科研动态: 测绘科学与技术学院在利用雷达测高监测近岸海平面变化方面取得新进展
研究背景
目前研究表明全球平均海平面呈加速上升趋势，并且不同区域的海平面上升速率存在显著差异，从而严重威胁着沿海城市的可持续发展和城市居民的生命财产安全。因此，精确监测当前近岸海平面变化，分析近岸海平面变化的驱动机制，提高预测未来海平面变化的准确性具有十分重要的科学意义和实用价值。相比于验潮站，雷达卫星测高具有全天候、大范围监测区域海平面变化的优势。随着雷达测高技术的发展和数据处理方法的改进，目前使用雷达卫星测高监测近岸海平面变化是切实可行的，不同研究机构也发布了相应的近岸海面高数据产品用于近岸海平面变化以及海洋动力过程的研究。
澳大利亚地处大洋洲且四面环海，全国大约有80%的人口居住在沿海地区，是受到海平面上升影响最为严重的地区之一（图1）。在潮汐、海流、气候因子等的综合作用下，澳大利亚沿海海平面上升速率显著高于同期全球平均海平面上升速率（～3 mm/yr）。因此，获取厘米精度的近岸海面高数据集对于监测澳大利亚近岸海平面变化，应对洪涝、海水倒灌等海洋灾害是十分必要的。本研究立足于这一现实需求，结合多年的数据处理基础，生成了沿轨迹20-Hz的近岸海面高数据产品，并分析了当前澳大利亚近岸海平面的变化趋势。
图1 澳大利亚近岸海域示意图。左图显示澳大利亚附近主要洋流和边缘海，右图显示验潮站站点和测高卫星星下点轨迹。
研究成果
1、澳大利亚近岸海面高数据集
本研究利用Jason卫星观测资料生成了长达16年（2002-2018）的澳大利亚近岸海面高数据集，该数据集的沿轨迹分辨率为20-Hz（沿轨迹300 m）。与国际同类产品相比，该数据产品在生成过程中充分发挥了不同波形重跟踪算法处理不同种类测高波形的优势。研究采用了顾及不同重构海面高偏差的多种波形重跟踪算法无缝结合方法，有效提高了近岸海面高的精度和可用数据量。此外，研究选取了区域最优改正模型，包括FES2014潮汐改正模型、GPD+湿对流层改正模型和顾及海面高高频误差的海况偏差改正模型等。研究结果表明，该数据产品与欧空局发布的ESA CCI数据产品有较好的一致性（图2），满足准确监测澳大利亚近岸海平面变化的应用需求。
图2 重构海面异常时间序列与ESA CCI海面异常时间序列的a）偏差；b）差值标准差和c）相关系数。
2、澳大利亚近岸海平面上升趋势
本研究在前人的研究基础上进一步指出厄尔尼诺南方涛动和印度洋偶极子是影响澳大利亚近岸海平面年际变化的主导因素。通过构建多变量回归方程，可以有效抵消气候模态的影响，从而降低海平面上升速率估算的不确定度。利用本研究提供的近岸海面高数据产品得到的海平面上升速率与验潮站得到的结果有很好的一致性，而利用ESA CCI发布的近岸海面高数据产品得到的海平面上升速率存在1-2 mm/yr的低估（图3）。
图3 验潮站得到的海平面上升速率与雷达测高得到的海平面上升速率对比图。蓝色实线表示重构海面高的对比结果，红色实线表示ESA CCI的对比结果。
图4 澳大利亚四个近岸海域的海平面上升速率与离岸距离的函数关系图。
最后，研究发现在澳大利亚东南区域，离岸和近岸的海平面上升速率存在显著差异（图4）。前人研究表明这一区域的离岸海平面变化主要受到东澳大利亚海流（East Australia Current）的影响，而近岸海平面变化主要受到陆架陷波（Coastal Trapped Waves）的影响。由于东南区域的大陆架宽度较小，从而一定程度上阻碍了离岸海平面信号向近岸的传播，造成了近岸海平面上升速率显著低于离岸海平面上升速率的现象。
研究成果于2022年2月被“Journal of Geophysical Research：Oceans”期刊接收，题为“Australian coastal sea level trends over 16 yr of reprocessed Jason altimeter 20-Hz data sets”，中山大学测绘科学与技术学院彭福凯博士为文章的第一作者兼通讯作者。
该研究得到了国家重点研发计划（2019YFC1408203），南方海洋实验室创新团队建设项目（311021008），自然科学基金青年基金（42106175）和中国博士后科学基金（2021M693582）的支持。
