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五国科学家合作解析1900年以来海平面上升原因

发布时间:2020-08-20 10:31:00

  近期,由美国加州理工学院喷气推进实验室牵头,联合了来自美国、英国、中国、比利时、德国五个国家的科研团队,针对海平面观测及其变化的影响因子展开国际协同攻关,厘清了自1900年以来的全球和各海盆的海平面上升原因,论文于8月20日发表在《Nature》上。

  全球变暖导致海平面上升,给低洼、沿海地区和小岛屿国家带来了极大的风险,海平面上升及相关灾害是未来人类社会和经济可持续发展的重要挑战之一。

  已有大量证据表明,从20世纪初至今,全球海平面在持续上升。但“1900年以来的海平面上升由什么原因导致?”这个问题存在长期争议。对过去海平面变化理解的不足也给未来海平面变化预测带来了较大的不确定性,是海洋和全球变化的关键科学议题之一。

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图. 靠海为生的渔民。

  “我们从2016年就开始了针对这个问题的交流讨论。但是,在2019年之前一直没有进展,最大的障碍在于海平面变化的影响因素很多,包括热膨胀、山地冰川退缩、格陵兰和南极冰盖融化等,很多贡献因素在上世纪都没有全球范围的观测或重构数据用于研究。”论文共同作者之一中科院大气物理研究所成里京副研究员说:“直到2019年,一系列有关20世纪以来海平面变化贡献因子的重构数据得以发表,这些进展是该项研究得以开展和发表的前提”。

  基于一系列最新科学进展,2019年,包括9位青年科学家在内的11位作者联合,分别针对海平面变化重构及其主要贡献因子展开研究。最终,该研究给出了1900年以来的海平面上升重构及其三个主要贡献因子迄今最准确的估计。例如,由于观测数据和格点化方法的系统性偏差,以往研究低估了全球海洋变暖及其导致的比容海平面上升,最新研究数据(包括大气所IAP数据)提供了更准确的比容海平面变化估计。再比如,在考虑了陆地垂向运动(例如地面沉降)导致的偏差之后,新的基于验潮站的20世纪海平面上升比以往估算(IPCC-AR5报告中列举的)略低。

  该研究在国际上首次从全球和海盆尺度均厘清了:1900年之后,观测到的总海平面上升等于山地冰川和冰盖质量亏损、陆地水储量变化导致的海洋水量变化、包括热膨胀在内的温盐变化这三个的贡献因子的作用之和(图1)。其中陆地水储量又包括自然变率造成的海-陆水转移、人类利用导致地下水亏损、水坝蓄水的影响这三个主要因素(图1b)。

  “我们的研究表明:1900-2018年,山地冰川和冰盖质量亏损的贡献是海洋变暖热膨胀贡献的2倍,是过去百年海平面上升的主导因子。”论文第一作者T. Frederikse说:“但在各个海盆,海平面上升的主要贡献因子并不相同,例如在西北太平洋海水质量增加的贡献和温盐变化的贡献相当,而在东太平洋海水质量增加的贡献更大(图1)。”

  该研究也发现,1900年以来的海平面并不是线性上升的,上升速度存在显著的年代际尺度波动(图1c)。20世纪40年代全球海平面快速上升,主要是由于山地冰川和格陵兰冰盖质量亏损导致淡水输入海洋导致。70年代海平面上升速率减缓,主要是由于人类在陆地上大量修建水坝使得陆地水储量增加、海洋水量减少导致。90年代以来海平面加速上升,主要是由于海洋加速变暖以及格陵兰冰盖加速融化导致。2000年以来,南极冰盖损失的贡献不断上升(图1d)。  

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图1. 观测到的海平面上升及其贡献因素。其中a和b为观测的总海平面上升(深蓝色)以及其贡献因子,海平面变化为相对于2002-2018年的距平值。c和d为海平面观测及其贡献因子的30年滑动线性趋势。阴影为90%置信区间。a和b给出了海水质量和比容海平面贡献;b和d给出了海水质量变化的贡献因素,包括格陵兰冰盖和南极冰盖的质量损失、陆地水储量变化、山地冰川消融等。

  该研究标志着科学界已经可以较为完整的理解近百年以来的海平面变化机制,该研究通过联合包括海洋、陆地、大气、冰冻圈等多个学科领域的国际科研团队协同攻关,是海平面变化研究的关键突破。

  该研究由美国加州理工学院喷气推进实验室(JPL)Thomas Frederikse和Felix Landerer牵头组织开展。其中,海洋温盐数据和比容海平面变化由中科院大气所成里京和纽约大学Laure Zanna负责;冰川均衡调整和固体地球过程由JPL的Lambert Caron和Surendra Adhikari负责;山地冰川数据由比利时鲁汶大学David Parkes负责;陆地水储量由美国加州理工大学Vincent W. Humphrey负责;验潮站数据由英国国家海洋中心Peter Hogarth负责;基于验潮站的海平面变化重构由德国锡根大学Sonke Dangendorf提供;来自中国台湾的Yun-Hao Wu负责水坝蓄水数据。

  该研究得到国家重点研发计划全球变化及应对专项“海洋环境变化关键参数观测数据处理方法和产品研制”(2017YFA0603200)等项目资助,使用了我国自主构建的海洋温度和盐度格点数据。

  论文:

  Frederikse, Thomas, Felix Landerer, Lambert Caron, Surendra Adhikari, David Parkes, Vincent W. Humphrey, Sonke Dangendorf Peter Hogarth, Laure Zanna, Lijing Cheng, and Yun-Hao Wu. The causes of sea-level rise since 1900. Nature. 584, 393–397, https://www.nature.com/articles/s41586-020-2591-3



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