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中国海洋火学博士论文 海平面变化及其对东中国海潮波和工程水位的影响 摘要 气候变化引起的海平面上升具有潜在的灾难性，已经成为人类主要的威胁。 最近，i p c c 第四次评估报告指出：到2 1 世纪末，相对于2 0 世纪最后二十年海 平面将上升0 1 8 0 5 9 米。中国沿海地区地势低平，生态环境极其敏感和脆弱， 是中国自然灾害高危险区。由于气候变暖，全球海平面上升和区域地面沉降叠加 所致的相对海平面上升速率存在加快趋势，这将加剧中国沿海地区土地淹没、风 暴潮和洪涝灾害、水资源短缺等矛盾，并影响城市抗灾功能、沿海地区建筑物安 全及生态资源。因此开展海平面变化研究，不仅具有重要理论意义，同时也具有 重要现实意义。 本文介绍了海平面变化研究的重要意义，回顾了海平面研究的已有成果和发 现的问题；对全球1 9 9 3 2 0 0 3 年间的1 y p 海平面和比容海平面变化规律综合分析， 从全球尺度上分析海平面变化特征、比容对海平面变化的贡献、热比容和盐比容 对比容海平面不同的贡献以及其空间上不均匀的特征：利用p o p 模型模拟了全 球海平面及比容海平面的季节变化特征，初步探讨海表风应力、热通量和淡水通 量的共同强迫对海平面及比容海平面的季节变化影响；以东中国海和南海作为上 述研究的个例，从不同时空尺度角度，探讨了海平面变化规律；讨论了海平面变 化对东中国海潮波的影响，并进一步分析了对工程水位的影响。主要结论如下： 1 本文利用t o p e x p o s e i d o n 资料和i s h i i ( 2 0 0 5 ) 温盐资料，分析了全球海 平面和比容海平面的变化特征。1 9 9 3 2 0 0 3 年平均计海平面的线性上升速率为 2 8 9 m m y r ，热比容海平面的上升速率1 2 2 m m y r ，盐比容海平面全球平均后接近 0 ，即比容对t y p 海平面上升的贡献为4 2 。在太平洋，比容变化是海平面变化 的主要影响因子，其中热带太平洋比容的贡献最大( 7 2 ) ；在北大西洋，热比 容海平面的上升速率( 2 4 9m m y r ) 同盐比容( 一2 4 8m m y r ) 量级相当，但作用 相反；非比容因素对海平面变化贡献在大西洋及印度洋的南半球海域要大于比容 作用。从比容变化角度来看，除北大西洋外，热比容的作用比盐比容作用大得多。 2 对1 9 9 3 2 0 0 3 年聊高度计月均资料进行经验e 交分解( e o f ) 的结果显 示，海平面变化的第一模态是季节模态，方差贡献为2 4 4 ，第二模态( 1 8 1 ) 海平面变化及其对东中国海潮波和工程水位的影响 为e n s o 模态，和同期的e n s o 指数同步相关达0 7 9 对同期的月均比容海平面 做e o f 分解得到的第一模态( 2 9 3 ) 同海平面变化的第一模态非常相似，说明 比容海平面的季节变化对t p 海平面的季节变化起到决定作用。对过去5 0 年的 全球热比容海平面进行e o f 分解发现，第一模态( 2 9 5 ) 为e n s o 模态，其时 间系数和南方涛动指数( s o i ) 同步相关达0 8 ，第二模态是p d o 模态，与副热 带环流的变化有关。 3 本文利用p o p 模型对全球和中国近海的海平面进行了数值试验来研究在 海表风应力、热通量和淡水通量的共同强迫下海平面季节变化，发现海平面及比 容海平面的季节变化较明显，和聊高度以及i s h i i ( 2 0 0 5 ) 计算的比容海平面的 季节变化的空间分布较一致，但极值偏小；在中低纬度标准差和t p 海平面差异 较大，在北太平洋和北大西洋的中高纬度两者近似一致。 4 海平面变化对东中国海的潮波有显著的影响，分潮振幅的变化与海平面 的变化同相，但在部分区域，分潮振幅随着海平面上升而减小。长江口及以北海 域是海平面上升后，中国沿岸分潮振幅变小的极少数典型海区之一。对应于分潮 振幅变大的海区，其最大可能低潮位变低、高潮位变高，而设计水位和极端水位 都会显著升高。由于中国海海平面的长期和季节变化都相当显著，海平面长期变 化在中国近海平均速率为2 2 m m a ，月均海面年较差最大可达6 0 c m 以上，且出 现最高值的月份南北也不一致，北方一般在7 月份，而南海出现在1 0 月份o 海 平面变化对设计水位和极端水位的计算都有显著影响，平均说来在2 0 3 0 c m 左 右，最大可达8 0 c m 以上。 关键词：海平面变化；l p 海平面；比容海平面；潮波变化；工程水位 中国海洋人学博士论文 s e al e v e lv a r i a t i o na n di t se f f e c to nt i d a lw a v ea n de n g i n e e r i n g w a t e rl e v e li nt h ee a s tc h i n as e a a b s t r a c t i nt h i st h e s i s ，t h em e a n i n go fs t u d yo ns e al e v e lc h a n g ei si n t r o d u c e d t h e p r o g r e s s e sa n dp r o b l e m so fs e al e v e ls t u d ya r er e v i e w e d g l o b a ls e al e v e lc h a n g eo f 弋陀d a t aa n ds t e r i cs e al e v e lc h a n g ef r o m1 9 9 3t o2 0 0 3a r ea n a l y z e d 。