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北大西洋沿岸过去2000年海平面变化的若干重要特征

乐远福 唐立超 余克服

乐远福,唐立超,余克服. 北大西洋沿岸过去2000年海平面变化的若干重要特征[J]. 海洋地质前沿,2022,38(6):1-15 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.279
引用本文: 乐远福,唐立超,余克服. 北大西洋沿岸过去2000年海平面变化的若干重要特征[J]. 海洋地质前沿,2022,38(6):1-15 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.279
YUE Yuanfu, TANG Lichao, YU Kefu. General characteristics of sea-level changes along the North Atlantic coast in the past 2000 years[J]. Marine Geology Frontiers, 2022, 38(6): 1-15 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.279
Citation: YUE Yuanfu, TANG Lichao, YU Kefu. General characteristics of sea-level changes along the North Atlantic coast in the past 2000 years[J]. Marine Geology Frontiers, 2022, 38(6): 1-15 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.279

北大西洋沿岸过去2000年海平面变化的若干重要特征

doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.279
基金项目: 国家重点研发计划项目(2017YFA0603300);国家自然科学基金(41702182);广西省自然科学基金(2018GXNSFAA281293)
详细信息
    作者简介:

    乐远福(1982—),男,博士,主要从事全球变化与环境演变方面的研究工作. E-mail:yuanfu.yue@gxu.edu.cn

    通讯作者:

    余克服(1969—),男,博士,教授,博士生导师,主要从事珊瑚礁方面的研究工作. E-mail:kefuyu@scsio.ac.cn

  • 中图分类号: P731.23

General characteristics of sea-level changes along the North Atlantic coast in the past 2000 years

  • 摘要: 北大西洋沿岸是世界上最容易受海平面上升影响的地区之一。了解该区域过去海平面变化历史和特征,对认识现代海平面变化过程、预估未来海平面变化趋势具有重要科学意义,同时也有助于最大限度地减小预测结果的不确定性。基于此,我们以北大西洋沿岸1 350个验潮站观测记录和已发表的1 604个海平面数据为基础,进行系统分析和集成研究,尝试建立北大西洋沿岸过去2000年海平面的变化历史,并分析北大西洋沿岸过去2000年海平面变化的主要过程与特征、区域差异和存在的问题。结果表明:①北大西洋沿岸过去2000年海平面变化具有显著的时空差异性,海平面的变化幅度、变化时间、波动次数等均具有区域差异性。②北大西洋沿岸过去2000年以来海平面总体上呈现出波动上升趋势,但不同地区海平面上升高程相差较大,北大西洋西岸北美洲东部海平面上升超过2.5 m,格陵兰岛-冰岛、欧洲和美国南部和东南部海平面上升幅度约1.9 m,北海和地中海海平面上升幅度约1 m。③公元1900年以来,北大西洋东西沿岸海平面上升速率普遍加快,并呈现出明显的纬度差异,即北大西洋东岸从地中海到欧洲沿岸再到格陵兰岛-冰岛,随着纬度增加,海平面上升速率逐渐增加。类似的,北大西洋西岸美国南部和东南部到美国东部再到加拿大东部,随着纬度的增加,海平面上升速率也依次增加。④过去2000年北大西洋沿岸海平面变化及其时空差异性是多种因素综合作用的结果,气候冷暖交替、冰川均衡调整、大气-海洋动力学、区域构造以及沿岸地形的变化、沉积物压实和潮汐范围变化等可能是主要原因。
  • 图  1  北大西洋位置图以及北大西洋沿岸过去2000年海平面数据的空间分布

    1.格陵兰岛-冰岛;2.欧洲沿岸;3.北海;4.地中海;5.加拿大东部;6.美国东部;7.美国南部和东南部

    Figure  1.  The position of North Atlantic Ocean in the world and the spatial distribution of sea-level data in the coastal regions of North Atlantic (red boxes) in the past 2000 years

    图  2  北大西洋沿岸7个区域过去2000年海平面变化[15-16, 18, 24-27, 30-31, 34-35, 81-94]

    A 从验潮站和文献中获得的北大西洋过去2000年海平面数据汇编;B 为格陵兰岛-冰岛过去2000年海平面序列;C 为欧洲沿岸过去2000年海平面序列;D 为北海过去2000年海平面序列;E 为地中海过去2000年海平面序列;F为加拿大东部过去2000年海平面序列;G 为美国东部过去2000年海平面序列;H 为美国南部和东南部过去2000年海平面序列

    Figure  2.  Sea-level changes in 7 regions of the North Atlantic coast in the past 2000 years[15-16, 18, 24-27, 30-31, 34-35, 81-94]

    图  3  北大西洋沿岸过去2000年海平面对比

    A为格陵兰岛-冰岛、欧洲沿岸和美国南部及东南部海岸过去2000年海平面变化对比。橙红色代表欧洲沿岸海平面序列,紫红色代表美国南部及东南部海岸海平面序列。红色圆点代表最近的验潮站记录的海平面。B为北海和地中海过去2000年海平面变化对比。蓝色代表地中海海平面序列,藏蓝色代表北海海平面序列,红色圆点代表最近的验潮站记录的海平面。C为加拿大东部和美国东部海岸过去2000年海平面对比。蓝色代表加拿大东部海岸海平面序列,红褐色代表美国东部海岸海平面系列,红色圆点代表最近的验潮站记录的海平面

    Figure  3.  Comparison of sea-level in the North Atlantic coast in the past 2000 years

    表  1  北大西洋沿岸常见的海平面标志物的指示意义[37, 39, 57, 62]

    Table  1.   The significance of common sea-level indicators in the coastal North Atlantic [37, 39, 57, 62]

    序号海平面标志物潮位指示意义或范围
    1 有机盐沼 介于平均潮位到最高高潮位
    2 高盐沼 介于平均高潮位到最高高潮位
    3 低盐沼 介于平均潮位到平均高潮位
    4 泥炭、木炭或海洋生物骨骼 介于平均最低潮位到最高高潮位以上3 m
    5 海滩沉积物 介于平均最低潮位到最高高潮位以上3 m
    6 潮滩贝壳 低于平均潮位
    7 潮滩有孔虫 低于平均潮位
    8 硅藻 高于平均潮位
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-03
  • 网络出版日期:  2022-06-11
  • 刊出日期:  2022-06-23

北大西洋沿岸过去2000年海平面变化的若干重要特征

doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.279
    基金项目:  国家重点研发计划项目(2017YFA0603300);国家自然科学基金(41702182);广西省自然科学基金(2018GXNSFAA281293)
    作者简介:

