气候变化中海洋和冰冻圈的变化、影响及风险

本文系统梳理了IPCC 《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》(SROCC)的主要结论,并对主要观点进行了解读。报告主要关注全球变暖背景下高山、极地、海洋和沿海地区现在和未来的变化及其对人类和生态系统的影响,以及实现气候适应发展路径的方案。在全球变暖背景下,冰冻圈大面积萎缩,冰川冰盖质量损失,积雪减少,北极海冰范围和厚度减小,多年冻土升温,全球海洋持续增温,1993年以来,海洋变暖和吸热速度增加了一倍以上。同时,海洋表面酸化加剧,海洋含氧量减少。全球平均海平面呈加速上升趋势,2006—2015年全球海平面上升速率为3.6 mm/yr,是1901—1990年的2.5倍,但存在区域差异。高山、极地和海洋的生态系统的物种组成、分布和服务功能均发生变化,并对人类社会产生了显著负面影响。极端海洋气候事件发生频率增多,强度加大。1982年以来,全球范围内海洋热浪的发生频率增加了一倍,且范围更广,持续时间更长。海平面持续上升加剧了洪涝、海水入侵、海岸侵蚀等海岸带灾害,并影响沿海生态系统。海洋及冰冻圈的变化及其影响在未来一定时期仍将持续,应对这些影响而面临的挑战,应加强基于生态系统的适应和可再生能源管理,强化海岸带地区的海平面上升综合应对,打造积极有效、可持续和具有韧性的气候变化应对方案。     

2016年中国沿海海平面上升显著成因分析及影响

使用中国沿海及西北太平洋区域的水位、海温、气温、气压和风等水文气象资料,详细分析了2016年中国沿海海平面显著升高的成因及影响。分析结果表明:（1）2012-2016年,中国沿海海平面处于准2 a、4 a、准9 a和准19 a周期振荡的高位,几个周期振荡高位叠加,对该时段海平面上升起了一定的作用;（2）2016年,中国沿海气温和海温较1993-2011年的平均值分别高0.7℃与0.5℃,均处于1980年以来高位;气压较1993-2011年的平均值低0.2 hPa;（3）2016年4月、9月、10月和11月,中国沿海海平面均达到1980年以来同期高位,这4个月的风场距平值在东海以南均明显偏大,且以偏南向和向岸风为主,风生流使得海水向岸堆积,沿海长时间以增水为主,对当月局部海平面上升的贡献率达到40%~80%;（4）2016年,中国沿海降水总体偏多,局部区域降水量达到历史同期最高,加上沿海径流量的增加,对沿海局部海平面升高有一定贡献;（5）2016年9-10月,有5个台风相继影响我国南部沿海,持续的风暴潮增水导致台风影响期间的海平面高于当月平均海平面70~360 mm,风暴潮和洪涝灾害给当地造成直接经济损失超过30亿元。     

The relationship between the canonical ENSO and the phase transition of the Antarctic oscillation at the quasi-quadrennial timescale

A correlation analysis is performed to investigate the relationship between El Nino-Southern Oscillation (ENSO) and the Antarctic oscillation (AAO) at the quasi-quadrennial (QQ) timescale.It is found that the cold tongue index (CTI) and the AAO index (AAOI) are negatively correlated with about a 7-month lead-time,while they are positively correlated with about a 15-month lag-time.To further explore this relationship,complex empirical orthogonal function analysis is employed in the QQ sea level pressure (SLP) anomalies from 1951 to 2002.The results indicate that,during the ENSO cycle,there exists one kind of global tropical wave of wavenumber 1 (GTW1) propagating eastward.With the traveling of GTW1,the tropical SLP anomaly tends to intrude into the southern mid-latitudes.Accordingly,three strong signals travel synchronously along the circumSouth-Pacific path,and a relatively weak signal extends eastward and poleward over the South Ocean in the Atlantic-Indian Ocean sector.Following the propagation of these signals,the AAO phase tends to be reversed progressively.As a result,there exists an evident lead-lag correlation between CTI and AAOI.It can be concluded that ENSO plays a key role in the phase transition of AAO at the QQ timescale.It is also noticed that this regular relationship is only evident in the canonical ENSO events,for which sea surface temperature (SST) anomalies extend westward from the tropical eastern Pacific.On the other hand,the similar relationships are not found among those atypical ENSO events for which SST anomalies spread eastward from the central Pacific,such as the 1982-1983 ENSO event.     

Probabilistic Approach of Coastal Defense Against Typhoon Attacks for Nuclear Power Plant

With the global wanning and sea level rising, it is widely recognized that there is an increasing tendency of typhoon occurrence frequency and intensity. The defenses code against typhoon attacks for nuclear power plant should be calibrated because of the increasing threat of typhoon disaster and severe consequences. This paper discusses the probabilistic approach of definitions about "probable maximum typhoon" and "probable maximum storm surge" in nuclear safety regulations of China and has made some design code calibrations by use of a newly proposed Double Layer Nested Multi-objective Probability Model (DLNMPM).     