a n dt h e c o n t r i b u t i o no fs t e r i cs e al e v e lc h a n g e ，t h e r m o s t e r i cc o n t r i b u t i o na n dh a l o s t e r i c c o n t r i b u t i o na r ea n a l y z e d t h ee x p e r i m e n ti sm a d eb yu s i n gp o p ( p a r a l l e lo c e a n p r o g r a m ) m o d e lt os t u d ye f f e c t so fd i f f e r e n ts e as u r f a c et h e r m a lf o r c i n g ，w i n ds t r e s s a n df r e s h w a t e rf l u xo ns e a s o n a lv a r i a t i o no fs e al e v e li nt h eg l o b a lo c e a na n dc h i n a s e a t h ee f f e c t so fm e a ns e al e v e lv a r i a t i o no nt i d a lw a v e sm a r k e d l yi nt h ee a s tc h i n a s e aa r ed i s c u s s e d ；c o n s e q u e n t l yi n f l u e n c e so nd e s i g nw a t e rl e v e la r es t u d i e d t h e s e t o p i c sn o to n l yh a v ev e r yi m p o r t a n ts c i e n t i f i c ，s o c i a la n de c o n o m i cm e a n i n g s ；b u ta l s o h a v ep r o f o u n di n f l u e n c e so nc o a s t a lp o l i c i e sm a k i n g 1 i nt h i sp a p e r ，t h ev a r i a t i o n so fs e as u r f a c eh e i g h t ( s s h ) a n ds t e r i cs e al e v e l ( s s l ) b a s e do nt h ea l t i m e t e rd a t ao ft o p e x p o s e i d o n ( t p ) s a t e l l i t e ，t e m p e r a t u r ea n d s a l i n i t yd a t ao fi s h i i ( 2 0 0 5 ) t h ea v e r a g es e al e v e lr i s i n gr a t eo f ，pd a t af r o m19 9 3t o 2 0 0 3i s2 8 9 m m y r ；t h eg l o b a la v e r a g et h e r m o s t e r i cs e al e v e lr i s i n gr a t ei s1 2 2 m m y r ； t h eg l o b a la v e r a g eh a l o s t e r i cs e al e v e lr i s ei sn e a r l yz e r o i nt h ep a c i f i cs t e r i cc h a n g e i st h em a j o rf a c t o ro fs e al e v e lv a r i a t i o n ，a m o n gw h i c ht h ec o n t r i b u t i o ni nt r o p i c a l p a c i f i cs t e r i ci sm a x i m a l ( 7 2 ) ；i nt h en o r t ha t l a n t i c ，t h em a g n i t u d eo ft h er i s i n gr a t e o ft h e r m o s t e r i c ( 2 4 9m m y r ) i st h es a