利用验潮和GPS观测技术监测海平面绝对变化

GPS技术可以确定验潮站水准点的地壳垂直形变,结合验潮数据获得的海平面相对变化,可以确定海平面的绝对变化。采用我国3个沿海验潮站两期GPS观测数据,计算了这些点位的地壳垂直运动速率。提出要监测验潮站的地壳垂直运动,最好采用多年连续GPS观测数据。     

我国沿海海平面研究获重要成果

由青岛海洋大学牵头,中国人民解放军测绘信息技术总站、国家海洋信息中心等单位参加并共同完成的“中国沿海现代海平面变化及其应用研究”项目获得重要成果。 该项成果是以青岛海洋大学陈宗镛教授为首的专家     

北大西洋沿岸过去2000年海平面变化的若干重要特征

北大西洋沿岸是世界上最容易受海平面上升影响的地区之一。了解该区域过去海平面变化历史和特征,对认识现代海平面变化过程、预估未来海平面变化趋势具有重要科学意义,同时也有助于最大限度地减小预测结果的不确定性。基于此,我们以北大西洋沿岸1 350个验潮站观测记录和已发表的1 604个海平面数据为基础,进行系统分析和集成研究,尝试建立北大西洋沿岸过去2000年海平面的变化历史,并分析北大西洋沿岸过去2000年海平面变化的主要过程与特征、区域差异和存在的问题。结果表明：①北大西洋沿岸过去2000年海平面变化具有显著的时空差异性,海平面的变化幅度、变化时间、波动次数等均具有区域差异性。②北大西洋沿岸过去2000年以来海平面总体上呈现出波动上升趋势,但不同地区海平面上升高程相差较大,北大西洋西岸北美洲东部海平面上升超过2.5 m,格陵兰岛-冰岛、欧洲和美国南部和东南部海平面上升幅度约1.9 m,北海和地中海海平面上升幅度约1 m。③公元1900年以来,北大西洋东西沿岸海平面上升速率普遍加快,并呈现出明显的纬度差异,即北大西洋东岸从地中海到欧洲沿岸再到格陵兰岛-冰岛,随着纬度增加,海平面上升速率逐渐增加。类似的,北大西洋西岸美国南部和东南部到美国东部再到加拿大东部,随着纬度的增加,海平面上升速率也依次增加。④过去2000年北大西洋沿岸海平面变化及其时空差异性是多种因素综合作用的结果,气候冷暖交替、冰川均衡调整、大气-海洋动力学、区域构造以及沿岸地形的变化、沉积物压实和潮汐范围变化等可能是主要原因。     

全球和我国近海验潮站及任意地点（区）的21世纪海平面预测

叙述了应用验潮站的海平面资料求年变率的方法，该法得出我国海平面的年变率为０．１４－０．２０ｃｍ／ａ，同时对海平面的外推预测法进行介绍和比较验证；提出了全球海平面上升值加当地地面升降 地点和地区预测法，结合年变度和气温升温计算出全球和我国珠江，长江及可三角洲等地区以及一些地点的２１世纪海平面预测值。     

海平面变化研究发展迅速

在过去的10年,人们测定海平面的能力取得长足进步。目前的技术水平和所预见的技术进程表明,在下一个10年,将能够在更大范围更精确地确定海平面的空间和时间变化。     

海平面多年变化的研究方法

本文根据连云港、秦皇岛和葫芦岛1960～1990年的潮汐资料,分析了海平面变化的三个组成部分,指出海平面趋势变化分量的重要性,并提出海平面趋势变化的分析方法。     

基于11年高度计数据的中国海海平面变化初步研究

利用1992年10月~2004年1月共11 a的TOPEX/Poseidon(T/P)和Jason-1高度计数据,对中国海海平面的时空变化变化做了初步分析,并且对11 a间海平面的上升速率进行了分析。研究发现中国海海平面11 a间的一些基本的变化特征:(1)11 a间中国海海平面变化被两次厄尔尼诺-拉尼娜现象分成了5个阶段;(2)中国海海平面变化以1 a周期为主,其中黄海和东海变化较为相似,以1 a周期信号为主,而渤海则还有2个月的周期信号,南海还有0.5 a信号;(3)11 a间,渤海海平面变化振幅最大,黄海和东海次之,南海变化最小,南海海平面变化受厄尔尼诺-拉尼娜事件影响程度最大,黄海和东海次之,渤海最小;(4)中国海海平面的上升速率为0.593 cm/a,渤海、黄海、东海、南海的上升速率依次为0.365,0.517,0.683,0.611 cm/a。分析结果为中国海海平面的变化规律、厄尔尼诺现象对中国海海平面变化的影响以及对未来海平面上升趋势的预测提供了有力的依据。     

