近20年海平面变化成因研究进展及挑战

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。     

20世纪全球海平面年代际间变率及区域特征

利用PSMSL全球海潮测量资料,分析了100多年以来全球海平面的年代际间变化特征.同时对区域变化特征进行了分析,得出全球海平面自30世纪70年代以来持续上升,全球海平面上升的区域变化特征明显,特别是最近30 a以来区域海平面变率增大.海平面变化的这种趋势和全球地面温度变化趋势相似.对几个有着较长时间记录的潮汐站测量资料进行了分析,从更长的时间尺度上调查了海平面的长期变化趋势.对全球潮汐测量资料的长期变化趋势分析后,得出在过去一个世纪里全球海平面呈现一个整体上升的趋势,在北大西洋和太平洋西部,海平面出现了近40 mm/a的上升量.     

未来海平面变化趋势

根据气候和海平面在整个历史长河中的变化规律 ,结合当前各国科学家对气候变化所做的实验、分析 ,讨论了最近 10 0多年全球气候变暖原因和未来海平面变化趋势。海平面在今后百年尺度里 ,随气候变暖继续上升一段时间之后 ,将会随气候变冷而下降。这种时高时低现象可能会持续数百年 ,变幅不会超过 3米     

未来中国沿海海平面上升趋势估计

根据 IPCC工作组对全球海平面上升的估计、全新世沿海地区地壳垂直形变速率和中国沿海海平面变化规律 ,列出了中国沿海海平面上升速率和 2 0 3 0年及 2 0 5 0年前后中国沿海海平面上升的估计。文中对沿海三角洲地区因为地面下沉引起的海平面上升进行了讨论。这些地区海平面上升将是非常显著的。文中对如何利用月平均海平面信息 ,分析海平面的趋势性和周期性变化进行了讨论。     

1993～2015年中国南海海平面变化的初步研究

利用多代卫星测高资料,采用线性回归、傅里叶变换、经验模态分解(EMD)算法等,对1993~2015年中国南海海平面变化的规律进行分析。结果表明,近23 a来,中国南海海平面总体呈现明显上升趋势,平均上升速率为2.4 mm/a,具体上升速率呈现先上升后下降趋势。中国南海海平面存在显著的年际和年代际变化,其主要变化周期有1 a,0.5 a,1.5 a,2~3 a,4~7 a,其中最显著的为1 a周期信号,夏秋季节海平面高度较高,春冬季节较低。     

未来中国沿海海平面上升趋势估计

根据IPCC工作组对全球海平面上升的估计、全新世沿海地区地壳垂直形变速率和中国沿海海平面变化规律，列出了中国沿海海平面上升速率和2030年及2050年前后中国沿海海平面上升的估计。文中对沿海三角洲地区因为地面下沉引起的海平面上升进行了讨论。这些地区海平面上升将是非常显著的。文中对如何利用月平均海平面信息，分析海平面的趋势性和周期性变化进行了讨论。     

加州如何避免沦为水世界？

科学研究显示,全球升温超过预期,本世纪末海平面上升可能超过1.4米正如加利福尼亚州官方的看法,全球变暖已经发生,没有更多的时间可以用来打算要做什么了。海平面上升加州身处险境加州跨部门的气候行动工作组(Climate Action Team)3月11日发布了40个关于影响和适应性报告中的首     

全球变暖不止威胁现代生活,考古宝藏亦面临破坏

全球变暖造成冰川和冻土消融,降水量重新分配,海平面上升等诸多影响。根据科学家的说法,这种现象不仅威胁着现代人类的生存环境,也会破坏许多珍贵的考古遗迹。     

基于GPU的全球海平面高度异常数据渲染

提出了基于GPU的全球真实海平面高度异常数据的三维水面渲染,并分析了海平面高度异常变化与大洋环流之间的关系。首先把DEM格式的海平面高度异常数据通过图形渲染的方式生成纹理数据,将数据量进行压缩并且提高了渲染效率;然后基于自主研发的VV-Ocean海洋虚拟现实与可视化平台,将全球范围的海平面高度异常变化以虚拟现实的方式绘制到三维球面当中,生成动态海平面,直观形象地表达了全球海平面高度在1年内的变化情况;最后将全球海平面高度异常的可视化结果与大洋环流运动进行对照分析,符合洋流运动规律。     

