海平面變化及其影響因素

海平面變化觀測方法及其影響因素摘要：海平面上升是由人類生產(chǎn)生活活動引起的全球變暖所導(dǎo)致的一種自然現(xiàn)象，這種現(xiàn)象所帶來的災(zāi)害效應(yīng)會嚴(yán)重影響沿海地區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。本文主要綜述了驗(yàn)潮站觀測與衛(wèi)星高程監(jiān)測兩種海平面變化的觀測方法，以及海水溫度、鹽度、陸地水體和地球物理過程對海平面變化的影響。關(guān)鍵詞：海平面上升，海平面變化觀測，影響因素1前言海平面上升是由全球氣候變暖、極地冰川融化、上層海水變熱膨脹等原因引起的全球性海平面上升現(xiàn)象。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，近百年來全球海平面已經(jīng)上升了1020厘米，并且未來海平面依然呈現(xiàn)加速上升的趨勢。但研究世界某一地區(qū)的實(shí)際海平面變化時，還要考慮當(dāng)?shù)仃懙卮怪边\(yùn)動緩慢的地殼升降和局部地面沉降的影響，全球海平面上升加上當(dāng)?shù)仃懙厣抵抵停礊樵摰貐^(qū)相對海平面變化。因而，研究某一地區(qū)的海平面上升，只有研究其相對海平面上升才有意義。海平面上升對人類的生存和經(jīng)濟(jì)發(fā)展是一種緩發(fā)性的自然災(zāi)害。據(jù)聯(lián)合國環(huán)境署統(tǒng)計(jì)，全世界目前大約有近一半的人口（約30億）居住在距海洋200 km的范圍內(nèi)，百萬以上人口的城市中2 /5位于沿海地區(qū)1。如果海平面上升1 m，全球?qū)?106 km2的土地被淹沒，會影響世界10多億人口和1 /3的耕地2。2001年，太平洋島國圖瓦盧決定舉國遷往新西蘭，成為世界上第一個因海平面上升而計(jì)劃放棄自己家園的國家3。2005年8月，平均海拔低于海平面的美國南方城市新奧爾良遭受颶風(fēng)“卡特里娜”的襲擊，城市海岸防護(hù)系統(tǒng)被嚴(yán)重破壞，整個城市成為一片汪洋，2000多人喪生，損失超過1200多億美元。2008年11月，由于海平面的不斷上升，馬爾代夫面臨被淹沒的危險，政府計(jì)劃每年動用數(shù)十億美元的旅游收益為38萬國民購買新家園，繼圖瓦盧之后，馬爾代夫?qū)⒊蔀橛忠粋€因海平面上升而搬遷的國家。2008年12月1日，狂風(fēng)帶來大量海水，形成短期的海平面上升，海水淹沒了意大利著名“水城”威尼斯的大街小巷，著名的圣馬可廣場成為一片汪洋，水深達(dá)80厘米。海平面上升會導(dǎo)致海岸帶侵蝕加劇，鹽水入侵增強(qiáng)，并影響沿海地區(qū)紅樹林和珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的正常生長4。海平面上升還導(dǎo)致熱帶氣旋頻率和強(qiáng)度的增加5，海洋災(zāi)害越來越頻繁，危害程度越來越高，沿海國家海洋環(huán)境安全的研究也越加急迫。而海平面變化研究是沿海城市環(huán)境安全的基礎(chǔ)，其研究成果對沿海地區(qū)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大意義。2.海平面變化觀測方法2.1驗(yàn)潮站觀測驗(yàn)潮站是指在選定的地點(diǎn)，設(shè)置自記驗(yàn)潮儀或水尺來記錄水位的變化，進(jìn)而了解海區(qū)的潮汐變化規(guī)律的觀測站。為確定平均海面和建立統(tǒng)一的高程基準(zhǔn)，需要在驗(yàn)潮站上長期觀測潮位的升降，根據(jù)驗(yàn)潮記錄求出該驗(yàn)潮站海面的平均位置。