海平面变化.docx

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海平面变化

SeaLevelChange——海平面变化

J.A.Church,J.M.Gregory

Introduction——引言

Sea-levelchangesonawiderangeoftimeandspacescales.Hereweconsiderchangesinmeansealevel,thatis,sealevelaveragedoverasufficientperiodoftimetoremovefluctuationsassociatedwithsurfacewaves,tides,andindividualstormsurgeevents.Wefocusprincipallyonchangesinsealeveloverthelasthundredyearsorsoandonhowitmightchangeoverthenextonehundredyears.However,tounderstandthesechangesweneedtoconsiderwhathashappenedsincethelastglacialmaximum20000yearsago.Wealsoconsiderthelonger-termimplicationsofchangesintheearth'sclimatearisingfromchangesinatmosphericgreenhousegasconcentrations.b5E2RGbCAP

海平面在时间和空间尺度上有着很大的变化。

在这里，我们考虑的变化针对的是一个平均的海平面，也就是去除了与海面波高、潮汐和个别风暴潮相关起伏的影响，一个较长时期的海平面的平均值。

我们把焦点放在近一百年来的海平面变化以及未来一百年海平面可能的变化趋势。

然而，为了理解这些变化，我们需要考虑20000年前的末次冰盛期到底发生了什么；同时需要考虑由温室气体浓度变化带来的全球气候变化对海平面的长远影响。

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Changesinmeansealevelcanbemeasuredwithrespecttothenearbyland（relativesealevel>orafixedreferenceframe.Relativesealevel,whichchangesaseithertheheightoftheoceansurfaceortheheightofthelandchanges,canbemeasuredbyacoastaltidegauge.DXDiTa9E3d

平均海平面可以通过近海陆地<相对海平面）或者一个固定的参考系统来测量。

相对海平面随着大洋表面的高度或者陆地的高度变化而变化，可以通过沿海的验潮站测定。

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Theworldocean,whichhasanaveragedepthofabout3800m,containsof97%oftheearth'swater.TheAntarcticicesheet,theGreenlandicesheet,andthehundredthousandnon-polarglaciers/icecaps,presentlycontainwatersufficienttoraisesealevelby61m,7m,and0.5mrespectivelyiftheywereentirelymelted.Groundwaterstoredshallowerthan4000mdepthisequivalenttoabout25m（12mscoredshallowerthan50m>ofsealevelchange.Lakesandriversholdtheequivalentoflessthanlm,whiletheatmosphereaccountsforonlyabout0.04m.5PCzVD7HxA

全球的海洋包含了地球97%的水资源，平均深度有3800M。

南极冰盖和格林兰冰盖以及成百上千的非极地冰川和冰盖如果全部融化的话，分别可以导致海平面上升61M、7M和0.5M。

深度在4000M以上的地下水对海平面变化的贡献为25<其中750M以上的地下水对海平面的贡献为12M）。

河流和湖泊的影响不大于1M，而大气中的水分影响只有0.04M。

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Onthetime-scalesofmillionsofyears,continentaldriftandsedimentationchangethevolumeoftheoceanbasins,andhenceaffectsealevel.Amajorinfluenceisthevolumeofmid-oceanridges,whichisrelatedtothearrangementofthecontinentalplatesandtherateofseafloorspreading.xHAQX74J0X

在百万年的时间尺度，大陆的漂移和沉降改变了洋盆的容积，从而影响了海平面。

洋中脊是最主要的影响，其与大陆板块和大洋板块的扩张速度相关。

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Sealevelalsochangeswhenmassisexchangedbetweenanyoftheterrestrial,ice,oratmosphericreservoirsandtheocean.Duringglacialtimes（iceages>,waterisremovedfromtheoceanandstoredinlargeicesheersinhigh-latituderegions.Variationsinthesurfaceloadingoftheearth'scrustbywaterandicechangetheshapeoftheearthasaresultoftheelasticresponseofthelithosphereandviscousflowofmaterialintheearth'smantleandthuschangethelevelofthelandandrelativesealevel.Thesechangesinthedistributionofmassalterthegravitationalfieldoftheearth,thuschangingsealevel.Relativesealevelcanalsobeaffectedbylocaltectonicactivitiesaswellasbythelandsinkingwhengroundwaterisextractedorsedimentationincreases.Seawaterdensityisafunctionoftemperature.Asaresult,sealevelwillchangeiftheocean'stemperaturevaries（asaresultofthermalexpansion>withoutanychangeinmass.Zzz6ZB2Ltk

