全球海平面变化

地心到海表面的测量值

全球海平面变化是指一个固定的基准点，常指地心到海表面的测量值，这个测量值随洋盆和海水的体积变化而发生变化，与局部因素无关。

背景

海平面上升是由全球气候变暖、极地冰川融化、上层海水变热膨胀等原因引起的全球性海平面上升现象。根据研究发现，近百年来全球海平面已经上升了10～20厘米，并且未来海平面依然呈现加速上升的趋势。但研究世界某一地区的实际海平面变化时，还要考虑当地陆地垂直运动—缓慢的地壳升降和局部地面沉降的影响，全球海平面上升加上当地陆地升降值之和，即为该地区相对海平面变化。因而，研究某一地区的海平面上升，只有研究其相对海平面上升才有意义。海平面上升对人类的生存和经济发展是一种缓发性的自然灾害。据联合国环境署统计，全世界大约有近一半的人口（约30亿）居住在距海洋200 km的范围内，百万以上人口的城市中2 /5位于沿海地区。如果海平面上升1 m，全球将会有5×106 km2的土地被淹没，会影响世界10多亿人口和1 /3的耕地。2001年，太平洋岛国图瓦卢决定举国迁往新西兰，成为世界上第一个因海平面上升而计划放弃自己家园的国家。2005年8月，平均海拔低于海平面的美国南方城市新奥尔良遭受飓风“卡特里娜”的袭击，城市海岸防护系统被严重破坏，整个城市成为一片汪洋，2000多人丧生，损失超过1200多亿美元。

2008年11月，由于海平面的不断上升，马尔代夫面临被淹没的危险，政府计划每年动用数十亿美元的旅游收益为38万国民购买新家园，继图瓦卢之后，马尔代夫将成为又一个因海平面上升而搬迁的国家。2008年12月1日，狂风带来大量海水，形成短期的海平面上升，海水淹没了意大利著名“水城”威尼斯的大街小巷，著名的圣马可广场成为一片汪洋，水深达80厘米。海平面上升会导致海岸带侵蚀加剧，盐水入侵增强，并影响沿海地区红树林和珊瑚礁生态系统的正常生长。海平面上升还导致热带气旋频率和强度的增加，海洋灾害越来越频繁，危害程度越来越高，沿海国家海洋环境安全的研究也越加急迫。而海平面变化研究是沿海城市环境安全的基础，其研究成果对沿海地区城市基础设施建设和经济发展具有重大意义。

观测方法

1、验潮站观测

验潮站是指在选定的地点，设置自记验潮仪或水尺来记录水位的变化，进而了解海区的潮汐变化规律的观测站。为确定平均海面和建立统一的高程基准，需要在验潮站上长期观测潮位的升降，根据验潮记录求出该验潮站海面的平均位置。验潮站测量法是一种基本的海平面数据收集方法，历史悠久。全球分布有2000多个验潮站，其数据采集的时间序列从几十年到几百年不等。全球海平面观测系统(GLOSS)的核心工作网(GCN，也被称作GLOSS02)就是由分布在全球的290个验潮站组成。这些验潮站对全球海平面变化趋势和上升速率进行监测；并为长期气候变化研究提供帮助，如为国际政府间气候变化专门委员会(IPCC)提供数据支持等。由于选取的验潮站数量和时间序列不同，结论差异很大，即使选取相同的时间段和验潮站数量，由于使用不同的模型和计算方法，得出的结果也不一样。尽管验潮站数据有时间序列较长的优势，但也有其自身不能克服的弱点：

(1)站点分布具有局限性:验潮站只能分布在大陆边缘地区和岛屿附近，缺乏远海的潮高测量数据；

(2)分布在陆地上或是大陆架附近的站点，会随着局部地区陆地的垂直运动而发生变动，使测量数据受到干扰。

2、卫星高程监测

卫星高程监测法是指使用卫星定位技术测定海平面高度的方法。近10年来，卫星高程监测法逐渐成为海平面数据的主要获取方式。1992年美国发射的TOPEX /POSEIDON(T/P)卫星标志着精确的海洋卫星高程监测法的开始。从此，卫星监测海平面技术成为研究海平面变化的一个重要的手段和数据来源。卫星以一定的周期沿着某一路径对地表进行监测，再根据数据等面积的空间分布状态，就可以通过取平均值的方法计算出全球海平面高程。卫星测量技术的出现彻底解决了验潮站分布的地域局限，扩大了数据采集的区域，使数据获取的时间序列更加规范和连续，并且能够收集到以前数据极度缺乏的南大洋地区资料。

影响因素

1、海水温度升高对海平面变化的作用

在未来的100年里热膨胀被认为是引起海平面上升的最重要因素。由于海洋的热容量巨大，表层的受热被完全传到海洋的整个深度上会有相当长时间的延迟，结果是海洋不会处在平衡状态，而且当大气中温室气体浓度稳定后，全球海平面还将继续上升。海水热膨胀是海平面上升的主要影响因素。Cabanes在1998年最先发现了热膨胀对海平面上升的影响。但是，全球的热膨胀变化并不一致，在长时间尺度和大空间尺度上都存在巨大差异，例如，印度洋的升温开始于20世纪60年代，而大西洋开始明显的升温现象相比之下却晚了大概30年。所以说，全球海平面变化具有区域性的特征，海水热膨胀曲线呈现10年的变化周期，这种周期变化还不能得到很好的解释。

