高度计观测的全球海平面时空变化特征

1、年月第卷第期地理空间信息，高度计观测的全球海平面时空变化特征王珍珍，钱程程，陈摘戈（中国海洋大学，山东青岛266100）要：利用AVISO数据中心提供的卫星高度计资料，研究了1992年-2008年全球海平面的变化趋势及分布。结果表明，全球海平面以每年2.921mm的速度上升，海平面分布具有季节及区域性差异。关键词：海平面高度；曲线拟合；海平面高度变化趋势中图分类号：P228.41文献标志码:B文章编号:1672-4623(2011)05-0072-02全球海平面变化受到海水质量、海水的密度变化等因素的影响，区域海平面变化还受太阳黑子的活动、地球构造的变化、大冰川期的活动，以及大气压、风、大洋环

2、流、海水密度等与地球、海洋自身有关因素的影响。这些影响因素导致全球海平面的时空特征明显。海平面变化包含了海洋特别是上层海洋水特性的变化信息，近年来海洋灾害越来越频繁，海平面的上升更是加剧了其危害程度，严重地威胁着人类的生存环境，对海平面变化的研究显得尤为重要。们要求所求得的函数通过所有点（xi,yi），则保留了原始数据中所有误差。因此在实际应用中我们并不刻意要求函数y=1数据资料本文选取的海平面高度数据，是由法国AVISO数据中心提供的融合卫星测高数据中的UTD（up-to-date）产品的海平面高度异常数据。该产品是一种源于TOPEX/Poseidon、ERS-1/2、ENVISAT、Jas

3、on-1和GeosatFollow-On等4种同步测高卫星并经过交叉定标的延时数据集，由每周/月周期的沿轨数据生成的1/3°×1/3°Mercator投影下（即在经度和纬度方向上具有相同的分辨率，约为33km乘以纬度的余弦）的网格化海平面高度异常数据。本文选取的时间范围为1992年12月至2008年12月，空间范围为82.00°N82.00°S，0.00°E359.667°E。2研究方法本文采用的是曲线拟合的最小二乘法。在科学实验的统计方法研究中，往往要从一组实验数据(xi,yi)(i=0,1,m)中，寻找自变量x与因变量y

4、之间的函数关系y=F(x)。实验数据往往具有不准确性，数据量大的特点，测试过程中有误差，但这组数据还是基本上能够反映因变量与自变量之间变化的特征。如果我收稿日期：2011-03-28项目来源：国家863计划资助项目（2008AA121701）；国家重点基础研究发展计划资助项目（2009CB723903）。第卷第期王珍珍等：高度计观测的全球海平面时空变化特征73海平面变化速度分布基本相似。除印度洋西北海岸外，海平面升高速度较快的区域海平面的年平均高度较高；反之亦然。印度洋的西北海岸年海平面较低为负值，但年海平面一直呈缓慢上升的状态。图1全球、南北半球年平均海平面变化及趋势3.2全球年平均海平面变

5、化趋势分布虽然全球海平面整体呈上升的趋势，但是从分布上来说并不是所有的区域海平面都升高了，有些地区海平面却呈现降低的现象，如图2所示。海平面减少最明显的区域是里海，每年的降低速度低于-2.4cm。三大洋海平面增减变化各异，太平洋对比最为明显。太平洋地区海平面降低区域位于其东部偏北沿岸，从白令海一直延伸至南美的秘鲁沿岸；海平面增加最快的区域同太平洋暖池的位置相当，呈双核分布，沿赤道对称。Cazenave等和申辉等在分析卫星高度计观测的海平面数据时也发现了此现象。申辉等人认为太平洋海面高度变化速率呈现出的这种东降西升的地域性分布特征是风应力作用的结果，主要原因是西太平洋存在正向的东风距平，东太平洋

6、存在正向的西风距平，西太平洋东风距平的存在将使得太平洋表层海水向西太平洋堆积，导致西太平洋海平面上升；同理，风应力异常在中东太平洋导致海平面下降4-5图3全球年平均海平面变化4.2全球季节平均海平面高度分布由全球季节平均海平面的变化可知（图4），全球海平面年周期显著，季节变化也较明显，在季节尺度上比容和两极海冰消长对于全球海平面变化的作用更明显。除两极周边区域，3月5月与9月11月，6月8月与12月次年2月各个区域海平面值正负相位相反，赤道同南极周边地区海平面的变化比较特殊。太平洋中纬度地区的海平面，受比容影响较重，12月次年5月份北半球中纬度地区海平面较低，6月11月份相反；对于南半球中纬度

