海地区生活. 此外,众多的人口生活在海拔只有几米的岛屿上,而且世界上许多数百万人口的大城市坐落在沿海地区,与此同时,许多国家在沿海城市建设了重要的基础设施. 全球海平面上升及其对沿海区域的影响是全球气候变化的后果之一,对沿海区域的环境、经济和社会可能会产生很大的影响(Church et al., 2013),是人类在21世纪面临的重大挑战. 我国许多城市和人口集中在东部沿海地区,特别是在黄河、长江和珠江三角洲区域,这里是我国的政治、经济和文化的重要战略区域. 海平面的上升将带来严重的自然灾害,直接影响到我国经济的正常发展和人们的正常生活.自1990年以来,联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)先后发布了五次工作报告,均对海平面变化问题进行了描述,强调了海平面变化研究的重要性. 在1990年IPCC第一次报告中指出,在过去的100年里,海平面平均上升速率为1.0~2.0 mm/a,表明海平面上升速度并不明显(Warrick and Oerlemans, 1990). IPCC第二次工作报告指出,在过去的100年里,全球平均海平面上升了10~25 cm,这比第一次报告给出的范围更大,并指出全球平均温度上升可能是海平面上升的最大因素(Warrick et al., 1996). IPCC第三次工作报告预测21世纪全球平均温度会引起海平面变化加速上升(Church et al., 2001). 在2007年IPCC第四次报告最终确定20世纪海平面上升速率为1.7 mm/a (Bindoff et al., 2007). 1993年以后,卫星测高的出现增加了海平面的观测手段. IPCC第五次报告指出,1993~2010年海平面上升速率为3.2 mm/a,与海水温度和陆地冰川融化的贡献之和相等,到20世纪末海平面将会上升0.52~0.98 m(Church et al., 2013). 全球温度变化是影响海平面变化最主要的因素,它会影响海水体积的膨胀速率以及冰川的融化速率,进而影响海平面的变化速率,说明全球气候变化与海平面变化具有正相关性. 2016年签订的《巴黎协定》中给出的长期目标是将全球平均气温较工业化时期上升幅度控制在2 ℃以内,并努力将温度上升幅度限制在1.5 ℃以内(Agreement, 2016).目前陆地淹没、生态系统改变和侵蚀要比盐渍化和不断上升的水位受到更多的关注(Church et al., 2010). 随着海平面的上升,海水污染陆地淡水(Hay and Mimura, 2005). 沿海区域不断地出现湿地丧失,需要不断的调整来应对更高的海平面(Gardiner et al., 2007)、陆地盐度增加、海滩和较软的悬崖被侵蚀和海水流入地下水中(Ranjan et al., 2006)等长期影响. 平均海平面的上升也会导致极端水位现象发生的频率增加(Araújo and Pugh, 2008),比如飓风携带大量海水到陆地等. 目前全球有超过2亿人居住的区域容易受到极端水位的影响(Mimura, 2001). 由于向沿海区域迁移的人口数不断增加,到2080年沿海生活人口总数将会上升到8亿(Nicholls, 2004). 海平面上升导致中国淹没范围最大的可能是江苏和上海等长三角地区(高超等,2019).海平面高度的定义分为两种:一种是相对于固体地球表面的相对海平面;另一种是相对于椭球参考系的绝对海平面. 验潮站固定在固体地球表面,测量的是海平面相对于固体地球的变化,称为相对海平面. 卫星测高得到的是相对于椭球参考系海平面高度,称为绝对海平面. 海平面变化的原因有很多:海水温度和盐度变化会引起海水体积的变化、冰川和冰盖的融化、地下水的开采、水利水坝的修建、海水的蒸发与渗透、海洋环流和大气压力的变化、全球冰川均衡调整(Glacial Isostatic Adjustment, GIA)、板块运动和沉积等都会影响区域和全球平均海平面的变化. 综合上述影响因素,可以归纳为两种形式:海水体积变化引起的比容海第 52 卷 第 3 期常乐,等:全球及中国近海海平面变化趋势研究进展及展望• 267 •平面变化及海水质量变化引起的海平面变化(Cazenave and Nerem, 2004). 定量研究全球及区域海平面变化,揭示海平面变化规律和特征,探索影响海平面变化的因素,对于理解和认知海平面变化机理及其对人类社会的影响,都具有重要的科学意义和社会应用价值.1 海平面变化监测技术与研究方法发展概述1.1 验潮站观测验潮站的相应设备是观测海平面及其变化的最早的观测手段. 