驗(yàn)潮站測量法是一種基本的海平面數(shù)據(jù)收集方法，歷史悠久。目前全球分布有2000多個驗(yàn)潮站6，其數(shù)據(jù)采集的時間序列從幾十年到幾百年不等。全球海平面觀測系統(tǒng)7(GLOSS)的核心工作網(wǎng)(GCN，也被稱作GLOSS02)就是由分布在全球的290個驗(yàn)潮站組成。這些驗(yàn)潮站對全球海平面變化趨勢和上升速率進(jìn)行監(jiān)測；并為長期氣候變化研究提供幫助，如為國際政府間氣候變化專門委員會(IPCC)提供數(shù)據(jù)支持等。由于選取的驗(yàn)潮站數(shù)量和時間序列不同，結(jié)論差異很大，即使選取相同的時間段和驗(yàn)潮站數(shù)量，由于使用不同的模型和計(jì)算方法，得出的結(jié)果也不一樣。盡管驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)有時間序列較長的優(yōu)勢，但也有其自身不能克服的弱點(diǎn)：(1)站點(diǎn)分布具有局限性:驗(yàn)潮站只能分布在大陸邊緣地區(qū)和島嶼附近，缺乏遠(yuǎn)海的潮高測量數(shù)據(jù)8；(2)分布在陸地上或是大陸架附近的站點(diǎn)，會隨著局部地區(qū)陸地的垂直運(yùn)動而發(fā)生變動，使測量數(shù)據(jù)受到干擾9。2.2衛(wèi)星高程監(jiān)測衛(wèi)星高程監(jiān)測法是指使用衛(wèi)星定位技術(shù)測定海平面高度的方法。近10年來，衛(wèi)星高程監(jiān)測法逐漸成為海平面數(shù)據(jù)的主要獲取方式10。1992年美國發(fā)射的TOPEX /POSEIDON(T/P)衛(wèi)星標(biāo)志著精確的海洋衛(wèi)星高程監(jiān)測法的開始。從此，衛(wèi)星監(jiān)測海平面技術(shù)成為研究海平面變化的一個重要的手段和數(shù)據(jù)來源。衛(wèi)星以一定的周期沿著某一路徑對地表進(jìn)行監(jiān)測，再根據(jù)數(shù)據(jù)等面積的空間分布狀態(tài)，就可以通過取平均值的方法計(jì)算出全球海平面高程。衛(wèi)星測量技術(shù)的出現(xiàn)徹底解決了驗(yàn)潮站分布的地域局限，擴(kuò)大了數(shù)據(jù)采集的區(qū)域，使數(shù)據(jù)獲取的時間序列更加規(guī)范和連續(xù)，并且能夠收集到以前數(shù)據(jù)極度缺乏的南大洋地區(qū)資料。3. 影響海平面變化的因素3.1海水溫度升高對海平面變化的作用在未來的100年里熱膨脹被認(rèn)為是引起海平面上升的最重要因素。由于海洋的熱容量巨大，表層的受熱被完全傳到海洋的整個深度上會有相當(dāng)長時間的延遲，結(jié)果是海洋不會處在平衡狀態(tài)，而且當(dāng)大氣中溫室氣體濃度穩(wěn)定后，全球海平面還將繼續(xù)上升。海水熱膨脹是海平面上升的主要影響因素。Cabanes在1998年最先發(fā)現(xiàn)了熱膨脹對海平面上升的影響。但是，全球的熱膨脹變化并不一致，在長時間尺度和大空間尺度上都存在巨大差異，例如，印度洋的升溫開始于20世紀(jì)60年代，而大西洋開始明顯的升溫現(xiàn)象相比之下卻晚了大概30年。所以說，全球海平面變化具有區(qū)域性的特征，海水熱膨脹曲線呈現(xiàn)10年的變化周期，目前這種周期變化還不能得到很好的解釋。3.2鹽度對海平面變化的影響大洋鹽度變化對局部和季節(jié)性海域海水密度和海平面變化有著重要的意義，但對全球平均海平面變化的影響卻很微弱。近年來有研究者指出，過去50年鹽度的變化對海平面上升的影響大約為0. 05 mm /a，這比熱膨脹的影響明顯要小得多。Antonov11對鹽度變化與注入海洋的淡水量按比例作了換算，發(fā)現(xiàn)海洋淡化過程相當(dāng)于使海平面上升了1. 