验潮站长期的海平面观测资料是当地海面监测、平均海面确定、潮汐变化特征研究、
海洋垂直基准建立和维持等科学研究以及工程建设中常使用的基础观测数据
[1]
。利用验潮
站观测资料确定的相对海平面变化速率对反映气候变化影响、应对海洋灾害、规划沿岸海
岸带建设等方面具有重大意义
[2-5]
。
由于全球气候变暖,海平面上升引起全球各地的海平面变化速率各异
[6-10]
。2013 年,
联合国政府间气候变化专门委员会第五次报告显示,1901—2010 年全球平均海平面平均
上升速率为 1.7 mm/a,1971—2010 年、1993—2010 年间海平面平均上升速率分别为 2.0
mm/a、3.2 mm/a
[11-12]
。另外,国内学者也对中国不同时期海平面变化情况进行了研究,利
用中国沿岸验潮站 20 世纪 50—90 年代的观测资料得到中国沿海海平面变化率为-2.9~2.6
mm/a
[13]
,且渤海、黄海、东海、南海平均海平面上升速率各异
[14]
,各时期内中国海平面上
升速率也存在较大差异
[15-17]
。
海平面变化是一个受潮汐、气象、地壳运动等因素影响的长期且复杂的过程,其变化
机理与变化趋势备受关注,并且不同时段选择下的海平面变化存在差异。例如,文献[18]
得到的中国香港 1954—1999 年间海平面相对变化速率为 1.9 mm/a;文献[19]利用 1994—
2000 年香港验潮站资料得到的海平面变化速率为 12.18 mm/a
[19]
。两者结果相差较大,这
除了两个时段内海平面变化不同外,更主要的原因是时段选择不同决定了海平面变化速率
的计算模型不同,最终导致了海平面变化结果的巨大差异。本文将由于观测资料的时段选
择不同引起的海平面相对变化结果差异称为时段选择效应,主要包括观测间隔、观测时
期、观测时长等因素对海平面变化速率确定结果的影响。一定范围海域海平面变化由于观
测时段选择效应的影响,也可能出现不同的变化结果
[20]
。
本文首先分析了海平面变化的周期性质以及周期项空间分布规律;然后通过实验比较
了相同时长、不同时段选择下海平面变化的差异,对精确确定海平面变化速率所需观测年
数进行了相应计算及分析;最后利用美国东海岸的验潮站观测数据对相关结论进行了验
证。
1. 数据来源与研究方法
1.1 实验数据来源
本文使用的海平面高度数据来自平均海平面常驻服务(Permanent Service for Mean
Sea Level,PSMSL),主要利用中国验潮站数据对海平面变化的周期性质与时段选择效应
进行分析,并利用美国东海岸部分验潮站数据作为补充分析。本文使用的中国、美国验潮
站的分布及相关信息分别如表 1、表 2 所示。
表 1 中国验潮站基本信息
Table 1. Information of Tide Gauge Stations in China
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