联合卫星测高和GNSS观测的天津沿海近25年相对海平面变化分析

针对现有验潮公开数据因时间范围及潮位沉降修正等影响,难以真实反映天津沿海相对海平面变化的问题,基于全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）与验潮并置观测,设计了联合卫星测高和GNSS观测的天津沿海相对海平面变化分析方法。分析结果显示,1993—2018年期间,塘沽验潮站点的相对海平面上升速率约为13.45±0.45 mm/a;联合4个虚拟并置观测站,得到天津沿海不同区域的相对海平面上升速率在11.15～19.17 mm/a,平均上升速率15.09±0.45 mm/a。沿海地面沉降是天津相对海平面上升速率偏高的主要因素（贡献率大于70%）,受地面沉降非均匀空间分布的影响,海平面上升速率存在区域差异,塘沽验潮站难以代表整个天津沿海的相对海平面变化。     

利用卫星测高与验潮站数据监测越南近海海平面变化

利用卫星测高和验潮站资料计算分析了越南近海海平面变化。结果表明,两种数据得到的海平面变化过程具有很好的同步性,其中,由测高数据计算得到的1993-2015年越南近海整体上升速率为3.18 mm/a,沿岸验潮站海平面上升速率为4.1 mm/a。在整个验潮站观测时段,越南沿海海平面呈上升趋势,平均上升速率为3.02 mm/a。越南近海海平面表现为较强的季节性特征,在红河和湄公河三角洲沿岸地区,极易受到风暴潮和洪水等季节性气候的影响。     

近海海平面变化成因分析

近海海平面上升直接威胁人类生存,分析其成因不仅具有重要科学意义,而且能够为应对海平面上升提供相应策略。使用卫星测高、时变重力以及浮标观测研究2002—2020年近海300 km内海平面变化成因。由于时变重力在近海受到较为严重的泄漏误差影响,使用时变重力约束解模拟陆地质量变化对海洋质量的泄漏,其线性趋势约为0.68 mm/a。在季节和非季节尺度上,时变重力和浮标观测解释了卫星测高的结果,证明近海海平面平衡方程在季节和非季节时间尺度上能够被闭合。在长期变化趋势方面,卫星测高显示近海海平面上升速率为3.32±0.45 mm/a,而时变重力与浮标观测之和的速率为2.25±0.51 mm/a,两者之间存在约1 mm/a的速率差。鉴于该速率差高于估计的不确定度,认为当前在闭合近海海平面平衡方程长期趋势方面仍存在不小挑战,一方面近海比容实测数据较为稀少,很可能低估了长期趋势变化;另一方面,不完善的泄漏误差改正和陆地垂直运动改正也会影响近海海平面长期趋势变化。     

我国高精度GPS陆海垂直运动监测网的建立与精度分析

为了将验潮站得到的海平面变化信息与难潮站所在陆地垂直运动分离开来,获得海平面变化的绝对信息,在我国沿海５个难潮站建立了一个高精度的ＧＰＳ陆海垂直运动监测网,采用ＧＡＭＩＴ和Ｇｌｏｏｋ软件对数据进行处理,并顾及影响高程因素中由于方位不对称引起的大气延迟改进的Ｎｉｅｌｌ模型,我们最终得到ＧＰＳ监测网毫米级的高程精度。     

利用TOPEX/Poseidon卫星测高资料监测全球海平面变化

本文利用１９９３年１月至１９９９年５月的ＴＯＰＥＸ／Ｐｏｓｅｉｄｏｎ卫星测高数据计算了全球海平变化。海平面模型误差和不恰当的加权方法都会影响全球海平面序列的周年变化,潮汐模型误差对于季节性变化有明显的影响。利用两个高度计算的海平面变化存在周年变化存在明显的差异,利用ＴＯＰＥＸ高度计和Ｐｏｓｅｉｄｏｎ高度计得到的该时段全球平均海平面的变化率分别为２．０ｍｍ／ａ和－０．５ｍｍ／ａ。与南方涛动指数的比较     

