全球海平面变化规律及比容变化的影响

摘要

本文利用Topex／Poseidon卫星高度计观测资料，分析了全球海平面的季节变化特征。结果表明，全球T／P海平面具有显著的季节变化，尤其在北半球(15°N-64°N)，其振幅达到5—6cm；南半球(15°S-64°S)也存在较强季节变化，其振幅约为2—3cm。北半球(15°N-64°N)，一年中海平面高度的最大值和最小值分别出现在9月和3月；而南半球的情况相反。全球海平面季节变化的振幅约为1cm，其位相与北半球相同，可见北半球对全球海平面季节变化的贡献要比南半球大。 利用1993—2003年的Ishii(2005)月均海温资料，分析了比容海平面的季节变化特征。与T／P海平面季节变化相似，北半球(15°N-64°N)平均比容海平面季节变化的振幅(4—5cm)大于南半球(15°S一64°S)(3—4cm)；而且南(15°S-64°S)、北(15°N-64°N)半球平均比容海平面变化的位相也相反。但全球平均比容海平面季节变化基本与南半球平均比容海平面季节变化同步，这可能是南半球相对较大的热容量造成的。 在北半球(15°N-64°N)，平均比容海平面季节变化基本与平均T/P海平面季节变化同步，比容海平面季节变化对T／P海平面季节变化的贡献达到92％；而在南半球(15°S-64°S)，二者季节变化的位相也基本相同，但比容海平面季节变化的振幅超过了T／P海平面。全球平均比容海平面季节变化与T／P海平面季节变化的位相相反。从整个洋盆尺度上看，印度洋平均海平面的季节变化与比容海平面季节变化基本同步，而太平洋平均海平面季节变化的相位与比容海平面变化的相位相反，大西洋平均海平面变化和比容海平面变化之间存在的一定的位相差。在中纬度海区，比容海平面和T／P海平面均存在强烈的季节变化，海水比容变化引起海平面季节变化的主要原因；但在低纬和高纬海区，尤其是南半球，T／P海平面和比容海平面的季节变化较弱，而且海水比容变化对海平面季节变化影响较小。 除季节变化外，T／P海平面还具有显著的年际和趋势变化。在1993—2003年间全球平均海平面的上升速率为2.89mm／yr，南(15°S-64°S)、北(15°N-64°N)半球和低纬海区(15°N-15°N)平均海平面的上升分别3.85mm／yr，2.22mm／yr和2.08mm／yr；而且海平面变化具有很强的区域特征。三大洋平均海平面上升趋势基本相同(约为3mm／yr)。南半球中、高纬海区平均T／P海平面具有强烈上升趋势，如在40<'0>S-50<'0>S纬度带上T／P)平均海平面上升的速率达到5.13mm／yr。北半球中纬度海区(20<'0>N-30<'0>N和30<'0>N-40<'0>N)平均T／P海平面的上升较快；而高纬度海区平均T／P海平面的上升较慢，如40<'0>N-50<'0>N纬度带内平均海平面的上升速率仅为0.50mm／yr。利用Ishii(2005)和Levitus(2005)海温资料，分析了与Topex／Poseidon同步的1993—2003年期间的全球比容海平面年际和趋势变化。得到该期间全球比容海平面平均上升速率分别为1.21mm／yr(Ishii，2005资料)和1.33mm／yr(Levitus，2005资料)。在30<'0>S-64<'0>S海区，由Ishii(2005)和Levitus(2005)资料计算得到的比容海平面变化存在较大的差异。三大洋中，太平洋的平均比容海平面的上升趋势最强，对全球比容海平面上升的贡献超过了60％。 通过比较T／P观测资料和热膨胀模式计算的结果发现，比容海平面变化对全球平均海平面上升的贡献超过40％，但南(15<'0>S-64<'0>S)、北(15<'0>N-64<'0>N)半球存在较大差异。在北半球，由Ishii(2005)和Levitus(2005)资料分析得到的比容海平面变化对海平面上升的贡献分别达到66.6％和74.7％，而在南半球，该数值仅为28.8％和33.0％。显然，仅仅依靠海水热膨胀无法解释南半球海平面的快速上升趋势，其原因可能与南大洋的观测资料较少有关。 热带海区(30<'0>S-30<'0>N)，尤其是热带太平洋，T／P海平面上升主要是受海水比容变化的影响，这与季节尺度的变化原因完全不同。在北太平洋中，平均比容海平面变化对T／P海平面上升趋势的贡献很小(Levitus(2005)，资料)，甚至可能是负贡献(Ishii(2005)，资料)，而北大西洋T／P海平面的上升趋势主要受比容海平面变化的影响。南大洋的三个洋盆，尤其是南大西洋，比容海平面变化对T／P海平面上升趋势的贡献很小。 在南、北半球高纬海区(40<'0>N-50<'0>N，50<'0>N-60<'0>N和50<'0>S-60<'0>S)海水比容变化对平均海平面上升的贡献为负值。另外，比容海平面变化对海平面变化的影响存在明显的区域特征。 全球133个验潮站1993-2003年海平面数据的分析结果表明，多数站位的海平面变化速率在0-10mm／yr,超过总站数的55％。133个验潮站所得的平均海平面的线性变化速率为2.68mm／yr,与全球平均T／P海平面的上升速率基本一致。验潮站海平面变化趋势的空间分布极不均衡，且与比容海平面相似，说明比容变化对海平面变化的空间分布有重要的影响。利用Ishii(2005)和Levitus((2005)海温资料，分析了长期比容海平面的变化特征。1955-2003年全球平均比容海平面具有显著上升趋势，利用Ishii(2005)和Levitus(2005)海温资料得到的全球平均比容海平面的上升速率基本相同，约为0.3mm/yr。比容海平面除具有明显的上升趋势外，还存在显著的年际和年代际变化，1993-2003年间比容海平面处于波动上升期。 过去50年中，大西洋比容海平面基本保持上升趋势，其比容海平面变化对全球比容海平面上升的贡献最大，超过40[％]。太平洋和印度洋比容海平面也存在较强的上升趋势，但其主要变化仍是年际和年代际变化。 1955-2003年间全球平均比容海平面变化具有明显的20年的波动周期，其线性变化趋势空间分布也表现出显著的区域性特征，且该区域特征是随着时间变化的。 从全球184个长期验潮站的分析结果看，海平面具有显著的上升趋势，多数站的海平面变化速率在O-5mm/yr之间，超过总数的60[％]。184个站所得的平均线性变化速率为1.48mm/yr,这与IPCC报告(Church et a1.,2001)的结果比较一致。验潮站海平面变化趋势的空间分布与比容海平面相似，说明比容变化对长期海平面变化也起着主导作用。 利用Ishii(2005)和Levitus(2005)海温资料对长期比容海平面变化进行EOF分解的结果表明，全球比容海平面的第一模态是ENSO模态，而在不考虑热带太平洋的情况下，全球比容海平面的第一模态的时间系数具有相对稳定的上升趋势。三大洋中，太平洋比容海平面的第一模态是ENSO模态；大西洋第一模态的时间系数具有相对稳定的上升趋势；而印度洋比容海平面的第一模态和第二模态的方差贡献基本相同，说明其比容海平面中没有占绝对优势的变化。另外，ENSO对印度洋比容海平面变化也存在重要的影响。

目录

摘要

0前言

1数据来源与采用的统计分析方法及模型

2海平面季节变化及海水比容变化的影响

3近10年海平面变化趋势及比容变化影响

4比容海平面长期变化特征

5结果与讨论

参考文献

致谢