Повышение уровня моря, вызванное изменением климата, и его последствия для общества

*1 Директор Института науки об адаптации к глобальным изменениям (ICAS), Университет Ибараки, Ибараки, Япония.

Найти статьи Нобуо МИМУРА
Монтажер: Киёси ХОРИКАВА

*1 Директор Института науки об адаптации к глобальным изменениям (ICAS), Университет Ибараки, Ибараки, Япония.

† Адрес для корреспонденции: Н. Мимура, Институт науки об адаптации к глобальным изменениям (ICAS), Университет Ибараки, 4-12-1 Наканарусава, Хитачи, Ибараки 316-8511, Япония (электронная почта: pj.ca.ikarabi.xm @арумим).

(Сообщено Киёси ХОРИКАВА, M.J.A.)
Поступила в редакцию 15 января 2013 г.; Принят 2013 г. 10 мая.
Copyright © 2013 Японская академия

Эта статья находится в открытом доступе и распространяется в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

Абстрактный

Повышение уровня моря является одним из основных последствий изменения климата. Это привлекло международное внимание, поскольку повышение уровня моря в будущем вызовет серьезные последствия в различных частях мира. Есть вопросы, связанные с повышением уровня моря, на которые наука должна ответить. В какой степени изменение климата способствовало повышению уровня моря в прошлом? Насколько повысится глобальный средний уровень моря в будущем? Насколько серьезными могут быть последствия ожидаемого повышения уровня моря, и может ли человеческое общество отреагировать на них? Данная статья призвана ответить на эти вопросы посредством всестороннего обзора соответствующей литературы. Во-первых, обобщаются текущее состояние наблюдаемого повышения уровня моря, анализ его причин и прогнозы на будущее. Затем воздействие исследуется вместе с другими последствиями изменения климата как с глобальной, так и с японской точек зрения. Наконец, будут обсуждаться меры реагирования на неблагоприятные воздействия, чтобы прояснить последствия проблемы повышения уровня моря для человеческого общества.

Ключевые слова: повышение уровня моря, изменение климата, таяние ледяных щитов, прогнозы на будущее, воздействие на побережье, адаптация

1. Введение

Повышение уровня моря является одним из наиболее значительных последствий изменения климата. Высокие прогнозируемые темпы повышения уровня моря в будущем привлекли внимание всего мира.В частности, страны, расположенные в низменных районах, а также на небольших островах, обеспокоены тем, что их земельные площади сократятся из-за затопления и береговой эрозии, а в худшем случае большая часть их населения может быть вынуждена мигрировать в другие страны. . Таким образом, эта проблема привлекла повышенное внимание на международном уровне по мере того, как последствия изменения климата становятся очевидными.

Уровень моря меняется во времени и пространстве из-за физических процессов, таких как приливы и волны. Средний уровень моря в данном месте определяется как высота поверхности моря, усредненная за период времени, такой как месяц или год, достаточно продолжительный, чтобы в значительной степени устранить колебания, вызванные приливом и волнами. 1) Средний уровень моря имеет также пространственное распределение в мире. Средний уровень моря, усредненный по мировым океанам, называется глобальным средним уровнем моря (GMSL). Изменения локального среднего уровня моря обычно отличаются от изменений ГСУМ, поскольку явления, доминирующие в региональном и локальном масштабах, модифицируют глобальное среднее изменение. Когда мы говорим об изменении (повышении) уровня моря в этой статье, это означает изменение (повышение) среднего уровня моря, включая как глобальное, так и локальное, в общем смысле. Конкретное слово, такое как «глобальный (местный) подъем уровня моря», используется для обозначения повышения глобального (местного) среднего уровня моря, где необходимо различать два термина.

