沿海地区海平面变化趋势及对人类社会的影响分析

华 中 师 范 大 学
本 科 生 课 程 作 业
论文题目沿海地区海平面变化趋势及对人类社会的影响 完成时间 2013年12月25日
课程名称 全球变化研究
姓 名 王路琪
专 业 地理科学
年 级 2010级
沿海地区海平面变化趋势及对人类社会的影响
王路琪
（华中师范大学城市与环境科学学院，武汉430079）
摘要：根据气候和海平面在整个历史长河中的变化规律，结合当前各国科学家对气候变化所做的实验、分析，讨论了沿海地区的海平面变化趋势。

海平面上升是全球变暖和沿海地区人类活动加剧的必然结果，海平面上升加剧了沿海灾害，威胁着沿海地区社会经济的持续发展，并对人类社会产生深远的影响，主要表现为：风暴潮加剧、海岸侵蚀、潮滩湿地减少、涵闸废弃、洪涝灾害加剧、海堤破坏、海水入侵等灾害效应。

因此，沿海地区政府决策应考虑未来海平面变化的影响。

关键字：海平面变化；人类社会；影响
引言：未来海平面上升还是下降，对全球环境会造成严重影响，这个问题一直为各国政府和地球科学家所关注。

最近100年，全球平均升温0.3℃～0.7℃，海平面每年上升0.1cm-0.2cm[1]。

这个现象引起人们警惕。

在全球变化中，气候变暖和海平面上升对人类社会影响最为严重，具体到某一地区就是相对海平面上升这一海洋环境地质灾害问题。

目前，世界一半以上的人口生活在距海50km以内的海岸地区，沿海地区的平均人口密度约较内陆高出10倍。

荷兰学者估计如果今后一个世纪海平面上升1m，直接受影响的土地将有500×104 km2，人口约10×108，耕地约占世界的三分之一。

因此，近年来世界各国政府、社会和科学界都十分注意海平面上升及其对海岸带的影响研究。

在1989年美国科学院院长Frank Press就指出：“海岸带管理应当考虑将来海平面上升”[2]。

海平面上升是多种因素叠加的结果，它已经并将继续给沿海地区工程设施和城市发展带来种种不良影响。

本文通过广泛收集前人的研究成果，给出全球海平面变化趋势的预测，并就海平面变化对沿海地区可能造成的危害作综合阐述，旨在提高全民意识，影响政府决策，减缓这一地质灾害。

1沿海地区海平面变化趋势
1.1海平面变化特点
全球的海平面变化一直存在着地区差别。

有的地区在某段时间海平面持续上升，而另一些地区则下降。

在上升地区的各处，上升速度也不完全一致。

同样，各下降地区的下降速度也不完全相同。

例如，在过去100年间，大西洋的海平面平均上升大约29cm，太平洋平均上升9-13cm，印度洋平均上升39.6cm。

如果顾及地壳运动的影响，则相对海平面升降也存在类似现象。

例如，北美西海岸大约在北纬40度以上以及斯堪的纳维亚半岛区域，由于最近一次冰期后地壳反弹使陆地上升，相对海平面呈下降趋势。

从历史的观点看，海平面变化不但存在地区差别，而且在不同时间段，变化的情况也不完全相同。

就全球的情况看，距今6000年前至15000年间，全球海平面每年大约平均以16mm的速度上升。

从6000年前至今，全球海平面有的地方不断上升，并高出目前的海平面之上大约3m左右；有的地方则随时间的前进而逐渐下降。

从大量的研究成果分析，各派学者基本上取得以下一致的结论: 15000年以来，全球海平面变动呈波动式复杂变化，变化情况因地而异，原因也各不相同，总的趋势是在上升[3]。

我国东部沿海20000年来海平面变化大致可划分为以下几个阶段:[4]距今25000年开始，海平面急剧下降。

大约在23700前，海平面比目前海平面低115m；在20550年前，下降到-137m；在17600年前下降到-143m；在16000～15000年前，海平面下降到最低位置约-150～-160m。

