温州沿岸平均海平面变化特征分析

韩小燕，潘晓东，马林芳，林顺利

（温州海洋环境监测中心站，浙江温州 325027）

温州沿岸平均海平面变化特征分析

韩小燕，潘晓东，马林芳，林顺利

（温州海洋环境监测中心站，浙江温州 325027）

根据温州沿岸龙湾、瑞安、鳌江3个水文站的潮位长序列（1971～2008年）观测资料，进行统计分析，得出温州沿岸海平面年际及年内变化特征，并且得出了温州浅滩工程灵霓大堤合拢前后，各验潮站海平面的变化特征。分析结果表明：海平面年际变化3站呈现上升趋势，尤以鳌江站上升速率最大，且3站不同时期均有各自变化规律；三站9月份的海平面变化对年变化的贡献率最大；通过功率谱分析，3站平均海平面年变化都存在2～3年及4年左右的振荡周期。

温州；平均海平面；分布特征；贡献率；功率谱

1 引言

目前，人类活动对气候、海洋的影响正不断扩大，温室效应、海平面上升已经成为全球性重大环境问题。海平面上升给人类的生存环境产生很大的影响，特别是对沿海地区经济发展、城市安全及人民生活环境带来巨大的威胁：导致风暴潮灾害加剧，增加了城市排涝难度；导致盐水入侵加剧，破坏水环境，农田盐渍化加速；致使城市防汛工程功能降低等[1]。许多专家对全球海平面的变化进行了研究，发现在过去的100年，全球海平面每年大约以1.5 mm的速度上升[2]；在1993～2003年间全球平均海平面的上升速率为2.89 mm/a[3]；近50年来中国平均海平面上升速率为2.5 mm/a[4]；各海区中东海海平面上升速率平均为3.1 mm/a[5]。以目前状况发展下去，到2050年全球海平面将上升5～32 cm[4]，中国沿海海平面将上升13～50 cm[6]。在全球海平面上升的大背景下，研究温州沿岸（特别是河口区）附近海域海平面变化对温州沿海地区经济发展、城市安全及人民生活十分重要。龙湾、瑞安、鳌江三站为温州地区城市防潮警戒水位核定的代表站，因此，我们搜集了这3个验潮站（见图1）的多年潮位观测资料，研究温州沿岸海平面变化的规律特征。

本文中的海平面为相对海平面。

2 资料来源及预处理

所用的潮位基础资料来自温州水文站，资料序列长度龙湾、鳌江两站为38年（1971～2008年），瑞安站位37年（1972～2008年），平均海平面资料选用月、年平均值和极值。据了解，水文站潮位资料用的基面有测站基面及冻结基面，经过换算统一到85国家高程，见表1。

在收集潮位资料的过程中，发现有部分数据由于仪器设备故障而缺失，造成潮位数据时间上的不连续性，为此需要对缺测数据进行补足订正。对缺测记录不超过一天的数据，采用二次抛物线拟合方法补齐资料序列，具体计算公式为：

对缺测记录超过一天的数据，可以用自报值补齐资料序列。具体方法为先用前后15 d或29 d的观测值代替缺测数据，然后进行潮位调和分析；然后用第一组调和常数自报出缺测时刻的潮位值，用来代替原先赋予的数值；进行第二次调和分析，以此类推，直至调和常数不变或变化很小为止。此外也可以根据潮汐性质相似原理，参照相近验潮站同时间实测潮位曲线规律补齐资料序列。

表1 各站潮位序列统计表

表2 海平面年际变化趋势表

图1 验潮站分布图

图2 3站年平均海平面变化曲线

3 平均海平面的分布特点

3.1 年际变化线性模拟

文章对温州沿岸3个验潮站年平均海平面变化进行逐年分析（见图2），可以看出龙湾、瑞安、鳌江三站呈线性递增趋势，龙湾、鳌江两站上升速率相近，分别为3.6 mm/a、3.7 mm/a，瑞安站上升速率为2.0 mm/a，具体线性变化趋势项见表2。

分析结果表明，温州沿岸平均海平面上升速率为2.0～3.7 mm/a，平均为3.1 mm/a，与东海区海平面上升速率持平，略高于我国沿海海平面及全球海平面上升速率。

