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第四章 海平面变化

第四章 海平面变化. 1 、海平面的概念 2 、海平面变化的基本特征 3 、现代海平面变化 4 、第四纪海平面变化和古气候 5 、海平面变化的原因和后果. 海平面的概念. 验潮站的资料显示现代海水表面的高度瞬息变化；海平面只是某一时间内的平均海平面。 地球表面同一时间内不同地方的海面是不等高的。测量学上把某些地方某一时间内海水面的平均高度作为高程起算点；地球物理上平均海平面被近似地作为地球表面的作用等势面，即 大地水准面 。 现代海平面即海拔高度的起点，由验潮站以每小时的潮位记录，长期平均值得来，作为测量地区高程系统的基准面。

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第四章 海平面变化

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  1. 第四章 海平面变化 1、海平面的概念 2、海平面变化的基本特征 3、现代海平面变化 4、第四纪海平面变化和古气候 5、海平面变化的原因和后果

  2. 海平面的概念 • 验潮站的资料显示现代海水表面的高度瞬息变化；海平面只是某一时间内的平均海平面。 • 地球表面同一时间内不同地方的海面是不等高的。测量学上把某些地方某一时间内海水面的平均高度作为高程起算点；地球物理上平均海平面被近似地作为地球表面的作用等势面，即大地水准面。 • 现代海平面即海拔高度的起点，由验潮站以每小时的潮位记录，长期平均值得来，作为测量地区高程系统的基准面。 • 我国1956年规定青岛平均海面作为全国统一的高程起算面，即黄海基准面。

  3. 大地水准面和全球海平面对比 • 大地水准面； 地球的参考椭球体：R=6,378,137 m；扁平率, e =1/298257 • 地球内部的构成使它的等势面是起伏的，其起伏可达180m. 高点或地点所受的引力都指向地心，高点的水体不会向低点流动，不会发生海侵或海退。所以，大地水准面的起伏对海平面的研究无意义 • Möner的 “大地水准面海平面“：海平面相差180 m

  4. Tidal gauge and tidal curve 世界上最早的验潮站建于1682年，在荷兰。

  5. Water levels and their use • Highest astronomical tideMean high water springMean high waterMean sea levelMean tidal levelMean low waterMean lower water springLowest low water spring

  6. 几个概念

  7. Global and regional sea level • 全球海平面不平

  8. 全球海平面季节性差异

  9. 局部地区的季节性海平面变化

  10. 基准面和海平面对比 均衡基准面和区域海平面对比 7300km, 330点， 1950s 和1980s的重复水准测量

  11. 二、海平面变化的原因和时间尺度 • 洋盆容积变化：大陆的分离和聚合；海底扩张速度的变化 • 海水体积的变化：冰川的形成和溶化（冰期和间冰期） • 海、气的变化：海水的膨胀；河流淡水的注入；气压的变化

  12. 海平面变化的几个因素

  13. 海水体积变化

  14. 冰川融化，海平面上升

  15. Water on earth in km3

  16. 山麓冰川

  17. 板块运动与洋盆容积变化

  18. 板块扩张导致海平面变化

  19. 海水温度、盐度的变化

  20. 地球自转速度变化

  21. 地球自转速度的改变与海平面变化

  22. 几个基本理论概念 • Eustatic changes 水动型海平面变化 Worldwide changes in sea level resulted from fluctuations in the volume of water in the ocean basins • Glacio-eustatic changes 冰川型海平面变化 Sea-level changes controlled by the growth and decay of the ice sheets • Isostasy地壳均衡 The state of balance that exists within the earth’s crust • Isostatic movements 均衡运动 A depression of the crust caused by the addition of a load (ice, water, sediment) in a locality will be compensated for by a rise in the crust elsewhere.

  23. Contributions of Ice Sheets to Eustatic Sea Level LGM Total drop in sea level during LGM = 120 - 130 m

  24. The decay of ice sheets show two major Meltwater Pulses. Most of the decay of major ice sheets was completed by 7000 yr BP. 3-5 m of meltwater MAY has been added to the oceans in the last 7000 years due to the contribution from the Antarctic ice sheet.