这就是我国东部沿海最低的海平面。

在距今15000～6000年，海平面在急剧上升过程中，估计有几次停滞，但总体来看，每年以16.7mm的速率波动式上升。

距今6000～5000年间，海平面可能比目前的海平面高出大约2～4m。

5000年来，海平面在上升与下降中波动，其中4600～4100年，3800～3100年，2500～1500年出现过几次波峰, 而且高于目前的海平面。

我国历史上东部沿海地区海平面变化的上述结论与全球各地区15000年来的变化结论基本上是一致的。

1.2当代海平面变化现状
最近100年，特别是在最近几十年，由于天文学、地质学、地球物理学、数学、力学和大气科学的发展和相互渗透，拓宽了研究海平面变化的规律及机制。

特别是大地测量与海洋科学的相互结合，使当今海平面变化的定量研究完全建立在科学观测的基础上，观测精度大大提高了。

遍布在全球、局部地区而且可以相互连接的验潮站和精密水准网、GPS网，可以为各国科学家研究海平面变化提供可靠的手段和十分精确的数据。

其中有些验潮站的记录时间超过300年。

用GPS 连接的验潮站与稳定的精密水准点连接，能更好地将海平面变化与地壳升降区分开，从而更精确地确定海平面的绝对变化值。

美国学者B. C. Douglas对遍布全球的验潮站记录数据进行严格筛选之后，选用21个代表性较好、记录年代平均长达70年的站所记录的数据进行计算，得出在过去100年，全球海平面平均上升18cm的结论，即每年平均上升1.8mm。

自1987年以来，世界各国一些比较有权威的科研机构和学者，也纷纷发表论文，报告他们经过研究得出过去100年海平面变化的数值( 详见表1) 。

从表1的数据取平均后可以算得，在过去100年间，全球海平面每年大约以1.5mm的速度上升。

100年间共上升15cm左右。

由于空间技术的发展，监测海平面变化的卫星测高技术被人们广泛应用，1989～1990年间，波罗的海沿岸各国提出一项关于波罗的海海平面与陆地垂直运动的监测计划，将沿岸各国26个验潮站，利用GPS联测到有8个点的VLBI 和SLR组成的基准网中，以便统一各国的高程系统，较精确地测定海平面变化与陆地反弹情况。

现在美国NASA和法国空间研究中心合作的，用T/P卫星测量海平面高度的数据，比原定精度高出一倍多。

目前，综合各种卫星测高数据，完全有可能在大尺度时间内以较高精度监测全球或局部海平面变化。

1996年，研究海平面变化的科学家根据T/P卫星从1992年12月至1996年4月收集的数据算得全球海平面上升结果与上述利用验潮数据算得的结果基本上一致。

大量研究表明，不同时段的海平面上升速度不同。

(Cabanes[5]，陈剑利[6]等人都曾经对全球海平面上升进行过研究，并给出了各自的研究结果：Cabanes算得1993-1998年间的全球海平面上升速度为（3.2±0.2）mm/a；陈剑利解算的1993-2004年间的全球海平面上升速度为2.6mm/a。

)我们利用法国AVISO的MSLA 网格数据，计算每一时间历元的全球平均海平面高度异常值(Global Mean Sea Level Anomalies，GMS-LA)，用最小二乘拟合法拟合海平面上升曲线。

计算得到1992年10月至2007年1月间，全球平均海平面的上升速度为（2.8±0.2）mm/a。

图1向我们展示了全球海平面变化曲线，其中细实线表示海平面高度异常，粗实线为最小二乘拟合得到的全球海平面上升速度。

除了线性趋势，我们能够看到全球海平面变化存在很强的季节性变化，在1997-1998年EL Nino事件期间尤其显著，而出现在2006年8月的一次弱EL Nino事件从图中也可看到端倪。

另外，年际变化也在图中有所体现。

图1 AVISO数据算得的全球海平面异常和上升速度
1.3沿海地区海平面变化趋势
当代海平面正在缓慢地上升，这是客观事实。

在未来的发展中，海平面变化趋势又如何？是继续上升还是转为下降？这是各国科学家共同关心的问题。

著名学者R.Warrick和J.Verlemans(1991年)在各国政府间气候变化专门委员会( IPCC) 的报告中，对气候变暖直接作用的结果，使海水受热膨胀，地球上的冰川与冰帽、格陵兰及南极冰盖缓慢消融等因素导致在过去近百年海平面上升所起的作用进行了评估, 评估后得出的最佳估值为+10.5cm，与实际观测海平面上升的平均值+15cm相差不大。