m ea st h a to fh a l o s t e r i c ( 一2 4 8m m y r ) b u tt h e i r e f f e c ta r eo p p o s i t e t h ec o n t r i b u t i o n so fn o n s t e r i cf a c t o rt os e al e v e lc h a n g ei nt h e a t l a n t i ca n dt r o p i c a li n d i a no c e a ns o u t h w a r dr e g i o na r el a r g e rt h a nt h a to fs t e r i co n e s i nt e r m so fv a r i a t i o no fs t e r i cs e al e v e l ，e f f e c to ft h e r m o s t e r i ci sg r e a t e rt h a nt h eo n e o fh a l o s t e r i ce x p e c tf o ri nn o r t h e r na t l a n t i c 2 t h ee m p i r i c a lo r t h o g o n a ld e c o m p o s i t i o n ( e o f ) o ft h et pa l t i m e t e rd a t af r o m 1 9 9 3 2 0 0 3s h o w st h a tt h ef i r s tm o d eo fs e a l e v e lc h a n g e si st h es e a s o n a lm o d e ，a sa c o n t r i b u t i o nt ot h ev a r i a n c eu pt o2 4 4 t h es e c o n dm o d e ( 1 8 1 ) i st h ee n s o m o d e ，a n dt h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n tw i t ht h ee n s o i n d e xi s0 7 9 t h ef i r s tm o d eo f t h ee o fo fm o n t h l ya v e r a g es t e r i cs e al e v e li nt h es a m ep e r i o di sa b o u t2 9 3 o f v a r i a n c e ，w h i c hi sv e r ys i m i l a rt ot h ef i r s tm o d eo ft h et pa l t i m e t e rd a t a t h e r e f o r e ， 海平面变化及其对东中国海潮波和工程水位的影响 s e a s o n a ls t e r i cs e al e v e lc h a n g ed o m i n a t e st h es e a s o n a ls e al e v e lc h a n g e t h ee o fo f t h eg l o b a ls t e r i cs e al e v e li nt h ep a s t5 0y e a r ss h o w st h a tt h ef i r s tm o d ei se n s om o d e w h o s ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n tw i t hs o ii su pt o - 0 8 ，a n dt h es e c o n dm o d ei sp d o m o d ew h i c hi sr e l a t e dt ot h ec h a n g eo fs u b t r o p i c a lc i r c u l a t i o n 3 t h ee x p e r i m e n ti sm a d eb yu s i n gp o p ( p a r a l l e lo c e a np r o g r a m ) m o d e lt os t u d y e f f e c t so fd i f f e r e n ts e as u r f a c et h e r m a lf o r c i n g ，w i n ds t r e s sa n df r e s h w a t e rf l u xo n s e a s o n a lv a r i a t i o no fs e al e v e li nt h eg l o b a lo c e a na n dc h i n as e a i ti sf o u n dt h a t s e a s o n a lv a r i a t i o n so fs e al e v e la n ds t e r i cs e al e v e la