  25. 影响海平面变化的局部因素 • Tectonic movements Near plate boundaries and major faults • Glacio-isostasy Crustal deformation resulted from the build-up of the great ice sheets • Isostatic recovery A process that accelerates rapidly at first, but slows down gradually as the pre-glacial state of crustal equilibrium is approached. • Hydro-isostasy Crustal warping of the ocean floor due to large quantity of meltwater into the ocean basins

  26. Relative sea-level change includes a global component (eustasy) that is uniform worldwide and can be measured relative to a fixed datum (e.g., the center of the Earth), and regional to local components (isostasy, tectonism) that are spatially variable。 • Eustasy involves changes in ocean-basin volume, as well as changes in ocean-water volume (amplitudes ~101–102 m) • Tectono-eustasy (time scales of 10–100 Myr) • Glacio-eustasy (time scales of 10–100 kyr) • Isostasy refers to crustal movements that are a direct result of loading and unloading by ice or water • Glacio-isostasy • Hydro-isostasy

  27. Holocene Sea-level Highstands Tectonically stable sites: China (South, 22°N) 6000 yr BP 0.5m Thailand (SW coast, 8°N) 6000 yr BP 1.6m 3500 yr BP 1.0m Micronesia (Kosrae, 5°N) 4750 yr BP 1.0m 3800 yr BP 2.0m Peninsular Malaysia (3°N) 6300 yr BP 3.8m Australia (Torres Strait, 10°S) 5800 yr BP >1.0m (Karumba, 14°S) 6000 yr BP 2.1m (SQ, 24°S) 6000 yr BP 1.0m (NSW, 34°S) 6000 yr BP 0.0m No mid-Holocene highstand in intermediate sites

  28. Sea-level index points from East Guangdong of China 20° N to 22° N 5.0 0.0 -5.0 -10.0 -15.0 -20.0 -25.0 0 2000 4000 6000 8000 10000 Around 7000 cal. yr BP, sea level reached the present-day height. A higher highstand of 0.5m is recorded for 6000-4000 cal. yr BP.

  29. 8 4 Altitude to MSL (m) 0 -4 East Coast of Peninsular Malaysia West Coast of Peninsular Malaysia Data points from Kamaludin (2001) -8 0 2000 4000 6000 8000 C years BP 14 Sea-level index points from Peninsular Malaysia

  30. 不同时间尺度的海平面变化 • 海洋尺度：现代 • 器测尺度：百年级 • 轨道尺度：万年级 • 构造尺度：百万至亿年级

  31. 海平面变化的时间尺度

  32. 不同周期的海平面变化之间的相互关系

  33. 海洋尺度（器测时期）的海平面变化 • 温室气体和温室效应 • 二氧化碳(CO2)，甲烷(CH4)，氧化亚氮(N2O)，氢氟碳化物(CFCs)等气体对太阳的短波辐射吸收率很低，能吸收地表长波辐射，使大气变暖，使地球表面升温，与“温室”作用相似，故被称为温室效应。 • 若无“温室效应”，地球表面平均温度是－18℃，而非现在的15℃。

  34. 温室气体浓度变化

  35. CO2的增长

  36. 南极冰芯二氧化碳含量的变化ppm

  37. 南极东方站（Vostok）测量的大气CO2浓度变化 目前的CO2浓度是42万年来的最大值。

  38. 现今CO2的含量是42万年来最高的

  39. 公元1856－2003年全球地表温度变化 （相对于1961－1990年30年气候平均） 温度距平（℃） ( updated from Jones et al., 2003 ) 年 1860-2000年全球地表温度上升0.4－0.8℃ (平均0.6℃)； 近百年间17个最暖年份出现在1983年以后。 20世纪以来，1998年最暖，2002和2003年为第二和第三暖年。

  40. 全球地表温度变化 20世纪是过去2000年中最温暖的100年。 公元200－1980年 公元1856－2003年 相对于1961－1990年30年气候平均

  41. 气候变暖的后果 --海平面上升！！

  42. 毫米 阿姆斯特丹（荷） 毫米 布雷斯特（法） 毫米 希维诺乌伊希切（波） 年 世界主要验潮站的海平面上升趋势

  43. 中国沿海海平面也存在上升的趋势，例如，1920-1987吴淞验潮站的水位变化中国沿海海平面也存在上升的趋势，例如，1920-1987吴淞验潮站的水位变化

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