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研究人员首次发布年度海平面报告卡

2050 projection:
2050投影: 弗吉尼亚州诺福克2050年海平面预测的截图。VIMS的海平面报告卡为从缅因州到阿拉斯加的32个美国沿海地区提供了类似的交互式预测。
Storm tide:
风暴潮: 沿海洪水是弗吉尼亚和全国各地社区日益关注的问题。帕特里克·林奇摄

威廉玛丽大学弗吉尼亚海洋科学研究所的研究人员正在推出新的基于网络的“报告卡”,以监测和预测从缅因州到阿拉斯加的美国海岸线上32个地点的海平面变化。他们计划在每年1月更新报告卡,预测到2050年。

该项目的负责人,VIMS名誉教授约翰·布恩说,设计报告卡的目的是通过提供比NOAA或其他科学机构更频繁和本地化的海平面更新来增加价值。Boon和他的同事们还采用了一种统计方法,结合了美国许多潮汐测量站最近海平面变化速度加速的证据。

Boon和他的团队进一步强调了他们使用的相对海平面测量方法——相对于人们生活和工作的陆地表面的水位变化——而不是许多全球模型和预测中使用的绝对海平面测量方法。由于水位上升和陆地下沉,弗吉尼亚和其他东部和墨西哥湾沿岸地区的相对海平面正在上升。

加入Boon项目的还有博士生Molly Mitchell和助理研究科学家Derek Loftis。米切尔是弗吉尼亚州议会要求的2012年海平面报告的主要作者,而洛夫蒂斯则帮助指导StormSense项目,这是一个监测和模拟汉普顿路及其周围沿海洪水的项目。布恩创建了VIMS广受欢迎的潮汐观察网络,并写了一本关于潮汐和潮流分析的书。

年度本地化报告卡的值

由于海平面的长期变化本质上是渐进的——通常是每年几毫米——研究人员传统上认为没有必要频繁发布海平面变化的预测。此外,许多海平面预测都是全球范围内的,预测范围是2100年——足够远,可以很容易地看出线性变化。因此,政府间气候变化专门委员会经常预测,到本世纪末,全球海平面将上升65厘米(2.1英尺)。

VIMS团队有意采用一种更加本地化和及时的方法,旨在为沿海居民、企业和政府机构增加最大价值。

The new seawater facility at VIMS' Eastern Shore Lab in Wachapreague stayed dry as designed during minor coastal flooding associated with Hurricane Sandy.布恩说:“我们的报告卡显示了最近海平面的变化,以及你所在地区正在发生的事情。许多研究表明,当地海平面上升和加速的速度与IPCC和noaa公布的全球海平面上升速度有很大不同——这是一个关键的结果,因为当地海平面相对上升的速度直接表明了房屋、建筑物和道路面临洪水风险的程度。”

该团队决定使用现有潮汐测量数据的一部分,这也与美国国家海洋和大气管理局(NOAA)研究人员采用的传统方法背道而驰。NOAA负责运营美国官方潮汐能站网络。

“NOAA在确保国家长期潮汐数据集的连续性、一致性和可用性方面的细心应该受到赞扬,”Boon说。“但与此同时,更长的记录并不总是更好,特别是当有证据表明最近海平面上升速度呈非线性变化时,就像我们在美国东海岸看到的那样。”

Boon早期的一项分析表明,这种非线性变化或加速始于1987年,位于始于1969年的36年滑动窗口的中心,从而为VIMS报告卡设定了开始日期。这是在许多美国潮汐测量站开始运行几十年后。

米切尔进一步解释说:“如果你跨过了像海平面上升这样的门槛,那么之前的记录——比如1900年开始的潮汐计记录——就你看到的方向而言是有偏差的。我们认为今天的冰盖融化速度比以往任何时候都要快,如果这是真的,那么前90年的数据就不能准确预测未来。”

NOAA海平面预测中使用的线性速率和VIMS报告卡中使用的非线性加速速率之间的差异不仅仅是统计上的细微差别——它导致了我们对海平面未来的截然不同的预测。

在VIMS的后院可以找到一个很好的例子,使用来自美国国家海洋和大气管理局位于弗吉尼亚州诺福克的休厄尔斯点潮汐计的数据。将NOAA的线性海平面预测延伸到本世纪中叶表明,到2050年,这里的海平面将上升0.29米(11.42英寸),而VIMS的预测——使用非线性加速速率——是0.49米(19.3英寸)。海平面额外上升20厘米(8英寸)将对低洼地区产生重大影响。

VIMS团队还警告说,海平面在未来可能会像今天一样经历短期变化。因此,到2050年,弗吉尼亚和其他可能经历海平面大幅上升的地区的沿海居民和规划者也必须考虑到风暴潮和其他短暂的力量,这些力量将海平面提高到比预计的平均上升值更高的水平。

海平面报告卡的解剖

VIMS的海平面报告卡有三个组成部分:到2050年海平面高度的预测,海平面变化速率的近期趋势的展示,以及对每个地方影响海平面的过程的解释。

报告卡网站www.vims.edu/sealevelreportcard解释了2050年预测中使用的数据和统计方法,并提供了所有32份报告卡的全尺寸交互式版本。

趋势图帮助用户跟踪每个地方海平面上升和加速的速度变化(或海平面下降和减速在某些地方),因为这些很可能每年都在变化,因为飓风和其他短期天气事件,以及长期的,十年尺度的过程,如厄尔尼诺Niño-Southern涛动或北大西洋涛动。在年代际信号上升期间对2050年的预测将高于年代际信号接近或处于低位时的预测。

最后的报告卡部分解释了每个地方和地区(美国东部、海湾或西海岸)迫使海水质量、体积和区域分布变化的长期过程;海岸线高程的变化;或两者兼而有之。这些过程之间复杂的相互作用可能导致不同地区或在某些情况下彼此相对较近的地方海平面趋势的显著差异。或者,这些相互作用可能导致相隔很远的地区出现类似的海平面趋势。

VIMS的海平面报告卡的全部细节在随附的技术报告中提供-人类世海平面变化:在美国东部,海湾和西海岸地区观察到的最近趋势的历史-可通过VIMS的哈吉斯图书馆获得。报告还提供了管理建议。该团队计划在不久的将来将这些内容添加到他们的成绩单中。

Data from NASA and European satellites shows acceleration in global sea-level rise, driven mainly by increased ice melting in Greenland and Antarctica. Nerem et al., PNAS 2018.“人类世”(Anthropocene)来自希腊语“anthropo”(人类)和“cene”(近代)新创词汇它承认科学家中越来越多的人认为,人类对地球环境过程的影响有必要在地质时间尺度上增加一个新的时代。如果正式采用,这个术语将取代目前的全新世,它始于大约12000年前更新世冰盖的融化。

“人类世是一个快速变化的时代,我们真的应该密切关注海平面,”Boon说。