李响，张建立，高志刚

（国家海洋信息中心，天津 300171）

中国近海海平面变化半经验预测方法研究

李响，张建立，高志刚

（国家海洋信息中心，天津 300171）

由于用数值模式预测未来海平面变化存在很大的不确定性，而统计预测方法又通常不考虑相关物理过程，为此Rahmstorf通过建立海平面变化与全球气温变化的相关模型，提出了一个可行的半经验方法预测全球海平面。本文将Rahmstorf模型应用于中国近海，初步建立了一个在气候变暖背景下中国近海海平面长期变化的预测方法，预测结果表明到21世纪末中国近海海平面将比20世纪末上升28～64 cm，略高于全球平均水平。

海平面；长期变化；半经验预测；中国近海

1 引 言

海平面上升是缓发性灾害，已经成为人类的主要威胁之一[1]。海平面持续上升将加剧中国沿海地区土地淹没、风暴潮和洪涝灾害，城市抗灾能力降低，土壤盐渍化加重，以及由咸潮入侵造成的水资源短缺，沿海地区建筑物安全及生态资源受到威胁，直接影响社会经济发展和人民生产生活[2]。为此，研究中国近海海平面的变化规律及机制，预测全球气候变暖条件下未来中国近海海平面上升程度，有助于科学评估和应对海平面上升可能造成的影响，有着重要的意义[3]。

IPCC第四次评估报告（AR4）指出：到21世纪末，相对于 20世纪最后 20年，海平面将上升0.18～0.59 m。由于这些预测是基于一些较低空间分辨率和有限物理过程的耦合气候模式，所以他们不能准确的描述海平面变化相关的动力和热力状况[4]。海平面变化可由海水温度升高导致的热力膨胀、冰川和冰盖融化引起的海水总量变化和海水盐度变化等因素引起[5]，其中以冰盖的潜在影响最大，当他们全部融化后将使全球海平面上升70 m。有证据表明冰盖的变化正在加速，格陵兰和西南极冰盖近年来总共以大概每10年3.5 mm的速度加速海平面上升[6]；卫星探测到部分格陵兰冰盖正在变薄，冰被更加迅速的排放到海洋中去，使近 10年来海平面以每10年2.3～5.1 mm的速度上升[7]；西南极的冰盖也表现出明显的变薄趋势[8]。

因此，预测海平面变化应综合考虑海水比容变化和海水总量增加等因素。然而人们对冰川和冰盖的动力学过程了解还非常有限，在目前的冰盖模式中还未控制冰流对气候变暖的响应过程，如融冰对冰床的润滑作用[9]和冰架移动导致的冰流速率增加[10]。巨大的不确定性甚至存在于预测热力膨胀以及估算高山冰川和冰帽的总量上[11]。更为重要的是，目前还没有被大家公认的对格陵兰和南极洲边缘冰川和冰帽流失的预测。预计本世纪两极的温度会继续升高，这些冰盖如何变化是人们需要解决的一个关键问题。目前用给定表面变暖假设方案的物理模型来计算未来海平面变化的能力还非常有限，而且模式并不能完全重现近几十年的海平面上升过程，用气候模式和冰盖模式计算的海平面上升率一般都低于观测的速率，这些都对科学的预测海平面变化来很大的困难。由上说明可见，在气候变暖情况下，主要考虑海水热膨胀来预测海平面变化存在一定的局限性。

2 方 法

气温的变化是气候变化的重要指标，20世纪以来全球平均气温已经上升了近 0.8℃[2]，造成南北极冰盖融化，大量淡水注入海洋，进而改变海水盐度[12]；同时，全球气候变暖也使得海水温度上升，引起海水的热比容发生变化[13]，这些都是导致海平面上升的重要因素。研究表明：如果气温升高 1℃世界上主要的冰架将会在本世纪消失[2]，全球变暖2℃将足以破坏西南极冰盖[14]。由此可见气温变化和海平面变化有着较强的相关性，预测海平面变化应充分考虑气温的影响。Rahmstorf[15]直接采用全球平均近表面气温估算海平面上升，以从 1880年至今的全球平均气温和海平面变化为基础获得预测海平面上升的半经验模型，其中表面气温是气候模式可以准确预测的变量。

图 1 模型结构图（根据Rahmstorf[15,16]整理，有部分修改）Fig. 1 Model structure (based on Rahmstorf[15,16], some modifications)

对预测结果的检验证明：在 10年尺度上，无论是否为线性趋势该模型都是有效的[16-18]。Rahmstorf采用 IPCC TAR[19]气候模式预测的表面气温，其预测的海平面上升范围要高于IPCC AR4[2]的结论，考虑到IPCC预测的海平面上升要低于实际的观测，所以此结果可视为折中的结论。尽管该模型还没有直接包含非线性动力学过程产生的未来海平面极端变化的可能性，但由于以物理过程为基础预测海平面上升的模型还不成熟，半经验的模型可以作为一个实用的可选方案来评估未来海平面变化[4]。