350. 5 mm /a。需要注意的是，海冰和冰山的融化會使鹽度降低，但并不會使海平面增高，在計(jì)算時要考慮它們的影響，并且它們最近的融化速度在加快。3.3陸地水體對海平面變化的影響20世紀(jì)以來由于全球變暖，山岳冰川在后退，尤其是近10年后退的速度在加快。根據(jù)目前科學(xué)家的研究數(shù)據(jù)表明，山岳冰川目前對海平面的影響值約為0. 66 mm /a。山岳冰川雖只占陸地冰川很小的一部分，但其對海平面變化的作用程度僅次于海水的熱膨脹12。南極冰蓋和格陵蘭冰蓋固結(jié)著地球表面大約99%的淡水資源，如果全部融化將使全球的海平面上升約70 m。即使是一小部分融化也會對海平面帶來巨大的影響。由于格陵蘭島和南極大陸具有不同的海陸分布狀況和地形特征，冰蓋的消融特征也不相同：在南極大陸上冰蓋的消融主要通過冰架底部融化和冰山的脫離，冰蓋表面的融化十分微弱；而格陵蘭島冰蓋物質(zhì)的損失則主要是通過表層融化和冰山崩解13。Rignot認(rèn)為西南極冰蓋的融化速度在過去幾年加快了，冰架的厚度在變薄。最近的觀察指出在過去10年里冰蓋物質(zhì)收支差額導(dǎo)致海平面上升了0. 30. 1 mm /a。另外，人類活動能夠改變陸地水體的循環(huán)周期和循環(huán)路線，也會對海平面變化產(chǎn)生影響。地下水的開采、化石燃料燃燒和生物分解、森林砍伐、人工湖的建設(shè)和灌溉都會對海平面產(chǎn)生影響，綜合人類行為，對海平面的作用范圍大約是-1.10.4mm/a之間。3.4地球物理過程對海平面變化的影響地球是一個可塑球體，冰期和非冰期的地球形狀變化會造成海平面的升降。距今大約100萬年前，地球進(jìn)入冰川期，第四紀(jì)冰期以后，距今約1萬年以來的時期叫冰后期。此期氣候仍有過多次低量級的冷暖波動。冰期能夠改變地表水體的分布、改變?nèi)驓夂驇У姆植迹绊懙貧さ纳?。在過去20年里有關(guān)冰后期陸地反彈的模型逐漸被完善。這些模型描述了冰期與間冰期的地球形狀變化、冰蓋的變化，大洋的幾何狀況與容積數(shù)據(jù)。目前陸地回彈對海平面的影響值大約為0. 3 mm /a。4.結(jié)語全球海平面上升會對沿海城市的人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的潛在威脅。觀測海平面的變化能夠幫助人們及時地對災(zāi)害進(jìn)行預(yù)防，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失；了解海平面變化的影響因素能夠幫助人們從根本上了解這種自然現(xiàn)象，進(jìn)而幫助減緩海平面上升趨勢，甚至徹底遏止海平面上升。參考文獻(xiàn)1吳濤， 康建成， 王芳等. 全球海平面變化研究新進(jìn)展C. /地球科學(xué)進(jìn)展. 2006.2吳濤， 康建成， 李衛(wèi)江等. 中國近海海平面變化研究進(jìn)展J. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)， 2007， (4):123-130.3顧小麗， 李培良. 太平洋海平面變化特征及影響因素分析C. /海洋學(xué)報：中文版. 2008.4顏梅， 左軍成， 傅深波等. 全球及中國海海平面變化研究進(jìn)展J. 海洋環(huán)境科學(xué)， 2008， (2).5榮增瑞， 劉玉光， 陳滿春等. 全球和南海海平面變化及其與厄爾尼諾的關(guān)系J. 海洋通報， 2008， (1):1-8.6張建立. 全球海平面變化規(guī)律及比容變化的影響D. 中國海洋大學(xué)， 2006. 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