7.3+全球海平面变化

0
700m
1955 0.34±0.01mm/a
2003
19
1.26±0.06mm/a
ü气候时间尺度
• 冰期，大冰期内相对更寒冷的时期； • 间冰期，冰后期，大冰期相对温暖些的时期；
ü当今人类关注的气候变化，主要集中在自人类拥有观 测数据以来的近200年时间尺度
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7
研究意义
p海平面变化
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8
研究意义
NASA
3.10 2.88 2.54 2.64 2.33 1.83 1.51 1.40 1.49 1.51 1.53 1.51
95
3.22±0.09 3.05±0.05 2.50±0.08 2.62±0.06
2.78 2.67 2.45 2.54 2.37 2.05 1.75 1.71 -
• 10˚×10˚加权平均 • 全球等权平均
✓ 以TOPEX观测海平面为参考，选择相关性大于0.8的验潮站 1985 2008±66° 1993~2003 1993 2008 2008 1°×1° TOPEX 为过渡，计算其它卫星相对TOPEX的相对系统偏差
3.22±0.09mm/a
TOPEX
TOPEX
T/P
Jason-1
4-7
1985 1993 2003
hd
hd gd
ha
gd
(4.1)
va
✓ 卫星测高和验潮站观测数据之间的真实系统偏差
(4.4)
hd gd ha
(4.1)
va
vd
ha
hd
ha hm
hm
gd
(hd
gd )
hd
hd va
Δ (4.2) − va + hd + gd − hm = vd
(4.4)
(4.2)
Mitchum(1998)
(4.2)
7.3
全球海平面变化研究
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1
1
研究意义
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研究背景
p主要表现为三方面
ü全球气候变暖 ü酸雨增加 ü臭氧层破坏
p1988年IPCC成立 p1992年通过《联合国气候变化框架公约》 p1997年通过《京都议定书》 p2009年哥本哈根气候峰会
WOA0
1.51±0.84mm 1
79°±17°
WOA09 1 Ishii
5-2
1945
2006
0.25±0.01mm/a 1.77±0.21mm 60°±7° 700m WOA09
0.84mm
79°±17°
WOA09 1 Ishii
5-3 1945 2006
Ishii 2003
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4-6 1 TOPEX
ERM E 77 364 77 259 F
1985.04 1992.04 1995.05 1992.12 2002.10 2002.01
1988.09 1996.06 2002.09 2002.07 2009.03 2009.01
45 59 102 115 88 99
4.2.5 4-6
1000m
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S
T
P
(Fofonoff and Millard, 1983)
P
12
31
海水比容变化
✓ 观测手段
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32
海水比容变化
✓ 观测手段
12年3月26日星期一一
33
5
特征分析
5-2 1945 2006
5-3 1.77±0.21mm 60°±7°
0.25±0.01mm/a 700m
TOPEX 1°×1°
WHU2009
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89
27
PSMSL
2008
RLR 验潮站确定平均海平面变化 4-11 19 80 7000mm
80 ✓ PSMSL提供的具有统一一基准的RLR验潮站数据集 (Douglas, 1991, 1997; Chambers , 2002; Church , 2004) PSMSL 2008 2008 ✓ 验潮站筛选准则
ü海水比容变化
• 海水温度变化 • 海水盐度变化
ü海水质量变化
• 人类活动影响 • 全球水循环中陆地水变化 • 冰川和极地冰盖融化 武汉大学
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6
研究背景
p研究的时间尺度
ü地质时间尺度
• 3次大冰期，2~3亿年，为太阳系绕银河系银核一一周的银河 年，海平面变化量级可达200m；
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(Peltier and Tushingham, 1989)
29
3
海平面变化分量确定
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海水比容变化
✓ 因海水密度变化引起的海平面变化
• 温度变化引起的热容海平面变化 • 盐度变化引起的盐容海平面变化 5
✓ 由海洋观测温度和盐度数据计算
SSL
(Chambers, 2006b)
4-10 4-11
PSMSL
RLR 1900 2008
4.3.2
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91
28
验潮站确定平均海平面变化
4-4 2003 1985 2007 1993~2003 1993 2007 ✓ ICE-5G冰后回弹改正 2.50±0.08mm/a 2.62±0.06mm/a 3.22±0.09mm/a 3.05±0.05mm/a 4 ✓ 基于NCEP/NCAR大气压数据的逆气压改正
厄尔尼诺&拉尼娜
GGFC
全球变暖
全球水物质循环
极地冰盖质量平衡
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研究手段
海洋现场 观测
验潮站
卫星重力
海平面 变化
海洋遥感 卫星测高
GPS海洋 浮标 JASON-1
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10
研究现状
ü Douglas(1991)基于长于60年观测验潮站数据由ICE-3G冰后回弹模型改正 后，分9个海区平均得到1880〜～1980年海平面变化为1.8±0.1mm/a； ü Douglas(2001)和Peltier(2001)基于长于70年观测验潮站数据得到ICE-4G冰 后回弹改正前后20世纪海平面变化分别为1.71±0.55和1.84±0.35mm/a； ü Miller和Douglas (2004)给出验潮站数据确定的20世纪海平面变化为1.5〜～ 2.0mm/a，该结果得到了广泛共识； ü 卫星测高发展初期已用于确定全球海平面变化(Bown, 1986; Cheney, 1989)； ü 由T/P测高卫星初始2.5年观测数据确定海平面变化在10天重复周期时间尺度 上精度达到4mm(Nerem,1995)，在年际时间尺度上达到1mm(Shum等, 1995)；