    乐远福(1982—),男,博士,主要从事全球变化与环境演变方面的研究工作. E-mail:yuanfu.yue@gxu.edu.cn

    通讯作者: 余克服(1969—),男,博士,教授,博士生导师,主要从事珊瑚礁方面的研究工作. E-mail:kefuyu@scsio.ac.cn
  • 中图分类号: P731.23

摘要: 北大西洋沿岸是世界上最容易受海平面上升影响的地区之一。了解该区域过去海平面变化历史和特征,对认识现代海平面变化过程、预估未来海平面变化趋势具有重要科学意义,同时也有助于最大限度地减小预测结果的不确定性。基于此,我们以北大西洋沿岸1 350个验潮站观测记录和已发表的1 604个海平面数据为基础,进行系统分析和集成研究,尝试建立北大西洋沿岸过去2000年海平面的变化历史,并分析北大西洋沿岸过去2000年海平面变化的主要过程与特征、区域差异和存在的问题。结果表明:①北大西洋沿岸过去2000年海平面变化具有显著的时空差异性,海平面的变化幅度、变化时间、波动次数等均具有区域差异性。②北大西洋沿岸过去2000年以来海平面总体上呈现出波动上升趋势,但不同地区海平面上升高程相差较大,北大西洋西岸北美洲东部海平面上升超过2.5 m,格陵兰岛-冰岛、欧洲和美国南部和东南部海平面上升幅度约1.9 m,北海和地中海海平面上升幅度约1 m。③公元1900年以来,北大西洋东西沿岸海平面上升速率普遍加快,并呈现出明显的纬度差异,即北大西洋东岸从地中海到欧洲沿岸再到格陵兰岛-冰岛,随着纬度增加,海平面上升速率逐渐增加。类似的,北大西洋西岸美国南部和东南部到美国东部再到加拿大东部,随着纬度的增加,海平面上升速率也依次增加。④过去2000年北大西洋沿岸海平面变化及其时空差异性是多种因素综合作用的结果,气候冷暖交替、冰川均衡调整、大气-海洋动力学、区域构造以及沿岸地形的变化、沉积物压实和潮汐范围变化等可能是主要原因。

English Abstract

乐远福,唐立超,余克服. 北大西洋沿岸过去2000年海平面变化的若干重要特征[J]. 海洋地质前沿,2022,38(6):1-15 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.279
引用本文: 乐远福,唐立超,余克服. 北大西洋沿岸过去2000年海平面变化的若干重要特征[J]. 海洋地质前沿,2022,38(6):1-15 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.279
YUE Yuanfu, TANG Lichao, YU Kefu. General characteristics of sea-level changes along the North Atlantic coast in the past 2000 years[J]. Marine Geology Frontiers, 2022, 38(6): 1-15 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.279
Citation: YUE Yuanfu, TANG Lichao, YU Kefu. General characteristics of sea-level changes along the North Atlantic coast in the past 2000 years[J]. Marine Geology Frontiers, 2022, 38(6): 1-15 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.279
    • 在当前全球变暖的背景下,全球海平面呈持续上升趋势,已成为当前国际全球变化研究的热点问题之一。而海平面上升之有关的危害,包括海滩淹没[1-2],海岸侵蚀加速[3-4]以及沿海地区极端性洪水事件[5-7]和破坏性风暴的增加[8-14]等,这对世界各国沿海低洼地区人类的生存,社会经济发展和生态环境构成重大威胁和严重挑战,引起国际社会的广泛关注和沿海国家政府的高度重视,尤其是北大西洋沿岸各国低洼地区。北大西洋沿岸港湾密布,经济工业较为发达,当今世界绝大部分发达国家处于北大西洋沿岸,海平面变化对该地区影响极大。

      北大西洋沿岸,是全球海平面研究的一个关键区域,相应地其海平面数据也最为丰富。近些年来不少学者通过多种海平面标志物,对北大西洋沿岸地区海平面变化开展了大量的研究工作,由此获得了大量关于过去2000年的海平面记录[15-35]。这些研究结果和数据,为了更好地理解空间变量的海平面变化历史提供了大量的依据。同时,基于这些海平面数据,北大西洋沿岸的欧洲[36]、波罗的海[37]、加拿大[38]、美国[39]、加勒比海[18]等地区相继开展了区域海平面数据库建设,这对未来海平面的预测以及认识区域海平面变化提供了坚实基础。同时,这也为本文对北大西洋沿岸过去2000年以来海平面变化进行集成研究,以及建立大区域海平面数据库提供了大量数据和参考依据。此外,通过验潮站和基于TOPEX/POSEIDON(简称T/P)和/或Jason-1/2卫星高度计测高资料,可以获得工业革命以来近两百年的海平面变化过程[40-48],可以和地质记录进行对比,进而有效的评估过去海平面重建结果的可靠性。以上这些成果为建立北大西洋沿岸过去2000年海平面数据库以及研究当前与未来海平面变化和社会经济发展提供了重要的基础资料和科学依据。

      过去千年气候变化是当代与未来气候环境变化的背景[49]。应对全球变化,需要了解过去海平面状况和变化规律,尤其是准确了解与我们生活环境密切相关的全新世。特别是过去2000年以来的海平面变化特征和相应的数据库,作为衡量20世纪海平面变化的长期基线,对认识过去海平面变化过程和本质,包括变化速率、规律和机制,进一步预估未来海平面变化情景及其影响和最大限度地减小预测结果的不确定性具有重要科学和现实意义,同时为世界各国政府对海岸带保护与开发利用、海岸工程建设以及科学应对沿海海平面上升风险和防灾减灾提供重要的科学依据。

      由此可见,过去2000年海平面变化集成重建,对了解过去海平面变化的时间和幅度对于理解现代和未来海平面变化至关重要。为科学应对沿海海平面上升风险,有必要寻求更多高分辨率的海平面记录,建立过去海平面数据库。鉴于此,本文通过对北大西洋沿岸过去2000年海平面研究成果进行总结,对验潮站观测的海平面数据和基于沉积物岩芯重建的海平面数据进行汇编,对海平面数据加以校正并评估不同区域不同类型的海平面曲线的可靠性,然后尝试建立北大西洋沿岸过去2000年海平面数据库,以及对区域海平面变化的差异性和重建存在的问题等方面进行分析与讨论。希望本文研究结果能为当前海平面变化研究提供科学依据和借鉴。