用GPS监测陆海垂直运动时的大气负荷模型

本文主要讨论了用ＧＰＳ技术监测海平面变化应采取的措施,以及进行高精度ＧＰＳ测高应采用的相应模型,并着重对大气负荷模型进行了有益的探讨。     

联合卫星重力、卫星测高和海洋资料研究全球海平面变化

利用GRACE、卫星测高和海洋实测温盐数据,探讨了2003~2012年间全球海平面、比容海平面和海水质量等的变化特征,并讨论了南极冰盖和格陵兰冰盖消融对全球海平面变化的影响。全球海平面整体呈上升趋势,上升速度为2.72±0.07 mm/a,且存在显著的空间分布特征。全球海平面、比容海平面和海水质量等的变化还具有显著的季节性特征,其中全球海平面变化的年周期振幅为4.6±0.3 mm。使用经验正交函数分析(EOF)得到全球海平面和比容海平面的季节性变化在南北半球存在显著的差异,但海水质量季节性变化不存在这种差异。南极冰盖和格陵兰冰盖的消融速率分别为-75.7±12.3 Gt/a和-124.1±2.9 Gt/a,对海平面的长期趋势项贡献分别为0.21±0.03 mm/a和0.34±0.01 mm/a,仅占全球海水质量增加速度1.80±0.10 mm/a的12%和19%,总计占31%,因此,两极冰盖质量消融并不是2003-2012年间海水质量增加的最主要因素。     

高度计观测的全球海平面时空变化特征

利用AVISO数据中心提供的卫星高度计资料,研究了1992年-2008年全球海平面的变化趋势及分布。结果表明,全球海平面以每年2．921mm的速度上升,海平面分布具有季节及区域性差异。     

相对海平面变化时段选择效应分析

验潮站观测的海面高度数据是监测海平面变化以及确定平均海面的重要基础观测信息,利用滑动时段法和时段累积法对验潮站不同观测时段相对海平面变化速率的差异进行了分析,讨论了时段选择效应对计算相对海平面变化的影响,并利用美国东海岸验潮站观测数据对分析结果进行了补充实验.实验结果表明,不同观测时段相对海平面变化速率差异最大可达27...     

联合时变重力数据与测高数据反演全球海平面变化及其分量贡献

理解全球海平面变化具有十分重要的意义,它间接反映了地球系统中气候性相关因素的变化。本文基于一组海平面指纹和比容经验正交函数,联合时变重力数据和卫星测高数据反演了2002年4月至2020年2月的全球海平面变化,将全球海平面变化分解成南极冰盖融化、格陵兰冰盖融化、陆地冰川融化、陆地水储量变化、冰川均衡调整和海水比容效应这6个分量的贡献。联合反演结果显示,全球平均比容海平面变化为1.08±0.05 mm/a,与相关文献的结果相吻合。研究发现,联合测高数据和时变重力数据的反演方法能够一定程度上减弱GRACE Follow-On卫星时期海水质量变化被低估的现象。本文利用联合反演的结果研究了区域海平面变化,在大部分近海区域反演效果较好,这表明该方法可用于区域海平面变化的研究。     

抗差最小二乘法在卫星测高数据处理中的应用

在采用1992年10月至1998年10月的Topex/Poseidon卫星测高资料进行海平面变化研究，将抗差最小二乘法引入到数据处理时，计算了平均海面高，海平面变化量和海平面的升降速率及其主要周期项的振幅和相位，同时给出采用经黄最小二乘法计算的结果，将将两种结果进行了比较，最后通过对计算结果的分析，揭示了海平面变化的一些规律，实证了海平面变化与厄尔尼诺现象之间的联系。