Characteristics of the sea level in the Arctic Ocean based on observation data from 2003 to 2014
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摘要: 本文对比了3个不同机构提供的北冰洋月均高度计数据，发现英国极地观测与建模中心和丹麦科技大学空间中心两套数据比较一致且空间覆盖率高，适用于北冰洋海平面变化研究，而前者在数据分辨率、平滑性和与验潮站的符合程度方面均更优。对高度计和验潮站数据的分析表明，北冰洋海平面的气候态特征表现为加拿大海盆的高值和欧亚海盆的低值之间形成鲜明对比；海平面的变化以季节变化和北极涛动引起的低频变化为主，加拿大海盆的季节和年际振幅均较大，俄罗斯沿岸海平面季节变化显著。2003−2014年，北冰洋平均海平面呈上升趋势，其中加拿大海盆海平面上升最快，而俄罗斯沿岸海平面有微弱下降趋势。加拿大海盆和俄罗斯沿岸由于海冰变化显著，不同高度计产品以及高度计与验潮站数据之间差别较大，使用时需慎重。Abstract: Three monthly altimeter datasets of the Arctic Ocean are compared in this paper. The datasets provided by the Centre for Polar Observation and Modelling (CPOM) and Technical University of Denmark (DTU) are found to be consistent with each other and due to their high spapce coverage, are more suitable for the study of the sea level variation in the Arctic Ocean, the former is better in terms of spatial resolution, smoothness, and consistency with the tide gauge observation. Based on the data of both altimeter and tide gauge, the temporal and spatial characteristics of sea level in the Arctic Ocean are analyzed and the results show that the climatological sea level in the Arctic Ocean is represented by the striking contrast between the high values in the Canadian Basin and low values in the Eurasian basin. The variation of sea level in the Arctic Ocean is dominated by the seasonal variability and low-frequency variability associated with the Arctic Oscillation, large amplitudes of both the seasonal and inter-annual sea level variability are found in the Canadian Basin, and large seasonal variability occurs along the coast of Russia. During the period 2003−2014, the mean sea level of the Arctic Ocean is rising with the largest rising rate is found in the Canadian Basin, while the sea level in the Russian coastal area is declining slightly. It is also found that large uncertainty exists in the altimetry products of the Canadian Basin and the coast of Russia, as the difference both between altimetry products and between altimeter and tide gauge data cannot be ignored, data in these areas should be used with caution.
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Key words:
- Arctic Ocean /
- sea level /
- seasonal variability /
- low-frequency variability /
- Arctic Oscillation
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1. 引言
在众多反映气候变化的因子中，海平面是一个非常综合的自然指标，它能反映陆地、海洋、大气和冰冻圈中几乎所有动力热力过程的变化[1-3]，因而在政府间气候变化专门委员会（IPCC）报告中被作为气候变化的重要表现进行专门论述。最近几十年北极气候出现急剧变化[4]，如21世纪以来北极地区的升温速度是全球其他地区的两倍[5]，被称为“北极放大现象”[6-7]，北极冰冻圈如格陵兰冰盖、阿拉斯加冰川以及永久冻土都在持续融化[8-10]，湖泊冰层和海冰的覆盖范围在不断减小[11-16]。同时，北冰洋的温盐结构[17-21]和海洋环流[22-24]也在经历不同程度的变化。北冰洋与北大西洋联通，向北大西洋不断输出低温淡水至大洋深层水生成地，不仅影响北大西洋的盐度，而且对北大西洋的经向翻转环流和全球大洋热盐环流都有重要影响，这二者都是全球气候的重要调控者[25-26]。北冰洋海平面变化与其海洋环流[27]、淡水分布和海冰的变化关系紧密，同时与沿岸居民的生活息息相关，因此研究北冰洋海平面变化具有重要意义。
然而北冰洋海平面观测状况并不乐观。其验潮站观测始于19世纪末20世纪初，第二次世界大战结束后，前苏联沿岸设立大量验潮站用于军事和科学研究，使得北冰洋沿岸验潮站数量达到峰值（65°N以北共106个），随着前苏联解体许多验潮站在20世纪90年代关闭，目前在北冰洋沿岸的验潮站不足40个。这些验潮站主要集中于欧亚海盆沿岸，加拿大海盆沿岸站位很少，而洋盆内部则没有验潮站。北欧和俄罗斯沿岸大约有70个验潮站记录了从20世纪50年代到90年代北冰洋沿岸的海平面变化[28-30]，但90年代以后俄罗斯沿岸大部分站位停测，使得我们无法得知近30年这里的海平面情况。在高度计出现以前，北冰洋内部的海平面观测几乎是空白。1991年以来，欧洲航天局的卫星ERS-1、ERS-2 和Envisat 能提供北到81.5°N的高度计数据[31]。2000年以后卫星高度计对极地海洋的观测范围不断扩大，ICESat和 ICESat-2分别能提供2002−2009年和2016年至今最北到86°N的海面高度计数据，CryoSat-2能提供2010年以来88°N以南的SAR测高数据，中国的HY-2卫星可提供2011年以来81°N以南的数据，法国/印度的Alti-Ka卫星可提供2012年以来沿Envisat地面轨道的测高数据[32]。尽管如此，高度计数据却迟迟没有被广泛应用于北冰洋海平面变化的研究，主要原因是海冰的存在，海冰会影响卫星的雷达回波波形[32]，常规的卫星雷达测高数据处理技术在海冰区域会失效。北冰洋除挪威海和巴伦支海部分区域常年无冰，大部分海域被季节性或永久性海冰覆盖，因此很长一段时间基于高度计数据的北冰洋海平面变化的研究被限制在纬度较低的开阔海域[33]。针对海冰覆盖区域，有研究者利用沿岸水道、冰间道等开阔水域数据通过一定的算法进行了海面高度的提取。如Peacock和Laxon[34]利用ERS高度计数据成功构建了北冰洋第一个涵盖海冰区域的空间连续的海面高度数据集，Prandi等[31]、Cheng等[32]、Armitage等[33]和Giles等[35]也相继基于不同的高度计得到了北冰洋空间连续的海面高度数据集并用于研究。
从已有的研究来看，不同研究者得到的高度计产品时间段不同，研究结果也存在一定差异，目前并未有相关工作对北冰洋包含冰区的高度计产品进行比较。因此，本文将对多套公开的北冰洋高度计数据集进行对比，分析其差异并基于对比结果结合北冰洋沿岸的验潮站数据对北冰洋海平面变化特征进行研究，为深入了解北极近期的气候变化对北冰洋的影响提供依据。
2. 资料介绍
2.1 卫星数据
本文对比了3套公开的北冰洋高度计数据。Armitage数据集[33]来源于英国极地观测与建模中心（Centre for Polar Observation and Modelling，
http://www.cpom.ucl.ac.uk/dynamic_topography/ ）提供的绝对动力地形和地转流速的月均数据，数据覆盖范围为60°～81.5°N、环全球经度，分辨率为0.75°×0.25°，时间跨度为2003−2014年，其中2003−2011年数据来自卫星Envisat，2012−2014年数据来自卫星CryoSat-2。Copernicus数据集来源于哥白尼海洋环境监测服务中心（Copernicus Marine Environment Monitoring Service,
http://marine.copernicus.eu/ ）提供的绝对动力地形日均数据，我们下载的数据覆盖范围为55°～90°N，环全球经度，分辨率为0.25°×0.25°，时间跨度为1993−2016年，数据由ERS1、ERS2、Envisat和CryoSat-2等多颗卫星高度计融合得到。DTU数据集来源于丹麦科技大学空间中心（
ftp://ftp.space.dtu.dk/pub/ARCTIC_SEALEVEL/ ）提供的海平面距平的月均数据，空间覆盖范围为60°～81.5°N，环全球经度，分辨率为0.5°×0.25°，时间跨度为1991年9月至2018年9月，其中1991−1995年的数据来自ERS1，1996−2001年的数据来自ERS2，2003−2011年的数据来自Envisat，2012−2014年的数据来自CryoSat-2。本文还使用了丹麦科技大学提供的基于1993−2012年总共20年的高度计和GOCE（Gravity Field and steady-state Ocean Circulation Explorer）重力卫星观测得到的全球平均动力地形数据——DTU_13MDT数据集，其空间分辨率为0.02°×0.02°，选取了65°～90°N，环全球经度的北冰洋区域结果。
上述卫星数据均已将潮汐信号从海面高度中剔除，其中Armitage和DTU的月均数据还进行了海冰覆盖区域海面高度的特别提取，Copernicus数据在海冰覆盖区域为缺省值。另外，Armitage和Copernicus提供的都是从大地水准面起算的绝对动力地形数据，进行时间平均可以得到从大地水准面起算的平均动力地形，与DTU提供的平均动力地形数据的起算面相同，可以进行比较。前两者的原始数据减掉平均动力地形数据后得到的海面高度距平值与DTU提供的海面高度距平值本质上也是同样的起算面，因此也具有可比性。