    • 北大西洋(图1)主要包括大西洋在赤道以北、北极圈以南的部分,大致位于温带,其面积占整个大西洋面积的约60%。大西洋及邻近地区的气候受到表面水温、洋流及风影响。北大西洋受墨西哥湾暖流的影响,致使西北欧的冬季与同纬度的其他区域相比更加温暖。墨西哥湾流由南赤道流的北分支与大西洋的北赤道流汇合而成,始于佛罗里达海峡,平行于北美洲海岸移动到纽芬兰沿岸向高纬度地区流动[50]。同时,墨西哥湾暖流携带着由信风驱入的大西洋表层暖水,受地转偏向力和纬度变化效应等,向北移动形成北大西洋暖流,在高纬度海域释放的热量导致海水冷却、下沉,向南移动形成加那利寒流。此外,北大西洋与北冰洋接壤,该区域的海平面变化自然受到北极冰盖的影响[32, 51]。北极冰盖形成于距今260~360万a,之后经历了多次冰盖的扩张和收缩,末次盛冰期以后,地球进入间冰期,尤其是在过去2000年期间,北极冰盖整体在逐渐融化[51-53]。现代记录的北极冰盖中部冰层在逐渐增厚,东部在逐渐变薄,西部逐渐消融形成冰川[32, 54]。挪威暖流和北角暖流作为北大西洋暖流的延续,使北极冰盖下的洋底冷水流携带大量海水涌入北大西洋。

      图  1  北大西洋位置图以及北大西洋沿岸过去2000年海平面数据的空间分布

      Figure 1.  The position of North Atlantic Ocean in the world and the spatial distribution of sea-level data in the coastal regions of North Atlantic (red boxes) in the past 2000 years

      图1可以看出,北大西洋海岸蜿蜒曲折,包括北海、波罗的海、地中海、黑海、里海、墨西哥湾、加勒比海、哈德逊湾、几内亚湾等许多附属海和海湾。北大西洋岛屿密布,较大的岛屿和群岛有大安的列斯群岛、大不列颠岛、爱尔兰岛、冰岛、格陵兰岛(北极圈之南)纽芬兰岛、古巴岛及伊斯帕尼奥拉岛等。此外,北大西洋两岸都有多条河流注入,较重要的如尼日尔河、莱茵河、密西西比河、圣劳伦斯河、易北河、第聂伯河以及注入地中海的尼罗河等,这些河流都直接或间接注入北大西洋,构成北大西洋水系。

    • 对过去海平面变化的研究和重建,最重要的是找到真正代表当时海平面位置的标志物[55],并能测定标志物的高程和年龄[56],进而恢复海面变化的历史过程[57]。这就要求海平面标志物与潮汐高程之间存在系统的、可量化的关系,比如,海平面标志物生活或者形成于狭窄的垂直分布范围、可重复测量的高程、良好的地质保存和准确定年等特点[58]。这类标志物种类众多,通常可以分为生物标志和沉积与地貌标志[58]

      海平面总是持续波动,这可能是由潮汐作用、气候波动与环境演变、冰川运动、地质构造活动与海底沉积作用等因素综合影响产生的结果[59]。海平面的变化影响海岸沉积物的形成与海岸地貌发育,这些海平面标志物的发育和消亡也可以代表所在区域的海平面变化。通过对现代环境的详细测量和调查,可以建立海平面标志物的潮位指示意义或高程范围,通常用指示范围(indicative range)和参考水位(reference water level,RWL)来表示。比如,依据现代类似物(modern analogues),例如通过盐沼硅藻或有孔虫等微体生物组合的深度分布,沉积物等的认识,定量重建海平面[25]。其次,通过海平面标志物的潮位指示意义,可以对各海平面标志物进行同化处理。例如,潮滩有孔虫通常形成于潮间带中部,可以作为高精度海平面标志物,研究认为潮滩有孔虫所在的盐沼高程再减去1 m即为所在区域过去海平面在对应时间的位置与高度[60]。潮滩硅藻作为欧美地区常见的海平面标志物,利用转换函数法可以将潮滩硅藻高程转换为过去海平面高程[61]。经过上述同化处理,可以将各海平面标志物转换指示的过去海平面高程结合讨论。当然,海平面标志物多种多样,如表1所示,潮位指示意义或范围因海平面标志物的类型而异,不同类型的海面标志物对海平面的指示意义不同,甚至差别较大[37, 39, 57, 62]。因此,过去海平面重建结果的准确性,很大程度上依赖于海平面标志物的高程测量和精确定年,以及误差(error)分析,还有就是这些指标相对于相应的平均海平面的正确解释。

      表 1  北大西洋沿岸常见的海平面标志物的指示意义[37, 39, 57, 62]

      Table 1.  The significance of common sea-level indicators in the coastal North Atlantic [37, 39, 57, 62]

      序号海平面标志物潮位指示意义或范围
      1 有机盐沼 介于平均潮位到最高高潮位
      2 高盐沼 介于平均高潮位到最高高潮位
      3 低盐沼 介于平均潮位到平均高潮位
      4 泥炭、木炭或海洋生物骨骼 介于平均最低潮位到最高高潮位以上3 m
      5 海滩沉积物 介于平均最低潮位到最高高潮位以上3 m
      6 潮滩贝壳 低于平均潮位
      7 潮滩有孔虫 低于平均潮位
      8 硅藻 高于平均潮位

      此外,所有的海平面标志物指示的海平面高程都与潮汐水平有系统和可量化的关系,这是由作者在原始论文中报道的,因此用于估计以前的海平面。相对海平面(relative sea-level,RSL)用以下公式进行计算:

      $$ RS L=A-RWL $$

      其中,A为样品的海拔高度(altitude/elevation),RWL(reference water level)为样品的参考水位,都是相对于同一潮汐基准面(如mean tidal level,MTL)来表示的[39, 63]A通常是通过测量岩芯(或露头)中顶部高度的样品深度来确定的,代表海平面标志物高程。对于现代(表面)样品,ARWL是相等的,因此RSL为零。所有数据指示的海平面都用这个值表示,例如,负值表示RSL低于当前值(0 m)。

      而各指标物表示古海平面的垂直高度不确定性主要是依据海平面标志物的指示意义/范围来确定,也是来源于原始论文。当然,还包括海平面研究样品的采集和处理过程中固有的各种因素[39, 57, 62],比如,测量本身的误差、样品的厚度、分样误差等。可以利用以下误差公式计算:

      $$ E= (e^{2}_{1} + e^{2}_{2} + …+ e^{2}_{n})^{1/2} $$

      式中:E为样品的误差;

      e1···en为各种误差来源[62]