r es i g n i f i c a n tu n d e rf o r c e so fs e a s u r f a c ew i n ds t r e s s ，s e as u r f a c eh e a tf l u xa n df r e s h w a t e rf l u x ；t h e i rs t a n d a r dd e v i a t i o n h a sg r e a t e rd i f f e r e n c ew i t ht h eo n eo ft ps e al e v e li nm i d l o wl a t i t u d e s ，w h i l eh a s b e t t e rc o h e r e n c ei nm i d h i l g hl a t i t u d e s 4 i ti sc o n c l u d e dt h a tm e a ns e al e v e lv a r i a t i o na f f e c t st i d a lw a v e sm a r k e d l yi n t h ee a s tc h i n as e a ，s u c he f f e c ti n c l u d e st h ev a r i a t i o n so fb o t ht h ea m p l i t u d ea n dt h e t i ，d a lw a v ep r o p a g a t i o n t h en u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l ta n dt h eh a r m o n i ca n a l y s i s r e s u l to ft i d eg a u g ed a t aa g r e ev e r yw e l la n dv a l i d a t et h ea b o v ec o n c l u s i o n g e n e r a l l y s p e a k i n g ，t h et i d a la m p l i t u d ev a r i e si nt h es a m ep h a s ew i t hm e a ns e al e v e lv a r i a t i o n ， b u ti td e c r e a s e sw i t hr i s i n gm e a ns e al e v e li ns o m er e g i o n s t h em e a nv e l o c i t yo f l o n g t e r ms e a l e v e lv a r i a t i o ni nc h i n as e ai sa b o u t2 2 m m a ；t h ea n o m a l yo fm o n t h l y m e a ns e al e v e li sa b o v e6 0c n la n di t sm a x i m u ma p p e a r e di nd i f f e r e n tm o n t h si na y e a r ( i ta l w a y sa p p e a r si nj u l yi nt h en o r t hp a r to fc h i n a ，b u ti no c t o b e ri nt h es o u t h c h i n as e a ) t h es e al e v e lc h a n g e sh a do b v i o u se f f e c t so nt h ec a l c u l a t i o no fd e s i g n w a t e rl e v e la n dt h ew a t e rl e v e lf o rt h e1 0 0y e a r sr e c u r r e n c ep e r i o d ，w h i c hi sa v e r a g e d n e a r l y2 0 - 3 0 c ma n dc o u l db eo v e r8 0 c m k e yw o r d k e yw o r d ：s e al e v ev a r i a t i o n ，t p s e al e v e l ，s t e r i cs e al e v e l ，t i d e lw a v ec h a n g e ， e n g i n e e r i n gw a t e r 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含未获得( 洼! 垫遗直基熊霞蔓挂基9 直塑的! 