近百年全球平均海平面变化低频特征研究

As an important indicator to assess the climate change, the predicting of sea level change is one of the great scientific problems that people concerned. To predict the sea level change precisely, we should know the all characteristics of sea level change clearly. First of all, it is needed that the long time series of Global Mean Sea Level (GMSL) change with high precise, but which is impossible to access by signal source ocean measurements, so multi-source ocean measurements have to be combined. This project aims at the key problems in the combination of tide gauge and other ocean measurements to reconstruct the time series of GMSL change in nearly 100 years, by import the time series of steric sea level change from global girded ocean temperature and salinity observations in nearly 70 years, a series of experiments will be designed to analysis the reconstruct method, the related index and other factors. Then, by combining tide gauge, satellite altimetry, ocean hydrological data and ocean models, it will be achieved that the time series of GMSL change with the optimism precise in nearly 100 years, which will be used to analysis the multi-scale temporal and spatial characteristics, to detect the low frequency characteristics and whether the sea level rise is accelerating, and to analysis the relationship between ENSO, PDO and other extreme climate events in ocean. The results can provide reliable information and scientific basis for predicting GMSL change and climate change.

作为评估气候变化的重要指标之一，海平面变化的预测预报一直是人们密切关注的重大科学问题，而准确预报的前提是必须清楚了解海平面变化的详细特征，重要基础是获得长时间高精度的全球平均海平面变化时间序列，但目前单一来源海洋观测数据无法达到这一目的，只能通过多种观测数据联合实现。本项目针对联合验潮站和其它海洋观测数据重构近百年全球平均海平面变化时间序列中的若干关键问题，通过引入海洋温度和盐度数据获得的近70年全球格网比容海平面变化时间序列，设计相关试验分析重构方法和相关指标等影响因素，联合验潮站、卫星测高、海洋水文和海洋学模型多种数据经比较融合得到最优精度近百年全球平均海平面变化时间序列，据此分析海平面变化的多尺度时空特征，探测海平面变化的长周期低频率特征以及海平面上升是否加速，并用于分析与ENSO和PDO等极端海洋气候事件的相关关系。项目成果可为预测预警海平面变化和气候变化提供可靠信息和科学依据。

海平面变化的多尺度特征一直是国际上研究的重点问题，特别是其低频变化特征，获取长时间序列是研究这一问题的唯一途径，联合验潮站和卫星测高等数据进行重构是目前获取长时间全球平均海平面变化序列的主要方法。本项目针对这一方法中存在的若干关键问题进行了详细分析，以近70年全球格网比容海平面变化序列为原始观测值，设计了系列重构试验，分析了测高数据时间序列长度的影响、验潮站个数及其分布的影响、以及验潮站与测高数据间不符值误差的影响。试验结果表明：①随着提取EOF海平面变化空间特征模态的时间序列增长，以及均匀分布验潮站数目的增加，重构结果与原序列之间的相关性越高；②20年海平面变化格网时间序列提取的EOF模态稳定性略显不足，30年以上时间序列提取的EOF模态开始趋于稳定；③选取验潮站的点位分布比个数更为重要，在满足20°×20°均匀分布的情况下，已能够获得较好的重构结果；④测高与验潮站数据之间的不一致性会影响到重构结果，当不符值标准差小于2cm时，在理想情况下影响较小；⑤在低频海平面变化研究上，可以考虑利用比容海平面变化代替测高海平面变化进行长期全球平均低频海平面变化序列的重构，相对于测高海平面变化序列只能追溯到1993年，比容海平面变化序列追溯到1980年，也能与重构全球平均海平面变化序列保持较强的相关性。通过对验潮站数据进行严格筛选和精细处理，联合1993-2015年卫星测高确定海平面变化格网序列，重构了1916-2015年共一百年全球1°×1°格网月平均低频海平面变化时间序列。重构结果在1993-2015年间，与ENSO指数和PDO指数相关性分别达到0.75和0.89。并联合20年和30年比容海平面变化序列重构了近百年全球平均低频海平面变化序列，与联合测高数据重构结果相比，三种时间序列与ENSO和PDO指数相关性相近，但与PDO指数的相关性明显高于与ENSO指数相关性。项目研究成果可为了解海平面变化多尺度特征、预测预警海平面变化提供数据支持，为太平洋区域海平面变化和气候变化相互作用机制研究提供参考。