      本文数据主要来源于北大西洋沿岸近年来已发表的海平面数据及其所代表区域内的验潮站观测数据(附件:北大西洋沿岸过去2000年海平面数据)。

      关于收集到的北大西洋沿岸过去2000年的海平面数据,首先会使用最新的CALIB8.0[64] 对年代数据进行校正(原始论文校正后的数据除外),对陆地样本和海洋样本分别使用最新的校正曲线,即北半球的大气曲线IntCal20[65]和海洋校正曲线Marine20[66],并考虑全球海洋和碳库效应年龄偏差ΔRhttp://calib.org/marine/)。例如,对样点附近最近10个点位的年龄偏差进行平均值处理,可以获得格陵兰岛-冰岛的年龄偏差ΔR为(66±49)a[67-68],欧洲沿岸的年龄偏差ΔR为(161±56)a[69],北海地区的年龄偏差ΔR为(161±52)a[70],地中海的年龄偏差ΔR为(72±43) a[71-72],加拿大东部海岸的年龄偏差ΔR为(161±47)a[73],美国东部海岸的年龄偏差ΔR为(8±88)a[74-75],美国南部和东南部沿岸的年龄偏差ΔR为(−32±23)a[76-77]。最后统计95.40%概率在所有校正区间的相对“可能性”。所有年代数据均转化为公元年(Commen Era,CE)以方便进行比较。

      验潮站观测数据来自PSMSL(the Permanent Service for Mean Sea Level,https://www.psmsl.org/)提供的年均海平面数据[78-79]。验潮站的选择主要考虑2个因素,一是观测数据的连续性和时长(尽可能选择>50 a 的连续观测记录),二是处于开展过去海平面重建的区域,并尽可能靠近研究点位。各验潮站潮位数据均以年均值进行比较,以线性回归求出上升率。最终本文选择了北大西洋沿岸19个验潮站的1 350个观测记录(附件:北大西洋沿岸过去2000年海平面数据之验潮站观测记录)。这些验潮站的最早的观察记录始于公元1807年,来自法国的布雷斯特(Brest)验潮站。随着验潮站的增多,观测记录也逐渐增多,并记录了工业革命以来的海平面变化过程。

      本文对已发表的过去2000年海平面数据的选取主要根据以下2个原则,一是时间原则,主要考虑数据的连续性和分辨率,优先选用时间序列较长,且分辨率较高的海平面重建序列,例如,序列长度处于过去2000年,时间分辨率在100 a 以内;二是空间原则,主要考虑数据的来源要尽可能具有代表性,指示较大区域的海平面变化。此外,通过研究区域最近的验潮站观测记录进行对比,来验证重建的海平面曲线的可靠性,并加以选择。例如,来自美国的新泽西州(New Jersey)公元1500年以前重建结果[23]和验潮站观测记录在1993—2020年期间重叠,两者相对比,可以发现重建结果明显低于观测结果,因此这些基于地质记录的海平面数据不予采用。最后,对比区域内已有的海平面数据,分析其差异性的,去掉异常值,选择差异性较小的数据。例如,在加拿大东部新斯科舍(Nova Scotia),海平面重建结果显示在公元1021—1739年期间[15],明显异常于同期周边地区海平面重建结果[27, 80],因此这个时间段的海平面数据不予采用。对于那些局地零散且不连续的记录,考虑到其时空代表性和可靠性,本文并未采用。例如,地中海沿岸大多数地区过去2000年海平面数据零散、差异性较大且分辨率低,本文最后选择以色列凯撒利亚(Casesarea)地区的连续考古记录[34, 81]作为该地区海平面序列的代表。

      整理后被选择的过去2000年海平面数据一共1 604个(附件:北大西洋沿岸过去2000年海平面数据之海平面重建数据),主要来自北大西洋岸的9个国家或地区,研究点位超过40个。根据不同研究点位重建的海平面数据的可得性、所处地理位置的构造背景和经纬度,可以进一步划分为以下7个区域(图1):北大西洋北部的格陵兰岛-冰岛,包括格陵兰岛[30]和冰岛(Iceland)[16, 82];北大西洋东岸的欧洲沿海国家,例如法国布列塔尼(Brittany)[83],西班牙普伦齐亚河口(Plentzia River estuary)和乌尔代白河口(Urdaibai Estuary)[84-85];北海地区,例如,英国怀特岛(Isle of Wight)[31],丹麦瓦登海(Danish Wadden Sea)[35];地中海,例如以色列西部沿海[34, 81]。北大西洋西岸的加拿大东部海岸,例如,加拿大魁北克(Quebec)[86]、纽芬兰(Newfoundland)[15]和新斯科舍(Nova Scotia)[59];北大西洋西岸的美国东部海岸,包括马萨诸塞州(Massachusetts),康涅狄格州(Connecticut)[25, 87],新泽西州(New Jersey)[24],北卡罗莱纳州(North Carolina);北大西洋西岸的美国东南部和东南部,包括东南部的佛罗里达州(Florida)[88]和南部墨西哥湾,例如路易斯安那州密西西比三角洲(The Mississippi Delta, Louisiana)[87]和佛罗里达海湾沿岸(Gulf Coast of Florida)[18]

      这些海平面数据的组成,主要来自盐沼的植被记录[59]、泥炭沉积[88],硅藻[30]、有孔虫[25, 82, 89]、有孔虫和碳同位素记录和有孔虫-植物联合记录[24]等海平面标志物。此外,还包括一些考古记录或证据[81]

    • 对收集到的北大西洋沿岸过去2000年海平面数据进行校正和比较,并通过同区域的验潮站的观测数据对这些数据进行检验和评估,最终可以获得了1 604个海平面数据以及1 350个验潮站观察记录(图2,附件:北大西洋沿岸过去2000年海平面数据)。本文用米(m)作为海平面高程的单位,便于讨论海平面的波动幅度,以毫米每年(mm/a)为单位便于直观反应海平面的波动速率。这些从验潮站和文献中获得的北大西洋沿岸过去2000年海平面数据(分别为1 350和1 604个),构成了北大西洋沿岸过去2000年海平面数据库。图2记录了上述海平面标志物和验潮站数据的年代、高程和误差。总体上,北大西洋沿岸过去2000年相对海平面呈现出波动上升趋势,但不同地区海平面上升高程相差较大。根据不同研究点位重建的海平面数据的可得性、所处地理位置的构造背景和经纬度,下面分区域逐一介绍。

      图  2  北大西洋沿岸7个区域过去2000年海平面变化[15-16, 18, 24-27, 30-31, 34-35, 81-94]

      Figure 2.  Sea-level changes in 7 regions of the North Atlantic coast in the past 2000 years[15-16, 18, 24-27, 30-31, 34-35, 81-94]

