海平面上升速度

第34卷第4期

2009年4月

武汉大学学报・信息科学版

GeomaticsandInformationScienceofWuhanUniversity

Vol.34No.4

Apr.2009

收稿日期:2009201220。

项目来源:国家测绘局南极考察地区基础测绘科学考察资助项目(

0921

)

;国家自然科学基金资助项目(

40606002

)。

文章编号:167128860

(

2009

)

文献标志码:A

20世纪全球海平面年代际间变率及区域特征

沈 强1 鄂栋臣2 乔学军1

(

1 中国地震局地震研究所,武汉市洪山侧路40号,430071

)

(

2 武汉大学中国南极测绘研究中心,武汉市珞喻路129号,430079

)

摘 要: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30a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40mm/a的上升量。

关键词:潮汐测量;年代际变率;海平面变化;PSMSL

中图法分类号:P229.2

全球海平面作为全球气候变化研究过程中一

个重要的气候响应参数之一,在全球气候变暖的

背景下,海平面变化研究成为各国环境科学家们

共同关注的焦点之一[1]。海底沉积物、生物化石

等古生物记录资料研究表明,自最多2万年前的

上一次大冰期以来,海平面的位置与现在有很大

不同,由于大团冰原的消失,使海平面升高了120

m以上。全球海平面最快的上升发生在6000a

～1.5万a前,平均速度大约为10mm/a[2,3]。在

20世纪90年代卫星测高技术应用之前,来自验

潮站的海平面测量数据广泛用于海平面变化观

测,取得了许多重要的成果[4]。Douglas基于少

量(约25个)高质量的验潮站数据估计过去70多

年的平均海平面上升速度为1.8mm/a[5],Miller

和Douglas利用9个稳定的潮汐站数据得出20

世纪平均海平面升高速度为1.5～2.0mm/a[6];

Holgate和Woodworth利用1948年到2002年

的177个站的验潮资料得出平均海平面上升速度

为1.7±0.4mm/a[7];Church等研究得出在

1950到2000年间平均海平面上升为1.8±0.3

mm/a[5];Church和White

(

2006

)得出20世纪海

平面上升为1.7±0.3mm/a[8,9]。在加入了20

世纪90年代以后的卫星资料后,在IPCC第四次

评估报告中给出了20世纪所观测到的海平面总

变化为0.17±0.5m。然而,在10a或更长时间

尺度上,之前的研究主要考察海平面的年际间的

变化情况,而海平面的变化既受到短期气候事件

的影响,也同时受到长期气候因素的影响,如全球

变暖导致的海洋热容量增加,区域性长时间尺度

的气候事件(如ENSO等)等。因此海平面变化

是各种因素综合影响的结果,海平面的长期变化

趋势是研究气候变率的一个重要参数。

1 数据源及处理方法

1.1 数据源

自1993年以来,平均海平面永久服务中心

(

permanentrviceformeanalevel

)主要负责

汇总、发布、分析和解译全球潮汐测量数据。该中

心数据库提供包括全球近2000个站点的潮汐测

量资料,包括每小时、每月以及每年的全球海潮数

据。为了使得每个验潮站海平面测量值之间具有

可比性,每月/年的海平面测量数据需要归化到统

一的参考基准上。历史上的基准是由该中心的成

员共同提供,但是现在该中心数据库中近2/3的

站点数据都进行了调整,形成了新的参考基

准———修改后的局地参考(

revidlocalrefer2

ence,RLR

))

,即以海平面以下7000mm作为每

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第34卷第4期沈 强等:20世纪全球海平面年代际间变率及区域特征