陆地垂向运动对沿海相对海平面变化的影响

沿岸陆地垂向运动是沿海相对海平面变化的重要组成部分,可以通过GPS直接观测或者联合验潮站和高度计资料进行推算,前者较为精确但目前欠发达国家和地区沿岸数据缺乏,后者资料相对丰富但准确性有待验证。本研究利用全球191个验潮站数据及同步的高度计资料和GPS监测数据,对两种方法得到的陆地垂向运动速率进行了比较,发现对于陆地垂向运动明显的站位,两种方法计算的趋势相同比例为74%;陆地垂向运动速率的空间分布表现为高纬度沿岸陆地抬升和中低纬度不同程度的陆地沉降,这与冰川均衡调整(GIA)模型结果和近期GRACE重力卫星观测较为符合,说明了基于验潮站和高度计联合推算沿岸陆地垂向运动的方法具有较高可行性。将此方法应用于中国沿岸,基于29个长期验潮站数据计算了中国沿海1993—2016年陆地垂向运动速率,发现存在以长江口为分界北升南降的空间特征;南部沿岸陆地沉降会加剧沿海相对海平面上升,给区域经济发展和人民生活带来风险。     

不同时段下海平面相关参数的差异分析

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时常使用的重要基础观测信息,针对平均海面以及相对海平面变化速率在不同时段观测资料下结果的差异进行了分析,统计了不同时间尺度平均海面确定的差异,并设计了两组数据实验,具体讨论了不同年份19年观测以及观测时长逐年累加两种情况下,相对海平面变化速率确定结果的规律。实验结果表明,月平均海面具有明显的季节性变化,最大互差可达几十厘米,1年平均海面基本稳定,19年平均海面精度可达厘米级;利用19年的观测资料确定的相对海平面变化速率反映的观测时段内海平面的变化情况,各时段结果差异较大且可靠性较低;为获得稳定可靠的相对海平面变化速率,观测时长应至少涵盖两个潮汐变化周期。     

基于多星融合高度计数据的太平洋海域海平面变化特征分析

利用1993年1月—2012年12月共20 a的多星融合高度计数据,对太平洋海域海平面变化的空间分布、长期趋势等特征进行了分析。结果表明:(1)太平洋海域海平面总体呈西升东降的形态;(2)太平洋海域平均海平面的上升速率为0.284 28 cm/a,谱分析的结果表明其变化以1 a周期信号为主,且各部分海域平均海平面上升速率的分析结果也呈现西部大于东部的特征;(3)EOF分析表明第一模态为年代际模态,且可以解释原场的大部分,第二、第三模态为年际模态。     

基于余水位订正的海洋潮位推算关键技术研究

从分潮数目选择、调和常数稳定性优化两个关键环节入手,选择11个主要分潮用于潮位推算,并利用邻近长期站对中短期验潮站调和常数做差比订正,显著提高了中短期验潮站的潮位推算精度。     

海平面变化的速率

海平面变化速率可以从地质记录中识别 ,分为长期 ( <1 0 0 0ka)、冰后海侵期 ( 2 0～ 7ka)以及其后的对于现代海平面的调整期 ( >7ka)。另外 ,还有仪测的历史记录。1　 <10 0 0ka长期海平面变化的地质记录提供了一幅海平面自然波动的景象 ,表明海平面的变化是颤动的。深海沉积物的浮游有孔虫氧同位素( 1 8O/ 1 6O)比给出了冰期 /间冰期循环的大量海平面波动的证据 ,Vostok冰心提供了更为详尽的至少 4个循环的记录。这些周期大约为 1 0 0ka的循环已在东南澳大利亚地质记录和相关的氧同位素记录中识别出 ,这里的一系列滨岸沙坝的时代可追溯…     