当陆地、冰川、大气储水以及海洋之间发生大量的交换时，海平面同样也会变化。

在冰期，水由海洋迁移并储存在高维度地区大量的冰盖中。

由冰川和水导致的地表负荷的变化改变了地表的形状，作为对岩石圈和地幔物质流的弹性响应，改变了地表平面和海平面。

这些在质量上的变化，改变了地球的重力场，同时改变了海平面。

相对海平面同样受到局部的构造运动和由地下水抽取或者沉降增加导致的地表下沉的影响。

海水的密度是关于温度的一个函数，因此，当质量不变时，海水的温度变化<热膨胀的结果）也将导致海平面的变化。

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Sea-LevelChangesSincetheLastGlacialMaximum——末世冰盛期以来的海平面变化rqyn14ZNXI

Ontimescalesofthousandstohundredsofthousandsofyears,themostimportantprocessesaffectingsea-levelarethoseassociatedwiththegrowthanddecayoftheicesheetsthroughglacial-interglacialcycles.Thesearealsorelevanttocurrentandfuturesealevelrisebecausetheyarethecauseofongoinglandmovements（asaresultofchangingsurfaceloadsandtheresultantsmallchangesintheshapeoftheearth-postglacialrebound>andongoingchangesintheicesheets.EmxvxOtOco

从千年到十万年的时间尺度看，影响海平面变化最主要的作用是冰期-间冰期循环中冰盖的增长和消融。

这与当前以及未来海平面的上升同样是相关的，因为这正是不间断的陆地运动<地表负载变化及冰后期造成的地球形状的微小变化）和冰盖变化的原因。

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Sea-levelvariationsduringglacialcycleexceed100minamplitude,withratesofuptotensofmillimetersperyearduringperiodsofrapiddecayoftheicesheets（Figure1>.Atthelastglacialmaximum（about21000>,sealevelwasmorethan120mbelowcurrentlevels.Thelargestcontributiontothissea-levelloweringwastheadditionalicethatformedtheNorthAmerican（Laurentide>andEuropean（Fennoscandian>icesheets.Inaddition,theAntarcticicesheetwaslargerthanatpresentandthereweresmallericesheetsinpresentlyice-freeareas.6ewMyirQFL

冰期循环的海平面变化幅度超过100M，在冰盖快速消融期上升速率可以到达每年数十毫M<如图1）在末世冰盛期<大约21000年前），海平面比现在要低120M。

海平面如此之低的原因主要是由于覆盖北美<劳伦斯冰盖）和欧洲<芬诺斯坎迪亚冰盖）的两大冰盖的存在，此外南极冰盖也要比现在的规模大，以及一些散落在现在没有冰川区域的小冰盖。

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ObservedRecentSea-LevelChange——观测到的海平面变化

Long-termrelativesea-levelchangeshavebeeninferredfromthegeologicalrecords,suchasradiocarbondatesofshorelinesdisplacedfrompresentdaysealevel,andinformationfromcoralsandsedimentcores.Today,themostcommonmethodofmeasuringsealevelrelativetoalocaldatumisbytidegaugesatcoastalandislandsite.AglobaldatasetismaintainedbythePermanentServiceforMeanSeaLevel（PSMSL>.Duringthe1990s,sealevelhasbeenmeasuredgloballywithsatellites.y6v3ALoS89

长期的相对海平面变化可以通过地质纪录推算出来，比如目前海平面淹没的海岸线的放射性时间以及珊瑚和沉积岩岩心信息等。

今天，测量相对于局部椭球的海平面最普遍的方法是位于海岸和海岛上验潮站的观测。

全球的海平面数据由“平均海平面永久服务”

从1990年代起，开始通过卫星测量海平面。

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Figure1Changeinicesheetvolumeoverthelast200000years.Fenn,Fennoscandian。

ant,Antarctte。

NHEW。

NorthAmerica。

esl-equivalentsealevel.（ReproducedfromLambeck,1998.>0YujCfmUCw

图1200000万年来的冰盖体积变化。

Tide-gaugeObservations——验潮站观测

Unfortunately,determinationofglobal-averagedsea-levelriseisseverelylimitedbythesmallnumberofgauges（mostlyinEuropeandNorthAmerica>withlongrecords（uptoseveralhundredyears,Figure2>.Tocorrectforverticallandmotions,somesea-levelchangeestimateshaveusedgeologicaldata,whereasothershaveusedratesofpresent-dayverticallandmovementcalculatedfrommodelofpostglacialrebound.eUts8ZQVRd

