徐天河，穆大鵬，閆昊明，郭金運(yùn)，尹 鵬

1. 山東大學(xué)空間科學(xué)研究院，山東 威海 264209； 2. 中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院，湖北 武漢 430077； 3. 山東科技大學(xué)測(cè)繪與空間信息學(xué)院，山東 青島 266590

海平面變化是全球氣候變化的重要指示器[1-2]。自工業(yè)革命以來(lái)，地表溫度持續(xù)上升，引發(fā)全球冰川消融和海水熱膨脹，最終導(dǎo)致海平面上升[3-5]。重構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，自1900年全球平均海平面上升速率為1.4～1.9 mm/a[6-8]。自1993年，衛(wèi)星測(cè)高觀測(cè)表明全球平均海平面上升速率超過(guò)3 mm/a[9-12]。這意味著，至少最近30年，全球平均海平面上升伴隨著明顯的加速變化，未來(lái)海平面上升速度將會(huì)增大[13-14]。海平面上升直接威脅沿海區(qū)域的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，以及沿海居民的生命與生存空間[15]。由于海平面上升具有顯著的空間分布特征，區(qū)域海平面上升的速率明顯區(qū)別于全球平均值。如在菲律賓海域，最近20年的海平面上升速率超過(guò)10 mm/a[16]，而赤道西太平洋上升速率在2003—2015年為負(fù)值[12]。

認(rèn)識(shí)和理解海平面變化成因不僅具有重要科學(xué)意義，而且對(duì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生實(shí)際價(jià)值[17]。從定量的角度而言，海平面變化成因可以用海平面平衡方程表示[18-19]。對(duì)于全球平均海平面(GMSL)，其主要貢獻(xiàn)成分包括

GMSL=GMSLsteric+GMSLGreenland+GMSLAntarctica+

GMSLglacier+GMSLhydrology+GMSLresidual

(1)

式中，steric表示海水比容變化；Greenland表示格陵蘭島冰蓋消融的貢獻(xiàn)；Antarctica表示南極冰蓋消融的貢獻(xiàn)；glacier表示全球山地冰川消融的貢獻(xiàn)；hydrology表示陸地水儲(chǔ)量變化；residual表示剩余殘差。若上述方程的殘差小于估計(jì)的不確定度，則認(rèn)為海平面平衡方程被閉合，即成因變化被成功解釋[20-21]。

衛(wèi)星大地測(cè)量技術(shù)是認(rèn)識(shí)全球及區(qū)域海平面變化成因的重要觀測(cè)手段[22-24]。20世紀(jì)90年代至今，衛(wèi)星測(cè)高發(fā)展成為監(jiān)測(cè)全球海平面變化的成熟技術(shù)[10-12]；2002年后，隨著重力衛(wèi)星(包括GRACE、GRACE Follow-On等)的成功發(fā)射[25]，利用時(shí)變重力估計(jì)全球海水質(zhì)量變化成為可能[26]。此外，21世紀(jì)初Argo浮標(biāo)計(jì)劃的實(shí)施[27]，能夠允許測(cè)量全球上層海洋(2000 m深度)的溫度和鹽度變化，特別是在2005年后Argo浮標(biāo)數(shù)目能夠覆蓋全球主要海洋區(qū)域?？梢?jiàn)，衛(wèi)星測(cè)高、衛(wèi)星重力及Argo浮標(biāo)為研究海平面上升的成因提供了觀測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[28-32]。

海平面變化的主要貢獻(xiàn)源隨研究時(shí)間尺度的不同而產(chǎn)生顯著差別。例如，在天、小時(shí)及更短的時(shí)間尺度上，潮汐、風(fēng)場(chǎng)、波、渦等因素會(huì)調(diào)節(jié)海平面高度變化[33]。本文的時(shí)間尺度是年際變化，即時(shí)間采樣以月平均值為主，總跨度一般為幾十年，但不超過(guò)100年。