    • 盐沼在北大西洋北部格陵兰和冰岛很常见,并为该地区全新世晚期相对海平面重建提供了宝贵的研究材料。例如,冰岛西部沿海地区斯奈山(Snæfellsnes)维奥霍尔米(Vioarholmi)基于盐沼沉积物中的有孔虫重建了该地区过去2000年的海平面历史[16, 82]。而对格陵兰沿海亚西亚特(Aasiaat),西西缪特(Sisimiut)和纳诺塔利克(Nanortalik)的盐沼研究表明[30],从盐沼中收集现代硅藻并从沉积物剖面提取化石硅藻,并通过基于硅藻的转换函数(加权平均回归法和偏最小二乘加权平均回归法),应用典型对应分析方法(CCA),讨论均方根差和相关系数,定量重建了该地区过去700年相对海平面的变化过程。综合这些研究,可以获得北大西洋北部格陵兰岛-冰岛过去2000年海平面序列。该序列一共包括168个地质数据和60个验潮站观测记录。地质记录时间跨度为公元3—2002年,时间分辨率约为16 a,海平面变化幅度介于(−1.50±0.20)~(0.08±0.18)m。数据主要来源于格陵兰沿海亚西亚特(Aasiaat),西西缪特(Sisimiut)和纳诺塔利克(Nanortalik)[30]和冰岛西部沿海地区斯奈山(Snæfellsnes)维奥霍尔米(Vioarholmi)[16, 82]。验潮站数据来源于冰岛雷克雅维克(Reykjavik)验潮站公元1957—2018年的观测数据,其记录的海平面自−0.07 m (公元1958年)到0.16 m(公元2018年)。

      北大西洋北部深水环流在当地形成,向北的北大西洋暖水水团与北极的冷水水团在此区域强烈交汇,形成北大西洋海洋极峰[95]。此区域的海平面变化非常敏感[96]。如图2B所示,公元3—1216年该地区海平面以(0.74±0.20)mm/a的速率从(−1.50±0.20)m持续上升到(−0.60±0.20)m,随后海平面出现巨幅波动,并持续到公元1567年。最后,在过去400年,相对海平面上升约0.60 m,其中约0.2 m发生在20世纪,表现出低幅高频的海平面波动,例如,在公元1620—1650年,公元1780—1850年以及公元1950—2000年均以>(1.70±0.20)mm/a的速率上升,尤其是后两个阶段,其最大速率达到(3.20±0.20)mm/a。根据近5000年格陵兰地区的气候变化记录[97],公元1—1000年时,格陵兰岛及附近区域的温度波动下降,而且在公元1200—1600年时,温度波动比以往更加频繁和剧烈。这与图2B的海平面变化趋势符合。并且在公元1800—1950年,当地温度陡然下降,这可能引起当地海平面以较大速率上升。此外,冰岛雷克雅维克验潮站公元1957—2018年的观测数据显示,以冰岛首都雷克雅维克为代表的冰岛沿岸海平面在波动上升,平均上升速率为(3.10±0.20)mm/a。将该时间段内的雷克雅维克验潮站观测数据与格陵兰岛-冰岛利用海平面标志物重建的海平面变化曲线比较,如图2B所示,两者在过去60年(公元1957—2018年)的时间内,海平面变化趋势基本重叠,具有很好的一致性和同步性。因此,通过以上多个时期的比对与参考,可以说明该地区过去2000年基于有孔虫重建的海平面历史是可靠的。

    • 北海是大西洋东北部边缘海,位于欧洲大陆的西北,即大不列颠岛、斯堪的纳维亚半岛、日德兰半岛和荷比低地之间(图1)。北海西以大不列颠岛和奥克尼群岛为界,北为设得兰群岛,东邻挪威和丹麦,南接德国、荷兰、比利时、法国,西南经多佛尔海峡和英吉利海峡通大西洋(图1)。

      北海过去2000年海平面序列包括地质记录117个以及验潮站观测记录245个。地质记录时间跨度为公元487—2009年,时间分辨率约为13 a,主要来源于北海西部的丹麦最北端的瓦登海(Danish Wadden Sea)潮汐港湾[16, 35]和东部的英国苏格兰(Scotland)西北部(the Loch Laxford和Kyle of Tongue)[89]。验潮站观测记录分别来自丹麦埃斯比约(Esbjerg)验潮站1889—2017年观测记录和英国苏格兰德文波特(Devonport)验潮站公元1962—2021年观测记录以及阿伯丁(Aberdeen I)验潮站公元1962—2021年观测记录。如图2C所示,北海过去2000年海平面变化幅度介于公元487年的(−0.68±0.25)m和公元1987年的(0.32±0.35)m,整体上保持稳定,呈现出水平波动振荡变化。直到公元1889年,海平面以(2.34±0.20)mm/a的速率再次快速上升到公元2021年的0.19 m。总体上,重建结果和验潮站观测记录基本同步,观测记录处于重建结果误差范围之内,表明重建结果可靠。

    • 北大西洋欧洲沿岸过去2000年海平面研究主要集中在英国怀特岛(Isle of Wight)[31]、法国布列塔尼(Brittany)[83],以及西班牙普伦齐亚河口(Plentzia Estuary)和乌尔代白河口(Urdaibai Estuary)[85],且多数是通过盐沼沉积物中的微体古生物进行海平面重建,例如建立有孔虫转换函数,然后进行海平面重建。本文关于北大西洋东岸沿海欧洲过去2000年海平面变化序列(图2D)包括61个地质记录以及265个观测数据。重建的海平面序列时间跨度为公元353—2011年,时间分辨率约为27 a,海平面变化幅度介于(−0.97±0.20)m (公元353年)到0.15 m(公元1987年)。验潮站数据分别来自英国怀特岛朴茨茅斯(Portsmouth)验潮站公元1962—2020年观测记录(变化幅度介于公元1963年的−0.08 m至公元2020年的0.13 m)、法国布列塔尼布雷斯特(Brest)验潮站公元1807—2019年观测记录(变化幅度介于公元1808年的−0.13 m至公元2014年的0.20 m)和西班牙毕尔巴鄂(Bilbao)验潮站公元1993—2018年观测记录(变化幅度介于公元1993年的−0.03 m至公元2014年的0.08 m)。从图2D可以看出,该地区过去2000年海平面变化幅度介于从公元353年的(−0.97±0.20)m到公元2019年的0.19 m。公元353—1720年海平面持续上升,速率达到0.66±0.20 mm/a,然后在公元1720—1783年以(3.02 ±0.20)mm/a的速率,出现短暂的下降,最后以(1.20±0.20)mm/a的速率波动上升了0.40 m,其中,最后百年以(2.05±0.20)mm/a的速率快速上升。重建的海平面序列和验潮站观测记录进行比较,可以发现两者变化趋势基本一致,观测记录处于重建结果误差范围之内,表明重建结果可靠。

