海平面上升是全球变化的一个指标

罗兰Gehrels

普利茅斯大学地理学院，英国普利茅斯PL4 8AA

1.介绍5。结论

2.海平面在上升吗?确认

3.海平面为什么在上升?参考文献

4.当代海平面上升的速度不寻常吗?

1.介绍

2007年政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评估报告发布后，媒体和科学界对报告中所包含的海平面上升预测进行了激烈的辩论。raybet雷竞技最新这在一定程度上是因为海平面上升是全球气候变化的一个影响，将对世界上大多数人口产生深远的影响。raybet雷竞技最新然而，人们的注意力也集中在预测本身——它们有多准确?2007年的预测包含了与IPCC 2001年报告类似的不确定性，那么有什么新变化呢?然而，尽管存在明显的缺陷，IPCC最后一卷包含了大量关于最近海平面变化的新数据，特别是过去50年的数据，这是海洋数据收集经历真正革命的时期。总的来说，IPCC总结的数据反映了我们对气候变化的更好理解海平面上升的原因他们认为海平面上升是当前全球变化的主要指标之一。

2.海平面在上升吗?

虽然这个问题几乎是夸张的，乍一看可以用一个响亮的“是”来回答，但海平面变化的方向，积极或消极，取决于观测的时间尺度和下面的空间尺度

raybet雷竞技最新气候变化:观测到的对地球的影响

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考虑。这在非常短的时间尺度上是明显的，例如在潮汐波动的情况下。然而，海平面的变化在十年时间尺度上也有很大的时间和空间变化。自20世纪90年代初以来的卫星观测揭示了海平面变化的复杂区域模式(图1a)。1993年至2003年十年间的线性趋势表明，世界海洋的某些部分经历了较高的海平面上升速度(某些地方为>10 mmma -1)，而其他地方则是如此

120°60°0°60°120°[80°

-0.4 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 b mm a"'

图1 (a) 1993 - 2003年(参考文献[6]，更新自参考文献[40])和(b) 1955 - 2003年(参考文献[6]，更新自参考文献[41])海平面变化的地理格局

海平面也下降了类似的幅度。在过去50年的平均值(图1b)中，线性速率减小了一个数量级，但由潮汐计和卫星测量得出的模式仍然很复杂。大多数地区都受到海平面上升的影响，但也有一些地方，尤其是印度洋和热带太平洋，海平面下降了，尽管下降幅度很小。这幅图没有考虑到陆地水平移动，在许多沿海地区，陆地水平移动需要加上或减去平均海平面变化，才能得出代表海岸线相对变化的数字。毕竟，这是对海岸管理最有实际价值的数字。

要充分回答这个问题，显然需要以某种方式对海平面观测数据进行平均。事实上，自古腾堡第一次尝试以来，许多科学家已经利用一系列统计技术和各种测量数据集得出了全球平均海平面上升的值，其中许多数据已根据安装了潮汐计的海岸线的垂直运动进行了校正。政府间气候变化专门委员会一致认为，全球海平面在20世纪上升了约17厘米。1961 - 2003年[3]期间的最新估计数为1.6±0.2 mm-a-1。自20世纪90年代初以来，海平面上升的速度约为3毫米/立方米/立方米，但现在就下结论说这一变化代表了20世纪全球趋势的真正偏离还为时过早。当以十年为时间尺度分析全球海平面上升速度时，这一点就变得很明显了(图2)。与过去几年类似的海平面上升速度在过去几十年里也出现过。然而，最大速率从1970年的^2.5毫米/ 1增加到1960年的^6毫米/ 1

2

1950 i960 1970 1980 1990 2000

十年中期/年

图2自20世纪50年代以来的全球海平面变化速率，基于177个潮汐测量站[42,43]。

1990年代末。当然，问题是这些记录的长度是否限制了我们能得出的结论。在三个十年周期内进行的测量是否足以得出海平面上升的速度正在增加(即海平面上升正在加速)的结论?需要更长的观测时间，以提供适当的背景，以确定海平面上升速度可能加速的情况。因此，长时间的测潮记录和基于代理数据的重建对于气候变化的辩论至关重要(见第4节)。raybet雷竞技最新

3.为什么海平面在上升?