第一次很重要的发展是罗伯特马里在皇家学会哲学学报上发表的一篇文章(Moray, 1665),在文章中他建议使用固定的水井来精确测量海平面的高度. 固定的水井是一个垂直的管,在其底部有一个小孔,管里的水面高度与外面的高度是相同的. 管子上的小孔起着一个低通滤波器的作用,消除了高频运动的影响,从而可以得到一个相对平静的水面高度. 直到1830年代,自动记录水面高度的仪器才产生. 这种仪器仍然使用固定的水井,井内有一个浮标,浮标上连接了一个带滑轮的笔,这样记录笔就可以随着潮起潮落而上下移动,从而可以在旋转的纸上绘制潮汐水位高度变化曲线,纸的旋转速度是根据一个精确的时钟而设定的. 因此可以记录一个连续的随时间变化的相对海平面高度. 到19世纪末,类似的仪器已经安装在世界各地的港口,并且这种技术一直应用到20世纪下半叶,从而提供了一系列的相对海平面观测资料,目前仍有很多科学家在使用这种数据(Woodworth and Monmonier, 2015). 在过去的几十年里,有许多这样的仪器已经被基于压力、声学和雷达的设备所取代,它们不需要固定的水井. 验潮站资料成为了海平面高度测量的基本数据来源,是海平面变化研究的首要资料,为海平面的确定、高程基准的建立和气候变化的研究提供了支持,至今验潮站的测量已经有很长的历史. 目前全球有超过2 000个验潮站,它们采集数据的时间序列长度也各有不同,从几十年到几百年不等. 全球海平面观测系统的组成部分就是由290个验潮站组成的全球核心网,这些验潮站都进行了长期的气候变化与海平面监测. 全球海平面观测系统的目标是建立一个高质量的全球和区域的海平面观测网,用于气候、海洋和区域海平面变化的研究.1.2 卫星测高卫星测高技术是研究海洋面变化的极其重要的观测手段. 它的潜在价值在1969年的威廉斯敦讨论会上首次被高度重视. 卫星测高以卫星作为载体,借助微波和电子、激光以及空间等高新技术来测量全球海平面高度,使得人们对全球海平面有了全面的认识(Fu and Cazenave, 2000). 50多年来,卫星测高技术经历了试验、改进和完善的过程,技术和性能也逐渐成熟,测量精度也由最初的米级到现在的厘米级,分辨率由最初的百千米到现在的几千米,观测对象由最初的海洋扩展到冰面和陆地沙漠等全球区域. 卫星测高可以在全球范围内,特别是海洋区域,全天候的重复、准确地观测并提供连续观测数据,使我们可以系统地进行相关研究工作,从而改变了人们对地球的认知和理解.卫星测高原理很简单:卫星上搭载的雷达高度计向海面发射雷达辐射微波,当微波到达海面后,部分会被海面反射到卫星上的接收器. 根据微波在海面和卫星之间的传播时间及传播速度,卫星到瞬时海平面的距离就可以计算出来. 人们感兴趣的海平面到固定参考表面的几何距离,传统的固定参考表面是参考椭球体. 这个距离可以由卫星到参考椭球面的距离与微波传播距离之差求得. 为了得到高精度的测量结果,整个测量过程中的影响因素必须充分地考虑,严格地改正. 首先是仪器的误差:质心改正、跟踪系统偏差、波形样本放大校准偏差、时间标志偏差、天线采样模式误差、多普勒频移和振荡器漂移等误差;其次是传播过程中的误差:大气介质误差、电离层改正、干对流层改正、湿对流层改正、电磁偏差及液态水测量改正等;最后是固体地球物理模型改正误差:海潮改正、固体潮改正、反气压改正及海潮负荷改正等.1.3 海水温度/盐度测量海洋表层以下的探索开始于19世纪,在1873年开始了全球范围的温度/盐度探测. 最初的测量方法是将压力保护温度计悬挂在由蒸汽动力绞车降下的电缆上. 在1930年代,可扩展深海温度计(Expen-dable Bathythermograph, XBT)处于开始研发阶段(Shor and Rand, 1978). 由于发明了XBT,研究船进行观测的效率得到了提高. 随着XBT的出现,• 268 •地球与行星物理论评2021 年对海洋上层温度进行系统和定期的观测成为了可能. XBT的独特之处在于它可以部署在任何类型的船舶上,包括正在航行中的商船. 因此,XBT技术使得在任何有船舶航行的地方收集温度剖面成为可能. 更进一步,科学家们开始设计一个监测网来研究大规模海洋气候变化. 在1990年代,全世界每年大约部署70 000个XBT,许多跨洋的商业航运路线都安装了仪器,其测量的剖面在全球分布也有了改善. 然而,在南大洋仍有大片未观测采样的区域,整个南半球的采样比北半球少. XBT的局限性在于它的观测深度范围小,缺乏盐度测量,以及在时间与深度转换上的不确定性大. 