在年際尺度上，調(diào)節(jié)海平面變化的主要因素有[4,34]：①海水質(zhì)量變化；②海水溫鹽變化引起的海水密度變化；③地殼垂直運(yùn)動(dòng)。另外，海平面會(huì)對(duì)大氣質(zhì)量負(fù)荷做出靜態(tài)均衡響應(yīng)[35]，盡管該響應(yīng)不影響全球平均海平面變化，但會(huì)影響區(qū)域海平面變化。由于在衛(wèi)星測(cè)高和時(shí)變重力觀測(cè)中對(duì)大氣負(fù)荷和地殼垂直運(yùn)動(dòng)已經(jīng)作了改正，因此本文不再闡述這兩種變化的影響，而是重點(diǎn)對(duì)①和②兩種因素展開(kāi)綜述，其中海水質(zhì)量變化主要包含式(1)的各個(gè)成分變化。

本文首先系統(tǒng)總結(jié)了近20年海平面變化成因的研究成果，然后重點(diǎn)分析了海水質(zhì)量變化成因，即不同陸地質(zhì)量變化成分對(duì)海平面變化的貢獻(xiàn)，最后在此基礎(chǔ)上闡述海平面變化成因研究面臨的一些新挑戰(zhàn)。

1 全球平均海平面上升成因

盡管衛(wèi)星測(cè)高可以提供1993年以來(lái)的海平面變化，但是重力衛(wèi)星是自2002年觀測(cè)地球重力場(chǎng)變化的。因此，使用觀測(cè)數(shù)據(jù)研究海平面變化成因一般只能針對(duì)2002年以后的時(shí)間段；此外，由于Argo浮標(biāo)的數(shù)目在2005年之前相對(duì)較少[27]，很多研究的時(shí)間段是從2005年開(kāi)始的(表1)。本文對(duì)2005—2015年海平面上升成因的研究成果進(jìn)行了總結(jié)，雖然部分研究的時(shí)間段從2002或2003年開(kāi)始，但并不影響成因分析的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

由表1可知，2005—2015年期間，衛(wèi)星測(cè)高確定的全球平均海平面上升速率略高于3 mm/a，該全球平均值的覆蓋范圍是南北緯65°以內(nèi)的海域，不包括高緯度海域(如北冰洋)。時(shí)變重力估計(jì)的海水質(zhì)量貢獻(xiàn)為2 mm/a左右。最近的研究表明，在計(jì)算全球海洋區(qū)域的平均質(zhì)量變化時(shí)，無(wú)須使用傳統(tǒng)的濾波技術(shù)，將近海300 km海域屏蔽后進(jìn)行緯度加權(quán)，即可得到可靠的全球平均時(shí)間序列[49]。Argo浮標(biāo)確定的比容海平面上升約為1 mm/a；需要注意的是，2010年之前，比容海平面的線性速率一般小于0.9 mm/a；但是研究時(shí)間段延伸至2013年之后，比容速率明顯超過(guò)1 mm/a，這暗示著最近比容海平面在加速上升[31]。

表1 全球平均海平面上升成因

除總體上升趨勢(shì)外，海平面變化還伴隨著明顯的年際變化與低頻變化。例如，2011年拉尼娜事件造成全球平均海平面下降最大值范圍為5～8 mm[50-51]，且整個(gè)下降和回升過(guò)程持續(xù)時(shí)間超過(guò)半年，對(duì)全球氣候和經(jīng)濟(jì)造成深刻影響。圖1為全球平均海平面變化時(shí)間序列，其中季節(jié)變化被移除，并作3點(diǎn)滑動(dòng)平均。圖1中藍(lán)色表示衛(wèi)星測(cè)高(AVISO)，橘黃色表示海水質(zhì)量(GRACE)，綠色表示比容變化(Argo數(shù)據(jù)是日本JAMSTEC發(fā)布的產(chǎn)品)，紅色表示質(zhì)量與比容之和(SUM)。進(jìn)一步分析顯示，減少的大部分海水以降水的形式遷移至澳大利亞[52]。這證明氣候變化特別是強(qiáng)氣候振蕩對(duì)海平面年際變化具有重要影響[53]，尤其是對(duì)地表質(zhì)量遷移再分布具有重要調(diào)節(jié)作用[36]?？紤]到未來(lái)增溫情況下極端氣候事件的頻率將更加頻繁[54]，因此持續(xù)監(jiān)測(cè)海平面上升成因尤為重要。