如果温室气体照常排放而不加限制, 根据同样的思想, IPCC从1990年开始计算, 预测在本世纪气温将以每10年递增0.3℃的速率上升, 到2100年海平面上升的三个阶段变化情况见图2。

图2 未来一百年全球海平面上升值估计
表2 到2100年海平面上升的三个阶段预测值/cm
目前，认为海平面在21世纪将持续上升的学者，一般都倾向于表2中2030、2070和2100三个阶段的划分及其对相应海平面上升值的最佳估计（见表2）。

由于各国政府的合作，特别是1992年6月在里约热内卢召开的联合国环境与发展大会，通过了气候框架公约等措施，温室气体的排放量将在下一世纪受到限制。

在这种情况下，升温率有可能控制在每10年升高0.1℃～0.2℃左右。

为了挽救21世纪的地球免受由于人类活动因素造成气候变暖的威胁，1997年12月1日在日本京都举行了有150多个国家参加的《联合国气候变化公约》缔约方第三次会议，最后通过了“京都协议”。

该项协议要求将CO2及其他温室气体排放量减少到比1990年时还要低6%至8%的水平；要求发达国家将温室气体排放量削减5.2%。

要求削减排放的气体有二氧化碳、甲烷、氮氧化物以及其他三种用于取代含氯氟烃的卤烃。

参加会议的不少权威人士反复警告: 二氧化碳及其他温室气体
不断积聚可能会提高地球温度，并引起各种灾难性的气体变化和海平面上升，其中包括“厄尔尼诺”现象造成的频繁干旱和洪涝。

正是这些警告，才引发了控制全球变暖现象的努力。

“世界观察研究所”在1998年5月9日发表的一份报告中指出，大量证据表明，1997年全球二氧化碳的排放量达到创记录的63亿吨，比上一年增加1.5%。

大气中二氧化碳的浓度上升到百万分之364，达到16万年来的最高水平；安第斯山冰盖融化、阿尔卑斯山冰川的退却以及南极周围海上冰山的解体，都是全球变暖的证据。

我们可以十分有把握地预言，在本世纪的前50年，全球海平面持续上升势在必然。

2海平面变化对人类社会的影响
海平面上升是一个缓慢过程，但长期的积累使得上升幅度相当可观，足以对沿海经济建设、城市市政建设、人民的生产和生活带来多方面的影响，这种影响比任何一种自然灾害都更加广泛和深入。

它往往与大潮、风暴潮、暴雨洪水等叠加时才充分显示出来，它是一种“隐形”灾害。

海平面上升不仅会引起潮滩湿地与其他低地被淹，加剧海岸侵蚀、风暴潮、低洼地洪涝和海水入侵等海岸灾害，而且还会影响海洋与海岸环境演变过程和各种自然资源的开发利用以及城市供排水系统、港口码头设计以及海堤、涵闸等各种水利工程，造成巨大损失。

2.1 风暴潮灾害加剧
风暴潮是由强烈大气振动如热带气旋(台风或飓风)、温带气旋等引起的海面异常升高现象。

风暴潮往往带有狂风巨浪, 具有成灾快、损失重、危害大等特点,因此，风暴潮灾害位居海洋灾害之首。

海平面上升使得平均海平面及各种特征潮位相应增高，水深增大，波浪作用增强，因此，海平面上升增加了大于某一值的风暴增水出现的频次，增加风暴潮成灾几率；同时，风暴潮增水与高潮位叠加，将出现更高的风暴高潮位，海平面上升使得风暴潮的强度也明显增大，加剧了风暴潮灾。

从而不仅使得沿海地区受风暴潮影响的频率大大增加，同时也使得暴潮灾向大陆纵深方向发展，并降低沿海地区的防御标准和防御能力, 造成更大的灾害损失。

杨桂山的研究表明，由于相对海平面上升，至2050年珠江三角洲、渤海西岸平原50年一遇的风暴潮位将分别缩短为20年和5年一遇，长江三角洲百年一遇的高潮位将缩短为10年一遇[7]。

黄浦公园验潮站实测年最高潮位的统计分析结果已表明这一变化趋势，该站实测最高潮位由20世纪50年代的4165m、60年代的4176m上升到70年代的4198m和80年代的5122m[7]。