研究船水文考察的顶峰是在1991~1997年实施的世界海洋环流试验(World Ocean Circulation Experiment, WOCE). WOCE对从表层到海底的温度、盐度剖面和地球化学示踪剂进行了全球调查.WOCE不仅对全球海洋进行测量,它还开发了未来海洋观测的新技术,特别是包括自动剖面浮标(Davis et al., 2001),它后来成为全球浮标阵列Argo(Array for real-time geostrophic oceanography)计划的基础. 在1997年WOCE的讨论中,提出了建立一个全球3 200个剖面浮标阵列的观测计划.经过多国的努力,Argo浮标在1999年底开始部署. Argo是一个国际合作项目,利用电池驱动的自动浮标从2 000 m以上的全球无冰和中等深度的海洋中收集高质量的温度和盐度数据. 到2005年,已经基本实现全球覆盖;2007年才达到预期目标,即全球有大约3 200个浮标组成的阵列每年提供了10万个温度与盐度剖面和海流速度测量数据,以平均3°的空间间隔分布在全球海洋上. Argo观测深度为2 000 m,每10天提供一组观测数据. Argo建立在其他上层海洋观测网络的基础上,在空间和时间上扩展了原有网络的覆盖范围,扩大了它们的深度范围和精度,并通过增加盐度和速度测量来增强观测网. 不同于其他上层海洋观测网络,Argo实现了定期观测.Argo浮标的工作原理:首先浮标在海平面上向卫星传送数据,大约需要6~12小时;然后下降到等密度层,大约1 000 m左右,在这个等密度层漂流大约9天;然后下沉到2 000 m左右的深度开始准备数据采集,浮标在上升的过程中采集海水的温度和盐度数据,6小时左右可以到达海表面,然后再向卫星传送数据. 这样就完成了一个周期测量,大约需要10天左右.1.4 重力卫星重力卫星也是海洋面及其变化的重要观测手段之一. 经过了30多年的理论研究、技术设计和试验,重力卫星计划得以实施,主要的卫星项目有CHAMP(Challenging Mini-satellite Payload)、GRACE(Gravity Recovery And Climate Experiment)和GOCE(Gravity field and stead-state Ocean Circulation Explore). CHAMP是由德国研制的世界上首颗采用高低卫星测距跟踪SST-HL(High Low, HL)技术的重力卫星,它是重力卫星的开拓者. GRACE采用的是低低结合高低卫星测距跟踪SST-LL/HL技术,可以高精度地探测地球重力场的中长波信号及其时变信息. GOCE是首颗搭载重力梯度仪(Spanceborne Gravity Gradiometry, SGG)的重力卫星,它采用SST-HL/SGG技术,可以探测到地球重力场的中短波信息. 重力卫星在地球科学中的应用广泛而且深远,尤其是在固体地球物理学、海洋学以及大地测量学等领域中带来了前所未有的影响. 重力卫星提供的重力场模型和大地水准面模型,可以为地球内部物理现象提供新的解释,包括结合岩石圈变形、上地幔流变和板块俯冲等地球动力学问题;首次给出精确的海洋大地水准面,为研究绝对海洋环流和热传送提供基础;估算极地冰质量变化;提供了一个更好的全球统一高程参考系统. 目前我们主要使用GRACE数据解算的全球时变重力场模型来研究地球上的质量迁移问题(Wahr et al., 1998; Fu and Cazenave, 2000; Tapley et al., 2004),也可以用于估计海水质量变化(Caze-nave and Chen, 2010; Chen et al., 2013).自从GRACE成功发射以来就得到了广泛的应用:(1)陆地水储量. 利用GRACE解算的时变重力场估算全球、区域和流域等各种较大尺度的陆地水储量变化,例如,亚马逊流域的水储量发生了较大的变化(Syed et al., 2008; Chen et al., 2010)、华北平原地下水有较大亏损(Feng et al., 2013)、印度的地下水严重亏损(Rodell et al., 2009; Tiwari et al., 2009)、加州地下水有较大的亏损(Famiglietti et al., 2011)、两河流域地下水发生亏损(Joodaki et al., 2014). 这些变化都通过GRACE观测数据得到了前所未有的估计和解释.(2)冰川质量变化.冰川质量变化直接影响到海平面的变化,它与气候变化息息相关. 