圖1 全球平均海平面變化時(shí)間序列

全球平均海平面上升速率在2015年之后出現(xiàn)了快速上升的趨勢(shì)。例如，把研究時(shí)間段由2005—2015年擴(kuò)大至2005—2016年，衛(wèi)星測(cè)高的平均速率增加量就超過(guò)了0.5 mm/a(表1)。這主要與2015年的強(qiáng)厄爾尼諾事件有關(guān)，該事件引起了全球平均海平面快速上升。研究顯示，2005—2015年的海平面上升加速與海水質(zhì)量增加、海水熱膨脹均有關(guān)系[31]。

盡管當(dāng)前對(duì)海水質(zhì)量速率不確定度的估計(jì)超過(guò)了0.3 mm/a，該估計(jì)主要是考慮一些可能的系統(tǒng)偏差，如冰川均衡調(diào)整的影響。實(shí)際上，不同機(jī)構(gòu)發(fā)布的時(shí)變重力產(chǎn)品之間的差異較小，一般在0.1 mm/a以下。圖2為質(zhì)量與比容海平面變化，其中JAM的發(fā)布機(jī)構(gòu)為JAMSTEC，EN4的發(fā)布機(jī)構(gòu)為Met Office，BOA由中國(guó)自然資源部第二海洋研究所研制。最近研究表明，僅冰川均衡調(diào)整改正的不確定度就超過(guò)了0.3 mm/a[32]，此外時(shí)變重力的低階項(xiàng)也存在較大不確定度，如一階項(xiàng)的不確定度為0.2 mm/a[55]。由圖2可以看出，2005年之后Argo浮標(biāo)的數(shù)目基本能夠覆蓋全球主要海域，數(shù)據(jù)質(zhì)量得到極大改善，盡管不同數(shù)據(jù)產(chǎn)品之間仍然存在明顯的年際變化差異，但整體的上升趨勢(shì)差異較??；但在2005年之前，不同Argo產(chǎn)品之間的差異較為顯著。

SHCs為球諧系數(shù)產(chǎn)品；mascon為約束解

研究結(jié)果顯示，不僅觀測(cè)系統(tǒng)的速率估計(jì)相差較小，而且時(shí)間序列變化也十分吻合(圖1)，因此2002—2015年的全球平均海平面上升成因被成功揭示?？紤]到海水質(zhì)量變化的貢獻(xiàn)幾乎全部來(lái)自陸地，分析不同陸地區(qū)域的質(zhì)量變化可進(jìn)一步增進(jìn)對(duì)海平面上升成因的理解。

2 陸地質(zhì)量遷移的貢獻(xiàn)

陸地質(zhì)量遷移主要包括3個(gè)成分：極地冰蓋消融、山地冰川變化、陸地水文變化。在長(zhǎng)期趨勢(shì)方面，極地冰蓋消融和山地冰川變化是海平面上升的最主要原因[56-58]；在年際變化尺度上，陸地水文變化的貢獻(xiàn)則影響更大[36,53]。

極地冰蓋指的是南極冰蓋和格陵蘭島冰蓋。兩個(gè)冰蓋容納的總質(zhì)量足以讓全球平均海平面上升約60 m[59-61]。當(dāng)前，冰蓋消融具有高度的空間差異，如格陵蘭島冰蓋消融主要集中在靠近海岸的邊緣地區(qū)，特別是高程在2000 m以下的冰川[62]；格陵蘭島內(nèi)部冰蓋消融較小，甚至有一定增加的趨勢(shì)[63-64]。類似的情況也發(fā)生在南極，盡管其冰蓋面積宏大，但冰蓋消融或增長(zhǎng)主要發(fā)生在沿海邊緣地區(qū)，如最顯著的消融位于西南極的阿蒙森海灣[65]；而在東南極沿海地區(qū)有質(zhì)量增加的趨勢(shì)。極地冰蓋消融的主要原因與表面物質(zhì)平衡過(guò)程有關(guān)[66]，即由增溫引起的徑流增加[67-68]。