海平面上升导致的风暴潮频率和强度加强，在潮差小的岸段的频率增大高于潮差大的岸段。

如潮差大的小洋口，海平面上升50cm，百年一遇的最高潮位将变为50年一遇，而潮差小的岸段，海平面上升20cm，百年一遇的最高潮位就将变为50年一遇[8]。

施雅风以1951～1970年和1971～1990年二个时段比较，得出我国沿海台风暴潮在后一时段出现的次数和成灾次数均较前一时段增加28%[9]。

2.2 海岸侵蚀加剧
海岸侵蚀是指近岸波浪、潮流等海洋动力及其携带的碎屑物质对海岸的冲蚀、磨蚀和溶蚀等造成岸线后退的破坏作用[10]。

Bruun通过对40个国家海岸侵蚀的研究，于1962年首次提出海平面上升引起海岸侵蚀的系统概念，认为海平面上升是世界海岸侵蚀的共同因素[11]。

海平面上升使岸外滩面水深加大，波浪作用增强。

据波浪理论，当海平面上升使岸外水深增大1倍时, 波能将增加4倍，波能传速将增加11414倍，波浪作用强度可增加51656倍[12]。

波浪在向岸传播过程中破碎，形成具强烈破坏作用的激浪流，对海岸及海堤工程产生巨大的侵蚀作用。

在各种海岸侵蚀因素中，海平面上升的影响占相当大的比重，在一定程度上控制着海岸发育的方向。

利用Bruun公式计算的海岸后退量是由海平面上升因素引起的，属于海岸侵蚀总量和岸线后退总量中的一部分。

在严重侵蚀海岸，海平面上升引起的海滩侵蚀占侵蚀总量的15%～20%。

未来海面上升速率的不断增大，将使海面上升因素在海滩侵蚀总量上所占的比重不断提高[10]。

海岸侵蚀的日益加剧已在沿海地区造成道路中断、村镇和工厂坍塌、海水浴场环境恶化、海岸防护林被海水吞噬、岸防工程被冲毁、海洋鱼类产卵场和索饵场遭破坏、盐田和农田被海水淹没等严重后果。

2.3 造成潮滩损失
潮滩对海岸地区具有重要的经济与生态价值，是宝贵的土地资源，在海涂围垦、牧业渔业和芦苇生产等方面具有重要意义。

海平面上升造成的潮滩损失来自两方面—潮滩淹没和侵蚀损失。

海平面上升对潮滩淹没损失的影响程度与泥沙来源、沉积速率、滩面形态、潮差、陆地沿岸地形、海岸防护工程、滩涂围垦等因素有关。

对于泥沙来源丰富、沉积速率较大、剖面上凸的潮滩，海平面上升引起的潮滩损失较小，反之则大。

海平面上升引起的潮滩侵蚀损失则主要是由于海平面上升增加了潮差、并使潮波变形加剧，潮流对潮滩的冲刷作用加强所致。

季子修对长江三角洲地区14个典型断面的研究表明，当海平面上升0.5m和1.0m时，全区潮滩面积比1990年减少9.2%和16.7%，湿地减少20%和28%[13]。

海岸盐沼是潮滩土地中与人类经济活动最密切的一部分，在海平面上升引起的潮滩损失中，盐沼面积的减少和质量的退化是最严重的损失。

海面上升对盐沼的影响程度取决于同期盐沼的加积作用，如果盐沼能同步保持其相对高度则无损失[13]。

由于潮滩上盐沼生态类型的空间分布与潮水的周期性涨落及潮水的浸淹频率相适应。

土壤盐分、养分是潮滩上盐沼植被发育和生态演替的最基本影响因素[14]。

海面上升增加了潮滩的潮浸频率，并导致潮滩淹没和侵蚀，使部分潮间带转化成潮下带，潮滩土壤含盐量增加，潮滩盐沼生态类型将发生逆向演替并向陆迁移，但由于受海堤廊道的隔离，潮滩盐沼类型向岸迁移过程中受阻。