许多因素导致了今天全球正在经历的海平面变化。一些导致海平面上升，另一些则产生负面影响。并不是所有的因素都能很好地加以限制，海平面科学面临的一个更大的挑战是:我们能解释我们观测到的海平面上升吗?

根据IPCC的说法，1961年以来海平面上升的主要原因是热膨胀(0.4 mm-a^1)和小冰川和冰盖的融冰(0.5 mm a-1)，格陵兰冰盖(0.1 mm a-1)和南极冰盖(0.1 mm a-1)也有少量融冰(不确定性相对较大)。在政府间气候变化专门委员会对20世纪下半叶的评估中，这些已知的海平面上升来源与测量结果不符，加起来仅略高于观测到的海平面上升的一半。这个问题被称为“海平面之谜”[4]或“归因问题”[5]。这种差异意味着以下三种情况之一:要么测量得出的全球值过高，要么贡献被低估，要么有海平面上升的来源没有被考虑在内。

这个“谜”是由于测量海平面上升的各种方法造成的吗?20世纪的测量是基于潮汐计记录，在空间和空间上都有限制时间范围．在过去的十年里，也就是卫星测量数据可用的时期，海平面预算几乎为零。从表面上看，这可能突出表明，卫星对全球海平面上升的测量比潮汐仪更准确。然而，卫星和潮汐测量仪在20世纪90年代的测量结果非常吻合。它们从1999年开始出现分歧，[3]，但这种不匹配可能是由于潮汐计数据集的记录已经过时了几年。因此，似乎更有可能的是，海平面上升的一个可能的来源被排除在等式之外，或者一个来源被低估了。

海平面预算中最不确定的一项是陆地水源的贡献。尽管水库蓄水从水文循环中提取了水，并导致海平面下降[7]，但人类对水文过程的其他干扰(例如湿地排水、水库沉积、地下水开采、地表水消耗、森林砍伐)

对海平面上升有积极贡献。事实上，有人认为，陆地水源向海洋的转移可能代表20世纪海平面预算中“缺失的”一项。

其他人则认为，“冰融化”这个术语被低估了。小冰川和冰盖的贡献受到了很好的限制，但是监测陆基冰盖的物质平衡变化是一项相对较新的活动，因此，冰川的流量极地冰原在20世纪70年代之前并不为人所知。现在很清楚的是，格陵兰和南极冰盖出口冰川的动态变化可以导致海平面的巨大贡献。自20世纪90年代中期以来，格陵兰岛的出口冰川，包括雅各布港冰川，已经造成了大约0.1 mm-a^1的海平面上升。的阿蒙森海南极洲西部的冰川，包括松岛冰川，在20世纪90年代造成了0.15毫米/ 1的海平面上升，在2002年至2005年期间可能高达0.24毫米/ 1。有没有可能是一个迄今为止未知的冰架消失了，例如在南极洲西部的某个地方，这导致了南极西部冰盖内部部分的快速排放?表面上，人们只能推测，但有一些间接的方法可以解决这个问题。

解决海平面预算中的冰块项的一种方法是确定海洋因冰融化而更新的速度[5,12]。但是，这种方法同样受到水文数据记录长度的限制。一种更有趣的调查方式是绘制冰层融化后留下的“海平面指纹”。体积缩小的冰块对海洋表面产生的引力逐渐减小，并对数千公里外的海面产生扰动，因此融化源附近的海平面上升幅度小于远场的海平面上升幅度[13,14]。因此，从理论上讲，应该有可能从潮汐计测得的海平面变化模式中确定海冰对海平面上升的贡献。例如，自1960年[15]以来，该方法已用于估计格陵兰冰盖融化对全球海平面上升的1.0±0.6 mm a-1贡献。虽然在潮汐计测量中寻找系统模式的其他尝试都不太成功，可能是由于空间(密度)和均衡叠加，但很明显，海平面指纹在海平面研究中有广泛的应用[17,18]。