基于時(shí)變重力數(shù)據(jù)，不同反演方法獲取的格陵蘭島冰蓋消融速率有所差異(表2)。較小的結(jié)果約為160 Gt/a，而較大的估計(jì)約為280 Gt/a(每370 Gt的質(zhì)量消融引起1 mm的等效海平面上升)。文獻(xiàn)[79,80,82]建立了獨(dú)特的反演框架，如依賴于冰川位置的質(zhì)量集中方法。文獻(xiàn)[77]聯(lián)合使用GNSS數(shù)據(jù)反演地表質(zhì)量遷移。文獻(xiàn)[16,48]使用海平面變化指紋作反演等。文獻(xiàn)[62]將格陵蘭島劃分為不同的流域，反演其質(zhì)量變化。由于格陵蘭島的地理位置相對(duì)獨(dú)立，其他陸地區(qū)域質(zhì)量變化對(duì)其信號(hào)泄漏的影響較小[63]，格陵蘭島質(zhì)量變化外泄漏的影響主要體現(xiàn)在空間模態(tài)方面。使用球諧系數(shù)計(jì)算格陵蘭島的質(zhì)量變化，不使用濾波技術(shù)，但把其海岸線向海洋延伸300 km，得到的總體質(zhì)量變化與很多結(jié)果相一致，約為270 Gt/a[36]。延伸300 km的作用是涵蓋泄漏進(jìn)入海洋的信號(hào)[86]。由于時(shí)變重力的空間分辨率較低，其反演的質(zhì)量變化空間模態(tài)與真實(shí)的地表質(zhì)量相差較大，即使與衛(wèi)星激光測(cè)高的結(jié)果也有較大出入[87]。

基于時(shí)變重力反演南極冰蓋消融的結(jié)果差異較大。從方法論角度而言，研究格陵蘭島質(zhì)量變化的技術(shù)方法可以直接應(yīng)用于南極地區(qū)。事實(shí)上，很多研究是采用同樣反演框架，同時(shí)給出對(duì)南極和格陵蘭島冰蓋消融的變化(表2)。與格陵蘭島不同的是，冰川均衡調(diào)整改正對(duì)南極冰蓋消融估計(jì)的影響十分顯著。從改正量而言，較大的冰川均衡調(diào)整超過(guò)了150 Gt/a，而較小的改正僅為60 Gt/a左右，即不同模型輸出的冰川均衡調(diào)整改正差異顯著[88-90]。引起冰川均衡調(diào)整模型差異的主要原因有兩點(diǎn)：一是模型對(duì)南極地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)假設(shè)不同，一是對(duì)南極地區(qū)古冰蓋消融(主要是末次盛冰期以來(lái))歷史的約束存在顯著差異[88]。南極地區(qū)冰蓋面積雖然巨大，但冰川消融(或增加)的主要變化發(fā)生在沿海局部地區(qū)，如西南極的阿蒙森海灣地區(qū)是南極冰蓋消融最顯著的區(qū)域，而東南極的毛德皇后地甚至經(jīng)歷質(zhì)量增加的變化[85]。

表2 陸地質(zhì)量變化對(duì)海平面上升的貢獻(xiàn)

山地冰川消融(即除南極和格陵蘭島以外的陸地冰川)對(duì)海平面上升同樣有重要貢獻(xiàn)。時(shí)變重力的估計(jì)顯示，全球山地冰川消融量極大，有的估計(jì)結(jié)果幾乎等于格陵蘭島的冰川消融[84]。山地冰川的消融變化主要發(fā)生在阿拉斯加和加拿大北極群島[84]，兩者的消融貢獻(xiàn)幾乎占據(jù)了全部冰川消融的一半。表2給出了阿拉斯加和高亞洲冰川消融的部分估計(jì)結(jié)果。在阿拉斯加地區(qū)，較小的估計(jì)結(jié)果為35 Gt/a左右，較大的結(jié)果約為70 Gt/a。盡管研究時(shí)間段會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響(因?yàn)楸ㄏ跁?huì)伴隨加速度)，但對(duì)信號(hào)泄漏的改正策略不同也引起一定差異。不同反演方法引起的差異在高亞洲更為顯著，如文獻(xiàn)[79]估計(jì)的結(jié)果僅為-4 Gt/a，而文獻(xiàn)[76]估計(jì)的結(jié)果為47 Gt/a，兩者之間存在10倍差異。這可能是由于文獻(xiàn)[79]采用球諧展開(kāi)技術(shù)對(duì)局部不規(guī)則冰川反演產(chǎn)生了較大不確定度，同時(shí)采用模型扣除非冰川變化信號(hào)(主要是陸地水文)。由于水文模型對(duì)趨勢(shì)的估計(jì)不準(zhǔn)確[91]，因此，這也可能是造成結(jié)果差異的原因。