因此，潮滩盐沼演替将表现为高滩盐沼生态类型的宽度变窄甚至消失，然后再表现为下一生态类型宽度的变窄或消失，最后表现为整个潮滩盐沼类型的退化和减少。

杨桂山的研究还发现[14]，海平面上升后，即使潮滩湿地上部并不直接增加潮浸频率，上升的海平面也将通过抬高潜水位和矿化度，引起潮滩湿地表土含盐量增加，导致生物多样性减少、生产量下降和生态类型单一化。

2.4 加速涵闸的破坏与废弃
在潮汐河口，为了抵御盐水入侵，排泄内涝，河口段常建有挡潮涵闸。

涵闸的修建使得入海径流锐减，河口水沙动力条件由原来的入海径流与海洋潮汐双向共同塑造变成以海相潮汐动力控制为主，潮波沿闸下沟段向上传播时发生变形，形成驻波，涨潮历时缩短而涨潮流速加大，落潮历时长而落潮流速减小, 加之细颗粒泥沙在潮滩沉积过程中的延迟作用，极易造成泥沙向闸口方向富集[15]，引
起闸下河段的严重淤积。

闸下河道的严重淤积不仅影响河道的泄洪排涝，而且对河道通航、沿岸供排水均带来不利影响。

海平面上升使得闸下潮位抬升，潮流顶托作用加强，影响沿海涵闸排水能力，导致沿海低洼地洪涝灾害加重。

海平面上升和高潮位的上升使得河闸上下游水位差更小，河闸纳潮冲淤水量和冲淤时间也将大幅下降，影响冲淤效果。

同时，海平面上升也导致闸下最终淤积平面的上升，河道外的拦门沙堆积高度增加，加速了沿海河闸排洪功能的降低及河闸的废弃。

2.5 洪涝加剧
沿海的洪涝水量主要通过沿海涵闸排入海洋。

由于沿海平均高潮位一般都高于闸上平均水位，因此，平常涵闸排水只能选择在闸下潮水位低于闸上水位的落潮时间进行。

海平面上升引起入海径流受潮流的顶托作用加强，入海河流排水能力和排水时间都大量减小，从而使得大量洪涝水量保持在闸上水体中，导致闸上水位场的变化，河渠基准面相应抬升。

入海骨干河道的水位随海面上升而升高，其抬升幅度主要与距河口的距离有关。

因此，海面上升后势必造成河道排水困难，低洼地排水不畅、内涝积水时间延长，导致涝灾的发生频率及严重程度增加。

2.6 水资源和水环境遭到破坏
随着相对海平面上升，潮流将沿河流上溯至内陆更远的地方，由于涨潮流顶托，污水回荡，势必加重江河污染。

这些受污染的河水常停滞在河道内潮流与径流间的界面上，阻碍城市污水排泄，造成城市内河流水质严重污染，进一步引起供水水源污染。

中国沿海地区，特别是长江口以南地区，供水水源以河流地表水为主，许多重要城市均位于入海河口区，如长江口的上海市、钱塘江口的杭州市、甬江口的宁波市、瓯江口的温州市、闽江口的福州市以及珠江口的广州市、佛山市和珠海市等。

其中，尤以上海市区和珠江三角洲最为严重。

2.7 防汛工程功能降低
海平面上升，潮位升高以及潮流与波浪作用加强，不仅会导致风浪直接侵袭和淘蚀海堤的机率大大增加，而且也可能引起岸滩冲淤变化，造成堤外港槽摆动贴岸，从而对海堤构成严重威胁。

同时海平面上升导致出现同样高度风暴潮位所需增水值大大减小，从而使得极值高潮位的重现周期明显缩短，无疑也将造成海水浸溢海堤的机会增多，使海堤防御能力下降，并遭受破坏。