2.2 验潮站数据
验潮站数据来源于平均海平面永久服务网站（Permanent Service for Mean Sea Level，
https://www.psmsl.org/data/obtaining/map.html/ ），选取了65°N以北106个验潮站的月均海面高度数据（站位分布如图1），时间序列覆盖1948−2000年，但各站的观测时段有差异（图2）。俄罗斯沿岸验潮站数量最多，加拿大海盆沿岸验潮站很少，整体来看1950−2000年的验潮站资料最充足。
图 1 北冰洋地理概况和验潮站分布图中红点和蓝点为验潮站位置，其中红点是与高度计对比的站位Figure 1. Geography of the Arctic Ocean and location of tide gaugesTide gauges are marked with dots, data of red dots are compared with altimeters
图 2 北冰洋沿岸验潮站数据时间跨度（序号对应的站位信息见附录）Figure 2. Time span of the tide gauge records along the coast of the Arctic Ocean (see appendix for detailed information of the tide gauges)需要说明的是，由于涉及不同数据集的对比，这里选取的数据分析时段为3套高度计数据集中最短的Armitage数据时段（2003−2014年），因此本文中的海平面严格而言应为海面高度（Sea Surface Height, SSH）。
2.3 海冰数据
月均海冰面积观测数据来源于美国国家冰雪数据中心（National Snow and Ice Data Center,
https://nsidc.org/ ），纬度范围为31°～90°N，环全球经度，分辨率为25 km，时间跨度为1978年11月至2018年12月，数据来自于Nimbus-7卫星上的SMMR传感器和DMSP卫星上的SSM/I、SSMIS传感器。3. 北冰洋海平面观测数据的对比验证
3.1 卫星数据产品的对比
我们选取Armitage和Copernicus两套数据共同时段2003−2014年，对12年的月均数据进行时间平均得到该时段平均的SSH，并与DTU提供的平均动力地形数据DTU_13MDT进行了比较，三者的空间分布如图3a至图3c所示。尽管3套数据给出的平均SSH数值大小存在差异，但空间形态具有很好的一致性，即以波弗特海为中心的加拿大海盆SSH最高，东西伯利亚海和拉普捷夫海次之，欧亚海盆SSH较低，格陵兰海SSH最低。从Armitage数据提供的平均地转流速（图3a中矢量箭头所示）来看，北冰洋平均SSH的空间分布与大尺度海洋环流存在很好的对应关系，即波弗特海的SSH高值和格陵兰海的SSH低值分别与区域的反气旋式和气旋式环流对应，加拿大海盆和欧亚海盆之间存在的显著SSH梯度与穿极流对应，该结果与Proshutinsky等[36]、Farrell等[37]和Xiao等[38]的研究结果是一致的。
图 3 北冰洋2003−2014年平均海面高度空间分布（Armitage（a）、DTU（b）、Copernicus（c））及Armitag与DTU海面高度距平数据差异（d）Figure 3. Spatial distribution of the mean sea surface height for the period 2003–2014 in the Arctic Ocean (Armitage (a), DTU (b), Copernicus (c)) and the difference of sea surface height anomaly between Armitage and DTU datasets (d)从空间覆盖情况来看，DTU提供的平均动力地形数据由于结合了重力卫星观测，实现了北冰洋全域覆盖，而其海面高度距平数据是单纯的高度计数据，空间覆盖范围与Armitage数据相同，最高纬度为81.5°N，且二者均已进行了海冰覆盖区域海面高度的专门提取，因此在空间上都具有较好的连续性。而广泛用于中低纬度海区海平面变化研究的Copernicus数据仅在北冰洋开阔海域或季节性海冰覆盖区域的融冰季节有数值，在海冰覆盖情况下是没有数值的，故81.5°N以南由于存在大范围缺测而无法分析，所以在后面的研究中我们将只使用Armitage和DTU两套数据。将上述两套数据的海面高度距平（SSHA）统一插值到0.75°（经度）×0.25°（纬度）网格上，得到二者SSHA的差异如图3d所示，图中数据的空间平滑性与图3a、图3b 两图相比稍差，与DTU海面高度距平数据存在明显的沿轨痕迹有关。两套数据SSHA的差异比SSH小一个数量级，在海冰变化较大的区域（如加拿大海盆和俄罗斯沿岸）差异最大，不过这两个区域也是海平面变化最为剧烈的海域（见后面分析），其数据差异相对于海平面本身的变化是个小值。
通过比较，我们认为Armitage数据在北冰洋具有更高的精度，DTU数据的空间平滑性稍差，而Copernicus数据由于海冰覆盖区域缺测，不太适合用于北冰洋大范围海平面变化的研究。
3.2 高度计与验潮站数据的对比
我们选择了北冰洋沿岸15个缺测较少（缺测数据不超过总数的30%）且长度超过8年的验潮站数据，进行冰川均衡调整（Glacial Isostatic Djustment）订正（采用Peltier[39]ICE-4G模型结果）和气压校正后与距离各站最近的两套高度计网格点数据进行了对比（表1），采用的方法与文献[33]相同，而Armitage数据与验潮站比较的结果也与文献[33]相似。在开阔海域面积较大的巴伦支海，两套高度计数据与验潮站数据表现出较高的一致性，相关系数超过0.6，线性拟合斜率和残差在所有海域都是最好的。俄罗斯沿岸的喀拉海、拉普捷夫海和东西伯利亚海，高度计和验潮站数据的一致性较差，表现为散点图的斜率较小且残差标准差较大，相关系数也降低，这与部分站位处于陆地径流入海处，一方面海平面变化受季节性径流影响大，另一方面验潮站基准存在一定的变动有关（如600号站、640号站）[33]。总体来看，Armitage数据与验潮站更为接近，即使在海冰覆盖严重的波弗特海也是如此。
表 1 高度计与验潮站月均海面高度距平数据的比较Table 1. Comparison of monthly sea surface height anomaly from altimeter and tide gauges站位名称 站位序号 位置 观测年数 距离/km
（Armitage）斜率
（Armitage）标准差/cm
（Armitage）相关系数
（Armitage）距离/km
（DTU）斜率
（DTU）标准差/cm
（DTU）相关系数
（DTU）SANNIKOVA 602 74.7°N, 138.9°E 11 17 0.31 12.01 0.35（0.01） 11 0.17 8.29 0.27（0.10） PEVEK 606 69.7°N, 170.3°E 10 78 0.30 9.88 0.48（0.01） 89 0.22 8.16 0.42（0.01） DUNAI 640 73.9°N, 124.5°E 8 83 0.15 7.15 0.38（0.01） 111 0.08 6.24 0.22（0.03） KOTELNYI 641 76.0°N, 137.9°E 11 72 0.28 8.36 0.40（0.01） 100 0.17 5.82 0.35（0.01） KIGILIAH 642 73.3°N, 140.0°E 11 111 0.65 12.93 0.66（0.01） 111 0.31 8.29 0.50（0.01） 拉普捷夫海和东西伯利亚海 10 72 0.34 10.07 0.45 84 0.19 7.36 0.35 AMDERMA 599 69.8°N, 61.7°E 11 22 0.40 8.39 0.59（0.01） 133 0.25 5.88 0.54（0.01） UST 600 69.3°N, 64.5°E 11 83 0.17 10.09 0.24（0.01） 111 0.17 6.47 0.38（0.01） STERLEGOVA 612 75.4°N, 88.9°E 10 122 0.26 9.63 0.44（0.01） 100 0.15 9.46 0.27（0.01） IZVESTIA 728 76.0°N, 83.0°E 11 27 0.37 8.28 0.53（0.01） 0 0.26 7.62 0.41（0.01） GOLOMIANYI 729 79.6°N, 90.6°E 8 16 0.21 4.84 0.32（0.01） 122 0.24 6.71 0.26（0.01） 喀拉海 11 54 0.28 8.25 0.42 93 0.21 7.23 0.37 VARDO 524 70.4°N, 31.1°E 12 122 0.44 5.34 0.63（0.01） 122 0.54 6.18 0.67（0.01） HAMMERFEST 758 70.7°N, 23.7°E 12 50 0.43 5.33 0.65（0.01） 133 0.56 6.94 0.64（0.01） HONNINGSVAG 1267 71.0°N, 26.0°E 12 111 0.42 5.08 0.63（0.01） 0 0.57 6.74 0.64（0.01） 巴伦支海 12 94 0.43 5.25 0.64 85 0.56 6.62 0.65 TUKTOYAKTUK 1000 69.4°N, 227.0°E 12 111 0.31 6.95 0.62（0.01） 56 0.17 8.81 0.27（0.01） ALASKA 1857 70.4°N, 211.5°E 12 167 0.29 5.04 0.63（0.01） 111 0.16 7.70 0.23（0.01） 波弗特海 12 139 0.30 6.00 0.63 84 0.17 8.26 0.25 注：对于每个验潮站，表中显示了站点的名称、序号、位置、2003−2014年的资料重叠年数、高度计网格点与验潮站位置之间的距离、高度计和验潮站月均数据散点图的线性拟合斜率、高度计数据与线性拟合值的残差标准差以及高度计与验潮站时间序列的相关系数，相关系数括号内数值表示显著性水平。拉普捷夫海和东西伯利亚海、喀拉海、巴伦支海、波弗特海的平均值均以加粗显示。 4. 北冰洋海平面变化的时空特征
4.1 海平面季节变化特征
图4为两套高度计数据2003−2014年月均SSH距平的标准差，它可以很好地反映海平面季节变化的幅度，图中的黄色点给出了验潮站计算的结果。北冰洋海平面季节变化的振幅在欧亚海盆沿岸较大，其中楚科奇海和东西伯利亚海沿岸最大，其次是喀拉海、巴伦支海沿岸，波弗特海附近的加拿大海盆的季节变化振幅也很大；欧亚海盆季节变化的振幅最小。Armitage数据显示，俄罗斯沿岸和加拿大海盆海平面季节变化振幅平均值为8～9 cm，最大值达到15 cm，而欧亚海盆平均振幅仅有3 cm（图4a）。DTU数据（图4b）的空间分布与Armitage类似，但数值却小很多，二者的差异最明显的位置仍然在海冰变化较大的波弗特海和东西伯利亚海周边（图4c），两个区域DTU数据的量值仅有Armitage数据的一半左右。相比之下，Armitage数据与验潮站数据的振幅大小更接近（图4a和图4b）。