陸地水文對(duì)海平面上升的貢獻(xiàn)小于冰蓋和冰川消融(表2)，且不同估計(jì)得到的陸地水文長(zhǎng)期趨勢(shì)變化有所差異。這些差異的原因與采用的反演方法有一定關(guān)系。如文獻(xiàn)[74]認(rèn)為陸地水文在2002—2015年的趨勢(shì)變化為正值，即通過(guò)吸收部分海水質(zhì)量緩和海平面上升(-0.33±0.20)；文獻(xiàn)[38]通過(guò)迭代模型方法恢復(fù)的陸地水文變化呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，即對(duì)海平面上升具有正貢獻(xiàn)(0.07±0.13)；估計(jì)為正貢獻(xiàn)的結(jié)果還有文獻(xiàn)[19]和文獻(xiàn)[48]。不同的反演方法得到的結(jié)果差異較大，很大程度上是因?yàn)槿蜿懙孛娣e廣袤，而很多信號(hào)變化振幅較弱，加之時(shí)變重力空間分辨率較低，無(wú)法準(zhǔn)確反映細(xì)節(jié)變化。

3 面臨的挑戰(zhàn)

全球平均海平面上升成因分析研究取得了較大成就，但仍然存在一些挑戰(zhàn)，引起這些挑戰(zhàn)的主要原因與時(shí)變重力的分辨率有一定關(guān)系。

3.1 局部變化成因

局部海平面變化成因分析仍然面臨較大不確定度。本文將局部尺度定義為300 km以下的空間范圍。導(dǎo)致局部海平面變化成因分析困難的主要原因與時(shí)變重力的空間分辨率和Argo浮標(biāo)的有效空間采樣有關(guān)。通常認(rèn)為時(shí)變重力的空間分辨率大約為300 km[34]，但實(shí)際上由于高階噪聲和條帶誤差的影響，時(shí)變重力的有效分辨率難以達(dá)到300 km[29]，由于海洋質(zhì)量變化的信號(hào)較弱，其空間分辨率更是低于300 km。特別是在海陸交界處，陸地質(zhì)量信號(hào)高于海洋質(zhì)量信號(hào)，導(dǎo)致陸地質(zhì)量向海洋區(qū)域擴(kuò)散延伸，形成所謂的泄漏誤差[34,86]，特別是在格陵蘭島、阿拉斯加及南極海岸等區(qū)域，泄漏誤差十分明顯[39]。鑒于此，一般認(rèn)為時(shí)變重力恢復(fù)的近海海水質(zhì)量趨勢(shì)不準(zhǔn)確，往往將近海300 km內(nèi)的海水質(zhì)量變化屏蔽[36,41,49]。因此，本文提及的全球尺度的海平面上升成因，其海水質(zhì)量變化不包含近海300 km內(nèi)的信號(hào)。

盡管多數(shù)Argo數(shù)據(jù)產(chǎn)品為1°×1°均勻網(wǎng)格，但有效分辨率低于1°。從線性趨勢(shì)的空間特征而言，Argo的趨勢(shì)與衛(wèi)星測(cè)高的趨勢(shì)十分類似(圖3)，從定性的角度而言，幾乎捕捉了海平面上升的主要變化，如赤道太平洋區(qū)域的正負(fù)趨勢(shì)，以及大西洋和印度洋的趨勢(shì)。圖3(d)中趨勢(shì)殘差為衛(wèi)星測(cè)高計(jì)算出的趨勢(shì)項(xiàng)減去海水質(zhì)量變化引起的趨勢(shì)項(xiàng)，再減去海水比容變化引起的趨勢(shì)項(xiàng)。然而，如果將衛(wèi)星測(cè)高和時(shí)變重力產(chǎn)品均轉(zhuǎn)換至1°×1°網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的趨勢(shì)殘差仍然十分明顯。就Argo產(chǎn)品而言，浮標(biāo)觀測(cè)稀疏程度存在空間差異，直接制約產(chǎn)品的精度。此外，研制Argo產(chǎn)品的方法也會(huì)影響數(shù)據(jù)精度，這由全球平均序列的差異可以推測(cè)(圖2(b))。