2003~2009年全球高山冰川的加速融化,对全球海平面的贡献为0.73±0.10 mm/a第 52 卷 第 3 期常乐,等:全球及中国近海海平面变化趋势研究进展及展望• 269 •(Matsuo et al., 2010);2002~2005年阿拉斯加冰川融化速率为101±22 Gt/a(Chen et al., 2006). 2003~2014年全球陆地水和冰川对海平面贡献为2.09±0.54 mm/a(冯贵平等,2018).(3)同震/震后重力变化. GRACE 可以检测到大型俯冲型地震的同震及震后重力场变化. GRACE 相继检测到了2004年苏门答腊地震(M W9.3)(Han et al., 2006)、2010年智利地震(M W8.8)(Heki and Matsuo, 2010; 周新等, 2011)以及2011年日本东北大地震(M W9.0)(Cambiotti et al., 2011)的同震/震后重力和大地水准面变化,为反演地震断层滑动分布以及解释地震变形开辟了新的研究途径.1.5 研究方法的发展随着科学技术的发展,研究海平面变化的方法也不断进步. 1990年代以前,验潮站是唯一可以测量海平面变化的方法,数据相对较少,且无法测量非沿海区域的变化. 1990年代以后,卫星测高的出现使全球海平面观测成为了可能,使人们能够更全面更详细地了解海平面的变化规律. GRACE重力卫星的出现使海水质量变化的研究成为了可能,可以从物理的角度了解海平面变化的构成因素. 全球海洋质量变化可以用GRACE来直接估算. 由于在沿海区域受到陆地信号的影响,所以对海水质量变化的计算有不同的处理方式. 一种方式是去除靠近陆地300 km或者500 km以内的数据(Johnson and Chambers, 2013);另一种是利用正演模型(Chen et al., 2013). Argo浮标出现以后又可以使我们可以了解海水的温度和盐度的变化,进而掌握其对海平面的影响. 现在主要有两种途径可以研究全球海平面变化(重力卫星加上盐温;测高),同时这两种方法可以相互检核,相互验证. 一方面,观测技术带动了研究方法的进步;另一方面,研究方法的进步也推进了观测技术的进步.2 海平面变化研究进展2.1 总体海平面变化验潮站资料的时间序列较长,但是自身也存在较多缺点. 首先,验潮站只能分布在大陆边缘沿海地区和岛屿附近,没有远海的观测数据,使全球海平面变化的估计和预测与真实的海平面存在一定的偏差. 其次,验潮站得到的海平面数据是以固定在陆地上的水准点为基准,基准点又会受到地壳垂直运动的影响(于宜法,2004;吴涛等,2006),从而得到的是相对海平面的高度. 另外,不均匀的空间覆盖也是全球平均海平面计算所面临的重大挑战.直到1990年代,大多数基于验潮站数据计算的全球平均海平面变化估算都是基于一小部分站点数据的线性趋势平均出来的(Douglas, 1991; Peltier and Tushingham, 1991). 这样计算最大的误差是每个站点的陆地垂直运动没有进行改正,之后这种改正也仅考虑了冰川均衡调整(GIA)模型(Peltier, 2001). Wahr等(2000)利用1900~1979年84个验潮站的数据估计了平均海平面的上升速率为1.7±0.4 mm/a. Miller和Douglas(2004)利用9个验潮站的数据计算了20世纪全球平均海平面的上升速率为1.5~2 mm/a. 后来一些学者试图利用“重建”技术来推算全球平均海平面变化(Church et al., 2004; Church and White, 2006),该重建技术是利用自1993年以来的卫星测高数据确定的海洋面高变化率的经验正交函数作为基础函数. IPCC(2007)对前人的研究成果也进行了总结,并达成共识,即在过去的一个世纪或者半个世纪海平面上升速率大约为1.7 mm/a(Church et al., 2004; Holgate and Woodworth, 2004; Church and White, 2006).海平面变化并不是平稳不变的,从一些较长的验潮站数据就可以看到从19~20世纪的海平面是加速上升的. Church和White(2006)利用1870~2001年的数据得到全球海平上升的加速度为0.013±0.006 mm/a2,且主要的加速发生在20世纪上半叶. Woodworth等(2009)利用验潮站数据对19~20世纪全球平均海平面加速给出了详细的讨论,发现较大的速率发生在1930年以后的几十年和1980年代以后,较小的速率发生在1960年代. 