奎拦亘 窒l 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 限 学位论文作者签名：签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国 家有关部门或机构( 如中国科学技术信息研究所等) 送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位 论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：陈满春 签字日期：年 月日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：国家海洋信息中心 通讯地址：天津市河东区六纬路9 3 号 新婵：旧 签字日期：年 电话：0 2 2 2 4 0 1 0 8 4 5 邮编：3 0 0 1 7 1 中国海洋大学博士论文 1 前言 1 1 海平面变化研究的意义 海平面原意是指非常长时间内海面的平均状况，是一个理想的概念，一般要 求至少是1 8 6 1 年以上时间内的海面平均值，而目前研究中所指的海平面是平均 海面的概念，泛指月均海面和年均海面等各种时间尺度的平均海面。 海平面是“天、地、生”诸多因素综合作用的结果，同时又是人类生存环境 变迁的重要标志。从全球看，海平面是地球上海洋的理想表面；从区域看，海平 面是本初起算面( 零面) 。潮波、海浪、风暴潮等正是以海平面为基底进行传播 并侵蚀或破坏海岸地带的。在漫长的地质时期，海平面曾上升1 0 0 米左右，海平 面上升期为海侵，而其下降期则为海退。近百年来处于海侵期，2 0 世纪7 0 9 0 年代特别明显。由于潮位数据是以固定在陆地上的水准点为基准，而这些水准点 随陆地的运动也发生垂直的升降运动，且这种运动与海平面长期变化具有相同的 量级。所以海平面变化有相对海平面变化和绝对海平面变化之分。验潮站海平面 序列相对于各自水准点的升降运动，称为相对海平面变化。而绝对海平面是指相 对于理想的地球椭球体而言的海平面。相对海面变化在区域性开发建设规划中有 重要应用价值，而绝对海面变化关系到全人类的生存大环境，它是风、压、热盐 环流等多种因子综合作用的结果。因此开展海平面变化研究，不仅具有重要理论 意义，同时也具有重要现实意义。 1 1 1 海平面变化的现实意义 随着人类活动对海洋、大气系统影响的迅速扩大，全球变暖、海平面上升已 经成为全球性重大环境问题。全球海平面变化研究的目的在于掌握其变化规律， 预测全球海平面变化及其对人类生存环境的影响。中国海海平面变化具有独特的 季风区域特点，同时它又是全球海平面变化的重要组成部分。 全球气候变暖引起海平面上升，给人类生存造成潜在的巨大风险，引起全世 界的科学家和各国政府的高度关注，是当今世界被关注最多的研究项目之。海 平面上升是一个缓慢而持续的过程，其长期累计的结果将对沿岸地区构成严重威 胁。根据国际政府间气候变化专门委员会( i p c c ) 对2 0 世纪回顾与2 1 世纪的 展望，在过去的1 0 0 年间，全球气温和海平面分别上升了0 6 - 1 - 0 2 。c 和1 0 - 2 0 c m ， 海平面变化及其对东中国海潮波和工程水位的影响 预计到2 1 0 0 年全球气温将上升1 卜5 8 ，全球平均海平面也将上升9 - - 8 8 c m ( c h u r c h ，e ta 1 ，2 0 0 1 ) 。 全球大部分沉积型海岸都受到海面上升的侵蚀，伴随着人口的快速增长，沿 海国家都面临着如何科学管理这些海岸的问题。最容易受影响的便是那些地势较 低的沙质或泥质海岸，海平面的很小升高都会淹没大片区域以及加重海岸侵蚀。 我国是个海洋大国，拥有1 8 万公里长的大陆岸线和1 4 万公里长的岛屿岸线， 约有7 0 以上的大城市和5 0 以上的人口集中在东部沿海地区，尤其是长江三 角洲地区、珠江三角洲和环渤海地区更是全国经济发展的龙头，但同时也是受海 平面上升影响最为严重的脆弱地区。监测表明，海平面上升在我国沿海地区已引 起一系列环境效应和灾害，加剧了这些地区的风暴潮灾、海岸侵蚀、盐水入侵和 滩涂损失，降低防洪设施的防御能力，影响了城市排水和供水系统。海平面上升 加剧了沿海地区的自然灾害，同时海平面上升造成的海水入侵和海岸侵蚀影响了 沿海地区的社会经济发展。当今沿海地区的人口密度比内陆大1 0 倍，据荷兰学 者估计，若海平面上升5 0 c m ，仅苏北到杭州湾一带就有8 0 0 多平方公里的土地 受淹。由于海平面上升使现有海堤在一定程度上失效，百年一遇的风暴潮会变成 5 0 年一遇或3 0 年一遇，加剧了海岸带的灾害。1 9 9 4 年8 月2 1 年浙江瑞安发生 一次风暴潮，受灾人口1 1 5 0 万人，直接经济损失1 2 4 亿元。由于相对海平面上 升，最高潮位也在升高。天津塘沽1 9 9 2 年9 月1 日出现最高潮位为5 9 8 m ，比 历史最高值还高出2 6 c m ：同时，青岛最高潮位5 4 8 m ，超过历史最高潮位1 2 c m 。 因海面上升，在辽宁、河北、天津、山东和江苏等省市都已发生不同程度的海水 入侵，造成地下“水灾”。 因此海平面上升对沿海地区的经济发展、长期规划、以及沿海人民的生命财 产安全构成极大威胁，这给我们提出重要的科学问题，即如何掌握海平面变化的 规律，进行科学的预测，评估其对沿海地区的灾害及提出应对这些影响的对策。 1 1 2 海平面变化的科学意义 作为海洋与大气的交界面，海平面对气候的变化做出相应的反馈，因此研究 海平面的变化特征具有十分重要的意义。