    • 地中海是大西洋的附属海,它由北面的欧洲大陆,南面的非洲大陆和东面的亚洲大陆包围着,西面通过直布罗陀海峡与大西洋相连,东西共长约4 000 km,南北最宽处约为1 800 km,面积约为251.2万km2,是世界上最大的陆间海。位于地中海沿岸的国家,包括西班牙、法国、意大利、希腊、以色列、巴勒斯坦、埃及等亚非欧22个国家。考虑到数据的连续性兼顾空间代表性,地中海过去2000年海平面序列的构成主要是来自以色列凯撒利亚(Casesarea)地区的考古记录98个以及特拉维夫市(Tel Aviv)验潮站1996—2009年的观测记录12个(介于−0.06~0.01 m)。以色列凯撒利亚(Casesarea)地区的考古记录重建的海平面序列,时间跨度为公元50—1900年,时间分辨率约为20 a,记录的海平面变化幅度介于−0.49 m(公元1254年的最小值)至0.32 m(公元450年的最大值)[34, 81]图2E)。该地区海平面序列显示该地区海平面以(0.50±0.20)mm/a的速率从公元50年 (Iron Age) 的(−0.03±0.35)m上升到公元450年(0.11±0.35)m,然后以(0.69±0.20)mm/a的速率开始下降到公元1133年的(−0.36±0.35)mm,最后以(0.64±0.20)mm/a的速率缓慢上升到公元2009年的0.02 m。总体上,重建结果和验潮站观测记录重叠,观测记录处于重建结果误差范围之内,两者变化趋势基本同步,表明重建结果可靠。

    • 北大西洋西岸的北美加拿大东部海岸过去2000年海平面序列包括地质记录369个以及验潮站观测记录194个。前者时间跨度为公元17—2014年,时间分辨率约为5 a,主要来自加拿大新斯科舍(Nova Scotia)[15]、纽芬兰(Newfoundland)[27]、马格达伦群岛(Magdalen Islands)[91]和魁北克(Quebec)[86]。验潮站观测记录分别来自新斯科舍哈里法克斯(Halifax)公元1896—2012年的观测记录、纽芬兰圣约翰(St John's Newfoundland)公元1947—2020年的观测记录和奥巴斯克斯港(Port Aux Basques)公元1959—2020年的观测记录。如图2F所示,该地区海平面从公元38年开始以(1.76±0.20)mm/a的速率持续上升到公元601年的−1.26 m,然后以(2.60±0.20)mm/a的速率继续上升了约300 a,直到公元1400年,开始出现了约100 a的短暂下降,之后再次上升,直到公元1950年,海平面以(6.22±0.20)mm/a的速率开始快速上升到现在的0.11 m。而验潮站观测记录也记录了公元1955年以后的海平面快速上升,但是速率为(4.00±0.20)mm/a,略低于重建记录。但是,总体上,重建结果和验潮站观测记录基本同步而且重叠,观测记录处于重建结果误差范围之内,表明重建结果是可靠的。

    • 北大西洋西岸的美国东部海岸过去2000年海平面序列包括地质数据667个以及验潮站数据331个。地质记录重建的海平面曲线,时间跨度为公元11—2010年,时间分辨率约为4 a,主要来自美国东部海岸缅因州(Maine)[92]、康涅狄格州(Connecticut)[25, 94]、纽约(New York)[26]、新泽西州(New Jersey)[94]和北卡罗来纳州(North Carolina)[59, 93]。观测数据分别来自缅因州伊斯波特(Eastport)验潮站公元1930—2020年的观测数据、康涅狄格州新伦敦(New London)公元1939—2017年的观测数据、新泽西州桑迪岬(Sandy Hook)验潮站公元1933—2020年的观测数据和北卡罗来纳州鸭码头(Duck Pier Outside)验潮站公元1985—2020年和蒲福(Beaufort)验潮站公元1973—2020年的数据。如图2G所示,该地区海平面在公元1865年之前以(0.95 ±0.20)mm/a的速率上升,之后以(3.10 ±0.20)mm/a的速率快速上升。验潮站观测数据显示在公元1939—2017年期间,海平面也是以(3.10 ±0.20)mm/a的速率快速上升,且所有观测记录处于重建结果误差范围之内,表明重建结果是可靠的。

    • 北大西洋西岸的北美美国南部和东南部海岸过去2000年海平面序列包括地质数据124个以及验潮站数据243个。前者时间跨度为公元24—2002年,时间分辨率约为16 a,主要来自美国南部墨西哥海岸的路易斯安那州(Louisiana)[88],佛罗里达州(Florida)[18, 24]。验潮站数据243个,分别来易斯安娜州格兰德岛(Grand Isle)公元1947—2020年的观测数据,圣彼得斯堡(St. Petersburg)验潮站公元1947—2020年的观测数据和佛罗里达州费南迪纳比奇(Fernandina Beach)验潮站公元1898—2020年的观测数据。如图2H所示,在公元1866年之前,该地区海平面以(0.40±0.20)mm/a的速率缓慢上升,之后,以(2.24 ±0.20)mm/a的速率快速上升。验潮站观测数据显示在公元1898—2020年期间,海平面也是以(2.55±0.20)mm/a的速率快速上升,且观测记录处于重建结果误差范围之内,表明重建结果是可靠的。

    • 北大西洋沿岸不同地区过去2000年海平面重建结果和就近的验潮站观测到的海平面在重叠时间区间,幅度以及趋势和上升速率相当。这种一致,支持了海平面重建结果的可靠性。如图2所示,北大西洋沿岸过去2000年海平面变化幅度在2.80 m左右,其中最低点出现在美国东部的(−2.47±0.07)m (17CE±67 a),最高点出现在地中海的(0.32±0.35)m(1987CE±3 a)。总体而言,北大西洋沿岸不同地区过去2000年海平面变化基本上都呈现出上升趋势。即便是不同区域,不同代用资料所重建的海平面变化序列也存在一定的相似度。例如,北大西洋沿岸格陵兰岛-冰岛、欧洲沿岸和美国南部东南部过去2000年海平面变化幅度和趋势相似(图3A),北海和地中海过去2000年海平面变化趋势相似(图3B),加拿大东部和美国东部海岸过去2000年海平面变化趋势相似(图3C)。而且,图3在公元700—1000年与公元1400—1800年期间,当地海平面都有短暂下降或海平面上升速率减弱的趋势,这与晚全新世黑暗时期(Dark Age )和小冰期时期(Little Ice Age )的两次快速变冷事件相对应。同时,根据冰岛北部HM107-03 孔[96]所记录的古温度信息,北大西洋北部大约在公元800年夏季表层水温开始下降,与黑暗时期相对应。而在公元1000—1150年时,北大西洋北部表层海水温度明显提升,图3的海平面曲线在对应时期高程逐渐升高,这一段相对温暖湿润的时期可能与中世纪暖期 ( Warm Medieval Period ) 有关。随后,自公元1000—1300年开始,海水温度骤然下降,与小冰期事件相对应,图3的海平面曲线在对应时期高程也有降低。从晚全新世气候事件发生的角度来看,这些重建的海平面变化序列也是可靠的。