对于这种速率的变化,Merrifield等(2009)认为其中一些变化可能是由于验潮站的空间采样限制造成的. Church和White(2011)利用验潮站数据计算了全球海平面的变化:1880~1935年为1.1±0.7 mm/a,1936~2009年为 1.8±0.3 mm/a,1993~2009年为2.8±0.8 mm/a. 目前一些验潮站配备了GPS观测,从而可以精确地测定陆地的垂直位移,为验潮站数据提供了有效的改正.自1992年海洋测高卫星发射以后,对全球平均海平面进行可靠的估算成为了可能. 利用高精度• 270 •地球与行星物理论评2021 年的卫星测高数据得到1990年代以后全球平均海平面上升速率平均大约为3 mm/a(Legeais et al., 2018; Nerem et al., 2018),加速度约为0.084±0.025 mm/a2(Nerem et al., 2018). 然而对区域海平面变化而言,变化速率和加速度可能与全球估计有很大差别,某些地区海平面变化的速率最高可达全球平均海平面的4倍(Palanisamy et al., 2015; Hamlington et al., 2016; Royston et al., 2018). 目前有几家机构提供全球平均海平面变化时间序列,它们在处理测高数据的时候采用了不同的处理方式.最重要的区别是各种地球物理校正,如大气传播延迟、海洋状态偏差、海洋潮汐和海洋对大气压和风的响应. 总的来说,各机构计算的全球平均海平面的长期变化趋势吻合较好,差别在0.2 mm/a以内,误差主要来自对流层矫正的不确定性,10年期间仪器漂移不确定度范围为0.2~0.3 mm/a(Legeais et al., 2018). 在卫星测高前10年的不确定性较大,Topex-Poseidon(T/P)测量在气候尺度上显示出较大的误差,例如,在没有GRACE数据的情况下计算重力场解,使得轨道解的不确定性大大增加. 由于TOPEX-A测高仪的零点漂移,前6年结果误差最大. 最近,通过将卫星测高数据计算全球平均海平面变化与验潮站测量的数据相比较,再次确认了这种零点漂移的误差(Watson et al., 2015; Ablain et al., 2017; Chen et al., 2017). 在最近的一项研究中,Beckley等(2017)认为这种误差是由于机载校准参数不正确造成的. 据估算,TOPEX-A的漂移改正接近1.5 mm/a,不确定度为±0.5~±1.0 mm/a (Watson et al., 2015; Chen et al., 2017; Dieng et al., 2017).本文采用目前四家机构提供的最新的测高数据计算了最近20多年的平均海平面变化. 这四家机构分别为:NASA(National Aeronautics and Space Administration)、CSIRO(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization)、AVISO (Archiving, Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic)、NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration),其海洋测高数据的时间跨度为1993年1月至2019年10月. 利用上述各种观测数据和数据处理方法,我们计算了全球海平面变化,其结果在图1中给出. 结果表明,全球平均海平面在1993~2019年的上升速率约为图 1 全球平均海平面变化时间序列及不同时段上升速率Fig. 1 Global mean sea level change time series and rising rate in different periods第 52 卷 第 3 期常乐,等:全球及中国近海海平面变化趋势研究进展及展望• 271 •。
北冰洋海平面变化的观测和研究现状
北冰洋海平面变化的观测和研究是一个十分重要的课题。
近几十年,人们对北冰洋海平面变化的观测和研究已取得一定的成绩,明确了海平面的变化趋势。
1970年代,在全球海平面上及众多沿海地区都观测到海平面
升高的趋势,其中北冰洋海平面也有类似的升高趋势。
这一发现令人们意识到,全球变暖在不断改变北冰洋海平面变化趋势,对沿海地区造成很大的威胁。
近几年,科学家们开展了一系列深入的观测和研究,细致记录了近期北冰洋海平面变化的状况,发现北冰洋海平面不仅在近些时年符合全球变暖的概念,而且年复一年变得更高,其速度比过去更加明显。