圖3 海平面上升趨勢(shì)(2003—2015年)

實(shí)際上，不僅局部海平面上升成因分析具有較大不確定性，即便是在大洋尺度上，海平面上升的長(zhǎng)期趨勢(shì)也無(wú)法完全解釋，尤其是印度洋，其海平面上升成因仍有超過(guò)1 mm/a的趨勢(shì)無(wú)法被時(shí)變重力和Argo浮標(biāo)解釋[41]。

鑒于直接估計(jì)區(qū)域或局部海水空間分布有很大困難，有研究使用海平面指紋研究區(qū)域海平面變化成因[92]。從海平面指紋獲取的海水質(zhì)量變化空間分布主要是基于負(fù)荷理論和自吸引效應(yīng)，計(jì)算陸地冰川和水文變化引起的海洋空間響應(yīng)。如文獻(xiàn)[16]基于海平面指紋建立了反演框架，能夠得出空間任意位置處的海平面變化成因。該方法獲得的結(jié)果仍有一部分殘差無(wú)法被質(zhì)量變化和比容變化解釋。因此，該方法也存在一定挑戰(zhàn)。

3.2 2016年后成因

圖4為全球平均海平面上升趨勢(shì)，黑色線表示衛(wèi)星測(cè)高(AVISO產(chǎn)品)，紅色線表示海水質(zhì)量與海水熱容之和(SUM)，可以看到兩者在2016年后差異變大。海平面上升成因在2016年后面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因?yàn)楹Ｆ矫嫫胶夥匠痰拈]合差明顯增大，由2005—2015年的0.2～0.3 mm/a增加至1.2 mm/a[42]。觀測(cè)結(jié)果顯示，2016年之后衛(wèi)星測(cè)高觀測(cè)的GMSL速率繼續(xù)增加，并保持加速度，海水熱膨脹的速率也高于2016年之前，但海水質(zhì)量增加的速率卻顯著下降，這是引發(fā)閉合差增大的直接原因。2016年之后增大的閉合差與觀測(cè)系統(tǒng)的部分重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)存在巧合。

圖4 全球平均海平面上升趨勢(shì)

2016年前后，衛(wèi)星測(cè)高任務(wù)由Jason-2切換至Jason-3，理論上可能是由于衛(wèi)星測(cè)高出現(xiàn)了較大的系統(tǒng)偏差，造成閉合差增大。然而Jason-3的線性漂移與之前的衛(wèi)星測(cè)高任務(wù)基本一致，在0.4 mm/a左右[93]，并不能解釋增大的閉合差。Argo浮標(biāo)觀測(cè)系統(tǒng)在2016年前后出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的系統(tǒng)誤差[94]，主要是部分浮標(biāo)對(duì)鹽度采樣偏差較大，甚至影響全球平均比容海平面趨勢(shì)。然而，鑒于在全球尺度上海水比容變化來(lái)自鹽度的貢獻(xiàn)較小[1]，主要是由海水熱膨脹引起的，因此在估計(jì)全球比容趨勢(shì)時(shí)，可以只考慮溫度變化的貢獻(xiàn)，這在一定程度上可以縮小海平面平衡方程的閉合差，但仍不能將其降低至2005—2015年的水平。

衛(wèi)星重力觀測(cè)在2016年前后也經(jīng)歷了不同尋常的變化，如為節(jié)省電池能量，地面控制組將GRACE其中一顆衛(wèi)星的加速度計(jì)關(guān)閉，以保障電池能量能夠發(fā)射微波測(cè)距[85]。在GRACE-FO發(fā)射成功后不久，其中一顆衛(wèi)星的加速度計(jì)出現(xiàn)故障[56]。因此重力衛(wèi)星在2016年之后實(shí)際上只有一顆衛(wèi)星加速度計(jì)在工作。在數(shù)據(jù)處理層面，研究機(jī)構(gòu)采用數(shù)據(jù)移植策略得到模擬的加速計(jì)觀測(cè)值，用于構(gòu)建時(shí)變重力場(chǎng)模型[85]。在南極和格陵蘭島，時(shí)變重力在2016年之后觀測(cè)的結(jié)果與模型輸出較一致，因此有研究認(rèn)為，單加速度計(jì)運(yùn)行期間時(shí)變重力觀測(cè)的精度并沒(méi)有降低[85]。當(dāng)然也有研究認(rèn)為，由于南極和格陵蘭島的冰川消融巨大，并不足以證明時(shí)變重力觀測(cè)精度在2016年后保持不變[42]。