海平面上升对港口与码头设施的破坏作用相当明显[16]。

首先，海平面上升，
波浪作用增强，不仅造成港口建筑物越浪增加，而且导致波浪对各种水工建筑物的冲刷和上托力增强，直接威胁码头、防波堤等设施的安全和使用寿命。

其次，海平面上升，潮位抬高将导致工程原有设计标准大大降低，使码头、港区道路堆、堆场及仓储设施等受淹频率增加、范围扩大。

此外，海平面上升引起的潮流等海洋动力条件变化，也将可能改变港池、进出港航道和港区附近岸线的冲淤平衡，影响泊位与航道的稳定性，增加营运成本[16]。

2.8 海水入侵
海水入侵是指海水向陆地一侧的移动，它包括海水沿地表、河口、河道的入侵和海水沿地下通道的入侵。

海平面上升引起的海水入侵主要通过三个途径，一是风暴潮时海水溢过海堤，淹没沿海陆地，潮退后滞留入渗海水蒸发，增加土壤盐分，影响农业生产；二是海平面上升使得海水侧向侵入陆地，造成土壤盐碱化或破坏淡水资源；三是海水沿着河流上溯，使河口段淡水氯度提高，影响沿河地区的工农业生产和居民生活用水，这在缺乏挡潮闸的各大河入海口的冬季河流枯水期表现得尤为严重。

2.9 影响并威胁沿海和岛国居民的生活(占世界1／3的人口)
海平面升高，不仅使世界人口集中和经济、城市发达的沿海地带受到沉沦的威胁，而且可能导致一些岛屿甚至岛国从地球上消失。

如果极地冰冠融化，经济发达、人口稠密的沿海地区会被海水吞没，马尔代夫、塞舌尔等低洼岛国将从地面上消失，上海、威尼斯、香港、里约热内卢、东京、曼谷、纽约等海滨大城市以及孟加拉、荷兰、埃及等国也将难逃厄运。

3结语
综上所述，海平面上升是未来环境变化的必然趋势，而海平面上升也会对人类社会产生非常显著的影响，主要表现为：（1）风暴潮灾害加剧；（2）海岸侵蚀加剧；（3）造成潮滩损失；（4）加速涵闸的破坏与废弃；（5）洪涝加剧；（6）水资源和水环境遭到破坏；（7）防汛工程功能降低；（8）海水入侵；（9）影响并威胁沿海和岛国居民的生活。

因此，我们要重视海平面变化研究，沿海地区在城市规划、发展工业技术、选择环境保护策略时要充分考虑相对海平面变化的影响。

参考文献：
[1]冯浩鉴,方爱平.未来海平面变化趋势[J].测绘科学,2000,25(4):5-10.
[2]Press F. What I would advise ahead of state about global change [J]. Earth Quest, 1989, 3(2): 1-2.
[3]赵希涛等.15000年来海平面变化研究的进展. 见:中国第四纪海岸线学术讨论会论文集[M].北京: 海洋出版社,1985.
[4]赵希涛. 中国东部20000年来的海平面变化[J]. 海洋学报,1979, 1(2).
[5]Cabanes C, Cazenave A, Le Provost .[C].Science,2001,294(5543):840-842.
[6]Chen J L, Wilson C R, Taply B D et al.[J].Geodesy,2005,79:532-539.
[7]杨桂山. 中国沿海风暴潮灾害的历史变化及未来趋向[J]. 自然灾害学报, 2000, 9(3): 23-30.
[8]朱季文,季子修,蒋自巽等. 海平面上升对长江三角洲及邻近地区的影响[J]. 地理科学, 1994,14(2): 109-117.
[9]施雅风. 全球变暖影响下中国自然灾害的发展趋势[J]. 自然灾害学报,1996,5(2): 106-116.
[10]季子修,蒋自巽,朱季文等. 海平面上升对长江三角洲和苏北滨海平原海岸侵蚀的可能影响[J]. 地理学报, 1993, 48(6): 516- 526.
[11]Bruun. World wide impacts of sea level rise on shorelines, In: Effects of changes in stratospheric ozone and globalclimate,4: sea level rise, JG Titus(ed.), EPA, U.S.A.,1986,99-124.
[12]王宝灿, 黄仰松. 海岸动力地貌[M]. 上海: 华东师范大学出版社.
[13]季子修,蒋自巽,朱季文等.海平面上升对长江三角洲附近沿海潮滩和湿地的影响[J]. 海洋与湖沼,1994,25(6): 582-590.
[14]杨桂山,施雅风,张琛. 江苏滨海潮滩湿地对潮位变化的生态响应[J]. 地理学报, 2002, 57(3): 325-332.
[15]张忍顺.滩涂围垦对沿海水闸排水的影响[J]. 南京师大学报(自然科学版), 1995, 18(2): 89-94.
[16]吴崇泽1海平面上升对海岸环境的影响与危害及其防治对策[J]. 灾害学, 1994, 9(1): 34-39.。