研究还发现,北冰洋海平面变化同受暖化影响的地域有一定联系,因此,通过开展详细的海平面变化研究,可以更好地了解受暖化影响的地域,更有效地制定保护受一定影响的地域的政策。
综上,观测和研究北冰洋海平面变化十分重要,它可以帮助我们了解沿海地区受暖化影响的程度,为更好地制定保护措施提供科学支撑。
中国海平面变化情况及发展建议分析海平面是海的平均高度。
指在某一时刻假设没有潮汐、波浪、海涌或其他扰动因素引起的海面波动,海洋所能保持的水平面。
一、沿海海平面变化中国沿海海平面变化总体呈波动上升趋势。
1980-2020年,中国沿海海平面上升速率为3.4毫米/年。
2020年,中国沿海海平面较常年高73毫米,比2019年略高,为1980年以来第三高。
2020年,渤海、黄海、东海和南海沿海海平面较常年分别高86毫米、60毫米、79毫米和68毫米,渤海沿海海平面偏高最明显。
与2019年相比,中国沿海海平面总体略有上升,其中渤海和黄海沿海海平面均上升12毫米,东海和南海沿海海平面均下降9毫米。
1980-2020年,渤海沿海海平面上升速率为 3.6毫米/年;黄海沿海海平面上升速率为3.2毫米/年;东海沿海海平面上升速率为3.4毫米/年;南海沿海海平面上升速率为3.5毫米/年。
浙江沿海海平面偏高明显,较常年分别高88毫米、98毫米、85毫米和88毫米;江苏和广东沿海次之,海平面较常年分别高74毫米和71毫米;福建和广西沿海海平面较常年分别高58毫米和51毫米。
二、海平面与气候变化全球海平面上升主要由气候变暖导致的海水增温膨胀、陆地冰川和极地冰盖融化等因素造成。
全球平均海平面加速上升,1993-2020年上升速率为 3.3毫米/年,中国沿海海平面上升速率为3.9毫米/年,高于全球平均水平。
在全球变暖背景下,中国沿海海温和气温升高,气压降低,海平面上升。
1980-2020年,中国沿海海温和气温均呈上升趋势,上升速率分别为0.27℃/10年和0.39℃/10年;气压呈下降趋势,下降速率为0.14百帕/10年。
2020年,中国沿海海温较常年高0.9℃,与2019年基本持平,处于1980年以来最高位;气温较常年高0.8℃,较2019年低0.1℃,与2017年和2007年并列为1980年以来第二暖年;气压较常年高0.3百帕,比2019年高0.4百帕;沿海海平面较常年高73毫米,为1980年以来第三高。
中国沿海海平面年均上升3.3毫米
作者:暂无
来源:《环境与生活》 2019年第5期
最新发布的《中国海平面公报》显示,1980到2018年,中国沿海海平面上升速率为3.3毫米/ 年,高于同时段全球平均水平。
据澎湃新闻报道,日前自然资源部海洋预警监测司发布2018年《中国海洋灾害公报》和《中国海平面公报》。
《中国海洋灾害公报》显示:2018年,我国海洋灾害以风暴潮、海浪、海冰和海岸侵蚀等灾害为主。
《中国海平面公报》显示,海平面监测和分析结果表明,中国沿海海平面变化总体呈波动上升趋势。
1980 ~ 2018年,中国沿海海平面上升速率为3.3毫米/ 年,高于同时段全球平均水平。
2018年,中国沿海海平面较常年(1993 ~ 2011年定为常年时段)高48毫米,比2017年略低,为1980年以来第六高。
近7年海平面均处于近40年来的高位。
近年来中国沿海海平面持续偏高,其长期累积效应直接造成滩涂损失、低地淹没和生态环境破坏,并导致风暴潮、滨海城市洪涝、咸潮、海岸侵蚀和海水入侵等灾害加重。
同时,沿海地区的地面沉降导致相对海平面上升,加大海岸带灾害风险。
本栏目责编/ 廖素冰houlai@。
近20年海平面变化成因研究进展及挑战
徐天河;穆大鹏;闫昊明;郭金运;尹鹏
【期刊名称】《测绘学报》
【年(卷),期】2022(51)7
【摘要】揭示海平面变化成因有助于深入认识当前的全球气候变化,并做出积极应对。
空间大地测量技术及海洋浮标观测极大地促进了对全球及区域海平面变化成因的研究,有效弥补了海洋模式对长期趋势估计不准确的缺点,有助于理解海平面长期趋势及年际变化的驱动因素。
本文系统回顾了近20年关于海平面上升成因的研究进展,分析了陆地质量迁移不同成分对海平面上升的贡献。
多源观测数据表明,海水质量增加贡献了2/3的海平面上升,其余1/3由海水热膨胀引起。
由于气候变暖趋势没有减弱,陆地冰川消融和海水热膨胀均伴随加速度变化。
这些研究成果不仅极大地提升了对当前海平面变化的认识,而且有助于约束对未来海平面上升的预测。
最后,讨论了海平面变化成因研究中面临的困难与挑战:①在局部尺度上,使用观测数据尚不能完全揭示海平面长期趋势变化成因;②2016年后,全球平均海平面平衡方程的闭合差显著增大。
【总页数】12页(P1294-1305)