冰川均衡調(diào)整改正可能在一定程度上減小2016年后的閉合差。不過(guò)需要強(qiáng)調(diào)的是，在幾十年的時(shí)間尺度上，冰川均衡調(diào)整是一種線性變化，不會(huì)在2016年前后出現(xiàn)速率不一致。采用較大的冰川均衡調(diào)整改正值在降低2016年之后閉合差的同時(shí)，也可能會(huì)增加2005—2015年的閉合差。理論上當(dāng)前沒(méi)有足夠的證據(jù)支持采用較大的冰川均衡調(diào)整改正。不過(guò)由于冰川均衡調(diào)整表征著長(zhǎng)期趨勢(shì)變化[88-90]，觀測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)間序列越長(zhǎng)越有利于對(duì)冰川均衡調(diào)整的約束，在更長(zhǎng)的時(shí)間尺度上，選取適宜的冰川均衡調(diào)整改正降低閉合差具有一定合理性。

4 總結(jié)與展望

海平面變化綜合反映了地表水文循環(huán)的多種變化，從陸地水文、山地冰川、極地冰蓋到地下水抽取[95]。衛(wèi)星測(cè)高可以直接量化海平面總體變化，而Argo浮標(biāo)和時(shí)變重力為研究海平面變化成因提供了獨(dú)立觀測(cè)數(shù)據(jù)。此外，時(shí)變重力通過(guò)估計(jì)陸地質(zhì)量變化，進(jìn)一步揭示了海水質(zhì)量變化的成因，表明氣候增溫引起的冰川和冰蓋消融是海平面上升的主要原因[1,18]。這些研究結(jié)果不僅可以豐富對(duì)當(dāng)前海平面上升的認(rèn)識(shí)，還可以有效約束對(duì)未來(lái)海平面上升的預(yù)測(cè)，如利用當(dāng)前的Argo浮標(biāo)約束模型對(duì)熱容海平面的輸出可以縮小預(yù)測(cè)的不確定度[96]。

盡管衛(wèi)星重力測(cè)量取得了重大成就，但未來(lái)幾年海平面變化成因研究仍面臨較大挑戰(zhàn)。海平面平衡方程的閉合差在2016年明顯增大[42]，這是因?yàn)樾l(wèi)星測(cè)高觀測(cè)的海平面和Argo浮標(biāo)觀測(cè)的熱容變化雖然繼續(xù)保持上升，且速率大于2016年之前，但時(shí)變重力估計(jì)的海水質(zhì)量卻明顯下降。

顯然，直接估計(jì)海水質(zhì)量變化無(wú)法閉合全球平均海平面平衡方程，一種可行的方案是通過(guò)建立和發(fā)展有效的技術(shù)方法，改善陸地質(zhì)量變化，縮小閉合差，如在全球陸地冰川區(qū)域，聯(lián)合激光衛(wèi)星觀測(cè)確定冰川消融。吸收GNSS垂直位移有望提高區(qū)域陸地水儲(chǔ)量信號(hào)變化，甚至是全球估計(jì)[97-101]；使用這些獨(dú)立觀測(cè)也有助于驗(yàn)證時(shí)變重力是否低估了2016年以后的陸地質(zhì)量變化。區(qū)域海平面變化成因研究則可以借助海洋模型，如使用海洋模式(未同化Argo觀測(cè))的鹽度輸出校正Argo的鹽度偏差；由于海洋模式的洋底壓力長(zhǎng)期趨勢(shì)變化存在較大偏差，可以通過(guò)對(duì)比模型和時(shí)變重力的年際變化，嘗試校正時(shí)變重力的長(zhǎng)期趨勢(shì)變化?？傮w上，僅使用衛(wèi)星測(cè)高、衛(wèi)星重力、Argo浮標(biāo)已經(jīng)難以完全揭示2016年之后的海平面變化成因，無(wú)論是全球還是區(qū)域尺度上的成因分析都需要模型輸出和其他觀測(cè)的輔助。