图 4 月均海面高度距平的标准差a. Armitage；b. DTU；c. Armitage与DTU的差异Figure 4. Standard deviation of monthly sea surface height anomalya. Armitage; b. DTU; c. difference between Armitage and DTU按照惯例，我们将加拿大群岛、弗拉姆海峡、巴伦支海开口和白令海峡包围的海域作为北冰洋[33,38]，将两套数据进行EOF分解来分析该海域大尺度海平面变化特征。利用两套数据原始的月均值分解得到北冰洋海平面变化的第一模态（EOF1）方差贡献率分别为38%（Armitage数据）和30%（DTU数据），空间分布均表现为整个海域海平面同位相变化，东西伯利亚海具有最大振幅（图5a和图5b），与图4中海平面季节变化振幅的分布很像，特别是Armitage数据（图5a）显示的加拿大海盆和俄罗斯沿岸的振幅大于DTU数据（图5b）也与图4高度一致。两套数据EOF1的时间序列（PC1）都具有12个月的显著周期，海平面最低值出现在每年的3−4月，最高值出现在10−11月；我们将同时段的北冰洋月均海冰面积与之进行对比，发现二者具有较高的相关性，海平面变化大约滞后海冰变化两个月二者达到最大相关，相关系数分别为−0.88（Armitage）和−0.95（DTU）。以上分析表明，北冰洋海平面最显著的变化特征为季节变化，且海平面的季节变化与海冰的季节变化联系密切，这与前人研究显示的盐比容对北冰洋海平面变化的主导作用是不矛盾的[3,38,40]。另外，Armitage等[33]指出每年6月份北冰洋海平面出现的小峰值可能受到陆地径流汛期入海流量增加的影响，这一特点在DTU数据中也很明显。
图 5 北冰洋海平面变化的季节模态Figure 5. Seasonal modes of sea level variability in the Arctic Ocean4.2 海平面低频变化特征
对年均SSH数据求标准差可以反映海平面低频变化幅度（图6）。Armitage数据显示，北冰洋海平面低频变化幅度在加拿大海盆最大，其量值比季节变化稍小，平均幅度超过6 cm，波弗特海的振幅极大值达8 cm；东西伯利亚沿岸的变化幅度也较大，平均值在4 cm上下，与验潮站数据的结果接近；欧亚海盆及其他海区变化幅度都很小（图6a）。DTU数据得到的海平面低频变化幅度空间分布是相似的，但数值要小一些（图6b），同样在极值区域（波弗特海和东西伯利亚海）两套数据表现出较大的差异（图6c）。海平面低频变化的两个高值区体现了波弗特高压、北极涛动和偶极子异常等大气环流形态的综合影响[17,38,41-43]。
图 6 年均海面高度的标准差a. Armitage；b. DTU；c. Armitage与DTU的差异Figure 6. Standard deviation of annual sea surface heighta. Armitage; b. DTU; c. difference between Armitage and DTU将原始月均数据去掉12个月周期的季节信号后进行EOF分解，得到北冰洋海平面低频变化的第一模态（图7），该模态对应原始月均数据EOF分解的第二模态。该模态方差贡献率为34%（Armitage数据）和25%（DTU数据），其空间形态表现为以加拿大海盆为中心的深水区域与周边陆架区域海平面的反相变化（图7a），DTU数据由于波弗特海区数值较小反相特征不如Armitage数据明显，模态的时间序列表现为明显的低频振荡（图7c和图7d）。该模态与北极涛动（AO）[41,44]不同位相对应的气旋式和反气旋式大气环流异常有密切关系，而这种关系在之前的观测资料分析和数值模拟中均有发现[23，27，31，38，43]，可以用AO不同位相下风场的埃克曼抽吸和埃克曼输运导致的淡水的重新分布进行解释[38]。
图 7 北冰洋海平面的低频变化模态Figure 7. Low-frequency modes of sea level variability in the Arctic Ocean考虑到海洋对外界强迫响应缓慢，我们用时间累积的AO指数来表征一段时间内AO不同位相对应的气旋式或反气旋式风场异常对北冰洋海平面变化的影响[38]，逐月累积AO指数的时间起点选在1993年1月，我们通过试验发现不同时间起点对累积AO指数的影响不显著。将累积AO指数与海平面时间序列进行相关分析表明，以加拿大海盆为中心的深水区海平面的低频变化与累积AO指数呈负相关，而周边陆架海域与累积AO指数呈正相关（图8）。需要指出的是，尽管两套数据的EOF模态存在一定差异（图7），但相关分析的结果表现出较高的一致性。这一结论与Armitage等[23]进行的不同AO位相SSH距平的合成结果以及Xiao等[38]利用数值模拟结果基于更长的海平面时间序列得到的结论相符。
图 8 累积北极涛动指数与海面高度的相关系数Figure 8. Correlation coefficient between cumulative Arctic Oscillation index and sea surface height从累积AO指数与两套数据PC1的对比来看（图7c和图7d），二者的反相关关系在2003−2005年以及2008年以后更为明显，而在2005−2008年并不显著，同样的情况在前人的研究中也出现过，如Henry等[28]和Koldunov等[30]分别利用数值模式结果和观测数据也发现在某些时段北冰洋区域海平面变化与大气环流形态的对应关系不显著。另外，Xiao等[38]利用40年的数值模拟结果分析表明，AO对北冰洋海平面低频变化影响的典型时间尺度为年代尺度，而本文所使用的资料长度较短，在一定程度上对分析结果有影响。
4.3 2003−2014年北冰洋海平面变化速率
图9为两套数据得到的2003−2014年北冰洋SSH的变化速率，可以看出二者的空间分布具有较高的一致性，均显示以波弗特海区为中心的加拿大海盆海平面呈快速上升趋势，而欧亚海盆及其沿岸海平面出现不同速率的下降，验潮站数据在这些下降区域显示出非常微弱的上升或者下降趋势。Armitage数据得到的SSH变化速率整体大于DTU数据（图9c），其数值与验潮站结果更为接近（图9a，图9b）。根据Armitage数据，波弗特海SSH上升速率约为16.9 mm/a，而东西伯利亚沿岸的SSH下降速率约为6.3 mm/a，DTU数据给出的两个海域的上升和下降速率分别约为5.7 mm/a和11.4 mm/a，这与Carret等[40]发现的2003−2010年波弗特海域SSH呈上升趋势，西伯利亚沿岸SSH呈下降趋势是吻合的。Cheng等[32]给出的1992−2012年波弗特海域的SSH上升速度超过15 mm/a，与Armitage的结果更接近。从AO对北冰洋海平面低频变化的影响来看，2000年以后AO以负位相为主，导致更多的淡水在波弗特海汇集，利于该海域的SSH上升，同时引起周边海域SSH上升较慢甚至下降[33,35,45-46]。需要说明的是，这里分析的海平面变化速率局限于研究时段，局部海域的快速上升或者下降可能恰好处于海平面更低频变化（如年代际变化）的上升或者下降期。
图 9 2003-2014年北冰洋海面高度变化速率a. Armitage；b. DTU；c. Armitage与DTU的差异Figure 9. Rate of sea surface height in the Arctic Ocean from 2003 to 2014a. Armitage; b. DTU; c. difference between Armitage and DTU4.4 北冰洋区域海平面变化特征
从前文的分析可以看出，北冰洋海平面变化具有显著的空间差异，这里我们按照Carret等[40]的做法，将北冰洋划分为4个区域——波弗特海、俄罗斯沿岸、北欧海以及巴芬湾（图10a），连同整个北冰洋来分析北冰洋整体及区域平均的海平面变化特征并结合验潮站数据对比不同数据的差异。巴芬湾由于岛屿密集地形复杂，高度计数据分辨率不够，暂不做分析。北冰洋平均海平面的计算选取的空间范围与4.2节和4.3节一致。这里我们主要关注不同区域的海平面低频变化，因此采用SSH年均值进行分析。
图 10 北冰洋区域划分及区域年均海面高度时间序列a. 区域划分；b. 北冰洋平均海面高度与夏季海冰面积；c. 波弗特海区；d. 俄罗斯沿岸区；e. 北欧海区Figure 10. Regional division of the Arctic Ocean and time series of regional annual-mean sea surface heighta. Regional division; b. mean sea surface height and summer sea ice area of the Arctic Ocean; c. Beaufort Sea; d. Russian coastal area; e. Nordic sea area图10b至图10e为两套高度计数据刻画的北冰洋及3个区域的海平面变化，可以看出两套数据在北欧海的差异不大，而在有海冰覆盖的北冰洋及其所属海域均有明显差异，差异最大的海区波弗特海实际主要为加拿大海盆（图10a），该海域的夏季海冰范围变化剧烈，两套数据的差异极值都出现在海冰面积较大的时段，说明海冰覆盖区域海面高度提取存在较大的不确定性，而北欧海之所以不同产品差异不大与该区域的海冰较少有关。整体来看，尽管两套数据在年际尺度上表现出较大甚至反相的差异，但各区域整个时段的海平面变化趋势基本一致，只是数值不同。
海冰数据表明北冰洋夏季海冰面积在2003−2014年呈现减小趋势（图10b），这一减小趋势利于北冰洋表层淡水增加，同时伴随AO负位相对应的反气旋异常风场的作用，淡水辐聚利于海平面上升，已有研究显示，受该作用影响最大的区域在波弗特海[33,35,45-46]。Armitage数据将波弗特海近期海平面的快速上升（15.4 mm/a）和整个北冰洋海平面的持续上升（3.9 mm/a）都表现了出来。而DTU数据显示的波弗特海的海平面上升速率明显较低（3.9 mm/a），北冰洋海平面甚至出现了下降趋势（−0.3 mm/a）。波弗特海区位于北极几个主要气候模态（北极涛动、偶极子异常和波弗特高压）的主要作用区域[23,42,47]，同时它处于海冰存储量巨大从而淡水容量变化剧烈的加拿大海盆，是北冰洋海平面变化的主要贡献者[38]，这一点从图10b和图10c的对比可以看出来。根据Xiao等[38]的解释，主导北冰洋海平面低频变化的应为加拿大和欧亚两个深水洋盆，由于本文所用的高度计数据包含的深水区域主要是波弗特海所在的加拿大海盆，因此看似是加拿大海盆的海平面变化占主导。
俄罗斯沿岸的海平面低频变化与波弗特海具有一定程度的反相特征，可以用前文的AO模态来解释[23,38]，只是由于本文选取的俄罗斯沿岸包含了部分欧亚海盆，导致该反相特征不够明显（图10c和图10d）。与波弗特海和整个北冰洋相反，2003−2014年俄罗斯沿岸的海平面在缓慢下降，Armitage和DTU数据得到的变化速率分别为−0.7 mm/a和−4.7 mm/a，俄罗斯沿岸验潮站得到的海平面变化速率是−4.5 mm/a，与DTU数据接近。俄罗斯沿岸海平面的反相变化在一定程度上削弱了波弗特海区的作用，因此北冰洋平均海平面年际变化幅度较波弗特海要小（图10b和图10c），2011年以前北冰洋海平面上升速率低于波弗特海，与俄罗斯沿岸海平面的缓慢下降趋势有关。
