全球海洋潮汐

今天,海洋潮汐运动的观测很简单,但解释起来也同样简单。如果我们的星球上没有大陆,潮汐就会像半球形大小的水突起,随着太阳和月亮向西移动。视频中的动画显示,潮汐是一个由旋转波、陷波和混合波组成的复杂系统。只有在南极洲周围地区,波浪才能不受阻碍地向西移动。不过,即使在那里也能看到复杂的模式:波浪主要从北面汇合,其他波浪则在南极冰架下向北或向南分离。
在北大西洋可以看到波浪主要是逆时针旋转,海洋中心的波幅较小,而边界附近的波幅较大,尤其是欧洲西北部和英国沿岸,而在新西兰领土附近可以看到 “被困 ”的波浪旋转,这种运动导致岛屿一侧出现涨潮,而另一侧同时出现退潮。
Topex/Poseidon 和 Jason 高度计卫星是专门设计用来进行非常复杂的观测和记录的,例如海平面的上升和下降运动。通过多年耐心的数据收集,科学家们能够更准确地分析每个海洋位置的信号,从而确定潮汐特征。此外,由于对太阳和月亮的运动有了 “近乎完美 ”的了解,现在可以预测任何地点的潮汐。
注:用于制作此可视化图像的数据指的是比正常地球日稍长的时间段。潮位被 “夸大 ”的具体目的是为了更容易地显示世界各地的潮汐变化。
常见问题
海平面上升一般被定义为 “由于全球海洋水平面的绝对上升而导致的海面隆起”,但也可以被定义为 “相对于当地陆地的相对上升”(陆地反过来可能会下沉或上升)。这一表述通常与温室效应(与全球变暖有关)导致的海平面预期变化联系在一起,并被应用于此。
首先,我们有当地平均海平面(LMML),它被定义为“相对于陆地参考点的海平面高度,在一段足够长的时间内(如一个月或一年)的平均值,以确保波浪和潮汐引起的波动得到抑制”。
然而,必须进行一些修正,以考虑到地面的垂直运动,其数量级(毫米/年)可能与海平面的变化相同;还必须牢记,一些地面运动是由地幔中的等静压平衡引起的,而等静压平衡是在上一个冰河时代结束时冰盖融化后逐渐重建的。
起初,冰川块的重量将土壤推向较低的高度,但随着冰川块的融化,土壤慢慢恢复到最初的高度。洋流和海洋的局部热量变化是能够改变 LMML 的其他因素。
其次,海平面的变化(Eustatic Variations)(与局部变化相反):这是指全球海平面的变化,如单个海盆的体积变化或全球海洋的水量变化。
海平面上升的原因有 (i) 短期和周期性变化(海浪、潮汐、风暴潮和季节性变化);(ii) 短期地质效应(沉降和地震);(iii) 水体交换或热膨胀引起的长期海平面变化,以及更普遍的长期地质效应; (iv) 全球变暖导致温室气体浓度增加,是海洋水团增加和海洋热膨胀的另一个重要驱动 因素(两者反过来又是当前和未来海平面上升的重要组成部分)。
海平面:简史。
- 在过去的 13/14 万年间,海平面发生了重大变化,最高变化超过 120 米。可以说,最近但也是最广泛的变化是上一个冰河时代末期冰川融化造成的。这次大融化导致海平面上升了 120 多米。
- 另一方面,在公元前 1 世纪至公元 1800 年期间,海平面出现了微小的变化,从而使海平面在上千年期间趋于稳定。
- 随后,海平面在 19 世纪再次上升,在 20 世纪初尤其明显加速。
- 如今,通过卫星测高仪的精确测量,可以确定自 20 世纪 90 年代初以来,海平面每年上升约 3 毫米。据几乎完全肯定的估计,今后这一上升速度可能会进一步加快。