个站点的海平面高度的起算基准,选取这一数值

作为海平面测量值的起算主要是为了避免测量值

出现负值[10]。

为了研究全球海平面年代际间的变化规律,

本文使用该中心数据库提供的潮汐数据,包括

1168个验潮站的年平均资料,其中最早记录的来

自法国的Brest验潮站,开始于1806年。多数潮

汐站分布在北半球,北半球时间序列总体较长,南

半球则较短。该数据更新时间为2007年3月。

1.2 潮汐测量及数据处理方法

GPS验潮是随着差分GPS

(

DGPS

)技术不断

发展而逐步发展起来的新型技术。卫星遥感测量

是指利用卫星雷达高度计来测量海面的起伏变

化。由于卫星测高技术可以提供全球、特别是偏

远地区的潮汐资料,另外,卫星高度计测量不用考

虑陆地形变的影响,其速度快、经济等特点使得该

技术成为当今潮汐测量的热点。但由于受到多种

因素的影响,其精度还不高[11,12]。

本文利用平均海平面永久服务中心数据库中

的潮汐测量再处理数据进行分析,对年平均潮汐

测量数据进行处理,提取了10a平均的潮汐测量

数据。由于不是每个站点的潮汐测量资料都是连

续的,在实际处理的过程中,如果一个验潮站在一

个10a内的测量资料少于5a,则该年代不计算

平均值。略去该站点在该年代海平面的测量值,

虽然可能会减少潮汐站测量值年代际间的连续

性,但可使年代际间的潮汐测量值平均更具有代

表性。另外对全球1124个验潮站数据进行长期

变化分析,给出了全球近一个世纪以来海平面的

长期变化分布图。

2 海平面变化结果分析

2.1 平均海平面变化

对来自全球分布的海平面年平均测量资料进

行重新分析,得出每10a海平面的平均高度,通

过与1961年到1990年30a的海平面平均高度

进行比较,得出了每10a平均海平面的变率。自

19世纪60年代到21世纪头几年之间,海平面每

10a的变化统计结果见表1。

由于19世纪90年代以前,全球潮汐测量站

点较少,且地理分布不够合理,统计意义不明显,

其平均海平面测量值的不确定性较大,见表1的

标准误差(

fmean

)值项和图1中的误

差棒所示,其标准误差也较大,海平面变化较为剧

烈。随着全球潮汐站点的增加及分布区域合理,

海平面测量值的不确定性在减小。而自20世纪

70年代以来,海平面上升加快,不确定性也在逐

渐增大,这说明全球海平面变化的区域不一致性

可能正在增加。

表1 每十年海平面变化统计结果

Tab.1 StatisticResultsofSeaLevelPerDecadalPeriod

Periodsmin/mmmax/mmmean/mm标准误差/./mmN

(点数)

1860s-29157183.6162.14263.6418

1870s-8254472.2955.23270.5824

1880s-73657637.7530.10214.9451

1890s-70163446.2525.66220.7174

1900s-6326000.4718.90180.0092

1910s-60352011.1214.00155.02123

1920s-5344943.3811.00140.60164

1930s-430369-18.167.55108.95208

1940s-422497-9.756.35102.81262

1950s-529411-7.693.5078.42502

1960s-680587-6.613.0480.00695

1970s-705391-1.002.8076.60746

1980s-67210228.123.1789.61796

1990s-1058101322.914.34119.00751

2000s-1052104535.146.23149.60577

2.2 区域海平面变化

海平面变化受到来自于区域气温、洋流、海洋

热容量、陆地水以及海气之间的反馈机制等各种

因素的影响。由于气候、洋流、海气之间的反馈都

与区域的气候环境有关,因此海平面变化存在区

域不一致性,在一些地方,海平面上升率是全球平

均上升率的好几倍,而另一些地区海平面则下降。

本文对海平面的区域变化特征进行了较为详细的

探讨。图2给出了从20世纪初到21世纪初近百

年海平面年代际间的变化情况。在波罗的海地

区,除了在20世纪80年代海平面有一个突然的

上升,其余时间都处于下降趋势。20世纪前

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武汉大学学报・信息科学版2009年4月

30a,北大西洋地区海平面上升并不明显,20世

纪40年代,该地区海平面突然上升,特别是在美

国、加拿大东海岸地区。在20世纪70年代,该地

区又发生了突然的上升,同时南亚、中国东部、日

本东部沿海地区海平面也产生了快速的上升。从

20世纪70年代以后,北大西洋地区海平面保持

平稳的上升趋势,而在太平洋西部,印度洋北部监

测到海平面的快速上升过程。在南半球,由于在

20世纪50年代以前,该地区只有澳大利亚、新西

兰和非洲东部零星的验潮站点,因此无法从整体

上把握海平面的变化,但是从具有较长连续时间

序列的澳大利亚东海岸验潮资料来看,20世纪30

年到50年代,海平面有一个突然的下降,其余年

代的海平面都呈上升趋势。20世纪80年代以

后,海平面上升几乎是全球性的,太平洋海平面也

出现了明显的上升,其中上升最快的是太平洋西

部以及印度洋北部海域。

图1 全球海平面变化及不确定性

Fig.1 ObrvedChangesinGlobalAverageSea

LevelandTheirUncertainty

2.3 海平面长期变化

由于海平面既受到来自短期区域气候变化影

响,也受到海洋热容量变化产生的热膨胀的长期

影响,因此要得到海平面的长期变化时间序列,必

须有足够长的实测资料以剔除短期因素对海平面

的影响。本文选择了4个具有较早记录的验潮站

年平均海平面资料进行分析,它们分别是法国

BREST站(

1807～2004

)、美国的NEWYORK

站(

1856～2005

)、瑞典的STOCKHOLM站

(

1889～2005

)和澳大利亚SYDNEYFORT

DENISON站(

1886～1993

)