3 中国近海海平面长期变化的预测

中国近海海平面长期变化与全球气候变化密不可分，研究气温变化对全球海平面变化的影响，可以包含冰川融化引起的海水总量增加和盐度降低以及海水温度增加等因素，而海水温度和盐度变化又可引起海水比容变化对海平面上升产生综合影响。中国近海海平面变化不但具有局地特征，还受制于全球海平面的变化，因此研究海平面变化对气温变化的响应可为深入研究中国近海海平面长期变化规律及机制、预测全球气候变暖条件下未来中国近海海平面变化状况提供科学依据。

图 2 中国近海海平面变化率与全球气温变化拟合图Fig. 2 Rate of China's sea-level change fit with the global temperature change

根据中国沿海 32个长期验潮站的海平面变化数据，计算得到 1950－2007年中国近海海平面平均变化状况，并进行拟合。由此计算得到中国近海海平面上升速率与全球气温变化的相关系数为0.94，线性拟合关系为Rate=1.4*T+2（图2）。再根据此关系式预估未来 100年海平面变化的结果（图 3），在不同二氧化碳排放情景下[20]，到 21世纪末中国近海海平面将比 20世纪末上升 28～64 cm，平均上升41.6 cm。此结果略高于IPCC第四次评估报告全球海平面变化的预估，与中国沿海海平面上升略高于全球的结论相一致。

图 3 21世纪海平面变化预估Fig. 3 Sea level change projections for 21st century

根据验潮结果表明中国沿海海平面上升速率要高于全球平均水平[21]。《中国气候变化国家评估报告（2007）》[3]指出，在全球变暖的背景下，近百年来，中国地表平均气温升高幅度约为0.6～0.8℃，比同期全球平均略强，预计到 21世纪末中国地表气温将平均升高3.4～5.5℃。与之相对应，21世纪沿海地区气温仍将持续上升，在这种趋势下，预计中国近海海平面也将呈明显的上升趋势。

4 结论和讨论

中国近海海平面变化规律及预测是一个十分复杂的问题，虽然中国近海的海平面变化受局地环境因素影响，但与全球气候变化和全球海平面变化密切相关。目前的研究已对中国近海特定海域、特定时段海平面变化有了一定的认识[22]。其中，已对气候变暖引发热比容增加导致海平面上升机制做了较为深入的研究[23]，但在海平面上升对气温变化的响应方面研究尚不够深入。

目前我国海平面统计预测采用随即动态模型为经验的数学统计模型，不包含物理过程和机制，而数值预测模型发展还不够完善不能有效的应用于海平面的长期预测，因此采用半经验的模型可以弥补这些不足，不仅有助于充分认识中国近海海平面的变化规律，而且也为数值模式的参数化提供理论依据。

气温是全球气候变暖的重要指标，气温的变化与冰川融化有着密切的关系。气温升高冰川融化使得海洋中海水的总量发生变化造成海平面上升，同时大量淡水注入海洋改变了海水的盐度；气候变暖引起海水温度升高，导致海水的比容性质发生改变，进而使得海平面上升。因此，用气温变化作为主要的要素来研究海平面长期变化，直接或间接的包含了气候变暖引发的冰川融化、海水温度和盐度的变化等因素。另外，表面气温是气候模式能够准确预测的变量，气温的预测结果易于获得和应用。

本文将 Rahmstorf提出的半经验模型应用于中国近海，建立了一个在气候变暖背景下中国近海海平面长期变化的预测方法，预测结果表明到21世纪末中国近海海平面将比 20世纪末上升28～64 cm，略高于全球平均水平，预测结果与IPCC评估报告的结论相近。

中国近海海平面变化包括全球气候变化引起的绝对海平面变化和地壳垂直运动、地面沉降引起相对海平面变化两个部分，本文讨论的海平面变化主要讨论全球气温变化引发的绝对海平面变化，在此基础上叠加局地相对变化可以获得相对海平面变化，这些还有待进一步研究。

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Discussion on semi-empirical prediction method for sea level change of China

LI Xiang, ZHANG Jian-li, GAO Zhi-gang

（National Marine Data and Information Service, Tianjin 300171, China）

As using the numerical model to predict the future sea-level changes has a huge uncertainty, and the statistical forecasting methods usually do not take into account relevant physical processes, Rahmstorf developed a semi-empirical method of predicting global sea level, which established the relationship between global surface air temperature and mean sea level. This article applied Rahmstorf model to establish the sea level change prediction method of China under the climate warming. The predicted results show that the 21st century sea level of China will rise by 28～64 cm, slightly higher than the global average.

sea level; long-term change; semi-empirical prediction

P732. 6

A 1001-6932(2011)05-0540-04

2010-10-27；

2011-05-23

国家自然科学基金资助重点项目（40830746 )；国家海洋局青年海洋科学基金（2010214）；国家自然科学基金项目（40940025、41006002）；海洋公益性行业科研专项（200905001,201005019）。

李响 ( 1980－)，男，博士，副研究员，主要从事气候变化与海平面上升研究。电子邮箱：lixiang@mail.nmdis.gov.cn。