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全球海平面下降,海水跑到哪里去了? 精选

已有 22045 次阅读 2013-8-29 21:44 |个人分类:生态研究|系统分类:科研笔记| 海平面, 澳大利亚, 下降

如果讨论全球海平面上升,相信大家都不会陌生。我们知道,利用水银温度计中水银热胀冷缩的性质,我们发明了温度计。海水同样在温度升高时也会膨胀,这一点,随着格陵兰岛和南极洲的冰盖和冰川融化,长期以来驱动着海平面的升高。因此定义,全球海平面上升指由全球气候变暖、极地冰川融化、上层海水变热膨胀等原因引起的全球性海平面上升现象。自1990年代早期开始利用卫星测定海平面高度以来,全球海平面一直保持着一种缓慢增加的趋势。即,在过去的18年中,美国、法国的 Jason-1, Jason-2 and Topex/Poseidon探测器发现全球海平面在逐渐上升。但近年来,全球海平面却一直相当稳定,每隔一段时间,海平面上升就开始减速。甚至有些年度出现了明显的下降,形成一个坑状。

图1 该图中红色的线显示出自卫星海洋测高计1990年代早期开始测量以来,全球海平面长期的增加趋势。自那时以来,海平面平均每年上升约3毫米。显然大多数年份记录了全球海平面的上升,但近期却下跌了5毫米,这是因为太平洋的厄尔尼诺与拉尼娜之间的转换所致。小插图显示出最近在太平洋的厄尔尼诺与拉尼娜转换中的海平面变化情况。(Image credit: S. Nerem, University of Colorado)

2011年8月23日,美国NASA在其网站(http://www.jpl.nasa.gov/)公布了对海平面监测数据的更新资料:从去年夏天到现在,全球海平面实际上下降了5毫米[1]。海平面开始下降,这是怎么回事,又意味着什么?全球海平面下降,海水一定损失了,那它跑到什么地方去了?难道是跑到地球两极或者高山上重新变成冰川了,抑或跑到陆地湖泊或者地下水中?提出这些问题很简单,但要回答之,似乎并非那么容易。

海洋学家试图了解这些水去了哪里。以前,我有篇博文“不是新闻的新闻:给力的数据再次论证格陵兰冰川融化加速,曾经介绍过美国航空航天局(NASA)和德国航天局(DLR)合作研制的,以测定地球重力场变化为目的的GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)卫星。就是因为2002年发射的这颗卫星提供的数据,帮助科学家们解决了这个问题。

 

图2 通过GRACE卫星数据制图,显示出在2010年春季和2011年春季之间整个大陆损失了多少水,获得了多少水。红色表示干旱地区水的损失,蓝色表示获得了水,是指比通常年份降水量/降雪量增加的部分。(Image credit: NASA/JPL-Caltech)

 

图3 根据GRACE卫星2010年6月到2011年2月之间获得的数据,绘制的澳大利亚水量变化图。绿色和蓝色描绘了因降雨导致质量增加最大的区域。等高线代表了各种地表高程。(Credit: NCAR/NASA/JPL-Caltech)

在今天出版的Nature周刊中[2],推荐了《地球物理学研究通讯》(Geophys. Res. Lett.)中的一篇文章,就是报道如何解决这个问题的:澳大利亚的记录说明降雨矮化了海平面上升,2010年开始,有一个相当大的厄尔尼诺事件发生,但到了年底则被更强劲的拉尼娜事件所取代。太平洋上这种突如其来的变化,改变了全球的降雨模式,带来澳大利亚和亚马逊流域大规模的洪水,以及美国南部的干旱,从2010年早期至2011年底,澳大利亚吸收了许多雨水,导致全球海平面暂时下降了。美国国家大气研究中心的John Fasullo及其同事利用卫星测量和验潮仪的数据显示,全球平均海平面下降了7毫米。GRACE的数据分析发现,在陆地上可检测到一个对应的水质量的上升。我们知道,每年都有大量的海水从海洋蒸发,其中大多数又通过降雨很快回到海洋中,还有一部分则降落在陆地上。而这些年头,大陆得到了许多额外的降雨,以至于全球海平面下降的幅度超过往年。也就是说,这些额外的雨水在2011年早期堆积到大陆中去了。澳洲大陆的地形可以防止大多数降水流入海洋中,它们会被困在无河区和内流盆地,缓慢蒸发。文章的作者John Fasullo说,其它的大陆一般不会出现这种大气的组合方式和地形。只有在澳大利亚才会有大气将这么多的热带雨带到如此巨大的区域,而且使那些雨水无法返回到海洋中。作者在文章中是这样介绍的[3]:2011年,全球海平面出现了明显的下降,这在有精确测高仪时代以来是破天荒的事儿,而且同时出现了一个异常强劲的拉尼娜现象。通过分析检验多个来源的数据,可探讨这种异常下降和持续发生的物理基础。澳大利亚陆表的水文异常(水质量异常)也显示出这是2011年全球总及相关的降水异常的主导因素,也是在所有记录中最高的时段。澳大利亚水体质量异常的持久性,是澳洲大陆独特的陆表水文条件所决定的,包括其广阔的无流区和内流盆地阻碍了径流进入海洋。根据澳大利亚这种重要作用,海平面变化的原因进行了重新分析。印度洋偶极子和南半球环状模对拉尼娜遥相关的影响所进行的调节,是推动澳洲大陆内部的降水异常以及相关的地表谁质量和海平面发生反应的关键因素。

世界上最小的大陆就能影响到全世界的海平面,而且影响如此巨大,以至于它能临时矮化气候变暖带来的海平面上升趋势,这很好地证明了地球气候系统的复杂性。当然,从目前的数据来看,全球海平面下降不会是一个长期的趋势,这种暂时的下降是难于持续的;从长远来看,海平面上升仍然是主导趋势。水往低处流,额外的雨最终会找到自己的方式回到大海的怀抱。当这一天来临时,全球海平面将再次继续上升。人类一直在不断加热地球,这意味着会有更多的海平面上升,于是厄尔尼诺与拉尼娜循环会带着我们乘坐降雨过山车忽上忽下,这可能对人类的生存环境来说是一个潜在的灾难。


参考资料

[1] NASA Satellites Detect Pothole on Road to Higher Seas (http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2011-262

[2] Australia's record rains lowered sea level. Nature 500, 504 (28 August 2013) | doi:10.1038/500504a

[3] Fasullo, J. T., C. Boening, F. W. Landerer, and R. S. Nerem (2013), Australia’s unique influence on global sea level in 2010–2011, Geophys. Res. Lett., 40, doi:10.1002/grl.50834.

【说明】:本文被《求知导刊》2013年1期收录发表,非本人投稿,编辑也从未联系联系过我。



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