全球海平面變化

全球海平面變化是指一個固定的基準點，常指地心到海表面的測量值，這個測量值隨洋盆和海水的體積變化而發生變化，與局部因素無關。

基本介紹

• 中文名：全球海平面變化
• 外文名：Globaleustasy
• 含義：指一個固定的基準點
• 特點：隨洋盆和海水的體積變化而變化
• 觀測方法：驗潮站
• 旋迴：大陸泛濫、大海侵 /海退旋迴

背景

海平面上升是由全球氣候變暖、極地冰川融化、上層海水變熱膨脹等原因引起的全球性海平面上升現象。根據研究發現，近百年來全球海平面已經上升了10～20厘米，並且未來海平面依然呈現加速上升的趨勢。但研究世界某一地區的實際海平面變化時，還要考慮當地陸地垂直運動—緩慢的地殼升降和局部地面沉降的影響，全球海平面上升加上當地陸地升降值之和，即為該地區相對海平面變化。因而，研究某一地區的海平面上升，只有研究其相對海平面上升才有意義。海平面上升對人類的生存和經濟發展是一種緩發性的自然災害。據聯合國環境署統計，全世界目前大約有近一半的人口（約30億）居住在距海洋200 km的範圍內，百萬以上人口的城市中2 /5位於沿海地區。如果海平面上升1 m，全球將會有5×106 km2的土地被淹沒，會影響世界10多億人口和1 /3的耕地。2001年，太平洋島國吐瓦魯決定舉國遷往紐西蘭，成為世界上第一個因海平面上升而計畫放棄自己家園的國家。2005年8月，平均海拔低于海平面的美國南方城市紐奧良遭受颶風“卡特里娜”的襲擊，城市海岸防護系統被嚴重破壞，整個城市成為一片汪洋，2000多人喪生，損失超過1200多億美元。

2008年11月，由於海平面的不斷上升，馬爾地夫面臨被淹沒的危險，政府計畫每年動用數十億美元的旅遊收益為38萬國民購買新家園，繼吐瓦魯之後，馬爾地夫將成為又一個因海平面上升而搬遷的國家。2008年12月1日，狂風帶來大量海水，形成短期的海平面上升，海水淹沒了義大利著名“水城”威尼斯的大街小巷，著名的聖馬可廣場成為一片汪洋，水深達80厘米。海平面上升會導致海岸帶侵蝕加劇，鹽水入侵增強，並影響沿海地區紅樹林和珊瑚礁生態系統的正常生長。海平面上升還導致熱帶氣旋頻率和強度的增加，海洋災害越來越頻繁，危害程度越來越高，沿海國家海洋環境安全的研究也越加急迫。而海平面變化研究是沿海城市環境安全的基礎，其研究成果對沿海地區城市基礎設施建設和經濟發展具有重大意義。

觀測方法

1、驗潮站觀測

驗潮站是指在選定的地點，設定自記驗潮儀或水尺來記錄水位的變化，進而了解海區的潮汐變化規律的觀測站。為確定平均海面和建立統一的高程基準，需要在驗潮站上長期觀測潮位的升降，根據驗潮記錄求出該驗潮站海面的平均位置。驗潮站測量法是一種基本的海平面數據收集方法，歷史悠久。目前全球分布有2000多個驗潮站，其數據採集的時間序列從幾十年到幾百年不等。全球海平面觀測系統(GLOSS)的核心工作網(GCN，也被稱作GLOSS02)就是由分布在全球的290個驗潮站組成。這些驗潮站對全球海平面變化趨勢和上升速率進行監測；並為長期氣候變化研究提供幫助，如為國際政府間氣候變化專門委員會(IPCC)提供數據支持等。由於選取的驗潮站數量和時間序列不同，結論差異很大，即使選取相同的時間段和驗潮站數量，由於使用不同的模型和計算方法，得出的結果也不一樣。儘管驗潮站數據有時間序列較長的優勢，但也有其自身不能克服的弱點：

(1)站點分布具有局限性:驗潮站只能分布在大陸邊緣地區和島嶼附近，缺乏遠海的潮高測量數據；

(2)分布在陸地上或是大陸架附近的站點，會隨著局部地區陸地的垂直運動而發生變動，使測量數據受到干擾。

2、衛星高程監測

衛星高程監測法是指使用衛星定位技術測定海平面高度的方法。近10年來，衛星高程監測法逐漸成為海平面數據的主要獲取方式。1992年美國發射的TOPEX /POSEIDON(T/P)衛星標誌著精確的海洋衛星高程監測法的開始。從此，衛星監測海平面技術成為研究海平面變化的一個重要的手段和數據來源。衛星以一定的周期沿著某一路徑對地表進行監測，再根據數據等面積的空間分布狀態，就可以通過取平均值的方法計算出全球海平面高程。衛星測量技術的出現徹底解決了驗潮站分布的地域局限，擴大了數據採集的區域，使數據獲取的時間序列更加規範和連續，並且能夠收集到以前數據極度缺乏的南大洋地區資料。

影響因素

1、海水溫度升高對海平面變化的作用

在未來的100年裡熱膨脹被認為是引起海平面上升的最重要因素。由於海洋的熱容量巨大，表層的受熱被完全傳到海洋的整個深度上會有相當長時間的延遲，結果是海洋不會處在平衡狀態，而且當大氣中溫室氣體濃度穩定後，全球海平面還將繼續上升。海水熱膨脹是海平面上升的主要影響因素。Cabanes在1998年最先發現了熱膨脹對海平面上升的影響。但是，全球的熱膨脹變化並不一致，在長時間尺度和大空間尺度上都存在巨大差異，例如，印度洋的升溫開始於20世紀60年代，而大西洋開始明顯的升溫現象相比之下卻晚了大概30年。所以說，全球海平面變化具有區域性的特徵，海水熱膨脹曲線呈現10年的變化周期，目前這種周期變化還不能得到很好的解釋。