我们在3个海域同时挑选了连续性较好的代表性验潮站数据，与区域平均的高度计数据进行对比，发现验潮站与高度计数据显示的海平面变化周期和趋势是相符的。北欧海和俄罗斯沿岸的海平面低频变化表现出较强的年际特征（图10d和图10e），而波弗特海与北冰洋的低频变化周期要更长（图10b和图10c），显示了陆架区域的海平面变化的影响因素较深水洋盆更复杂，如Calafat等[48]就提出北冰洋沿岸的海平面变化受到沿岸风、来自北大西洋的近岸波动和风应力旋度等众多因素影响，同时还有陆地径流、长期陆地沉降的作用。在海平面低频变化的振幅和位相上，高度计数据和验潮站数据存在较大差异，与验潮站仅仅反映了单点且局限于岸边有关。如波弗特海所在的加拿大海盆，近期由于淡水汇聚出现海平面快速上升，但位于波弗特海岸边的1875号验潮站远离洋盆中央，其海平面上升速率仅有0.3 mm/a。北欧海验潮站得到的海平面变化趋势与高度计有很大不同，2003−2014年高度计数据显示北欧海海平面呈缓慢上升趋势（Armitage数据为0.8 mm/a，DTU数据为2.2 mm/a），而验潮站数据却得到海平面下降的结论（速率为−4.2 mm/a），这里的海平面下降很大程度上来源于北欧陆地冰川融化导致的局部陆地抬升。
5. 结论
本文对北冰洋3套高度计数据产品进行了系统对比，结合验潮站数据综合分析了北冰洋海平面多尺度变化特征，并利用北极涛动指数和海冰面积数据对主要变化机制进行了初步的探讨，得到以下结论：
（1）北冰洋多年平均海平面的空间分布表现为加拿大海盆的高值和欧亚海盆的低值，与大尺度海洋环流有很好的对应关系。Armitage和DTU数据集由于进行了海冰覆盖区域海面高度的特别提取，在空间上实现了连续性，更适合用于北冰洋海平面变化的研究。Armitage数据在分辨率和空间场的平滑性方面都优于DTU数据，且与验潮站观测更为接近。
（2）北冰洋海平面变化的主要模态为季节变化。季节变化的振幅在俄罗斯沿岸较大，其次是海冰常年覆盖的加拿大海盆，欧亚海盆的季节变化振幅最小。海平面在每年的3−4月最低， 10−11月最高，其变化大约滞后海冰季节变化2个月。
（3）北冰洋海平面低频变化的振幅在加拿大海盆出现最大值。海平面低频变化的主要模态与AO关系密切，以加拿大海盆为中心的深水区海平面低频变化与累积AO指数呈负相关，而周边陆架海域的海平面变化与累积AO指数呈正相关关系。AO不同位相风场的埃克曼抽吸和输运作用可以解释这一特征。
（4）2003−2014年北冰洋海平面整体呈上升趋势，其中波弗特海区的海平面上升最快，与俄罗斯沿岸的海平面下降趋势形成鲜明对比，与近期海冰退化和AO处于负位相有很大关系。
（5）数据集对比结果显示，不同的高度计数据之间以及高度计与验潮站数据之间的最大差异主要出现在海冰常年覆盖且淡水容量变化剧烈的加拿大海盆和海冰季节变化显著的俄罗斯沿岸，说明海冰覆盖区域的海面高度提取仍然存在很大的不确定性，在上述两个海区使用时需慎重。
A1 北冰洋沿岸验潮站的主要信息A1. Main information of tide gauges along the Arctic Ocean序号 站名 站位号 纬度 经度 所属国家 观测年数 1 KABELVAG 45 68.213°N 14.482°E NOR 91 2 OULU / ULEABORG 79 65.04°N 25.418°E FIN 11 3 KEMI 229 65.673°N 24.515°E FIN 1 4 NARVIK 312 68.428°N 17.426°E NOR 81 5 LINAKHAMARI 365 69.65°N 31.367°E RUS 25 6 ANDENES 425 69.326°N 16.135°E NOR 41 7 BERLEVAG 442 70.85°N 29.1°E NOR 11 8 VARDO 524 70.375°N 31.104°E NOR 1 9 EVENSKJAER 531 68.583°N 16.55°E NOR 71 10 BARENTSBURG 541 78.067°N 14.25°E SJM 1 11 BARENTSBURG II (SPITSBERGEN) 547 78.067°N 14.25°E SJM 2 12 BODO 562 67.288°N 14.391°E NOR 101 13 TIKSI (TIKSI BUKHTA) 569 71.583°N 128.917°E RUS 447 14 AMDERMA 599 69.75°N 61.7°E RUS 310 15 UST KARA 600 69.25°N 64.517°E RUS 315 16 FEDOROVA (CHELUSKIN MYS) 601 77.717°N 104.3°E RUS 392 17 SANNIKOVA (SANNIKOVA PROLIV) 602 74.667°N 138.9°E RUS 480 18 SHALAUROVA (SHALAUROVA MYS) 603 73.183°N 143.233°E RUS 516 19 AMBARCHIK 604 69.617°N 162.3°E RUS 535 20 RAU-CHUA 605 69.5°N 166.583°E RUS 556 21 PEVEK 606 69.7°N 170.25°E RUS 567 22 VANKAREM 607 67.833°N 175.833°W RUS 630 23 VRANGELIA (VRANGELIA OSTROV) 608 70.983°N 178.483°W RUS 620 24 MALYE KARMAKULY 609 72.367°N 52.7°E RUS 16 25 UST OLENEK 610 73°N 119.867°E RUS 435 26 DIKSON 611 73.5°N 80.4°E RUS 345 27 STERLEGOVA (STERLEGOVA MYS) 612 75.417°N 88.9°E RUS 365 28 NETTEN 613 66.967°N 171.933°W RUS 650 29 PRAVDY (PRAVDY OSTROV) 615 76.267°N 94.767°E RUS 378 30 MYS SHMIDTA 616 68.9°N 179.367°W RUS 610 31 RATMANOVA 617 65.85°N 169.133°W RUS 670 32 MALYI TAIMYR (MALYI TAIMYR OSTROV) 620 78.083°N 106.817°E RUS 414 33 KOLUCHIN 621 67.483°N 174.65°W RUS 640 34 UGORSKII SHAR (UGORSKII SHAR PROLIV) 622 69.817°N 60.75°E RUS 308 35 DUNAI (DUNAI OSTROV) 640 73.933°N 124.5°E RUS 440 36 KOTELNYI (KOTELNYI OSTROV) 641 76°N 137.867°E RUS 475 37 KIGILIAH 642 73.333°N 139.867°E RUS 485 38 ANDREIA (ANDREIA OSTROV) 646 76.8°N 110.75°E RUS 410 39 ZHELANIA II (ZHELANIA MYS) 647 76.95°N 68.55°E RUS 321 40 GEIBERGA (GEIBERGA OSTROV) 648 77.6°N 101.517°E RUS 387 41 MUOSTAH ( MUOSTAH OSTROV) 649 71.55°N 130.033°E RUS 455 42 CHETYREHSTOLBOVOI 650 70.633°N 162.483°E RUS 550 43 BOLVANSKII NOS (FEDOROVA) 651 70.45°N 59.083°E RUS 305 44 PREOBRAZHENIA (PREOBRAZHENIA OSTROV) 652 74.667°N 112.933°E RUS 418 45 POPOVA (BELYI OSTROV) 653 73.333°N 70.05°E RUS 325 46 LESKINA (LESKINA MYS) 654 72.317°N 79.567°E RUS 340 47 RUSSKII (RUSSKII OSTROV) 655 77.167°N 96.433°E RUS 380 48 SOLNECHNAIA (SOLNECHNAIA BUKHTA) 656 78.2°N 103.267°E RUS 390 49 SVIATOI NOS (SVIATOI NOS MYS) 657 72.833°N 140.733°E RUS 397 50 ZEMLIA BUNGE 658 74.883°N 142.117°E RUS 510 51 MARII PRONCHISHEVOI (BUKHTA) 667 75.533°N 113.433°E RUS 420 52 TROMSO 680 69.647°N 18.961°E NOR 31 53 HARSTAD 681 68.801°N 16.548°E NOR 61 54 MURMANSK 684 68.967°N 33.05°E RUS 18 55 MURMANSK II 687 68.967°N 33.05°E RUS 19 56 VISE (VISE OSTROV) 704 79.5°N 76.983°E RUS 338 57 UEDINENIA (UEDINENIA OSTROV) 707 77.5°N 82.2°E RUS 348 58 BILLINGA 708 69.883°N 175.767°E RUS 578 59 UADEI 709 71.517°N 136.417°E RUS 468 60 RUSSKAIA GAVAN II 710 76.183°N 62.583°E RUS 3 61 RUSSKAYA GAVAN 711 76.2°N 62.583°E RUS 1 62 IZVESTIA TSIK (IZVESTIA TSIK OSTROVA) 728 75.95°N 82.95°E RUS 360 63 GOLOMIANYI (GOLOMIANYI OSTROV) 729 79.55°N 90.617°E RUS 374 64 AION 730 69.933°N 167.983°E RUS 560 65 MORZHOVAIA (HARASAVEI MYS) 732 71.417°N 67.583°E RUS 318 66 ISACHENKO (ISACHENKO OSTROV) 734 77.15°N 89.2°E RUS 370 67 BUORHAIA (BUORHAIA MYS) 735 71.95°N 132.767°E RUS 464 68 KOSYSTYI (KOSYSTYI MYS) 736 73.65°N 109.733°E RUS 394 69 KRASNOFLOTSKIE (KRASNOFLOTSKIE OSTROVA) 738 78.6°N 98.833°E RUS 385 70 MALYSHEVA (MALYSHEVA OSTROV) 741 72.067°N 129.833°E RUS 452 71 HAMMERFEST 758 70.665°N 23.683°E NOR 21 72 TADIBE-IAHA 767 70.367°N 72.567°E RUS 328 73 MOSJOEN 781 65.85°N 13.2°E NOR 121 74 TERPIAI-TUMSA 790 73.55°N 118.667°E RUS 430 75 VALKARKAI 792 70.083°N 170.933°E RUS 570 76 NEMKOVA (NEMKOVA OSTROV) 797 71.417°N 150.75°E RUS 521 