3.2 年际变化多项式模拟

温州地区海平面年际变化虽然呈上升趋势，但在不同时期各站的海平面变化规律各有特点，为此对年平均海平面进行多项式趋势模拟，见图3a～3c。

图3 三站年均海平面多项式模拟

结果显示，龙湾站从上世纪70年代中前期海平面呈现上升趋势；70年代中期至80年代中期呈现下降趋势；至2000年左右一直维持上升的趋势，之后海平面开始下降，下降幅度较大。瑞安站上世纪70年代初期海平面呈现上升趋势；70年代中期至80年代初期呈现下降趋势；至90年代初期维持上升的趋势，2000年前后海平面开始下降。鳌江站海平面变化与上述两站位相存在差异，上世纪70年代初期呈现下降趋势；至80年代前期呈现上升趋势；80年后前至2000年维持上升的趋势；之后海平面开始下降，2006年前后又开始呈现上升趋势。

除此，龙湾、瑞安两站海平面变化的多项式变化模拟还存在11～12年的周期变化。

3.3 月均海平面年际变化

为了解三站各月份海平面年际变化对年平均海平面的影响及贡献率，分别对各站月海平面年际变化进行分析，发现9月份温州沿岸的海平面普遍最高，贡献率居全年之首；其次温州北部5月份海平面次高，而中部及南部海平面次高的月份分别为1月及12月，为冬季月份。具体各月上升速率见表3。

温州地区9月份经常受台风影响，南部的鳌江地形为一喇叭形，极易受外海影响，因此鳌江站9月海平面高于其它两站；5月份进入梅雨期，降水量突增，北部的瓯江为该地区主要河流，沿岸支流较多，使得瓯江径流量高于飞云江及鳌江，因此5月龙湾站海平面高于其它两站；12月、1月没有径流及台风的影响，海平面较高的原因极可能与全球的暖冬现象有关。

3.4 功率谱

为了更加客观定量地检测时间序列中的显著周期，在此采用功率谱的方法进行分析，功率谱的计算方法采用落后自相关方法。功率谱密度的计算公式为：

表3各月海平面年际变化上升速率统计表

通过上述计算公式得出的谱密度值有随机噪声的影响，为消除噪声影响，得到比较光滑和平稳的谱密度值，采用Hanning方法进行平滑处理，最终得到平滑的功率谱估计值。

计算过程中，三站平均海平面序列的落后自相关系数r(1)均为较大正值，表明序列具有连续性，所以采用红噪音标准谱对其进行显著性检验。图4给出了显著性水平α=0.05的平均海平面功率谱图，图中横坐标为周期（年），纵坐标为谱密度值。

结果表明，3个站在周期长度为2.7 a处均有振荡，龙湾、瑞安两站还存在12 a、8 a的振荡周期，鳌江站振荡周期较少，且振荡周期较短，集中在2～4 a（见表4）。

龙湾站在周期长度为2.7年处的功率谱估计值为一峰值且超过标准谱，为显著周期；在12 a、8 a、3 a及2.4 a处的功率谱估计值也超过标准谱，说明龙湾站平均海平面在上述周期处存在相应的振荡。

表4各站振荡周期统计表

瑞安站功率谱图与龙湾站相似，在周期长度为2.7 a处的功率谱估计值为一峰值且超过标准谱，为显著周期；在12 a、8 a及2.4 a处的功率谱估计值也超过标准谱。

鳌江站在周期长度为4.8 a、2.7 a处的功率谱估计值为一峰值，同样超过标准谱，为显著周期；在2.4 a处功率谱估计值也超过标准谱，表明鳌江站在此周期内存在振荡。

三站平均海平面的周期变化与一些常用的理论天文周期相对应，如2 a大气振动周期[3]、24～36个月准两年周期振荡、2～7 a厄尔尼诺周期、11 a太阳黑子周期[3]，5 a平均雨生周期。

3.5 年内变化

图5a是平均海平面的逐月变化曲线，3个站月变化规律较一致，表现为9月份海平面最高，6月份次高，6～9月之间存在一个波谷，发生在7月。龙湾、瑞安、鳌江2月海平面最低，1～4月海平面变化较小。

考虑到三个站均布设在河口区，径流的多少直接影响着海平面的高低，因此必须了解每个区域的径流大小。由于可获取的径流资料有限，此处仅收集到瓯江代表站圩仁站2005年、2006年两年的径流资料，绘制两年月平均径流变化曲线图（见图6），分析径流对平均海平面的影响，飞云江、鳌江径流影响可以以此作为参考。