【作者】徐天河;穆大鹏;闫昊明;郭金运;尹鹏
【作者单位】山东大学空间科学研究院;中国科学院精密测量科学与技术创新研究院;山东科技大学测绘与空间信息学院
【正文语种】中文
【中图分类】P228
【相关文献】
1.中国沿海近31年冬季海平面变化特征
2.近30年日本海热容海平面年际变化及其对ENSO的响应
3.近40年珠江流量变化对河口区海平面变化的影响
4.近100 Ma以来海平面变化机制
5.近30年南海海平面高度的时空变化
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海平面年际变化研究进展张永垂;禹凯;史剑;张文静【期刊名称】《海洋预报》【年(卷),期】2018(035)001【摘要】The interannual variation of sea level under the global warming is reviewed.The impact of external forcing and internal physical processes on interannual sea level and the climate modes affecting the sea level in China marginal seas are summarized.The hot-spots of the study of interannual variability of sea level are pointed.%对影响中国近海海平面年际变化的气候模态(包括ENSO和PDO)做了回顾.指出目前海平面年际变化研究的热点和难点问题,如区域海平面加速上升、自然变率和人为因素对海平面变化的相对作用大小和区域海平面年际变化的可预测性等.【总页数】8页(P95-102)【作者】张永垂;禹凯;史剑;张文静【作者单位】国防科技大学气象海洋学院,江苏南京211101;南京信息工程大学海洋科学学院,江苏南京210044;国防科技大学气象海洋学院,江苏南京211101;国防科技大学气象海洋学院,江苏南京211101【正文语种】中文【中图分类】P731.23【相关文献】1.热带太平洋海平面年际和年代际变化研究进展 [J], 陈美香;左常圣;张雯皓;贾亚茹;吕晓凤2.热带太平洋海面风的年际变化对海平面变化的影响 [J], 李艳芳;左军成;李娟;陈美香3.黑潮延伸体海域海平面年际变化及其与海流的关系 [J], 李杰;杜凌;韩飞;张秋丰;叶风娟4.基于卫星测高资料的班达海海平面季节及年际变化研究 [J], 王立伟;王永刚;徐腾飞;魏泽勋5.近30年日本海热容海平面年际变化及其对ENSO的响应 [J], 王天顺;刘玉光;荣增瑞因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
2007年10月第27卷第5期海洋地质与第四纪地质MARINEGEOLOGY&QUATERNARYGEOLOGYV01.27.No.50ct..2007南海周边中全新世以来的海平面变化研究进展时小军1’2,余克服1,陈特固1(1中国科学院边缘海地质重点实验室,中国科学院南海海洋研究所,广州510301,2中国科学院研究生院.北京100049)摘要:综述了近几十年来前人有关中全新世以来南海海平面变化研究的主要成果,着重振计了研究中出现的争议和热点问题,结果表明,南海中奎新世确实存在高海平面,海平面最高有2~3m,出现在7.O~5.5kaBP;而此后的海平面变化呈振荡模式.波动降低到目前海平面的住置,且与温度波动有一定的同步性,揭示了它们之间的紧密联系。
而由卫星观测结果统计出的最近十几年以来南海海平面的上升速率迭3.9mm/a,略高于同期全球平均值;由验潮站统计出的南海海平面上升率为2,4mm/a,同样略高于相应的全球平均值。
最后还指出了研究过程中存在的主要问题与不足,井初步总结出一些改进措施:①使用高精度的定年技术,减少年龄误差;②在构造相时稳定的海岸段研究古海平面变化f③尽量采用高精度的标志物.如微环碾、管彤虫壳等。
关键词:斋海平面l振荡模式;中晚全新世;南海中国分类号:P736.2文献标识码:A文章编号:0256-1492【2007)05—012l一12海平面变化是世界沿海各国(特别是岛国)政府、科学家以及普通民众都关心的焦点问题。
全世界约有半数以上的居民生活在距海不到60千米的沿海地区,我国有41%的人口和60%以上的财富分布在沿海地区[1],海平面上升将对包括中国在内的全球经济社会安全构成严重威胁。
南海海平面上升对华南沿岸,特别是经济较发达的珠江三角洲地区,威胁尤其巨大。