77 BRONNOYSUND 803 65.483°N 12.217°E NOR 131 78 BELYI NOS 859 69.6°N 60.217°E RUS 7 79 RESOLUTE 863 74.683°N 94.883°W CAN 151 80 SOPOCHNAIA KARGA 917 71.867°N 82.7°E RUS 351 81 ZHOHOVA (ZHOHOVA OSTROV) 937 76.15°N 152.833°E RUS 528 82 TUKTOYAKTUK 1000 69.417°N 132.967°W CAN 211 83 PESCHANYI (PESCHANYI MYS) 1006 79.433°N 102.483°E RUS 405 84 KRENKELIA (HEISA OSTROV) 1012 80.617°N 58.05°E RUS 14 85 SAGYLLAH-ARY 1019 73.15°N 128.883°E RUS 443 86 ALERT 1110 82.49°N 62.32°W CAN 162 87 ANTIPAIUTA 1128 69.083°N 76.85°E RUS 335 88 CAMBRIDGE BAY 1132 69.117°N 105.067°W CAN 191 89 SANDNESSJOEN 1137 66.017°N 12.633°E NOR 117 90 SE-LAHA 1200 70.15°N 72.567°E RUS 331 91 VADSO 1257 70.067°N 29.75°E NOR 5 92 HONNINGSVAG 1267 70.98°N 25.973°E NOR 15 93 CAPE PARRY 1282 70.15°N 124.667°W CAN 201 94 BYKOV MYS (BYKOV MYS) 1399 72°N 129.117°E RUS 449 95 NY-ALESUND 1421 78.929°N 11.938°E SJM 21 96 NAIBA 1497 70.85°N 130.75°E RUS 460 97 ANABAR 1780 73.217°N 113.5°E RUS 425 98 LITTLE CORNWALLIS ISLAND 1822 75.383°N 96.95°W CAN 156 99 PRUDHOE BAY, ALASKA 1857 70.4°N 148.527°W USA 2 100 ULUKHAKTOK (FORMERLY HOLMAN ) 1930 70.736°N 117.761°W CAN 199 101 QIKIQTARJUAQ 1935 67.867°N 64.117°W CAN 135 102 BUGRINO 2025 68.8°N 49.333°E RUS 10 103 MYS PIKSHUEVA 2026 69.55°N 32.433°E RUS 30 104 POLYARNIY 2027 69.2°N 33.483°E RUS 20 105 TERIBERKA 2028 69.2°N 35.117°E RUS 23 106 KALIX 2101 65.697°N 23.096°E SWE 205 注：所属国家一栏中，RUS表示俄罗斯，NOR表示挪威，CAN表示加拿大，SJM表示斯瓦尔巴群岛和扬马延岛，USA表示美国，SWE表示瑞典。 -
图 1 北冰洋地理概况和验潮站分布
图中红点和蓝点为验潮站位置，其中红点是与高度计对比的站位
Fig. 1 Geography of the Arctic Ocean and location of tide gauges
Tide gauges are marked with dots, data of red dots are compared with altimeters
图 2 北冰洋沿岸验潮站数据时间跨度（序号对应的站位信息见附录）
Fig. 2 Time span of the tide gauge records along the coast of the Arctic Ocean (see appendix for detailed information of the tide gauges)
图 3 北冰洋2003−2014年平均海面高度空间分布（Armitage（a）、DTU（b）、Copernicus（c））及Armitag与DTU海面高度距平数据差异（d）
Fig. 3 Spatial distribution of the mean sea surface height for the period 2003–2014 in the Arctic Ocean (Armitage (a), DTU (b), Copernicus (c)) and the difference of sea surface height anomaly between Armitage and DTU datasets (d)
图 4 月均海面高度距平的标准差
a. Armitage；b. DTU；c. Armitage与DTU的差异
Fig. 4 Standard deviation of monthly sea surface height anomaly
a. Armitage; b. DTU; c. difference between Armitage and DTU
图 6 年均海面高度的标准差
a. Armitage；b. DTU；c. Armitage与DTU的差异
Fig. 6 Standard deviation of annual sea surface height
a. Armitage; b. DTU; c. difference between Armitage and DTU
图 7 北冰洋海平面的低频变化模态
Fig. 7 Low-frequency modes of sea level variability in the Arctic Ocean
图 8 累积北极涛动指数与海面高度的相关系数
Fig. 8 Correlation coefficient between cumulative Arctic Oscillation index and sea surface height
图 9 2003-2014年北冰洋海面高度变化速率
a. Armitage；b. DTU；c. Armitage与DTU的差异
Fig. 9 Rate of sea surface height in the Arctic Ocean from 2003 to 2014
a. Armitage; b. DTU; c. difference between Armitage and DTU
图 10 北冰洋区域划分及区域年均海面高度时间序列
a. 区域划分；b. 北冰洋平均海面高度与夏季海冰面积；c. 波弗特海区；d. 俄罗斯沿岸区；e. 北欧海区
Fig. 10 Regional division of the Arctic Ocean and time series of regional annual-mean sea surface height
a. Regional division; b. mean sea surface height and summer sea ice area of the Arctic Ocean; c. Beaufort Sea; d. Russian coastal area; e. Nordic sea area
表 1 高度计与验潮站月均海面高度距平数据的比较
Tab. 1 Comparison of monthly sea surface height anomaly from altimeter and tide gauges
站位名称 站位序号 位置 观测年数 距离/km
（Armitage）斜率
（Armitage）标准差/cm
（Armitage）相关系数
（Armitage）距离/km
（DTU）斜率
（DTU）标准差/cm
（DTU）相关系数
（DTU）SANNIKOVA 602 74.7°N, 138.9°E 11 17 0.31 12.01 0.35（0.01） 11 0.17 8.29 0.27（0.10） PEVEK 606 69.7°N, 170.3°E 10 78 0.30 9.88 0.48（0.01） 89 0.22 8.16 0.42（0.01） DUNAI 640 73.9°N, 124.5°E 8 83 0.15 7.15 0.38（0.01） 111 0.08 6.24 0.22（0.03） KOTELNYI 641 76.0°N, 137.9°E 11 72 0.28 8.36 0.40（0.01） 100 0.17 5.82 0.35（0.01） KIGILIAH 642 73.3°N, 140.0°E 11 111 0.65 12.93 0.66（0.01） 111 0.31 8.29 0.50（0.01） 拉普捷夫海和东西伯利亚海 10 72 0.34 10.07 0.45 84 0.19 7.36 0.35 AMDERMA 599 69.8°N, 61.7°E 11 22 0.40 8.39 0.59（0.01） 133 0.25 5.88 0.54（0.01） UST 600 69.3°N, 64.5°E 11 83 0.17 10.09 0.24（0.01） 111 0.17 6.47 0.38（0.01） STERLEGOVA 612 75.4°N, 88.9°E 10 122 0.26 9.63 0.44（0.01） 100 0.15 9.46 0.27（0.01） IZVESTIA 728 76.0°N, 83.0°E 11 27 0.37 8.28 0.53（0.01） 0 0.26 7.62 0.41（0.01） GOLOMIANYI 729 79.6°N, 90.6°E 8 16 0.21 4.84 0.32（0.01） 122 0.24 6.71 0.26（0.01） 喀拉海 11 54 0.28 8.25 0.42 93 0.21 7.23 0.37 VARDO 524 70.4°N, 31.1°E 12 122 0.44 5.34 0.63（0.01） 122 0.54 6.18 0.67（0.01） HAMMERFEST 758 70.7°N, 23.7°E 12 50 0.43 5.33 0.65（0.01） 133 0.56 6.94 0.64（0.01） HONNINGSVAG 1267 71.0°N, 26.0°E 12 111 0.42 5.08 0.63（0.01） 0 0.57 6.74 0.64（0.01） 巴伦支海 12 94 0.43 5.25 0.64 85 0.56 6.62 0.65 TUKTOYAKTUK 1000 69.4°N, 227.0°E 12 111 0.31 6.95 0.62（0.01） 56 0.17 8.81 0.27（0.01） ALASKA 1857 70.4°N, 211.5°E 12 167 0.29 5.04 0.63（0.01） 111 0.16 7.70 0.23（0.01） 波弗特海 12 139 0.30 6.00 0.63 84 0.17 8.26 0.25 注：对于每个验潮站，表中显示了站点的名称、序号、位置、2003−2014年的资料重叠年数、高度计网格点与验潮站位置之间的距离、高度计和验潮站月均数据散点图的线性拟合斜率、高度计数据与线性拟合值的残差标准差以及高度计与验潮站时间序列的相关系数，相关系数括号内数值表示显著性水平。拉普捷夫海和东西伯利亚海、喀拉海、巴伦支海、波弗特海的平均值均以加粗显示。 