在全球变暖背景下，海平面上升已成为 海洋科学和气候变化研究的重大问题。 海平面变化研究既与大洋环流变化研究密不可分，又是全球气候变化研究的 2 中国海洋人学博士论文 一个重要组成部分，是物理海洋和大气科学研究中的一个热点问题，深入了解其 影响机制，是海洋领域应对气候变化急需解决的科学问题，具有重要的科学意义。 大洋中物质的重新分配与组合对局域海平面的影响不容忽视。m i l l e r ( 2 0 0 4 ) 提出，2 0 世纪海平面变化过程中，温度和盐度使海平面上升的作用还是比较微弱 的，而海洋本身物质的转移和重新分配是海平面变化的主要影响因素。由于海洋 环境复杂多变，行星风带、洋流、涡旋、潮汐系统等因素的变化仍然不能精确地 量化，目前对海洋物质转移对海平面变化贡献的估算还十分困难。海平面变化与 环流之间的关系密切，但在不同海域、不同时间尺度上，这种关系的机理并不一 致。 1 1 3 海平面变化的影响因素 海面变化受全球、区域和局地性因素共同影响。全球海面变化( g m s l ) 的 主要原因是由于世界大洋海水变暖的热膨胀、小山地冰川和冰盖的融化和消失以 及格陵兰和南极储冰的体积变化。研究区域性海面变化可以揭示气象和水文机制 之间的关系。地壳垂直运动、地表水抽取等区域性和局地性因素，在某些情况下 引起的变化率比目前估计的海面变化率高1 2 个量级。 v i v i e re ta 1 ( 2 0 0 5 ) 指出影响海平面变化的因素最主要有：斜压r o s s b y 波、 比容( 比容变化和海气之间的热量交换有很大关系) 以及海平面对风应力强迫的 响应。比容作用在中纬度是主导的，斜压r o s s b y 波在赤道区域是主导的。 1 1 4 中国政府和国际政府间组织的联合行动 世界气象组织( w m o ) 和联合国环境署( u n e p ) 于1 9 8 8 年成立政府间气 候变化专业委员会( i p c c ) ，该组织于1 9 9 5 年、1 9 9 9 年、2 0 0 1 年和2 0 0 7 年曾先 后发布过4 个全球变化的评估报告，分析、预测全球温室气体的变化、气温变化 和海平面变化，为联合国制定各协约国的共同协议提供科技支撑( 如京都议定书 等) 。我国政府也非常重视海平面变化问题，多年来每年发布中国海平面公报。 全球变化的国际地圈生物圈计划( i g b p ：i n t e r n a t i o n a lg e o s p h e r e b i o s p h e r e p r o g r a m m e ) 中的近岸海陆相互作用( l o i c z ：l a n d o c e a ni n t e r a c t i o n s i nt h e c o a s t a lz o n e ) 是一个专门课题，这其中的海面变化是4 个核心问题之一。 总之，全球海平面变化及区域响应受到各国政府和科学家的高度重视，它是 物理海洋研究和大气科学研究中一个重要的核心科学问题。海平面变化的科学预 3 海平面变化及其对东中国海潮波和工程水位的影响 测，对沿海地区的灾害预测及影响对策的研究，将为中国政府及各地方政府制定 沿海经济发展规划提供科学依据，也可为中国政府在国际谈判中提供重要科技支 撑。 1 2 海平面变化研究的历史及现状 鉴于海平面变化( 尤其是海平面上升) 的重要性，海平面变化的研究已经有 相当多的成果。自器测记录以来，利用空间分布并不均匀的验潮站资料，众多海 洋学家开展了关于相对海平面变化的研究：随着测高卫星的升空和测高数据的广 泛应用，以及海气耦合模型的不断改进，分析全球绝对海平面变化特征，探究影 响绝对海平面变化的因素和物理过程成为目前的主要研究方向。以下是对海平面 研究的几个方面的简要回顾。 1 2 1 海平面变化规律 研究海平面变化规律所用的数据大致可分为两类：验潮站资料和卫星高度计 资料，下面介绍一下利用这些资料得到的相对海平面和绝对海平面的变化规律。 1 2 1 1 相对海平面变化趋势 ( 1 ) 常规验潮资料分析的相对海平面变化趋势 验潮站提供的海平面资料具有精确度高、时间长等优点。2 0 世纪9 0 年代前 后，发表了一系列利用全球长期验潮数据分析得到的相对海平面变化趋势的研究 成果。由验潮资料得出全球海平面在过去5 0 1 0 0 年间的上升速率大约为1 2 m m y r ( c h u r c he ta 1 2 0 0 1 ) 。t u s h i n g h a l na n dp e l t i e r ( 1 9 9 1 ) 发展了一个冰后期回 弹模型( p g r ) 。d o u g l a s ( 1 9 9 7 ) 修正了该模型，选择了2 4 个长期验潮站资料， 分为九个不同的地理区域，得到全球平均的上升速率为1 8 0 1m m y r ，与 d o u g l a s ( 1 9 9 1 ) 的结果( 1 7 6 + 0 5 5 m m y r ) 相似。而c h u r c he ta 1 ( 2 0 0 1 ) 认为 1 5 0 5m m y r 是最好的估算结果。