7、而言海平面的变化与北半球中纬度地区相反。赤道10N附近的海域季节变化显著。3月5月和9月11月南北两侧海域海平面高度梯度变化较大；6月8月和12月次年2月东西两侧海平面高度相差较大，且相位相反。3月5月10N15N区域海平面较高，5S10N区域海平面呈现东低西高现象；6月8月0N10N区域海平面两头高中间低，10S0N范围东低西高；9月11月区域的海平面变化同3月5月份海平面值正负相位相反；12月次年2月，10S20N区域海平面东低西高。大西洋海平面的变化如同太平洋海域的缩影，各个区域同太平洋区域变化位置上相似。不同于太平洋和大西洋的海平面变化，印度洋海域3月5月份，0S20S海平面较低，其他

8、区域较高；6月8月份孟加拉湾中东部、阿拉伯湾中部、澳大利亚西北部海域海平面高度继续保持在较高值，其他海域海平面降低；至9月11月份，整个阿拉伯海海平面降低；12月次年2月，除阿拉伯海西部区域外其他地域的海平面与9月11月份海平面正负相位相反，高值区域变低，低值区域变高。南极周边，西太平洋120E160E区域四季的海平面都较高；东印度洋与韦德尔海域3月8月海平面较低，9月次年2月海平面较高；其他区域四季海平面高度值较低。（下转第77页）。南极周边海域，不同地区的海平面变化情况也不相同。印度洋西部海域、罗斯海东部海域和别林斯高晋-阿蒙森海海域北边界地区海平面高度有微弱的减少；印度洋东部海域、罗斯海

9、西部海域、韦德尔海、西太平洋海域北边界地区海平面升高趋势明显。图2全球年平均海平面变化速度分布4全球海平面高度分布4.1全球年平均海平面高度分布就全球整体海平面年平均分布（见图3）来看，海平面的分布具有区域差异，其正负相位同全球年平均第卷第期表77而言，平面四参数模型优于三维四参数模型，优先选择平面四参数模型；椭球参数对平面四参数转换结果的影响完全可以忽略不计，对结果产生影响的主要为中央子午线的偏差。通过高斯投影长度变形公式与高斯投影公式得出了近似中央子午线的计算方法，并用实际数据进行了算例验证，结果表明，近似计算得到的中央子午线的偏差为，满足精度要求，采用52个检核点检核了转换精度，结果与直

10、接转换精度相当，由此可见本文的方法可行。参考文献1程鹏飞，成英燕，文汉江，黄洁等.2000国家大地坐标系实用宝典M.北京：测绘出版社，2008年2成英燕，程鹏飞，顾旦生，文汉江.三维4参数模型实现地图到CGCS2000的转换J.武汉大学学报：信息科学版，2010（6）：120-124，128张勇.平面四参数法GPS坐标转换技术的应用分析J.城市勘测，2005（2）：28-30欧朝敏，黄梦龙.地方坐标到2000国家大地坐标转换方法研究J.测绘通报，2010（9）：26-28杨国清，张予东.平面控制网四参数法坐标转换与残差内插J.测绘通报，2010（11）：48-50王解先，邱杨媛.高程误差对七参

11、数转换的影响J.大地测量与地球动力学，2007，27（3）：25-27施一民.现代大地控制测量M.北京：测绘出版社，2008年34567第一作者简介：胡海驹，工程师，主要从事空间地理信息数据生产与国土资源遥感监测的质量检查工作。第 （ 期 卷第 ， ） 3 Key words ， ， ， （ Key words ， ） ， ， （ ） Methods for GPS Satellite Orbits Interpolation Google Earth in the Surveying and Mapping for Water Conservancy and Hydropower Abstr

12、act Abstract by LI Guangzhou by DOU Chunhong Key words Key words （ ） ， ， （ ） Construction of Three-dimensional Geographic Public Information Analysis of the Image Pyramid-based Connection Points Extraxtionby YAO Zhiqing Abstract Service Platform Abstract by DENG Shihu Key words ， ， （ ） Key words ， ，

13、 （ ） GDAL Multi-source Spatialdata Access Middleware by LIU Changming Abstract Temporal and Spatial Characteristics of Global Sea-level Changes Based on the Observation of Altimeter Abstract by WANG Zhenzhen Key words ， ， （ ） Key words （ ） Coordinate Transformation for Large-Scale Topographic Maps with Unknow Spatial Reference System Abstract by HU Haiju Application of SketchUp to Virtual Mountain Modeling by LI Gang Abstract Key words ， ， （ ）