      图  3  北大西洋沿岸过去2000年海平面对比

      Figure 3.  Comparison of sea-level in the North Atlantic coast in the past 2000 years

      然而,因为北大西洋沿岸不同区域海平面序列使用的重建方法和重建结果时间分辨率不同,不同区域海平面变化也存在巨大差异。具体体现在海平面变化幅度、波动次数以及时间具有区域差异性。整体上,除了前文提到的3组相似的情况,其他两两对比,都存在明细差异。这些变化既非全球性,也非同时性,即海平面变化曲线在不同时期和不同地区具有差异性,例如,在海平面变化幅度和速率方面,整体上,北大西洋西岸加拿大东部和美国东部海岸过去2000年海平面变化幅度最大,介于(−2.42±0.06)m(17 CE±67 a)和0.14 m(2010 CE,观测资料),海平面上升超过2.50 m,区域海平面上升平均速率为(1.31±0.20)mm/a;其次是北大西洋沿岸格陵兰岛-冰岛、欧洲沿岸和美国南部东南部地区,波动幅度介于(−1.50±0.20)m(3 CE±55 a)和0.42 m(2020 CE,观测资料),海平面上升幅度在1.9 m左右,区域海平面上升平均速率为(0.95±0.20)mm/a;而北海和地中海过去2000年海平面基本保持水平波动振荡变化,变化幅度仅介于(−0.76±0.23)m(578 CE±72 a)和(0.32±0.35)m(1987 CE±3 a),海平面上升幅度约1 m,区域海平面上升平均速率为(0.77±0.20)mm/a。

      此外,虽然北大西洋沿岸过去2000年相对海平面总体上是上升趋势,但是期间并非持续性上升。从图2可以看出,本文对北大西洋划分的7个区域的海平面序列在在年代际上的变化特征不尽相同,但是百年际尺度的波动特征却较为相似。例如,在大约公元1700年以前,差异较大,而最近300年以来海平面高度变化逐渐重叠在一起,区域间波动逐渐减小,一致性较高,并在工业革命以来海平面存在一个快速上升趋势,特别是在公元1900年左右开始呈现出普遍的加速上升。因此我们认为这几个典型海区数据可作为过去2000年以来北半球海平面变化重建序列的校准依据之一。

      当然,具体到北大西洋沿岸7个地区,基于海平面标志物重建结果和验潮站观测记录,对北大西洋沿岸公元1900年以来海平面变化进一步分析,有如下发现:在北大西洋北部和东部海岸,格陵兰岛-冰岛在公元1890—2018年以(2.66±0.20)mm/a的平均速率上升;北海在公元1889—2020年,海平面以(2.34±0.20)mm/a的速率快速上升;欧洲沿岸最近百年以(2.05±0.20)mm/a的速率快速上升;地中海以(0.64±0.20)mm/a的速率缓慢上升。在北大西洋西部海岸,加拿大东部在公元1920—2012年以(3.42±0.20)mm/a的速率开始快速上升,美国东部在公元1865年之后,以(3.10±0.20)mm/a的速率快速上升;美国南部和东南部在公元1866年后以(2.24±0.20)mm/a的速率快速上升。通过以上分析,可以看出北大西洋过去2000年海平面并非均衡上升,这与当前(公元1993—2018年)全球海平面上升速率的平均值((3.20±0.20)mm/a,data source: satellite sea level observations)相比,存在显著差异。此外,通过比较还可以进一步发现,在纬度上,海平面上升速率,也存在明显的差异。例如,依据上述的上升速率,可以发现北大西洋东岸从地中海到格陵兰岛-冰岛,随着纬度增加,海平面上升速率逐渐增加。类似的,北大西洋西岸北美洲东部及南部,随着纬度的增加,海平面上升速率也是依次增加。

      本文汇编北大西洋沿岸过去2000年海平面数据,对了解过去海平面变化的时间和幅度对于理解现代和未来海平面变化至关重要。结合上述提到海平面上升速率,我们可以粗略估算21世纪末,即公元2100年北大西洋沿岸海平面上涨的幅度:在未来80年,格陵兰岛-冰岛地区海平面可能上升0.21 m;北海地区海平面可能上升0.19 m;欧洲沿岸地区海平面可能上升0.16 m;地中海地区海平面可能上升0.05 m。在北大西洋西部海岸,加拿大东部沿海地区海平面可能上升0.27 m,美国东部沿海地区海平面可能上升0.25 m;美国南部和东南部沿海地区海平面可能上升0.21 m。在当今气候变暖背景下,海平面的快速上升已经成为不争的事实,未来海平面持续快速上升,将可能会对北大西洋沿海低洼地区人类生存环境构成重大威胁,并对沿海生境造成破坏性影响,所以,我们必须要敲响警钟。

    • 有研究表明,过去千年海平面变化与温度变化呈正相关[98-99],温度驱动着全球海平面变化[99],并把海平面上升归因于气候变化导致的陆地冰的融化和海水的热膨胀[100-101]。因此,可以用全球气候变化来解释北大西洋沿岸海平面总体趋势是上升。然而,进一步分析可以发现北大西洋沿岸过去2000年相对海平面时空上的变化存在极大的差异性,不同地区以不同速率上升。导致区域差异性的原因很多,其中一个重要的原因可能是受到冰川均衡调整(Glacial isostatic adjustment, GIA)的影响[59]。根据冰川均衡调整的理论,不同地区(比如远场和近场)受到冰川均衡调整的影响有差异,例如,在气候回暖的冰退期,会导致在一个地方海平面可能比另一地方有更大的变化幅度,因为冰融水和其他质量如残留冰盖、海水和地幔岩石质量之间的吸引随地域而变化[102-103]。由于北大西洋沿岸过去2000年的相对海平面重建区域来自或者靠近近场区域,例如格陵兰岛-冰岛,北美,受冰川作用-均衡的陆地移动的影响(因为它们接近于以前的冰盖),所以导致海平面上升速率比远场区域(例如美国南部和东南部,地中海地区)更高。因此,可以解释北大西洋东部和西部沿岸公元1900年以来海平面上升速率的差异性。