在全球范围内:
从 1870 年到 2004 年,平均海平面上升了 195 毫米,如今仍在以相当规律的速度上升(约 3 毫米/年)。据估计,到 2100 年,全球大部分地区的海平面将平均上升约半米。即使上升 50 厘米,也可能导致整个海滩和大部分海岸线被毁。
在当地范围内::
对于岛屿居民来说,尤其是那些海拔很低(仅比目前海平面高出 2-3 米,如基里巴斯、马尔代夫和图瓦卢)的岛屿,海平面上升 50 厘米就会导致大片土地被洪水和侵蚀破坏。由于咸水楔侵入含水层,许多居民的饮用水供应将急剧减少。
无论如何,与生活在南亚低洼沿海地区(特别是斯里兰卡、缅甸、巴基斯坦和印度沿海地区)的数千万人口相比,这些岛屿上面临危险的人口数量尽管很大,但仍然是微不足道的。尼罗河三角洲或孟加拉国等今天人口稠密的地区,将来可能会被数十万人永远遗弃。
海平面上升的风险在那些受土壤沉降现象影响的地区尤为明显,这种现象恰恰放大了海平面相对于地面的相对上升(如美国墨西哥湾沿岸)。相反,地球上有些地区受海平面上升的影响较小,因为海平面上升也被地面上升所抵消。澳大利亚就是一个例子:由于冰川等静力再平衡作用,澳大利亚大陆每年上升约 0.3-0.4 毫米。
通过与极端事件相关的海平面变化,或者在不那么强调的情况下,通过平均海平面的变化,海平面上升可能很快就会被更容易地感知到。即使被认为是 “极端 ”的天气条件(如通常非常剧烈的热带气旋)没有发生重大变化,海平面上升也会更频繁地超过极端极限。极端事件发生频率的这种变化在一些地区已经被观测到。 诚然,极端事件发生频率的提高可能取决于当地的条件,但今天每 100 年发生一次的极端事件可能很快(从现在到 2100 年)就会每隔几年发生一次。
因此,在下个世纪,即使极端事件的发生频率没有显著增加或至少没有特别(反常)增加,数百万人的生活和习惯仍可能受到海平面上升的直接影响和破坏。为了淡化当前海平面变化的重要性,上一个冰河时期发生的巨大海平面变化经常被(并继续被)考虑在内。
人类总是在假设人类能够像过去一样适应未来变化的基础上适应变化。然而,在过去,由于海平面的重大突变而变得不适宜居住的地区的居民可以更容易地将他们的所有重要物资运往其他更适宜居住的地区,而今天,主要的基础设施现在都位于非常接近海平面的地方(如纽约或伦敦),或者位于由于仍有数百万人生活在那里而特别危险和 “敏感 ”的地区(如越南或孟加拉国),在这些地方,解决方案实际上已不再可行或真的很难实施。
洪水造成的土壤流失(尤其是在 “低洼 ”地区)、海滩和岩石岬角的侵蚀、盐分渗入地下水和地表水,以及更普遍的风暴造成的地下水位上升,都是与海平面上升有关的最明显的物理影响和损害。
2080 年沿海地区因海平面上升以及某些社会经济情景和保护对策而被淹没的人口估计数 来源:环境署:全球冰雪展望
一般来说,人类为保护自己的家园免受海平面可能上升的影响而采取的措施,实际上会对海滩和水道以及海岸线本身的环境或公众使用产生不良影响。几十年来,沙质海岸上的土地和房屋的所有者一直在建造各种类型的围墙来阻止侵蚀。
虽然这些建筑有效地保护了财产,但同时也会破坏周围海滩的存在,而这些海滩实际上起到了保护整个海岸线及其环境的作用。事实上,海滩是一种重要的自然资源,可以通过吸引一般对洗浴和捕鱼活动感兴趣的游客来创造可观的收入,是不应错过的重要自然资本!