图4 三站平均海平面功率谱图

图5 各站平均海平面累年月变化曲线

图6圩仁站月均径流变化曲线

导致海平面年内变化的原因为6月、9月的径流明显高于其余月份，与温州地区的梅雨、台风期降水密切相关。温州地区的梅雨期基本发生在5～6月（春季），期间产生的大量连续降水导致河口区径流量猛增；9月（夏季）由于台风影响带来丰沛的降水导致径流相对增大，但由于每次台风影响时间较短，相对于梅雨期径流量较少；冬季温州地区进入枯水期，径流最小。

平均海平面不仅受到径流的影响，同时也受到天文潮位的影响，天文最大潮通常发生在农历中秋前后，即阳历9月左右，图5平均海平面累年月变化曲线9月高于6月，可以说明天文潮位的影响是该海域夏季海平面变化的主要原因，而梅雨期降水是春季海平面变化的主因。7月该区域出梅，降水带北跳，温州进入枯水期，此时台风尚未对温州产生影响，天文潮位也未达到天文大潮，导致平均海平面在这段时期产生下降。

4 沿岸大型海洋工程的影响

近年，由于温州地区土地资源紧缺，人多地少的矛盾日益突出，而温州沿岸滩涂资源众多，围涂造地工程此起彼伏，温州浅滩工程便是其中一项大型利用滩涂资源造地的用海活动。经过工程前期一系列模型的论证及专家的评审，浅滩工程于2003年下半年开始动工。该工程的建设将新增加13万多亩土地，诸多岛屿连成一体，其中连通灵昆岛及霓屿岛的灵霓北堤于2006年4月29日建成通车。温州沿岸围涂工程的建设或者局部或者大范围地改变了外来海水进入河口区的通道。

平均海平面年际变化曲线（见图3a～3c）可以看出，龙湾、瑞安两站平均海平面在2004年左右开始下降，下降速率龙湾最大。对三个站2001～2002年与2004～2005年的潮汐数据进行调和分析，结果显示，浅水系数M4/M2龙湾站减小12%，瑞安、鳌江两站略有增高，短期来看，与温州沿岸尤其是瓯江流域周边地区围涂造地等各种海洋工程建设不无关系。

5 小结

（1）温州沿岸平均海平面年际变化呈上升趋势，上升速率鳌江站最大；按月的年际变化来看，龙湾、瑞安、鳌江三站9月份海平面变化对年均变化贡献率最大；

（2）平均海平面年内变化，3个站9月份最高，6月份次高，受天文大潮及径流影响明显。此外，还受到各站所处地理环境、地质沉降影响[3]。

（3）从年变化的功率谱分析结果看，三站均有一个相同的振荡周期，为2.7 a。此外，龙湾站存在12 a、8 a、3 a及2.4 a的振荡周期；瑞安站存在12 a、8 a、2.4 a的振荡周期；鳌江站存在4.8 a、2.4 a的振荡周期。龙湾、瑞安两站的振荡周期不仅与大气振动周期、准两年周期振荡、厄尔尼诺周期密切相关，而且还与11 a太阳黑子周期活动对应。

[1]黄祖珂,黄磊.潮汐原理与计算[M].青岛:中国海洋大学出版社，2005.

[2]刑灿飞,廖成旺,李树德.我国东部沿海海平面变化研究现状及问题[J].大地测量与地球动力学,2005,25(3):129-132.

[3]吴涛,康建成,李卫江.中国近海海平面变化研究进展[J].海洋地质与第四纪地质,2007,27(4):123-130.

[4]颜梅,左军成,傅深波.全球及中国海海平面变化研究进展[J].海洋环境科学,2008,27（2）:197-200.

[5]辛立国,李广雪,李西双.中国东海2万年来海平面变化分析[J].中国海洋大学学报,2006,36（5):699-705.

[6]吴中鼎,李占桥,赵明才.中国近海近50年海平面变化速度及预测[J].海洋测绘，2003,23（2):17-19.

[7]羊天柱,应仁方,林显钰.浙江沿岸海平面变化的初步研究[J].东海海洋,1993,11(4):1-7.

P731

A

1003-0239（2011）01-0066-06

2010-01-26

韩小燕（1977-），女，工程师，主要从事海洋预报工作。E-mail：xiaoyong0728@163.com