不幸的是，由于具有长期观测记录<可以追溯到几百年前，如图2）的验潮站<多数是在欧洲和北美）数量很小，从而严重限制了全球平均海平面上升的判定。

为了矫正地壳垂直运动，一些关于海平面变化的估计使用了地质数据，而其他的则使用的是由冰后期反弹模型得到的目前地壳垂直运动的速率。

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Awidelyacceptedestimatesofthecurrentrateofglobal-averagesea-levelriseisabout1.8mmy-1.Thisestimateisbasedonasetof24longtide-gaugerecords,correctedforlandmovementsresultingfromdeglaciation.However,otheranalysesproducedifferentresults.Forexample,recentanalysessuggestthatsea-levelchangeintheBritishIsles,theNorthSearegionandFennoscandiahasbeenabout1mmy-1duringthepastcentury.Thevariousassessmentsoftheglobal-averagerateofsea-levelchangeoverthepastcenturyarenotallconsistentwithinstateduncertainties,indicatingfurthersourcesoferror.Thetreatmentofverticallandmovementsremainsasourceofpotentialinconsistency,perhapsamountingto0.5mmy-1.Othersourcesoferrorincludevariabilityoverperiodsofyearsandlongerandanyspatialdistributioninregionalsealevelrise（perhapsseveraltenthsofamillimeterperyear>.GMsIasNXkA

一个被广泛接受的全球平均海平面上升速率估计是1.8mmy-1。

这个估计是基于24个长期验潮站记录并经过了冰后期地壳抬升结果的校正。

然而，其他分析却有不同的结果。

例如，近来有分析表明，在刚过去的一个世纪以来不列颠群岛、北海和芬诺斯坎迪亚地区的海平面上升速率为1mmy-1。

在过去的一个世纪对全球平均海平面变化速率的估计在规定的不确定因素下仍然是不一致的，表明有进一步的误差来源。

地壳垂直运动依然是潜在的不一致性的来源，可能的贡献要到达0.5mmy-1。

其他的误差来源包括不同的观测周期和验潮站在区域内的空间分布<误差也许会有几十毫M每年）。

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Figure2Timeseriesofrelativesealeveloverthelast300yearsfromseveralEuropeancoastallocations.FortheStockholmrecord,thetrendovertheperiod1774to1873hasbeenremovedfromtheentiredataset.ForLiverpooltwoseriesaregiven.Thesearemeansealeveland,foralongerperiod,themeanhighwater（MHW>level.（ReproducedwithpermissionfromWoodworth,1999.>7EqZcWLZNX

图2位于欧洲海岸的验潮站近300年来观测得到的相对海平面的时间序列。

斯德哥尔摩的1774到1873年的数据从整个数据中剔除了，而利物浦的数据分成了两个序列，一个是平均海平面，一个长期的平均最高水位。

<据Woodworth，1999改编）lzq7IGf02E

Comparisonoftheratesofsea-levelriseoverthelast100years（1.0-2.0mmy-1>andoverthelasttwomillennia（0.1-0.0mmy-1>suggesttheratehasacceleratedfairlyrecently.Fromthefewverylongtide-gaugerecords（Figure2>,itappearsthatanaccelerationofabout0.3-0.9mmy-1percenturyoccurredoverthenineteenthandtwentiethcentury.However,thereislittleindicationthatsea-levelriseacceleratedduringtwentiethcentury.zvpgeqJ1hk

通过比较近100年和近两千年的海平面变化速率，可以看出海平面上升的速率在近来有着明显的加快。

根据一些长期的验潮站数据，19到20世纪海平面的上升速率加快了0.3-0.9mmy-1每个世纪。

然而，并没有迹象表明20世纪海平面的上升是加快的。

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AltimeterObservations——高度计观测

Followingtheadventofhigh-qualitysatelliteradaraltimetermissionsinthe1990s,near-globalandhomogeneousmeasurementofsealevelispossible,therebyovercomingtheinhomogeneousspatialsamplingfromcoastalandislandtidegauges.However,clarifyingratesofglobalsea-levelchangerequirescontinuoussatelliteoperationsovermanyyearsandcarefulcontrolofbiaseswithinandbetweenmissions.1nowfTG4KI

随着1990s年代以来高质量的卫星雷达高度计计划的开展，近地均匀测量海平面成为了可能，从而克服了海岸和海岛验潮站不均匀空间分布的问题。

然而，要清楚阐明全球平均海平面变化速率需要连续多年的卫星观测，并且控制好观测计划内和计划间的误差。

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Todate,theTOPEX/POSEIDONsatellite-altimetermission,withits（near>globalcoveragefrom66ºNto66ºS（almostalloftheice-freeoceans>fromlate1992tothepresent,hallprovedtobeofmostvalueinproducingdirectestimatesofsea-levelchange.Thepresentdataallowglobal-averagesealeveltobeestimatedtoaprecisionofseveralmillimetersevery10days,withtheabsoluteaccuracylimitedbysystematicerrors.Themostrecentestimatesofglobal-averagesealevelrisebased