在一项可能非常重要的研究中，最近有人提出了一个新的建议，可以解开[3]的谜团。这项研究的结论是，由于根据观测数据计算热膨胀的方式存在偏差，过去评估中热膨胀的贡献被低估了。这似乎是一个令人信服的解释，令人满意的是，1961年以来的海平面预算现在似乎是封闭的(图3)。根据修正的立体估计，1961年至2003年期间的贡献总和为1.5±0.4 mm a-1，非常接近已测量到的水平。现在判断这是否是谜之争的最终定论可能还为时过早，但是

b的一年

图3 (a) 1960年以来对全球海平面变化的贡献，包括海洋上部700米的热膨胀、深海的热膨胀、极地冰原，冰川还有冰帽，陆地蓄水。(b)根据全球测量估计的海平面变化和(a)中贡献的总和。还显示了一个标准差误差。摘自Ref.[3]。

1980 1985

b的一年

图3 (a) 1960年以来对全球海平面变化的贡献，包括海洋上部700米的热膨胀、深海的热膨胀、极地冰盖、冰川和冰盖以及陆地蓄水。(b)根据全球测量估计的海平面变化和(a)中贡献的总和。还显示了一个标准差误差。摘自Ref.[3]。

取得的进展具有一定的意义。更好地了解过去对海平面上升的影响将使建模者能够改进对未来海平面上升的预测。

自大约1900年以来，人类对海平面上升产生了可测量的影响(图4)。模型实验证明了温室气体排放的影响，产生了热膨胀加剧和冰川融化加剧[19]。火山爆发减缓了海平面上升的速度，20世纪海平面上升的部分时间被火山爆发推迟了

0.06

0.06

1500 1550 1400 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000

一年

图4过去500年自然和人为强迫海平面变化(红色)和仅由自然因素强迫海平面变化(蓝色)的模型模拟。虽然模式模拟未能再现观测到的长期海平面趋势和年际和年代际变化的幅度，但20世纪海平面上升的开始似乎受到人为强迫的控制。在这些模型中，海平面上升始于火山爆发之后坦博拉火山在1815年，但在19世纪由自然因素驱动。摘自Ref.[19]。

1500 1550 1400 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000

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图4过去500年自然和人为强迫海平面变化(红色)和仅由自然因素强迫海平面变化(蓝色)的模型模拟。虽然模式模拟未能再现观测到的长期海平面趋势和年际和年代际变化的幅度，但20世纪海平面上升的开始似乎受到人为强迫的控制。这些模型中的海平面上升始于1815年坦博拉火山爆发之后，但在19世纪是由自然因素推动的。摘自Ref.[19]。

喀拉喀托火山1886年和1991年的皮纳图博。这很重要，因为这些火山喷发暂时掩盖了火山的影响人为影响关于海平面上升。

海平面变化和温室气体浓度之间的关系在地质时间尺度上是众所周知的。例如，当二氧化碳浓度在70 Ma左右高于1000ppm时，地球上没有冰，海平面比现在高73米。图5显示了红海海平面记录[21]以及与东方冰芯[22]中测量到的二氧化碳浓度的比较。尽管这两种记录的年表都有内在的不确定性，而且二氧化碳波动实际上可能导致温度变化几个世纪，但二氧化碳和海平面变化之间的相关性是明显的:二氧化碳水平升高与海平面上升相对应。如果图5c所示的几乎线性趋势在二氧化碳浓度超过300ppm时仍然存在，这意味着海平面将在未来继续显著上升。事实上，气候模型raybet雷竞技最新预测，到2100年，随着二氧化碳水平稳定在550 ppm[9]或700 ppm[1]，海平面将继续上升1000年。如果二氧化碳浓度达到1000ppm，格陵兰冰盖将在3000年内消失，海平面将上升约7米。

A 400000 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0

B 400000 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000

年英国石油公司

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180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 C CC>2浓度/ppm

图5 (a)在南极洲Vostok冰芯[22]中测量的过去400 ka的CO2浓度。(b)过去400 ka[21]红海海平面变化。(c) CO2浓度与海平面的关系，假设(a)和(b)的最小值和最大值年龄相似。(c)中的点对应于(a)和(b)曲线上的点。

4.当代海平面上升的速度是否不同寻常?