冰盖崩塌和海平面变化

海平面记录包含着地球气候变化和海平面与海底地形之间相对运动的基础信息。这些记录提供了全球范围的尺度 ,衡量地球历史中不同时期有多少水被锁在了冰盖和冰川内。此外 ,Ｃｌａｒｋ等认为海平面变化的地理模式能够提供冰消期融水脉冲成因的线索。有许多现象导致了以往的海平面变化 ,这些现象的模拟模式越来越精细化 ,使我们能够弄清地球体系各部分 (水圈、冰冻圈、岩石圈和大气圈 )之间复杂的相互作用以及它们对气候和生物圈的影响。此外 ,还辅之有现有的和计划中的卫星空间数据以帮助我们提高探测现代海平面变化的能力。以弄清地球体系各…     

Sea Level Change Analysis and Models Identification Based on Short Tidal Gauge Measurements in Alexandria,Egypt

Sea level change analysis and models identification are important factors used for coastal engineering applications. Moreover, sea level change modeling is used widely to evaluate and study shoreline and climate changes. This study intends to analyze and model Alexandria, Egypt sea level change by investigating yearly tide gauge data collected in a short duration (2008–2011). The time-frequency method was used to evaluate the meteorological noise frequencies. Two models were used to predict the time series data: Neural Network Autoregressive Moving Average (NNARMA) and Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS). The time-frequency analysis and models identification results showed that no extreme events were detected for Alexandria point during the monitoring period. Therefore, the NNARMA and ANFIS models can be used to identify the sea level change. The estimates of the models were compared with the three different statistics, determination coefficient, root mean square errors, and auto-correlation function. Comparison of these results revealed that the NNARMA model performs better than the ANFIS model for the study area.     

基于局部均值分解和交叉小波的全球平均海平面变化与ONI 指数多尺度特征研究

为研究全球平均海平面与ENSO（El Niño-Southern Oscillation） 的相关性问题, 本文提出了一种结合局部均值分解和交叉小波原理的分析方法, 揭示全球平均海平面和ENSO 的影响机理和因果关联。利用全球平均海平面的时间序列进行局部均值分解得到PF 分量和余量, 表示海平面变化的高频分量、低频分量和趋势分量。剔除高频分量的影响, 利用最小二乘线性拟合趋势分量, 得到1991—2000 年的全球平均海平面上升速率为3.6 mm/a。接着对PF 的低频分量进行距平变换再与ONI 指数（Oceanic Niño Index, ONI） 分别进行Morlet 连续小波变换得到小波功率谱, 再将变换的连续小波分别进行交叉小波变换得到交叉小波功率谱和凝聚谱, 通过交 叉小波功率谱和交叉小波凝聚谱揭示信号在时频空间的能量共振和协方差分布规律, 其中交叉小波功率谱体现了共同的高能量区的相关性, 交叉小波凝聚谱体现了共同的低能量区的相关性。结果表明, 该方法能在多尺度上分析海平面的变化, 并能分析ONI 指数与全球平均海平面的关系, 可为全球平均海平面演变规律分析和预测等方面提供有力工具。     

基于GPS高频数据的海浪测量方法

研究了基于GPS高频数据进行海浪测量的方法。利用TRACK解算得海上载体高精度的垂向位移,经浪潮分离提取海浪信号,分别采用相关函数法和周期图法估计海浪信号的功率谱,并计算海浪要素。利用实测数据进行试验,结果表明,周期图法推算的平均波高和平均周期精度较高,与测波仪结果差异分别小于2cm和0.25s,基于GPS高频数据的海浪测量方法可有效反演海浪要素。     

格陵兰岛附近海域海平面变化的初步研究

利用17年5个月的卫星高度计资料,探讨格陵兰岛附近海域海平面的季节变化和年际变化特征,结果表明,该区域海平面变化存在显著的季节信号和年际信号。近20a来,格陵兰岛附近海域海平面的平均上升速率为1.7mm/a,小于全球海平面的平均上升速率。该海域的海平面变化存在很强的区域性,通常多年平均海面高度异常(SSHA)大的海区,海平面上升速率也大;多年平均SSHA低的海区,海平面上升速率则较小。EOF分析表明第一模态为季节模态,整个海域第一空间模态的位相相同,说明该海域海平面的季节变化趋势是相同的。该区域的SSHA与海冰面积指数呈负相关,海平面的季节变化受海冰面积大小的影响显著。SSHA与经向风应力距平的低频分量具有很好的正相关性,与纬向风应力距平的低频分量具有不显著的负相关,说明该海域海平面的年际变化受风应力的影响显著。