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A1 北冰洋沿岸验潮站的主要信息
A1 Main information of tide gauges along the Arctic Ocean
序号 站名 站位号 纬度 经度 所属国家 观测年数 1 KABELVAG 45 68.213°N 14.482°E NOR 91 2 OULU / ULEABORG 79 65.04°N 25.418°E FIN 11 3 KEMI 229 65.673°N 24.515°E FIN 1 4 NARVIK 312 68.428°N 17.426°E NOR 81 5 LINAKHAMARI 365 69.65°N 31.367°E RUS 25 6 ANDENES 425 69.326°N 16.135°E NOR 41 7 BERLEVAG 442 70.85°N 29.1°E NOR 11 8 VARDO 524 70.375°N 31.104°E NOR 1 9 EVENSKJAER 531 68.583°N 16.55°E NOR 71 10 BARENTSBURG 541 78.067°N 14.25°E SJM 1 11 BARENTSBURG II (SPITSBERGEN) 547 78.067°N 14.25°E SJM 2 12 BODO 562 67.288°N 14.391°E NOR 101 13 TIKSI (TIKSI BUKHTA) 569 71.583°N 128.917°E RUS 447 14 AMDERMA 599 69.75°N 61.7°E RUS 310 15 UST KARA 600 69.25°N 64.517°E RUS 315 16 FEDOROVA (CHELUSKIN MYS) 601 77.717°N 104.3°E RUS 392 17 SANNIKOVA (SANNIKOVA PROLIV) 602 74.667°N 138.9°E RUS 480 18 SHALAUROVA (SHALAUROVA MYS) 603 73.183°N 143.233°E RUS 516 19 AMBARCHIK 604 69.617°N 162.3°E RUS 535 20 RAU-CHUA 605 69.5°N 166.583°E RUS 556 21 PEVEK 606 69.7°N 170.25°E RUS 567 22 VANKAREM 607 67.833°N 175.833°W RUS 630 23 VRANGELIA (VRANGELIA OSTROV) 608 70.983°N 178.483°W RUS 620 24 MALYE KARMAKULY 609 72.367°N 52.7°E RUS 16 25 UST OLENEK 610 73°N 119.867°E RUS 435 26 DIKSON 611 73.5°N 80.4°E RUS 345 27 STERLEGOVA (STERLEGOVA MYS) 612 75.417°N 88.9°E RUS 365 28 NETTEN 613 66.967°N 171.933°W RUS 650 29 PRAVDY (PRAVDY OSTROV) 615 76.267°N 94.767°E RUS 378 30 MYS SHMIDTA 616 68.9°N 179.367°W RUS 610 31 RATMANOVA 617 65.85°N 169.133°W RUS 670 32 MALYI TAIMYR (MALYI TAIMYR OSTROV) 620 78.083°N 106.817°E RUS 414 33 KOLUCHIN 621 67.483°N 174.65°W RUS 640 34 UGORSKII SHAR (UGORSKII SHAR PROLIV) 622 69.817°N 60.75°E RUS 308 35 DUNAI (DUNAI OSTROV) 640 73.933°N 124.5°E RUS 440 36 KOTELNYI (KOTELNYI OSTROV) 641 76°N 137.867°E RUS 475 37 KIGILIAH 642 73.333°N 139.867°E RUS 485 38 ANDREIA (ANDREIA OSTROV) 646 76.8°N 110.75°E RUS 410 39 ZHELANIA II (ZHELANIA MYS) 647 76.95°N 68.55°E RUS 321 40 GEIBERGA (GEIBERGA OSTROV) 648 77.6°N 101.517°E RUS 387 41 MUOSTAH ( MUOSTAH OSTROV) 649 71.55°N 130.033°E RUS 455 42 CHETYREHSTOLBOVOI 650 70.633°N 162.483°E RUS 550 43 BOLVANSKII NOS (FEDOROVA) 651 70.45°N 59.083°E RUS 305 44 PREOBRAZHENIA (PREOBRAZHENIA OSTROV) 652 74.667°N 112.933°E RUS 418 45 POPOVA (BELYI OSTROV) 653 73.333°N 70.05°E RUS 325 46 LESKINA (LESKINA MYS) 654 72.317°N 79.567°E RUS 340 47 RUSSKII (RUSSKII OSTROV) 655 77.167°N 96.433°E RUS 380 48 SOLNECHNAIA (SOLNECHNAIA BUKHTA) 656 78.2°N 103.267°E RUS 390 49 SVIATOI NOS (SVIATOI NOS MYS) 657 72.833°N 140.733°E RUS 397 50 ZEMLIA BUNGE 658 74.883°N 142.117°E RUS 510 51 MARII PRONCHISHEVOI (BUKHTA) 667 75.533°N 113.433°E RUS 420 52 TROMSO 680 69.647°N 18.961°E NOR 31 53 HARSTAD 681 68.801°N 16.548°E NOR 61 54 MURMANSK 684 68.967°N 33.05°E RUS 18 55 MURMANSK II 687 68.967°N 33.05°E RUS 19 56 VISE (VISE OSTROV) 704 79.5°N 76.983°E RUS 338 57 UEDINENIA (UEDINENIA OSTROV) 707 77.5°N 82.2°E RUS 348 58 BILLINGA 708 69.883°N 175.767°E RUS 578 59 UADEI 709 71.517°N 136.417°E RUS 468 60 RUSSKAIA GAVAN II 710 76.183°N 62.583°E RUS 3 61 RUSSKAYA GAVAN 711 76.2°N 62.583°E RUS 1 62 IZVESTIA TSIK (IZVESTIA TSIK OSTROVA) 728 75.95°N 82.95°E RUS 360 63 GOLOMIANYI (GOLOMIANYI OSTROV) 729 79.55°N 90.617°E RUS 374 64 AION 730 69.933°N 167.983°E RUS 560 65 MORZHOVAIA (HARASAVEI MYS) 732 71.417°N 67.583°E RUS 318 66 ISACHENKO (ISACHENKO OSTROV) 734 77.15°N 89.2°E RUS 370 67 BUORHAIA (BUORHAIA MYS) 735 71.95°N 132.767°E RUS 464 68 KOSYSTYI (KOSYSTYI MYS) 736 73.65°N 109.733°E RUS 394 69 KRASNOFLOTSKIE (KRASNOFLOTSKIE OSTROVA) 738 78.6°N 98.833°E RUS 385 70 MALYSHEVA (MALYSHEVA OSTROV) 741 72.067°N 129.833°E RUS 452 71 HAMMERFEST 758 70.665°N 23.683°E NOR 21 72 TADIBE-IAHA 767 70.367°N 72.567°E RUS 328 73 MOSJOEN 781 65.85°N 13.2°E NOR 121 74 TERPIAI-TUMSA 790 73.55°N 118.667°E RUS 430 75 VALKARKAI 792 70.083°N 170.933°E RUS 570 76 NEMKOVA (NEMKOVA OSTROV) 797 71.417°N 150.75°E RUS 521 77 BRONNOYSUND 803 65.483°N 12.217°E NOR 131 78 BELYI NOS 859 69.6°N 60.217°E RUS 7 79 RESOLUTE 863 74.683°N 94.883°W CAN 151 80 SOPOCHNAIA KARGA 917 71.867°N 82.7°E RUS 351 81 ZHOHOVA (ZHOHOVA OSTROV) 937 76.15°N 152.833°E RUS 528 82 TUKTOYAKTUK 1000 69.417°N 132.967°W CAN 211 83 PESCHANYI (PESCHANYI MYS) 1006 79.433°N 102.483°E RUS 405 84 KRENKELIA (HEISA OSTROV) 1012 80.617°N 58.05°E RUS 14 85 SAGYLLAH-ARY 1019 73.15°N 128.883°E RUS 443 86 ALERT 1110 82.49°N 62.32°W CAN 162 87 ANTIPAIUTA 1128 69.083°N 76.85°E RUS 335 88 CAMBRIDGE BAY 1132 69.117°N 105.067°W CAN 191 89 SANDNESSJOEN 1137 66.017°N 12.633°E NOR 117 90 SE-LAHA 1200 70.15°N 72.567°E RUS 331 91 VADSO 1257 70.067°N 29.75°E NOR 5 92 HONNINGSVAG 1267 70.98°N 25.973°E NOR 15 93 CAPE PARRY 1282 70.15°N 124.667°W CAN 201 94 BYKOV MYS (BYKOV MYS) 1399 72°N 129.117°E RUS 449 95 NY-ALESUND 1421 78.929°N 11.938°E SJM 21 96 NAIBA 1497 70.85°N 130.75°E RUS 460 97 ANABAR 1780 73.217°N 113.5°E RUS 425 98 LITTLE CORNWALLIS ISLAND 1822 75.383°N 96.95°W CAN 156 99 PRUDHOE BAY, ALASKA 1857 70.4°N 148.527°W USA 2 100 ULUKHAKTOK (FORMERLY HOLMAN ) 1930 70.736°N 117.761°W CAN 199 101 QIKIQTARJUAQ 1935 67.867°N 64.117°W CAN 135 102 BUGRINO 2025 68.8°N 49.333°E RUS 10 103 MYS PIKSHUEVA 2026 69.55°N 32.433°E RUS 30 104 POLYARNIY 2027 69.2°N 33.483°E RUS 20 105 TERIBERKA 2028 69.2°N 35.117°E RUS 23 106 KALIX 2101 65.697°N 23.096°E SWE 205 注：所属国家一栏中，RUS表示俄罗斯，NOR表示挪威，CAN表示加拿大，SJM表示斯瓦尔巴群岛和扬马延岛，USA表示美国，SWE表示瑞典。