      然而,北大西洋沿岸不同地区海平面变化序列之间的差异,例如,在公元1700年以前,以时间的非线性方式减少,这是冰川均衡调整无法解释的。当然,这可能是冰川均衡调整模型的不确定性本身的原因,例如,地球模型参数的选择(特别是岩石圈厚度和地幔黏度结构)和芬诺斯堪底亚(Fennoscandian)冰盖的消冰历史[36, 104]。此外,有研究提出沉积物压实是导致海平面重建结果差异的原因之一[18, 105]。然而,经过经验压实模型进行校正,证实压实作用在美国东部海岸海平面重建结果中的作用是极小的[26]。类似的,还包括古今潮差的差异[94, 101]。于是,结合沉积物动力学和潮差分析,有研究认为不能用沉积物压实、沉积物动力学或潮汐范围的变化来解释,还应考虑大气-海洋动力学的变化的作用[26]。例如,受到美洲陆地轮廓的影响,南赤道暖流会与北赤道暖流汇合进入墨西哥湾和加勒比海域,进而形成强大的墨西哥湾暖流,然后向东延续形成北大西洋暖流。但受北美大陆的阻挡,墨西哥湾暖流的作用会减弱,这可能引起当地的海平面与临近区域相比偏高。而欧洲西部的海岸线总体上与北大西洋暖流相平行,并不会对北大西洋暖流起到很大的阻挡作用,所以沿岸的海平面高程也不会产生较大变化,因此北大西洋东部的海平面上升速率略低于北大西洋西部的海平面上升速率。

      此外,北大西洋沿岸不同区域过去2000年海平面变化序列,是基于不同数据的汇编,数据来源于不同的替代指标(指示意义不同),还有测年和高程方面的误差,以及时间分辨率不同,综合起来,可能也会导致不同区域即便相同时期的相对海平面变化具有显著的区域性差异。

    • 本文汇编了北大西洋沿岸过去2000年海平面数据集,包括1 604个海平面数据以及1 350个验潮站观察记录,主要分布在北大西洋沿岸的9个国家或地区。然而,从空间分辨率上,开展海平面研究的点位,相比漫长的北大西洋海岸线,也只是星零的分布(图1)。其次,在时间分辨率上,北大西洋沿岸不同地区海平面序列存在着明显的差异。例如,如图2所示,北美东部海岸(加拿大和美国)等典型地区代用资料所重建的过去2000年海平面变化的时间序列数据相对较为连续完整,分辨率较高(10~100 a),而个别地区,例如北大西洋欧洲沿岸诸国或格陵兰岛-冰岛等,某些时间段的记录并不完整,甚至缺失,因而这些时间段的记录分辨率较低。对于上述时空分辨率方面的问题,可以通过收集覆盖区域更加广泛和更多来源的资料和高分辨率的重建结果进行补充而加以解决。此外,由于古海面标志物的估算受测年误差、构造抬升和海面标志物沉积地貌部位影响,一些海面标志物所指示的海平面估计可能有较大偏差,这有赖于以后更精确的测年方法和更准确的新构造运动资料来进一步改进。

    • 北大西洋沿岸不同地区过去2000年海平面重建结果和就近的验潮站观测到的海平面在重叠时间区间,幅度以及趋势和上升速率相当。这种一致,支持了海平面重建结果的可靠性。总体而言,北大西洋沿岸不同地区过去2000年海平面变化基本上都呈现出上升趋势。即便是不同区域,不同代用资料所重建的海平面变化序列也存在一定的相似度。例如,北大西洋沿岸格陵兰岛-冰岛、欧洲沿岸和美国南部东南部过去2000年海平面变化幅度和趋势相似(图3A),北海和地中海过去2000年海平面变化趋势相似(图3B),加拿大东部和美国东部海岸过去2000年海平面变化趋势相似(图3C)。而且,图3在公元700—1000年与公元1400—1800年期间,当地海平面都有短暂下降或海平面上升速率减弱的趋势,这与晚全新世黑暗时期和小冰期时期的两次快速变冷事件相对应。而在公元1000—1150年时,北大西洋北部表层海水温度明显提升,图3的海平面曲线在对应时期高程逐渐升高,这一段相对温暖湿润的时期可能与中世纪暖期有关。随后,自公元1000—1300年开始,海水温度骤然下降,与小冰期事件相对应,图3的海平面曲线在对应时期高程也有降低。从晚全新世气候事件发生的角度来看,这些重建的海平面变化序列也是可靠的。

      北大西洋沿岸过去2000年以来海面变化研究以具有较为准确高程和年代的标志物为依据。通过对年代数据及高程的校正、误差分析和验潮站观测记录进行评估,本文对北大西洋沿岸地区已有的过去2000年高分辨率的海平面数据进行了汇编和集成研究,进而建立北大西洋沿岸地区海平面数据库(包括1 604个海平面数据以及1 350个验潮站观察记录)。本文划分的7个区域的海平面序列在公元1700年以前,差异较大,之后海平面高度变化逐渐重叠在一起,并在公元1900年左右开始加速上升,且在纬度上呈现明显的差异。在公元700—1000年,各区域海平面都有短暂下降或海平面上升速率减弱的趋势,而在公元1000—1150年时,各区域海平面高程逐渐升高,具有较好的一致性。此外,以最近百年的上升速率可以估算北大西洋沿岸2100年海平面上幅度介于0.05~0.27 m。在当前全球变暖背景下,海平面呈加速上升趋势,北大西洋沿岸低洼地区可能面临的海平面上升风险进一步加大,因而有必要强化海平面的监测评估和提高预警水平。

      造成北大西洋沿岸不同地区过去2000年海平面差异性,可能是多种因素综合作用的结果,例如,可能受气候冷暖交替、冰川均衡调整、大气-海洋动力学、研究区域的构造以及沿岸地形的变化、钻孔沉积物压实和潮汐范围变化等局部过程等的影响,加上采用不同的海平面标志物(指示意义不同)和测年误差以及时间分辨率不同,综合起来,可能导致不同区域即便相同时期的相对海平面变化具有显著的区域性差异,但仍需进一步研究。

参考文献 (105)
补充材料:

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