众所周知，过去海平面上升的速度比我们今天经历的要快得多。例如，在大约14000年前的最后一次冰川消退期间，在融水脉冲1A期间，冰盖的快速融化产生了超过40毫米a-1[24]的海平面上升速度。然而，当时的世界正处于冰河时代，许多冰原含有不稳定的海洋成分，这些成分现在基本上已经消失了。仅存的海洋冰原在南极洲西部，这片冰原位于地球上最冷的地区。因此，与晚冰期海平面历史的比较并不能为现代(或未来)条件提供合适的类似物。相反，研究地球历史上冰冻圈中冰的体积与今天大致相同(或略少)、温度与今天相似(或略高)的时期更有意义。经常被引用作为有用类比的时期包括末次间冰期、全新世中期和中世纪气候适宜期．

末次间冰期的海平面位置一般估计在现在[25]以上4 6 m，但由于末次间冰期以来陆地运动的不确定性，很难确定准确的高度。大多数证据表明，在128 116 ka[26]的时间间隔内，海平面接近目前的水平，或略高。只有一项对红海沉积物岩心的研究提供了末次间冰期海平面上升速率的详细评估。据估计，海平面上升速度的“全部潜在范围”在每世纪0.6至2.5米之间。有趣的是，这一估计与一些对21世纪的预测是一致的，尽管它高于IPCC提供的预测。最后一次间冰期的海平面上升大部分被认为来自格陵兰岛，可能有一小部分来自南极洲。

来自世界各地的证据表明，目前间冰期的温度在全新世中期达到了最高，尽管全新世的“热最佳”在空间上是可变的，而不是全球同步的。有许多发表的海平面研究认为，全新世期间的海平面波动，有些振幅可达几米，但这些研究几乎总是基于具有较大垂直和年龄不确定性的数据，并且经常使用“连接-点”方法，忽略了这些不确定性。许多全新世海平面历史只能在千年的时间尺度上解决。更可靠的海平面重建包含了世纪尺度海平面振荡的证据，可以说是来自澳大利亚的微环礁，并记录了全新世中期每世纪0.1 - 0.2米的速率。甚至在8.2 ka的事件中，这是由一个巨大的冰川湖（湖阿加西-Ojibway)，因此作为现代类比并不具有真正的代表性，海平面上升可能不超过0.4米。

中世纪气候最适期的海平面变化很小，在古记录中没有明确的解决。北美东部的盐沼提供了证据，表明在20世纪之前的过去一千年中，每世纪的速度不超过0.2米。在北大西洋[33]和西南太平洋[34]，最近的海平面加速上升大约始于100年前，尽管在19世纪初也有海平面加速的迹象[35]。这些发现是基于微化石证据和盐沼沉积物的高精度测年，并得到了长测潮记录[36]的一些分析的支持。然而，可以追溯到18世纪的潮汐测量仪只能在西欧的几个站点使用(阿姆斯特丹从1700年开始，斯德哥尔摩从1774年开始，利物浦从1768年开始)。在仪器海平面数据[38]和基于测潮数据[39]的全球重建中可以清楚地显示的全球海平面上升加速最早发生在20世纪30年代。

5.结论

海平面上升是当前全球变化的一个主要指标。在20世纪，海平面一直在以每十年0.06米的速度上升。自20世纪50年代以来，海平面上升的速度每十年都在加快。模型实验表明，20世纪海平面上升不能仅用自然过程来解释。温室气体的人为强迫已成为最近海平面变化的主要原因。过去三次的地质记录冰期-间冰期旋回大气中二氧化碳浓度与海平面之间存在很强的正相关关系。现代海平面上升的速度大约始于100年前，而20世纪的海平面上升速度似乎比中世纪气候最佳期和全新世中期的温暖区间重建的速度要快。然而，在末次间冰期，海平面上升的速度可能更高，与未来一些气候变化情景中的预测相似。raybet雷竞技最新

确认

我很感谢Phil Woodworth对这一章的有益评论。

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继续阅读:海洋温度变化作为全球变化的一个指标

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