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[1] Proshutinsky A, Pavlov V, Bourke R H. Sea level rise in the Arctic Ocean[J]. Geophysical Research Letters, 2001, 28(11): 2237−2240. doi: 10.1029/2000GL012760 [2] Stammer D, Cazenave A, Ponte R M, et al. Causes for contemporary regional sea level changes[J]. Annual Review of Marine Science, 2013, 5(1): 21−46. doi: 10.1146/annurev-marine-121211-172406 [3] Griffies S M, Yin Jianjun, Durack P J, et al. An assessment of global and regional sea level for years 1993−2007 in a suite of interannual CORE-II simulations[J]. Ocean Modelling, 2014, 78: 35−89. doi: 10.1016/j.ocemod.2014.03.004 [4] IPCC. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[M]. Cambridge, USA: Cambridge University Press, 2013. [5] Rhein M, Rintoul S R, Aoki S, et al. Observations: Ocean Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[M]. Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: Cambridge University Press, 2013: 255−316. [6] Serreze M C, Barrett A P, Stroeve J C, et al. The emergence of surface-based Arctic amplification[J]. The Cryosphere, 2009, 3(1): 11−19. doi: 10.5194/tc-3-11-2009 [7] Serreze M C, Barry R G. Processes and impacts of Arctic amplification: a research synthesis[J]. Global and Planetary Change, 2011, 77(1/2): 85−96. [8] Shepherd A, Ivins E R, Geruo A, et al. A reconciled estimate of ice-sheet mass balance[J]. Science, 2012, 338(6111): 1183−1189. doi: 10.1126/science.1228102 [9] Velicogna I, Sutterley T C, Van Den Broeke M R. Regional acceleration in ice mass loss from Greenland and Antarctica using GRACE time-variable gravity data[J]. Geophysical Research Letters, 2014, 41(22): 8130−8137. doi: 10.1002/2014GL061052 [10] Gardner A S, Moholdt G, Cogley J G, et al. A reconciled estimate of glacier contributions to sea level rise: 2003 to 2009[J]. Science, 2013, 340(6134): 852−857. doi: 10.1126/science.1234532 [11] Kouraev A V, Papa F, Mognard N M, et al. Sea ice cover in the Caspian and Aral Seas from historical and satellite data[J]. Journal of Marine Systems, 2004, 47(1/4): 89−100. [12] Kwok R, Cunningham G F, Wensnahan M, et al. Thinning and volume loss of the Arctic Ocean sea ice cover: 2003−2008[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2009, 114(C7): C07005. [13] Comiso J C. Large decadal decline of the Arctic multiyear ice cover[J]. Journal of Climate, 2012, 25(4): 1176−1193. doi: 10.1175/JCLI-D-11-00113.1 [14] Cavalieri D J, Parkinson C L. Antarctic sea ice variability and trends, 1979−2006[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2008, 113(C7): C07004. [15] Stroeve J C, Kattsov V, Barrett A, et al. Trends in Arctic sea ice extent from CMIP5, CMIP3 and observations[J]. Geophysical Research Letters, 2012, 39(16): L16502. [16] Laxon S W, Giles K A, Ridout A L, et al. CryoSat-2 estimates of Arctic sea ice thickness and volume[J]. Geophysical Research Letters, 2013, 40(4): 732−737. doi: 10.1002/grl.50193 [17] Proshutinsky A, Krishfield R, Timmermans M L, et al. Beaufort Gyre freshwater reservoir: state and variability from observations[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2009, 114(C1): C00A10. [18] McPhee M G, Proshutinsky A, Morison J H, et al. Rapid change in freshwater content of the Arctic Ocean[J]. Geophysical Research Letters, 2009, 36(10): L10602. doi: 10.1029/2009GL037525 [19] Rabe B, Karcher M, Schauer U, et al. An assessment of Arctic Ocean freshwater content changes from the 1990s to the 2006−2008 period[J]. Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 2011, 58(2): 173−185. doi: 10.1016/j.dsr.2010.12.002 [20] Polyakov I V, Bhatt U S, Walsh J E, et al. Recent oceanic changes in the Arctic in the context of long-term observations[J]. Ecological Applications, 2013, 23(8): 1745−1764. doi: 10.1890/11-0902.1 [21] Haine T W N, Curry B, Gerdes R, et al. Arctic freshwater export: status, mechanisms, and prospects[J]. Global and Planetary Change, 2015, 125: 13−35. doi: 10.1016/j.gloplacha.2014.11.013 [22] Armitage T W K, Bacon S, Ridout A L, et al. Arctic Ocean surface geostrophic circulation 2003−2014[J]. The Cryosphere, 2017, 11(4): 1767−1780. doi: 10.5194/tc-11-1767-2017 [23] Armitage T W K, Bacon S, Kwok R. Arctic sea level and surface circulation response to the Arctic Oscillation[J]. Geophysical Research Letters, 2018, 45(13): 6576−6584. doi: 10.1029/2018GL078386 [24] Regan H C, Lique C, Armitage T W K. The Beaufort Gyre extent, shape, and location between 2003 and 2014 from satellite observations[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2019, 124(2): 