海平面上升对河北黄骅台风风暴潮漫滩影响的数值研究

基于河北省黄骅地区的风暴潮漫滩灾害风险评估模型,利用成熟的业务化台风风暴潮数值预报模式、100m分辨率的风暴潮漫滩数值模式,以及该地区的海平面上升和地面沉降结果数据,对台风登陆地点、路径、方向进行科学组合,利用各种组合参数条件进行数值计算,得到了995、985、975、965hPa四种台风强度下,海平面上升对风暴潮漫滩的影响。在相对海平面上升50cm和100cm情况下,四种台风强度的风暴潮平均最大漫滩面积分别增加了约35%和86%;台风强度中等,即985或975hPa时,风暴潮最大漫滩面积的增加更为显著。研究表明,海平面上升对该地区的漫滩影响非常明显,有效防范风暴潮灾害的同时,在气候变化的大背景下,应进一步研究和提出应对海平面上升的长效防治措施。     

太平洋海平面变化特征及影响因素分析

采用经验模态分解法对太平洋沿岸验潮站的月平均海平面资料进行处理,结合T/P高度计资料、Church(2004)重构SSH资料、Ishii(2005)月均海温资料,研究太平洋海平面年际、年代际变化以及资料长度内海平面变化趋势。太平洋沿岸海平面总体呈上升趋势,平均上升速率为1.4 mm/a,趋势项分布有明显的区域性和纬度特征。ENSO对太平洋地区海平面年际变化有显著影响,海平面年际变化与Nino3指数在西(东)太平洋为负(正)相关,海平面年际变化与Nino3指数的相关性在热带太平洋最大,并随着纬度升高相关性减弱,且不同地区年际变化有滞后ENSO时间不等的最大相关。海平面年际变化与PDO指数在西(东)太平洋为负(正)相关,海平面与PDO的相关性分布有区域性和随时间演变特征。年代际变化对目前使用卫星高度计资料分析海平面长期趋势项的预测有直接影响,可能完全掩盖海平面长期变化趋势。     

南海及其周缘地区全新世海平面遗迹的构造含义

通过对海南岛海岸带野外考察,在文昌市铜鼓岭石头公园观察到高程为30m的海平面遗迹,在东方市黄流镇观察到高程为25~35m的海平面遗迹,在三亚市鹿回头观察到高程为2.5m的海平面遗迹。综合研究前人在该区关于海平面变化的研究成果,得出如下几点初步认识:(1)南海及其周缘地区中全新世以来海平面呈下降趋势,海平面最高位置出现在7000a左右、高于现代海平面3m左右的位置;(2)南海中全新世以来海平面遗迹所揭示的古海平面高程的差异性是古海平面本身持续下降和该区地壳差异性垂直运动共同作用的结果;(3)南海及其周缘地区中全新世期间中央海盆及其西缘的珠江口、红河、湄公河和昭披耶河4个河流三角洲地区为构造沉降区,而南海周缘的台湾岛、雷州半岛、印支半岛、南马来半岛、爪哇岛和苏拉威西岛6个地区为构造抬升区,抬升幅度最大的地方在台湾岛。     

渤黄海海平面的变化及其与ENSO的关系

利用1992年12月至2007年5月的高度计资料,研究了渤黄海海平面的变化特征。统计分析表明,近14a间渤海及北黄海、中央黄海海平面的平均上升高度分别为45.9mm和34.7mm,各海域的海平面上升速度不完全相同。研究发现,南方涛动指数(SOI)、纬向风应力距平都与渤海及北黄海、中央黄海的SLA呈负相关性,渤黄海海平面显著受SOI、纬向风应力调制,并且,SOI与渤黄海海域的风场之间有良好相关。将坐标系进行旋转后,获得与当地海平面异常相关最大的风应力方向。对SLA与新坐标系下风应力距平u的低频分量分析发现,渤海及北黄海海区、中央黄海对海平面影响最大的风应力距平u方向分别为东偏南20°方向、东偏南8°方向,风应力距平u分量与SLA、SOI的低频分量呈现更好的相关性。ENSO通过大气环流过程对渤黄海海域的风场产生影响,当地风场通过纬向风应力对渤黄海海平面的年际变化产生调制作用。因此,ENSO可以通过风应力对渤黄海海平面产生影响。     

湿地地表高程变化的测量与研究

地表高程变化的测量对于预测海平面上升对湿地的影响以及对浅部下沉的研究至关重要。美国地质调查局国家湿地研究中心发明的地表高程测量仪是当前可信度最高的测量设备。该测量仪往往与测量沉积速率的水平标志层测量法同时使用,所建立的地表高程水平标志层测量体系已得到了广泛的应用。介绍了该测量仪与测量体系,并简单总结了地表高程-水平标志层红树林测量网络的最新数据分析,得出结论包括：沉积速率与区域性泥沙来源有关,而且与相对海平面上升速率也呈一定的相关性;但是地表高程抬升速率与考察的各项参数都没有相关性。     

Global sea level change and thermal contribution

The global long-term sea level trend is obtained from the analysis of tide gauge data and TOPEX/Poseidon data. The linear trend of global mean sea level is highly non-umiform spatially, with an average rate of 2.2 mm year-1 in T/P sea-level rise from October 1992 to September 2002. Sea level change duc to temperature vanation (the thermosteric sea level) is discussed. The results are compared with TOPEX/Poseidon altimeter data in the same temporal span at different spatial scales. It is indicated that the ther-mal effect accounts for 86% and 73% of the observed seasonal variability in the northern and southern hemispheres, respectively. The TOPEX/Poseidon observed sea level lags behind the TSI, by 2 months in the zonal band of 40°-60° in both the northern and southern hemispheres. Systematic differences of about 1-2cm between TOPEX/Poseidon observations and thermosteric sea level data are obtained. The potential causes for these differences include water exchange among the atmosphere, land, and oceans, and some pos-sible deviations in thermosteric contribution estimates and geophysical corrections to the TOPEX/Poseidon data.