p e l t i e r ( 1 9 9 9 ) 开发了一个冰川均衡订正模型 ( g i a ) ，用于研究全球海平面上升，模型中引用了一个岩石圈弯曲和地幔流变 模型解释冰后期回弹效应，得到2 0 世纪全球海平面的上升速率为2 4 m m y r 。基 于实际验潮资料l a m b e c ke ta l ( 1 9 9 8 ) 开发了一个求解冰后期回弹模型的数值试 验，并分析了全球海平面的变化。2 0 世纪全球海面上升了2 0 c m 左右 ( d o u g l a s ，1 9 9 1 ；g o m i t z ，1 9 9 5 ) ，d o u g l a s ( 1 9 9 5 ) 认为其中大约有1 0 c m 是由上层 大洋热膨胀和冰川融化引起的。 4 中国海洋人学博士论文 焦文海等( 2 0 0 4 ) 利用验潮和g p s 观测技术监测海平面绝对变化，采用我国 3 个沿海验潮站两期g p s 观测数据，计算了这些点位的地壳垂直运动速率。左军 成等( 1 9 9 6 ，2 0 0 6 ) 把最大熵谱分析、非线性最小二乘法应用于动态预报，建立 了一种海平面的本征分析和随机动态分析预报的联合模型，得出太平洋海域海平 面的平均上升率为1 7 m m y r ，并得出了太平洋沿岸海平面总体加速上升的结论， 并且利用此随即动态模型计算出了1 3 3 个验潮站的月平均海平面资料在1 9 9 3 - 2 0 0 3 年的线性变化趋势，发现多数站的海平面变化速率在0 0 - - 1 0 0 m m y r ，占总 数的5 5 。 验潮资料是研究海平面变化规律的基本数据，但将它用来研究全球海平面的 变化特征则难以实现足够的空间覆盖率。而且验潮资料记录的都是相对海平面的 变化过程，其分析结果将受地壳垂直运动等局地性因素的显著影响，因此单纯利 用验潮资料进行分析无法弄清绝对海平面的真实变化。 ( 2 ) 卫星高度计资料分析的绝对海平面变化趋势 利用传统的验潮站观测全球海面高度的方法存在相当大的缺陷，卫星测高技 术的出现为全球海面变化提供了全新和高效的观测手段，对人们更加准确的认识 海洋，了解海平面的变化和响应，发挥着不可替代的作用。 卫星高度计资料空间覆盖面积大，空间分辨率高，因而在大尺度全球海平面 变化的研究中得到了广泛应用。如n e r e m ( 1 9 9 5 ) 和m i n i s t e r ( 1 9 9 5 ) 利用1 9 9 3 - - 1 9 9 5 年的t o p e x p o s e i d o n ( 以下简称t p ) 高度计资料分析了全球海平面的 变化特征。l e u l i e t t ee ta 1 ( 2 0 0 4 ) 分析1 9 9 3 - - 2 0 0 3 年间的t p 卫星高度计数据， 指出全球平均海平面的上升速率为2 8 0 4 m m y r 。c a r t o ne ta 1 p ( 2 0 0 5 ) 和a n t o n o v e ta 1 p ( 2 0 0 5 ) 等多位研究学者都指出，根据卫星高度计的观测资料得出在过去的 十多年里海面高度( s s h ) 的平均线性上升速率达到3 2 m m y r ，该值比整个2 0 世纪上升的平均速率要大的多。2 0 0 7 年i p c c 第四次评估报告指出：全球平均海 平面在1 9 6 1 2 0 0 3 年间以1 8 1 3 2 3 m m y r 的速率上升，而1 9 9 3 2 0 0 3 年间则以 3 1 1 2 4 3 8 1m m y r 上升，后者更快速度的上升是反映年代际变化还是长期趋势的 增加目前还不清楚。c h u r c he ta 1 ( 2 0 0 4 ) 在t o p e x p o s e i d o n 基础上，重构了 全球1 9 5 0 2 0 0 0 的海平面，得出海平面上升速率的最大在东太平洋的赤道附近， 最小值沿赤道在西太平洋和东印度洋。这一结论与利用t o p e x p o s e i d o n 得到的 近十几年全球海平面变化趋势的空间结构刚好相反。c h e n g 等( 2 0 0 7 ) 指出南中 5 海平面变化及其对东中国海潮波和工程水位的影响 国海平均海平面在1 9 9 3 - - 2 0 0 0 年表现为上升趋势，南中国海上层海水的比容变 化对其海平面变化有显著贡献。 申辉( 2 0 0 3 ) 分析了1 9 9 3 2 0 0 1 年间的t o p e 聊o s e i d o n 资料，指出全球海 平面呈现上升的态势，平均上升速率约为1 2 m m y r 。海温的变化是引起海平面 变化的重要原因，但其对海平面抬升的贡献不到5 0 。海平面变化的空间分布特 征受风应力异常特别是纬向风应力异常的空间分布影响较大。c h e r t 等( 2 0 0 0 ) 利用叩资料分析了海平面的季节变化特征，指出在南、北半球中纬度海区海平 面存在显著的季节变化，二者的位相相反，全球平均海平面季节变化和北半球同 步。左军成等( 2 0 0 5 ) 利用t p 资料分析了白令海海平面的季节变化和长期趋势 变化特征，结果表明白令海的比容高度季节变化振幅约为聊海面高度振幅的 3 5 ，远小于中纬度的8 3 ，白令海平均海面在1 9 9 2 - - 2 0 0 2 年间的上升速率为 2 4 7 m m y r ，在大部分海域平均海面呈下降趋势，特别是中部海盆，但在白令海 的东北部成上升趋势。 