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海平面

大地水准面的三度空间想像图,使用重力单位。

海平面(英语:Sea level)是地球单一或多个海洋表面的平均水平,由此可以测量诸如海拔等高度。平均海平面(MSL)是一种垂直基准,一个标准化的大地测量参考点。例如制图航海中的海图基准面,或是航空中测量标准海平面的大气压力,以便校准飞机的飞行高度。一个常见且简单的意思,海平面标准是特定位置的平均低潮和平均高潮之间的中点[1]

由于牵涉到一些复杂且困难的测量,使得精确确定海平面成为一个困难的工作。测量海平面的仪器叫做验潮仪英语Tide gauge,一般微风所导致的海面的波浪可以通过平均的方法消除掉,潮汐所导致的海平面的升高和跌落也可以通过长时间的观测后取平均值的方法消除掉。海平面的测量总是相对于陆地的测量,因此海平面的变化可以是真正地由于海面的变化导致的,也可以是由于陆地的变化导致的。海平面在地质年代上已经有很大的变化。 仔细测量平均海平面的变化可以深入了解持续的气候变化,海平面上升广泛被引用为全球变暖的证据[2]

通常所谓的海拔就是指平均海拔(Above mean sea level,AMSL)。

测量时的困难

在测量一个离地面比较远的地方的海平面时专家使用一个称为大地水准面的“水平”的参考表面,测量的是海平面与这个大地水准面之间的高度差。假如没有外力的作用,海平面应该与大地水准面一致,它相当于与地球万有引力的一个等势面。事实上由于海流、气压变化、温度和盐度的变化等等会导致海平面与大地水准面不等。即使长时间的平均值两者也不相同。这个长期的、地区性的差异被称为海面地形,其数值可以达±2米。

传统上在测量海计算海水面的平均位置时要考虑到228个月的默冬章和约18.6年(223个月)的食周对潮汐的影响。海平面在地球表面不是到处都一样的,比如巴拿马运河太平洋侧的海平面比大西洋侧的海平面高20厘米。

尽管有这些困难,使用仪表飞行规则飞行的飞行员必须有精确的和可靠的飞行高度以及机场高度的数据。尤其在引力反常的地区在航空母舰上降落这个问题会非常严重。为了克服计算上的困难飞行员使用广域差分系统所定义的参考椭球,而不使用大地水准面来定义海平面高度。而且全球定位系统也适用这个参考椭球。

陆地与海平面之间的变化可以有多种原因,海面升降一般是由于气候变化造成的,均衡补偿的变化是由于板块作用等导致的,而不是因为海水总量的变化导致的。冰川期末冰川的融化导致的海平面的变化是海面升降最典型的例子。通过对地质稳定的海岸地带的沉积的考察古气象学家可以测定过去的海平面的位置。火山岛的升降是非常典型的均衡补偿的海平面变化。随着火山岩的冷却这些岛屿开始下降。

在没有液体海洋的行星表面行星学家往往计算一个“平均”高度。这个平均高度有时也被称为“海平面”,它用来作为测量行星表面各个地点的高度的参考面。

海平面的变化

地质历史上的变化

随地理时期的变化,海平面不断变化。今天的海平面几乎是所有地质时期里最低的。在最近一次冰川期中(其顶点约为两万年前),由于蒸发的海水在北半球的冰雪中堆积,当时的平均海平面比今天低130米。大多数冰川在一万年前融化,但至今为止小冰川依然在融化。在地球历史上类似的冰川周期已经发生过数百次了。

短期和周期性的变化

有许多因素可以产生短期(几分钟到14个月)的海平面变化。

潮汐的时间分布。
周期性海平面变化
昼夜和半日的天文潮 周期 12–24 小时 0.2–10+ 米
长周期潮    
旋转变化 (钱德勒摆动 周期 14 月
气象和海洋变动
大气压力 小时 – 月 −0.7 – 1.3 米
风暴潮 1–5 天 可达 5 米
蒸发降水 (也可能跟长期模式有关) 天 – 周  
海洋表面变化 (海水密度洋流的改变) 天 – 周 可达 1 米
圣婴现象/南方振荡 6 月(每5–10年) 可达 0.6 米
季节性变化
大洋(大西洋太平洋印度洋)间水平衡的季节性变化    
水面坡度的季节性变化    
河川径流/ 洪水 2 月 1 米
海水分密度季节性变化 (温度和盐度 6 月 0.2 米
假潮
假潮驻波 分–小时 可达 2 米
地震
海啸 (产生灾难性的长周期波) 小时 可达 10 米
地滑 分钟 可达 10 米

现今的变化

至少在过去的100年中,海平面平均每年增长约1.8毫米[3] 。这种上升主要来自海洋温度升高所导致表层(约500米深)海水的轻微热膨胀。另外四分之一,则是来自陆地上的水源,如融雪和冰川,还有人类超抽地下水等等[4]

各地区域的测定

近来有海平面上升的趋势。据测定,近年来中华人民共和国沿海海平面平均上升速率为2.5毫米/年,略高于全球海平面上升速率。

海平面在地理测量中经常作为高度的标准,例如中华人民共和国海拔高度采用青岛港验潮站的长期观测资料推算出的黄海平均海面作为零点。

参见

参考资料

  1. ^ What is "Mean Sea Level"? 页面存档备份,存于互联网档案馆 (Proudman Oceanographic Laboratory).
  2. ^ Solomon et al., Technical Summary, Section 3.4 Consistency Among Observations 页面存档备份,存于互联网档案馆 in IPCC AR4 WG1 2007; Hegerl et al., Executive summary, Section 1.3: Consistency of changes in physical and biological systems with warming 页面存档备份,存于互联网档案馆 in IPCC AR4 SYR 2007.
  3. ^ Bruce C. Douglas. Global Sea Rise: A Redetermination. Surveys in Geophysics. 1997, 18 (2/3): 279–292. Bibcode:1997SGeo...18..279D. doi:10.1023/A:1006544227856.
  4. ^ Bindoff, N.L.; Willebrand, J.; Artale, V.; Cazenave, A.; Gregory, J.; Gulev, S.; Hanawa, K.; Le Quéré, C.; Levitus, S.; Nojiri, Y.; Shum, C.K.; Talley, L.D.; Unnikrishnan, A., Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (PDF), Cambridge University Press, 2007 [2017-07-26], (原始内容 (PDF)存档于2017-05-13)

外部链接


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