2、盐度对海平面变化的影响

大洋盐度变化对局部和季节性海域海水密度和海平面变化有着重要的意义，但对全球平均海平面变化的影响却很微弱。近年来有研究者指出，过去50年盐度的变化对海平面上升的影响大约为0. 05 mm /a，这比热膨胀的影响明显要小得多。Antonov[11]对盐度变化与注入海洋的淡水量按比例作了换算，发现海洋淡化过程相当于使海平面上升了1. 35±0. 5 mm /a。需要注意的是，海冰和冰山的融化会使盐度降低，但并不会使海平面增高，在计算时要考虑它们的影响，并且它们最近的融化速度在加快。

3、陆地水体对海平面变化的影响

20世纪以来由于全球变暖，山岳冰川在后退，尤其是近10年后退的速度在加快。根据科学家的研究数据表明，山岳冰川对海平面的影响值约为0. 66 mm /a。山岳冰川虽只占陆地冰川很小的一部分，但其对海平面变化的作用程度仅次于海水的热膨胀。南极冰盖和格陵兰冰盖固结着地球表面大约99%的淡水资源，如果全部融化将使全球的海平面上升约70 m。即使是一小部分融化也会对海平面带来巨大的影响。由于格陵兰岛和南极大陆具有不同的海陆分布状况和地形特征，冰盖的消融特征也不相同：在南极大陆上冰盖的消融主要通过冰架底部融化和冰山的脱离，冰盖表面的融化十分微弱；而格陵兰岛冰盖物质的损失则主要是通过表层融化和冰山崩解。Rignot认为西南极冰盖的融化速度在过去几年加快了，冰架的厚度在变薄。最近的观察指出在过去10年里冰盖物质收支差额导致海平面上升了0. 3±0. 1 mm /a。另外，人类活动能够改变陆地水体的循环周期和循环路线，也会对海平面变化产生影响。地下水的开采、化石燃料燃烧和生物分解、森林砍伐、人工湖的建设和灌溉都会对海平面产生影响，综合人类行为，对海平面的作用范围大约是-1.1～0.4mm/a之间。

4、地球物理过程对海平面变化的影响

地球是一个可塑球体，冰期和非冰期的地球形状变化会造成海平面的升降。距今大约100万年前，地球进入冰川期，第四纪冰期以后，距今约1万年以来的时期叫冰后期。此期气候仍有过多次低量级的冷暖波动。冰期能够改变地表水体的分布、改变全球气候带的分布，影响地壳的升降。在过去20年里有关冰后期陆地反弹的模型逐渐被完善。这些模型描述了冰期与间冰期的地球形状变化、冰盖的变化，大洋的几何状况与容积数据。陆地回弹对海平面的影响值大约为0.3mm /a。

变化旋回

Vail等(1991)在地质记录中共鉴别出五个级别的全球海平面变化旋回，包括大陆泛滥旋回(一级)、大海侵/海退旋回(二级)和 4个周期从 10Ma到 10ka的层序旋回。

1.大陆泛滥旋回

大陆泛滥旋回根据沉积物进入克拉通的主要时间和受抑制的时间来确定，它们代表一级全球海平面旋回。地层记录中有两个显生宙大陆泛滥旋回，第一个始于元古代最末期、终于二叠纪最末期，年轻的一个始于三叠纪初期、持续至今。

以上两个大陆泛滥旋回在所有大陆上都可辨别，故认为是全球性的，其成因是大陆板块聚合和解体导致的构造海平面升降(洋盆体积变化)。主要大陆板块在显生宙的海平面上升与大陆解体时间吻合，而海平面下降与大陆填充时期吻合。一级全球海平面低位与超大陆存在时间相应。海平面高位时间与大陆最大解体时间对应。

二叠 -三叠纪低位与板块聚合和泛超大陆的稳定有关，晚元古代低位与板块聚合和泛非超大陆的稳定有关，泛非超大陆可能在 625—555Ma前解体。前寒武纪放射性年龄显示出可能有第三个超大陆形成于 1.8Ga左右，在 1.2Ga左右经历断裂作用，因而元古代可能有第三个一级的全球海平面旋回存在。如果这是真的，一级全球海平面旋回持续时间分别为 259Ma、350Ma和 600Ma。

2.大海侵 /海退旋回

二级大海侵/海退旋回(5～50Ma)可由长周期的全球海平面变化及构造沉降速率变化引起。这些长周期全球海平面变化在 Haq等(1988)的图上作为二级长周期海平面变化被显示出来。这些变化认为是构造海平面升降引起。要鉴别产生海侵/海退旋回的构造海平面升降速率和沉降速率是困难的，必须通过全球不同地区构造沉降分析与全球海平面升降曲线间的比较才能确定。

3.层序旋回

三级至五级全球海平面旋回可在层序旋回、体系域和周期式小层序上反映出来。这些旋回被认为是冰川海平面升降。冰川海平面升降幅度小，但频率比引起海侵/海退相旋回的构造海平面升降和沉降速率变化要高。

Vail等(1977)根据旋回持续时间将三级至五级海平面旋回定义如下：三级旋回持续一至五百万年;四级旋回持续数十万年;五级旋回持续数万年。三级海平面升降旋回形成三级层序，四级、五级海平面升降旋回则形成小层序或小层序组。这些四级和五级海平面升降旋回可能是由冰川变化导致海平面升降。

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