1 2 1 2 海平面变化规律 海平面长期变化的空间分布并不均匀。c a z e n a v e 等( 2 0 0 4 ) 运用t p 资料分 析了1 9 9 3 - - 2 0 0 3 年间海平面变化趋势的空间分布，指出海平面变化具有显著的 区域特征。 c h e ne ta 1 ( 2 0 0 0 ) 利用册资料分析了海平面的季节变化特征，指出在南、 北半球中纬度海区海平面存在显著的季节变化，二者的位相相反，全球平均海平 面季节变化和北半球同步。c h e ne ta 1 ( 2 0 0 2 ) 用卫星高度计资料分析了全球海 平面的季节、年际和长期变化，利用卫星观测的s s t 和大洋平均温度场研究了 水文变化过程引起的年际和长期比容海平面变化。指出，在季节尺度上，比容变 化是主导因子：年际尺度上水蒸汽含量变化与海平面变化有很好的关系；而在长 期趋势变化中，比容变化是一个重要因子，但不是主导因子，而与全球变暖有关 的冰雪融化起着重要作用。c h e ne ta 1 ( 2 0 0 5 ) 发现由w o a 0 1 计算的比容海平 面和g r a c e 得到的海水质量变化以及极潮的影响、陆地水的储藏拟合后的季节 变化和卫星高度计资料提取的季节变化非常吻合，有助于更好地分析海平面的季 节变化规律。c h o ie ta 1 ( 2 0 0 4 ) 研究了日本海海平面的非季节性变化。非季节 性变化与洋盆尺度的振荡、极锋的南北迁移、对马暖流的弯曲以及涡旋有关。在 日本海发现了很强的准两年周期变化和明显的年内变化。e o f 分析的第一模态 6 中国海洋大学博士论文 是季节内变化。 胡瑞金等( 2 0 0 2 ) 分析了热带太平洋海平面高度年变化和季节内变化特征， 指出热带太平洋海面高度存在明显的年变化、5 8 1 3 9 天振荡和2 9 3 5 天振荡， 其中9 0 天左右的振荡具有年变化且与e 1n i n o 事件有很好的对应关系。y a n ( 2 0 0 7 )等发现在1 9 9 3 - 2 0 0 3 年期间，用t p 观测资料得出的东中国海海平 面和比容海平面平均增长速率为4 9 3m m y r 和3 1 8m m y r , 因此海平面上升主要 是由比容海平面的上升引起的，其贡献达到6 4 5 。热比容海平面上升速率平均 为1 8 8m m y r , 盐比容海平面平均为1 3m m y r 。丁荣荣( 2 0 0 7 ) 等分析了南海 1 9 9 2 2 0 0 2 年的海平面特征。发现南海海平面平均以4 7m m y r 的速度上升，最 大区域在南海的东北部( 1 0m m y r ) ，西南部为下降区域，核心值- 3 0m m y r ，卵 海平面变化的年振幅约为4 c m ，比容海平面的上升速率为4 2m m y r ，比容海平 面的位相比聊海平面大约提前2 个月。n g u y e ne ta 1 ( 2 0 0 8 ) 利用比容海平面 数据、验潮站数据、卫星高度计数据和海洋再分析资料重现过去几十年的海平面， 并简单分析了海平面的变化。 1 2 2 海平面变化机制 全球绝对海平面变化的机制研究已取得了许多进展，绝对海平面变化大约有 下面四个方面的原因：气候变化、构造运动、冰后期回弹和质量分布变化引起的 变形以及外力( 如表面负荷、太阳辐射和大气效应等) 。从物理海洋的角度来说， 全球绝对海平面变化可概括为两个主要因素引起：一个是全球海水质量的变化， 主要通过包括冰雪的融化和累积，以及通过降水、蒸发、表层径流与大气和陆 地之间的水质量交换；另一个因素是由海水的密度变化引起的海平面变化，这包 括温度和盐度的变化，称之为比容效应。而区域绝对海平面变化在全球海平面变 化的基础上，受局地风、压、降水等区域因素的影响( s t e w a r t ，1 9 9 8 ) 。下面从 全球尺度和区域尺度分别进行回顾。 1 2 2 1 海表面温度s s t 这里所描述的对s s t 的分析，都是指次表层海水温度( 例如海洋几米深的 温度) ，而不是指表皮温度。 对全球表面温度变化的最佳估计是从1 9 世纪末开始到现在升高了0 6 。c ，此 估计在9 5 置信度内是o 4 0 8 。c 。i p c cw g i 第二次评估报告估计以来温度又升 7 海平面变化及其对东中国海潮波和工程水位的影响 高了0 1 5 c ，这部分是因为此估计多使用了最近5 年时间的数据资料及改进了分 析方法。对北半球近1 0 0 0 年来的古气候研究指出，2 0 世纪很可能是这段时期内 气候变暖最强的一个世纪，而9 0 年代是最暖的一个十年。新的分析指出，从1 9 4 0 年末开始，全球海洋明显变暖：而1 9 5 0 年代后期以来新增加的热量有一半多集 中在上层3 0 0 米以上。这种变暖叠加在很强的全球年代际变化的信号之上。近 2 5 年，北半球很多地方的大气水蒸气含量在增加。2 0 世纪，在一天或其它亚月 时间尺度上，温度的变化幅度在普遍下降。新证据显示，北极海冰范围在缩小， 特别是在春季和夏季。与此发现相一致的是：分析发现近3 0 年来北极海冰的平 均厚度减少了近4 0 。北