2、鹽度對海平面變化的影響

大洋鹽度變化對局部和季節性海域海水密度和海平面變化有著重要的意義，但對全球平均海平面變化的影響卻很微弱。近年來有研究者指出，過去50年鹽度的變化對海平面上升的影響大約為0. 05 mm /a，這比熱膨脹的影響明顯要小得多。Antonov[11]對鹽度變化與注入海洋的淡水量按比例作了換算，發現海洋淡化過程相當於使海平面上升了1. 35±0. 5 mm /a。需要注意的是，海冰和冰山的融化會使鹽度降低，但並不會使海平面增高，在計算時要考慮它們的影響，並且它們最近的融化速度在加快。

3、陸地水體對海平面變化的影響

20世紀以來由於全球變暖，山嶽冰川在後退，尤其是近10年後退的速度在加快。根據目前科學家的研究數據表明，山嶽冰川目前對海平面的影響值約為0. 66 mm /a。山嶽冰川雖只占陸地冰川很小的一部分，但其對海平面變化的作用程度僅次于海水的熱膨脹。南極冰蓋和格陵蘭冰蓋固結著地球表面大約99%的淡水資源，如果全部融化將使全球的海平面上升約70 m。即使是一小部分融化也會對海平面帶來巨大的影響。由於格陵蘭島和南極大陸具有不同的海陸分布狀況和地形特徵，冰蓋的消融特徵也不相同：在南極大陸上冰蓋的消融主要通過冰架底部融化和冰山的脫離，冰蓋表面的融化十分微弱；而格陵蘭島冰蓋物質的損失則主要是通過表層融化和冰山崩解。Rignot認為西南極冰蓋的融化速度在過去幾年加快了，冰架的厚度在變薄。最近的觀察指出在過去10年裡冰蓋物質收支差額導致海平面上升了0. 3±0. 1 mm /a。另外，人類活動能夠改變陸地水體的循環周期和循環路線，也會對海平面變化產生影響。地下水的開採、化石燃料燃燒和生物分解、森林砍伐、人工湖的建設和灌溉都會對海平面產生影響，綜合人類行為，對海平面的作用範圍大約是-1.1～0.4mm/a之間。

4、地球物理過程對海平面變化的影響

地球是一個可塑球體，冰期和非冰期的地球形狀變化會造成海平面的升降。距今大約100萬年前，地球進入冰川期，第四紀冰期以後，距今約1萬年以來的時期叫冰後期。此期氣候仍有過多次低量級的冷暖波動。冰期能夠改變地表水體的分布、改變全球氣候帶的分布，影響地殼的升降。在過去20年裡有關冰後期陸地反彈的模型逐漸被完善。這些模型描述了冰期與間冰期的地球形狀變化、冰蓋的變化，大洋的幾何狀況與容積數據。目前陸地回彈對海平面的影響值大約為0.3mm /a。

變化旋迴

Vail等(1991)在地質記錄中共鑑別出五個級別的全球海平面變化旋迴，包括大陸泛濫旋迴(一級)、大海侵/海退旋迴(二級)和 4個周期從 10Ma到 10ka的層序旋迴。

1.大陸泛濫旋迴

大陸泛濫旋迴根據沉積物進入克拉通的主要時間和受抑制的時間來確定，它們代表一級全球海平面旋迴。地層記錄中有兩個顯生宙大陸泛濫旋迴，第一個始於元古代最末期、終於二疊紀最末期，年輕的一個始於三疊紀初期、持續至今。

以上兩個大陸泛濫旋迴在所有大陸上都可辨別，故認為是全球性的，其成因是大陸板塊聚合和解體導致的構造海平面升降(洋盆體積變化)。主要大陸板塊在顯生宙的海平面上升與大陸解體時間吻合，而海平面下降與大陸填充時期吻合。一級全球海平面低位與超大陸存在時間相應。海平面高位時間與大陸最大解體時間對應。

二疊 -三疊紀低位與板塊聚合和泛超大陸的穩定有關，晚元古代低位與板塊聚合和泛非超大陸的穩定有關，泛非超大陸可能在 625—555Ma前解體。前寒武紀放射性年齡顯示出可能有第三個超大陸形成於 1.8Ga左右，在 1.2Ga左右經歷斷裂作用，因而元古代可能有第三個一級的全球海平面旋迴存在。如果這是真的，一級全球海平面旋迴持續時間分別為 259Ma、350Ma和 600Ma。

2.大海侵 /海退旋迴

二級大海侵/海退旋迴(5～50Ma)可由長周期的全球海平面變化及構造沉降速率變化引起。這些長周期全球海平面變化在 Haq等(1988)的圖上作為二級長周期海平面變化被顯示出來。這些變化認為是構造海平面升降引起。要鑑別產生海侵/海退旋迴的構造海平面升降速率和沉降速率是困難的，必須通過全球不同地區構造沉降分析與全球海平面升降曲線間的比較才能確定。

3.層序旋迴

三級至五級全球海平面旋迴可在層序旋迴、體系域和周期式小層序上反映出來。這些旋迴被認為是冰川海平面升降。冰川海平面升降幅度小，但頻率比引起海侵/海退相旋迴的構造海平面升降和沉降速率變化要高。

Vail等(1977)根據旋迴持續時間將三級至五級海平面旋迴定義如下：三級旋迴持續一至五百萬年;四級旋迴持續數十萬年;五級旋迴持續數萬年。三級海平面升降旋迴形成三級層序，四級、五級海平面升降旋迴則形成小層序或小層序組。這些四級和五級海平面升降旋迴可能是由冰川變化導致海平面升降。