844−862. doi: 10.1029/2018JC014379 [25] Manabe S, Stouffer R J. Simulation of abrupt climate change induced by freshwater input to the North Atlantic Ocean[J]. Nature, 1995, 378(6553): 165−167. doi: 10.1038/378165a0 [26] Belkin I M. Propagation of the “Great Salinity Anomaly” of the 1990s around the northern North Atlantic[J]. Geophysical Research Letters, 2004, 31(8): L08306. [27] Proshutinsky A Y, Johnson M A. Two circulation regimes of the wind-driven Arctic Ocean[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 1997, 102(C6): 12493−12514. doi: 10.1029/97JC00738 [28] Henry O, Prandi P, Llovel W, et al. Tide gauge-based sea level variations since 1950 along the Norwegian and Russian coasts of the Arctic Ocean: contribution of the steric and mass components[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2012, 117(C6): C06023. [29] Holgate S J, Matthews A, Woodworth P L, et al. New data systems and products at the permanent service for mean sea level[J]. Journal of Coastal Research, 2013, 29(3): 493−504. [30] Koldunov N V, Serra N, Köhl A, et al. Multimodel simulations of Arctic Ocean sea surface height variability in the period 1970−2009[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2014, 119(12): 8936−8954. doi: 10.1002/2014JC010170 [31] Prandi P, Ablain M, Cazenave A, et al. A new estimation of mean sea level in the Arctic Ocean from satellite altimetry[J]. Marine Geodesy, 2012, 35(S1): 61−81. [32] Cheng Yongcun, Andersen O, Knudsen P. An improved 20-year Arctic Ocean altimetric sea level data record[J]. Marine Geodesy, 2015, 38(2): 146−162. doi: 10.1080/01490419.2014.954087 [33] Armitage T W K, Bacon S, Ridout A L, et al. Arctic sea surface height variability and change from satellite radar altimetry and GRACE, 2003−2014[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2016, 121(6): 4303−4322. doi: 10.1002/2015JC011579 [34] Peacock N R, Laxon S W. Sea surface height determination in the Arctic Ocean from ERS altimetry[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2004, 109(C7): C07001. [35] Giles K A, Laxon S W, Ridout A L, et al. Western Arctic Ocean freshwater storage increased by wind-driven spin-up of the Beaufort Gyre[J]. Nature Geoscience, 2012, 5(3): 194−197. doi: 10.1038/ngeo1379 [36] Proshutinsky A, Ashik I, Häkkinen S, et al. Sea level variability in the Arctic Ocean from AOMIP models[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2007, 112(C4): C04S08. [37] Farrell S L, McAdoo D C, Laxon S W, et al. Mean dynamic topography of the Arctic Ocean[J]. Geophysical Research Letters, 2012, 39(1): L01601. [38] Xiao Kai, Chen Meixiang, Wang Qiang, et al. Low-frequency sea level variability and impact of recent sea ice decline on the sea level trend in the Arctic Ocean from a high-resolution simulation[J]. Ocean Dynamics, 2020, 70(6): 787−802. doi: 10.1007/s10236-020-01373-5 [39] Peltier W R. Global sea level rise and glacial isostatic adjustment[J]. Global and Planetary Change, 1999, 20(2/3): 93−123. [40] Carret A, Johannessen J A, Andersen O B, et al. Arctic sea level during the satellite altimetry era[J]. Surveys in Geophysics, 2017, 38(1): 251−275. doi: 10.1007/s10712-016-9390-2 [41] Thompson D W J, Wallace J M. The Arctic Oscillation signature in the wintertime geopotential height and temperature fields[J]. Geophysical Research Letters, 1998, 25(9): 1297−1300. doi: 10.1029/98GL00950 [42] Wu Bingyi, Wang Jia, Walsh J E. Dipole anomaly in the winter Arctic atmosphere and its association with sea ice motion[J]. Journal of Climate, 2006, 19(2): 210−225. doi: 10.1175/JCLI3619.1 [43] Wang Qiang. Stronger variability in the Arctic Ocean induced by sea ice decline in a warming climate: Freshwater storage, dynamic sea level and surface circulation[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2021, 126(3): e2020JC016886. [44] Wang Jia, Ikeda M. Arctic Oscillation and Arctic sea-ice oscillation[J]. Geophysical Research Letters, 2000, 27(9): 1287−1290. doi: 10.1029/1999GL002389 [45] Morison J, Kwok R, Peralta-Ferriz C, et al. Changing Arctic ocean freshwater pathways[J]. Nature, 2012, 481(7379): 66−70. doi: 10.1038/nature10705 [46] Wang Qiang, Wekerle C, Danilov S, et al. Recent sea ice decline did not significantly increase the total liquid freshwater content of the Arctic Ocean[J]. Journal of Climate, 2019, 32(1): 15−32. doi: 10.1175/JCLI-D-18-0237.1 [47] Aagaard K, Carmack E C. The role of sea ice and other fresh water in the Arctic circulation[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 1989, 94(C10): 14485−14498. doi: 10.1029/JC094iC10p14485 [48] Calafat F M, Chambers D P, Tsimplis M N. Inter-annual to decadal sea-level variability in the coastal zones of the Norwegian and Siberian Seas: the role of atmospheric forcing[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2013, 118(3): 1287−1301. doi: 10.1002/jgrc.20106 期刊类型引用(1)
1. 陈国栋，陈钰，金涛勇，张志杰，李黎. 利用Cryosat-2 SAR模式数据确定北冰洋海平面模型. 大地测量与地球动力学. 2023(06): 606-611+621 . 
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