不幸的是,由于人类活动(所谓的 “人类活动”)造成的沉积物压实所引起的土壤下沉, 例如,大量开采地下水(和/或甚至石油),会在很大程度上导致海平面的上升,并带来所 有后果。
遗憾的是,大多数与海平面上升有关的对环境产生负面影响的情况,都直接受到通常在沿海地区进行的人为活动的影响(如沿河修建水坝),这些活动减少了沿海地区的沉积物供应,增加了海岸侵蚀的可能性。
在海平面骤然上升的同时,由于过度使用地下水,饮用水资源供应的脆弱性可能会增加。天然海岸防御结构(如沙丘和红树林)的退化(由于挖掘和建筑活动)也可能降低其自然保护功能,从而不利地扩大海平面上升的后果。
最近严重影响海平面上升的是气候变化和全球变暖。全球变暖的主要原因(经科学研究证明)是大气中温室气体浓度的增加,而温室气体浓度的增加又是由人类活动造成的。因此,不幸的是,可以说海平面上升的原因主要受到人类活动(所谓的 “人为活动”)的密切影响。因此,为了最大限度地减少气候变化的影响,人类必须认真开始改变自己的生活方式,而且必须尽快改变,以减少迄今为止排放的温室气体数量。
当然可以。海平面上升不仅是识别气候变化的核心,也是更好地理解、描述和预测整个气候变化的核心。不幸的是,在 20 世纪,海洋储存了使地球变暖的 80% 以上的热量。在未来(21 世纪),海平面上升将越来越多地受到海洋热膨胀(正是由热量储存造成的)以及冰川和冰盖体积变化(融化)的影响;事实上,所谓的冰盖 “融化 ”现象日益引起人们的关注。 相反,人们日益关注的是所谓的冰盖 “融化 ”现象,这种现象比过去更加频繁和迅速:今后,在更长的时间跨度内,南极和格陵兰冰盖将可能成为海平面上升的罪魁祸首。
由于海洋的热膨胀,如果从现在起到 21 世纪末稳定温室气体的排放,那么到 2500 年,海平面上升可能只会达到预计水平的一半。
显然,现在采取行动意味着要限制损害。如果采取措施最大限度地减少温室气体排放,同时采用更加环保的可持续生活方式,海平面上升的负面影响就会减少,甚至比昨天更加 “明显”!
在未来的空间规划中,肯定要考虑到全球变暖和与之相关的海平面上升,以确保当地社区能够适应未来海平面上升的后果。例如:在远离 “危险 ”地区的沿海地区建造 “防护墙 ”和新城区的建设,将日益成为必须遵守的真正的技术/建设 “原则”。
现在,面对未来海平面上升的前景,各州、各国政府以及更广泛的社区(尤其是沿海社 区)和公民个人、靠近海边的房屋和土地的所有者已经在采取措施,向海滩运送沙子, 以抵御海洋侵蚀的威胁。例如,私人业主正在通过加高现有建筑来加固几处洼地,这是因为他们受到了洪水风险保险费降低的 “鼓励”。
沿海城市应采取政策,在海平面上升,甚至突然上升的情况下,使人口能够迁移到内陆地区。一些州也确实已经禁止在未来 30-60 年可能被侵蚀的地区建造新房。总之,预防工作已经开始。
如今,在饮用水资源盐碱化的具体问题上,几乎所有负责管理水资源以应对过度盐碱化的部门都在干旱期使用蓄水池中的饮用水。为了应对海平面的上升,在雨季从更多的饮用水中取水,以便在必要时在最干旱的时期分配更多的水,这可能是有益的。
另一方面,与水管理有关的其他问题(例如防洪)可能会使节水变得更加复杂,以应对更长的干旱期。因此,可以理解气候变化对当地水文的影响如何抵消或增加海平面上升造成的盐度。
海平面上升现象是由持续多年的过程造成的。这是一个非常缓慢的过程。因此,如果一个人最担心的是海平面上升,那么他就应该提前为海平面上升的后果做好准备。适应 “才是将海平面上升造成的损失和破坏降至最低的最有效行动。
除了 “适应”,还可以而且应该采取措施减缓全球变暖和气候变化;这些措施应转化为国家政策和更好的生活方式。幸运的是,已经有一些旨在减少温室气体排放的宣传项目和措施可供公众了解,例如,从化石燃料转向清洁替代能源的项目,甚至在人类住宅中实施隔热系统,以减少热量损失,从而减少能源消耗,或者更简单地说,步行和/或使用电动汽车出行。
是的,有几张地图可以让我们了解海平面上升可能对沿海地区造成的影响程度,比如洪水地图,它向我们展示了在不同的海平面上升可能情况下,海平面将永久低于海平面的地区。如果您对这些地图的样子感到好奇,可以访问网站 http://flood.firetree.net/。使用该工具,您可以通过地图左上角的下拉菜单选择特定的海平面上升水平。导航按钮可用于移动、缩小或放大地图本身。这是一个非常有趣的工具,制作精良,易于使用