,其中三个站在北半

球,一个站在南半球,4个站点的分布如图3所

示。对全球分布站点的长期变化进行了分析,其

长期变化趋势分布图如图4所示。可以看出,全

球海平面整体呈上升趋势,其中大西洋和太平洋

的部分地区海平面上升超过40mm/a。从这个

层面上看,全球气候变暖很可能已经对全球海平

面产生了重要的影响。图5分别给出了每个站点

的年均海平面及其趋势,其中瑞典STOCK2

HOLM站,自1889年以来海平面一直都处于下

降趋势中,海平面从19世纪的后期的7300mm

到下降到现在的6800mm左右。该区域由于是

在内海地区,海平面的变化与其他三个站出现了

相反的变化趋势。产生相反变化趋势的原因可能

是因为局部海洋、大气环境所致,而不是归因于全

球气候变化的结果。另外3站海平面都出现了上

升,其中美国的NEWYORK站海平面上升

速率最快,法国的BREST站次之,澳大利亚的

图2 20世纪海平面的年代际变率

Fig.2 DecadalVariabilityDuringthe20thCentury

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第34卷第4期沈 强等:20世纪全球海平面年代际间变率及区域特征

SYDNEYFORTDENISON站最小,且法国的

BREST站和澳大利亚的SYDNEYFORTDEN2

ISON站海平面年变率较大。另外三个验潮站由

于地处北大西洋和南太平洋地区,海平面变化更

易受到来全球气候变化以及北大西洋涛动、南方

涛动等大气候事件的影响,因此其长时间变化序

列更能代表全球海平面变化趋势。图3 站点分布图

Fig.3 Distributions

ofTideStations

图4 长期趋势分布图

Fig.4 Long2termTend2

encyofSeaLevel

图5 4站点的海平面高度时间序列

Fig.5 SeaLevelof4Stations

3 结 语

本文利用来自全球分布的验潮站的海平面年

平均资料进行了再分析,结果表明,自20世纪30

年代以来,平均海平面持续上升。20世纪30年代

到40年代,全球平均海平面上升了8.4mm,40年

代到60年代,海平面上升不明显,自20世纪70年

代以来,全球平均海平面出现了快速上升。全球平

均海平面的变化与全球温度变化具有相似的关系,

说明全球的增温很可能对全球海平面的上升已经

产生了贡献。同时对海平面变化的区域特征进行

了分析,得出海平面变化很大,特别是20世纪70

年代以后,区域海平面变率增大。20世纪80年代

后,海平面的上升几乎是全球性的。对4个站点的

长期序列进行分析得出,海平面整体呈上升趋势,

自1806年以来,BREST站海平面上升了近300

mm。NEWYORK站和SYDNEYFORTDEN2

ISON站也具有类似的特征,但南半球的SYD2

NEYFORTDENISON站的变化较小,约100

mm。长期变化趋势分析得出,全球海平面20世

纪出现了整体性的上升过程,其中大西洋和太平

洋的部分地区海平面上升了近40mm/a。

致谢:平均海平面永久服务中心提供数据支

持。

参 考 文 献

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第一作者简介:沈强,博士,主要从事卫星遥感应用研究工作。

E2mail:cl980606@

DecadalVariabilityandRegionalCharacteristicsof

GlobalSeaLevelDuringthe20thCentury

SHENQiang1 EDongchen2 QIAOXuejun1

(

1 InstituteofSeismologyChinaEarthquakeAdministration,40HongshanceRoad,Wuhan430071,China

)

(

2 ChineAntarcticCenterofSurveyingandMapping,WuhanUniversity,129LuoyuRoad,Wuhan430079,China

)

Abstract:Inthispaper,decadalvariabilityofglobalmeanalevelisanalyzedoveronecen2

turyusingthedatatsofglobaloceantidemeasurementdatafrompermanentrvicefor

meanalevel

(

PSMSL

)

.ultreveals

thattheglobalmeanalevelhascontinuedtorisincethe1970s,particularlyinthelast30

g2termvariabilityofalevel

changewasalsoinvestigatedusingtheveraltidalstationsmeasurementdatawithlongtime

y,aftertheanalysisofthelong2termtendencyinthelastcentury,thereisal2

mosttheentirelyriofalevel,especiallyinthenorthernofAtlanticandthewesternof

thePacificwithariofnearly40mm/a.

Keywords:tidemeasurement;decadalvariability;alevelchange;PSMSL

Aboutthefirstauthor:SHENQiang,Ph.D,majorsintidemeasurement.

E2mail:cl980606@

下期主要内容预告

面状要素空间邻近度量化模型 罗广祥,等

大重叠度面阵航空数码影像的自动转点袁修孝,等

北斗卫星导航中基于Farrow插值的联合码环载波环的仿真研究江 鹏,等

基于数据扬的C均值聚类方法研究王海军,等

跨平台通用GIS符号化技术研究苏科华,等

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