虽然已经意识到这种危机的存在,但是人类至今还未完全了解到全球海平面变化的规律和机制,很难准确预测未来海平面的变化趋势。
通过对全新世历史时期海平面变化的研究,将有助于提高我们对海平面变化规律的认识。
近10年来我国沿海海面变化和风暴潮崔承琦;施建堂【期刊名称】《海洋通报》【年(卷),期】2001(020)004【摘要】根据我国沿海近10多年来潮位观测数据进行年均过程的统计,同时与有关气象资料和文献进行了联系比照分析.研究结果表明,20世纪90年代以来我国沿海海面持续波动上升,其年均值与70年代中期至80年代中期比较平均偏高1.2~6.4cm,有些海区个别年份偏高值达7.0~8.0cm,如南海 1999年偏高8.5 cm.这10多年来我国沿海台风风暴潮发生的平均次数与前期比较虽略有减少 (由年均8.0次减少为年均6.9次),但强度增大.其中47个站次观测到破历史记录的高水位,三个站次出现1 000a一遇的高水位.灾害损失巨大.地学中的“海面变化”,自器测时代以来是由各地验潮站水位测量的年均值取得的.显然,这是一种相对变化,它只有消除各地地质运动 (如新构造运动,地基升降等) 影响因子后才具有广泛的水动型时空对比意义.本文根据实测水位数据统计所得的成果,进而与同时空的气象资料相比照,分析认为,近10多年来我国沿海海平面与1975~1986年期间比较有普遍较大幅度的升高现象,除个别站位需考虑陆动型因素影响外,这与同时期发生在我国沿海的风暴增水过程的增强不无关系,因为风暴增水过程含括在各年水位均值变化(即地学意义上的海面变化)的统计中.【总页数】6页(P20-25)【作者】崔承琦;施建堂【作者单位】青岛海洋大学;青岛海洋大学【正文语种】中文【中图分类】P73【相关文献】1.我国近10年来主要致病菌“ESKAPE”的检出率及耐药率的变化 [J], 孟现民;董平;张永信2.近50年来南海海面蒸发量的时空变化特征分析 [J], 丁张巍;黎伟标;温之平;罗聪3.近10多年来我国沿海海平面变化和风暴潮 [J], 施建堂4.近几十年来的全球海面变化 [J], 黄立人;马青5.近几十年来中国沿岸海面变化趋势的研究 [J], 周天华;陈宗镛因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
1概述海平面监测和分析结果表明,沿海海平面变化总体呈波动上升趋势。
1980年至2021年,沿海海平面上升速率为2.9毫米/年,高于全球平均水平。
2021年,沿海海平面较常年*高95毫米,较2021年低27毫米,为1980年以来第二高位.2021年,沿海海平面变化区域特征明显。
与常年相比,海平面变化呈现南北高中间低的特征,渤海和南海沿海海平面上升幅度均超过100毫米,黄海和海沿海海平面上升幅度均低于90毫米。
与2021年相比,沿海海平面总体降低,其中海沿海海平面降低45毫米,渤海沿海海平面基本持平,黄海和南海沿海海平面均降低约20毫米。
2021年,1月渤海和黄海北部沿海海平面、5月全海域沿海海平面、10月黄XX部至海北部沿海海平面均达1980年以来同期最高位,较常年同期分别高180毫米、155毫米和180毫米;7~8月黄XX部至海峡沿海海平面较常年同期低28毫米,为2000年以来同期最低位.海温、气温、气压和季风变动等是引起海平面异常变化的重要原因。
2021年,受气候变化和海平面上升累积效应等多种因素的影响,XX、山和等省的部分沿海地区海岸侵蚀、海水入侵与土壤盐渍化灾害较为严重,高海平面加剧了XX和广等沿海地区风暴潮和洪涝灾害,给当地人民的生产生活和经济造成了一定影响.*本公报将1975~1993年的平均海平面定为常年平均海平面(简称常年);该期间的月平均海平面定为常年月均海平面(简称常年同期)。
2 沿海海平面变化及其影响2。
1全海域沿海海平面变化沿海海平面变化总体呈波动上升趋势.1980年至2021年,沿海海平面上升速率为2.9毫米/年。
2021年,沿海海平面较常年高95毫米,较2021年低27毫米,为1980年以来第二高位(图1和图2)。
图1 1980~2021年沿海海平面变化图21980~2021年沿海主要海洋站海平面变化示意图2021年,沿海海平面变化区域特征明显。
与常年相比,海平面变化呈现南北高中间低的特征,渤海和南海沿海海平面上升幅度均超过100毫米,黄海和海沿海海平面上升幅度分别为88毫米和77毫米.与2021年相比,沿海海平面总体降低,其中海沿海海平面降低45毫米,渤海沿海海平面基本持平,黄海和南海沿海海平面分别降低20毫米和22毫米(图3)。