( , , S , T , P ) dz t (5.1)
( , , t)
1
0
0
( , , t , S , T , P)
h
0 ✓ 观测数据
• 0〜～1500m海水上层1˚×1˚格网月平均海水温度和盐度模型WOA09 • 0〜～700m海水上层1˚×1˚格网每月海水温度和盐度模型(Ishii，2009)
2.50±0.08mm/a 2.62±0.05mm/a 0.8 4-8
4-3
2.98±0.05mm/a 4-3
mm Geosat ERS-1 ERS-2 Envisat-1 Jason-1
4-7 4-8 1993 TOPEX 2008
±66°
-103.0 411.3 54.1 425.1 86.0
22 16 53 31 65
p多测高任务海平面变化趋势
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研究现状
p海洋学模型确定海平面变化趋势
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研究现状
p热比容海面变化趋势
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18
研究现状
pT/P测高全球平均海平面变化与海水温度变化
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不同观测时间段的线性漂移量不同！
-0.34±0.07mm/a 4-6
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卫星测高数据确定海平面变化
✓ 各卫星之间因参考框架不同和相关误差影响存在系统偏差
wenku.baidu.com
Jason-1确定海平面变化时间序列
Topex确定海平面变化时间序列
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26
卫星测高数据确定海平面变化
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va (4.5)
hd
va
gd
hm
(4.3)
23
卫星测高数据确定海平面变化
✓ 差值时间序列
Δ = vd − va + hd + gd − hm
✓ 提出以相同参考历元拟合移去差值时间序列的线性偏差 项，解决两种数据基准不一一致的问题
Δ = a + bt + csin(2π t) + d cos(2π t) + esin(4π t) + f cos(4π t)
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3
研究背景
✓ 气候变暖已是毋庸置疑
海 平 面 变 化
✓ 海平面上升与变暖一一致
✓ 积雪和海冰面积减少也 与变暖一一致
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4
研究背景
p海平面变化
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5
研究背景
p全球海平面变化，主要由全球温室效应引起气温 升高和海水增温，使得全球冰川融化和海水体积 膨胀等
4-4
10°×10°
10°×10° 1985
1993 2003 1993 2007 1985 2003 1985 2007 1978 2007 1968 2007 1958 2007 1948 2007 1938 2007 1928 2007 1918 2007 1908 4-14 2007
414 401 439 371 454 556 581 608 616 617 619 632
• 删除重复观测数据或相似观测时间序列； • 总观测时间小于20年，以避免潮汐和年代际低频信号影响； • 观测时间序列的完整度小于70%； • 远离板块垂直运动较大区域； • 地理位置相近的验潮站应具有一一致的海平面变化长期性趋势。验 潮站数据至少有70%以上与3˚范围内其它验潮站相关系数大于0.6
武汉大学
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11
研究现状
ü T/P数据确定的海平面变化与验潮站结果比对发现了2.3±1.2mm/a系统偏差 (Mitchum,1998)，主要由微波辐射计湿分量改正误差引起(Chambers等, 1998)； ü 原始数据中海况偏差改正误差对T/P卫星观测的海平面变化也有1.2mm/a影 响(Chambers等, 2003)； ü 经各项误差改正后，由卫星测高数据确定的1993〜～2003年间海平面变化约 为3.1mm/a (Cazenave and Nerem, 2004; Leuliette等, 2004; Nerem等, 2006)； ü 我国学者李建成(2000)、董晓军(2000)、王海瑛 (2000)、胡建国(2001)等利 用卫星测高数据对全球和中国海域海平面变化开展了若干研究，并分析了季 节变化特征，但对测高数据各项原始误差改正的研究不够深入，对其影响因 素的研究也不多。
WOCE
RMS
MACQUARIE
2.4
✓ 利用WOCE快速验潮站数据校正单一一测高海平面变化漂移， 建立长时间统一一的卫星测高海平面变化时间序列
• (1998) 两种数据在相同时间和地点观测得到相等的海面高 h g
d d
WOCE
Chambers t
ha
t ha
vd
• 以验潮站为中心提取附近较小范围内测高观测值取平均 (hd g d ) hm
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24
10%
卫星测高数据确定海平面变化
2 n
4
✓ 对全球海域验潮站加权平均后建立全球平均差值时间序列， (4.8) (4.9) 然后通过最小二乘拟合求解卫星测高海平面变化线性漂移
4-2
mm/a Geosat ERS-1 ERS-2 Topex Envisat-1 Jason-1 4.80±1.03 0.61±1.87 -2.79±0.43 -0.34±0.07 -2.20±0.76 0.09±0.16 GM C G 1 8 10
测绘学院
19
研究现状
p冰川消融
武汉大学
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测绘学院
20
2
海平面变化确定
12年3月26日星期一一 21
卫星测高确定海平面变化
p共线法或全球平均海面高模型
武汉大学
12年3月26日星期一一
测绘学院
22
4-5
15cm
4-5 PORT LOUIS 4
4
卫星测高数据确定海平面变化 HAMADA LERWICK
武汉大学
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测绘学院
12
研究现状
p20~21世纪全球平均海平面变化
武汉大学
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测绘学院
13
研究现状
p验潮站确定海平面变化
武汉大学
12年3月26日星期一一
测绘学院
14
研究现状
p多测高任务海平面变化趋势
武汉大学
12年3月26日星期一一
测绘学院
15
研究现状