海平面

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大地水準面的三度空間想像圖,使用重力單位

海平面(英語:Sea level)是地球單一或多個海洋表面的平均水平,由此可以測量諸如海拔等高度。平均海平面(MSL)是一種垂直基準,一個標準化的大地測量參考點。例如製圖航海中的海圖基準面,或是航空中測量標準海平面的大氣壓力,以便校準飛機的飛行高度。一個常見且簡單的意思,海平面標準是特定位置的平均低潮和平均高潮之間的中點[1]

由於牽涉到一些複雜且困難的測量,使得精確確定海平面成為一個困難的工作。測量海平面的儀器叫做驗潮儀英語Tide gauge,一般微風所導致的海面的波浪可以通過平均的方法消除掉,潮汐所導致的海平面的升高和跌落也可以通過長時間的觀測後取平均值的方法消除掉。海平面的測量總是相對於陸地的測量,因此海平面的變化可以是真正地由於海面的變化導致的,也可以是由於陸地的變化導致的。海平面在地質年代上已經有很大的變化。 仔細測量平均海平面的變化可以深入了解持續的氣候變化,海平面上升廣泛被引用為全球變暖的證據[2]

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

測量時的困難[編輯]

在測量一個離地面比較遠的地方的海平面時專家使用一個稱為大地水準面的「水平」的參考表面,測量的是海平面與這個大地水準面之間的高度差。假如沒有外力的作用,海平面應該與大地水準面一致,它相當於與地球萬有引力的一個等勢面。事實上由於海流、氣壓變化、溫度和鹽度的變化等等會導致海平面與大地水準面不等。即使長時間的平均值兩者也不相同。這個長期的、地區性的差異被稱為海面地形,其數值可以達±2米。

傳統上在測量海計算海水面的平均位置時要考慮到228個月的默冬章和約18.6年(223個月)的食周對潮汐的影響。海平面在地球表面不是到處都一樣的,比如巴拿馬運河太平洋側的海平面比大西洋側的海平面高20厘米。

儘管有這些困難,使用儀表飛行規則飛行的飛行員必須有精確的和可靠的飛行高度以及機場高度的數據。尤其在引力反常的地區在航空母艦上降落這個問題會非常嚴重。為了克服計算上的困難飛行員使用廣域差分系統所定義的參考橢球,而不使用大地水準面來定義海平面高度。而且全球定位系統也適用這個參考橢球。

陸地與海平面之間的變化可以有多種原因,海面升降一般是由於氣候變化造成的,均衡補償的變化是由於板塊作用等導致的,而不是因為海水總量的變化導致的。冰川期末冰川的融化導致的海平面的變化是海面升降最典型的例子。通過對地質穩定的海岸地帶的沉積的考察古氣象學家可以測定過去的海平面的位置。火山島的升降是非常典型的均衡補償的海平面變化。隨着火山岩的冷卻這些島嶼開始下降。

在沒有液體海洋的行星表面行星學家往往計算一個「平均」高度。這個平均高度有時也被稱為「海平面」,它用來作為測量行星表面各個地點的高度的參考面。

海平面的變化[編輯]

地質歷史上的變化[編輯]

隨地理時期的變化,海平面不斷變化。今天的海平面幾乎是所有地質時期裏最低的。在最近一次冰川期中(其頂點約為兩萬年前),由於蒸發的海水在北半球的冰雪中堆積,當時的平均海平面比今天低130米。大多數冰川在一萬年前融化,但至今為止小冰川依然在融化。在地球歷史上類似的冰川周期已經發生過數百次了。

短期和周期性的變化[編輯]

有許多因素可以產生短期(幾分鐘到14個月)的海平面變化。

潮汐的時間分佈。
週期性海平面變化
晝夜和半日的天文潮 週期 12–24 小時 0.2–10+ 公尺
長週期潮    
旋轉變化 (錢德勒擺動 週期 14 月
氣象和海洋變動
大氣壓力 小時 – 月 −0.7 – 1.3 公尺
風暴潮 1–5 天 可達 5 公尺
蒸發降水 (也可能跟長期模式有關) 天 – 週  
海洋表面變化 (海水密度洋流的改變) 天 – 週 可達 1 公尺
聖嬰現象/南方振盪 6 月(每5–10年) 可達 0.6 公尺
季節性變化
大洋(大西洋太平洋印度洋)間水平衡的季節性變化    
水面坡度的季節性變化    
河川徑流/ 洪水 2 月 1 公尺
海水分密度季節性變化 (溫度和鹽度 6 月 0.2 公尺
假潮
假潮駐波 分–小時 可達 2 公尺
地震
海嘯 (產生災難性的長周期波) 小時 可達 10 公尺
地滑 分鐘 可達 10 公尺

現今的變化[編輯]

至少在過去的100年中,海平面平均每年增長約1.8毫米[3] 。這種上升主要來自海洋溫度升高所導致表層(約500公尺深)海水的輕微熱膨脹。另外四分之一,則是來自陸地上的水源,如融雪和冰川,還有人類超抽地下水等等[4]

各地區域的測定[編輯]

近來有海平面上升的趨勢。據測定,近年來中華人民共和國沿海海平面平均上升速率為2.5毫米/年,略高於全球海平面上升速率。

海平面在地理測量中經常作為高度的標準,例如中華人民共和國海拔高度採用青島港驗潮站的長期觀測資料推算出的黃海平均海面作為零點。

參見[編輯]

參考資料[編輯]

  1. ^ What is "Mean Sea Level"? (Proudman Oceanographic Laboratory).
  2. ^ Solomon et al., Technical Summary, Section 3.4 Consistency Among Observations 頁面存檔備份,存於互聯網檔案館 in IPCC AR4 WG1 2007; Hegerl et al., Executive summary, Section 1.3: Consistency of changes in physical and biological systems with warming 頁面存檔備份,存於互聯網檔案館 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], (原始內容 (PDF)存檔於2017-05-13) 

外部連結[編輯]