全球近海海平面变化及其成因分析研究

Coastal sea level poses threat to human live and social-economics, thus it is of paramount importance to investigate its causes. Based on geodetic observations, ocean model and reanalysis, our research aims to analyze the causes for coastal sea level, and quantitively determine the role of vertical land motion, ocean mass and steric component in sea level. Since satellite gravity suffers from the leakage over the land/ocean boundary, we develop mathematical and physical constraints to correct the leakage over land/ocean boundary. This two-way leakage correction allows us to simultaneously estimate the coastal land and ocean mass variations. Combining the corrected satellite gravity along with GNSS time series, tide gauge records and altimeter observations, we estimate the vertical land motion, and further evaluate its impact on coastal sea level variability. After dividing the global coastal zones into subzones, we examine the coastal sea level budget on different time scales, including the trends, seasonal cycles and non-seasonal fluctuations. Our research is expected to advance the relation between geodesy and global change, and promote the development of inter-disciplines among geodesy, oceanography and atmospheric science.

近海海平面变化直接威胁沿海区域的人类生存与社会经济发展，分析其成因变化具有重要现实价值和科学意义。本课题拟基于空间大地测量观测、海洋模型与数据资料确定全球近海区域海平面的成因变化，定量估计陆地垂直运动、海水质量以及海水比容在海平面变化中的作用。由于卫星时变重力在海陆交界处受到严重的泄露误差，拟采用数学与物理模型约束，严格同步改正海陆之间的泄露误差，同时恢复近海区域的海洋与陆地质量变化；基于改正后的时变重力，同化GNSS、验潮站以及卫星测高的点观测数据，估计近海区域的陆地垂直运动及其对海平面变化的影响；在合理划分不同近海区域基础上，从不同的时间尺度，研究海平面平衡方程的闭合性，定量给出陆地垂直运动、海水质量以及海水比容在不同区域近海海平面变化中所扮演的角色与不确定性。本研究将促进大地测量与全球变化的相关研究，增进与海洋学和大气科学等不同学科的交叉融合。

当前，全球气候变化加剧，深刻影响地表质量迁移和海平面上升，尤其是沿海地区的社会经济发展，受到海平面上升的威胁。本研究使用卫星测高、时变重力和比容观测分析研究近海海平面变化成因，研究内容包括评估近海海水质量以及陆地质量变化的时空特征，定量分析陆地垂直运动及其对近海海平面变化的影响，确定近海海平面、海水比容及海水质量三者之间的定量关系及物理机制等。在以下4个方面取得重要结果：（1）分析阐述了我国渤海地区的重力变化和海平面变化，在季节尺度上，海平面变化主要由海水质量和比容变化引起，在长期趋势方面，空间大地测量技术不能确定沉积物对海平面上升的贡献；（2）近海海平面季节变化成因被解释，从平均变化角度看，卫星测高获取的全球近海300公里内的海平面季节变化能够被时变重力和比容观测解释，但长期趋势变化的成因仍不能被闭合；（3）在2016年后，Argo浮标的盐度观测出现偏差，不仅影响全球平均海平面，而且影响区域海平面上升成因分析，研究表明，在多个大洋区域，盐度偏差深刻影响海平面上升成因分析，通过对盐度偏差进行校正，可以减小区域海平面成因的闭合差；（4）揭示了全球平均海平面上升的瞬时变化特征，在顾及海平面变化低频振荡的情况下，确定了海平面上升的瞬时速率变化，并发现，卫星测高的瞬时速率能够被时变重力和比容变化速率解释。研究结果进一步提升和丰富了对当前海平面变化和上升成因的认识，尤其加强了对海水质量贡献的理解。这些结果有助于约束未来海平面上升，帮助人类应对全球变化。