Причины изменения уровня моря не ограничиваются причинами, связанными с изменением климата. Хорошо известно, что средний уровень моря неоднократно испытывал большие колебания из-за чередования ледниковых и межледниковых периодов в течение последних нескольких сотен тысяч лет в голоцене. Это колебание среднего уровня моря достигало около 120 м. Существуют также гораздо более краткосрочные колебания уровня моря, такие как приливы, волны и цунами. Среди такого широкого диапазона колебаний изменение уровня моря, связанное с изменением климата, имеет свои уникальные характеристики.Учитывая его потенциальные значительные последствия, есть много вопросов, на которые должны ответить научные исследования. Они включают: В какой степени изменение климата способствовало повышению GMSL в прошлом? Насколько увеличится GMSL в будущем из-за изменения климата? Насколько серьезны последствия ожидаемого повышения уровня моря и сможет ли человеческое общество должным образом отреагировать на них?

Данная статья призвана дать ответы на эти вопросы, основываясь на обзоре последних исследований в соответствующих областях. Во-первых, обобщаются текущее состояние наблюдаемого повышения уровня моря, анализ его причин и прогнозы на будущее. Затем в этой статье будут рассмотрены последствия повышения уровня моря наряду с другими факторами изменения климата как с глобальной, так и с японской точек зрения. Наконец, будут обсуждаться запланированные меры реагирования на неблагоприятные воздействия.

Последние научные достижения систематически оценивались Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК). МГЭИК опубликовала четыре крупных оценочных отчета с момента своего создания в 1988 г. Будущее повышение уровня моря к 2100 г., прогнозируемое в Первом–Четвертом оценочных докладах, составляет 31–110 см (сценарий «обычное развитие»), 13–94 см, 9–88 см. см и 18–59 см соответственно. 2–5) В каждой из оценок МГЭИК использовала разные климатические модели и сценарии выбросов парниковых газов (ПГ). Это основная причина изменений прогнозируемого повышения среднего уровня моря. В частности, значения, приведенные в Четвертом оценочном отчете (ДО4), опубликованном в 2007 г., являются относительно низкими. Это связано с тем, что в оценке не учитывался вклад Гренландского ледяного щита (ГИС) и Западно-Антарктического ледяного щита (WAIS), поскольку отсутствовало надежное понимание динамики этих ледяных щитов, включая разрушение и отток. В результате некоторые исследователи посчитали, что эти оценки могут быть нижним пределом будущего повышения уровня моря.

После публикации ДО4 МГЭИК был достигнут прогресс в различных областях, связанных с проблемой повышения уровня моря. Что касается прошлых изменений GMSL с 19 по 21 век, благодаря усовершенствованию методов анализа, применяемых к данным спутникового альтиметра вместе с данными мареографа, стали доступны более подробные и надежные данные об изменении уровня моря (Cazenave and Llovel, 2010; Church and White). , 2011; Рэй и Дуглас, 2011). 6–8) Увеличение теплосодержания океана вызвано глобальным потеплением, которое, в свою очередь, становится основным фактором повышения среднего уровня моря за счет теплового расширения морской воды. Были также разработаны различные методы коррекции прошлых данных, полученных с помощью одноразового батитермографа (ОБТ), для получения более надежной оценки изменений теплосодержания океана. Что касается ледяных щитов в Гренландии и Антарктиде, то, хотя точные количественные оценки все еще затруднены, понимание механизмов, определяющих увеличение/уменьшение массы ледяного щита, улучшилось. Новые прогнозы будущего повышения уровня моря как для 21-го века, так и на более долгосрочную перспективу после этого века были сделаны в значительной степени на основе разработки моделей, основанных на процессах, включая модели общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАО). Параллельно с моделями, основанными на процессах, для прогноза разрабатываются полуэмпирические модели путем сопоставления прошлых данных о средней глобальной температуре и среднем уровне моря, хотя эмпирическая связь не имеет физической научной основы. В области оценки воздействия многое было сделано для того, чтобы понять потенциальные последствия повышения уровня моря. В Японии реализовано несколько проектов по изменению климата, в том числе для прибрежной зоны. Научные статьи и отчеты были опубликованы по этим проектам, таким как Проектная группа по всестороннему прогнозированию последствий изменения климата (2008, 2009).9,10) В настоящем документе представлен обзор проблемы повышения уровня моря на основе обзора этих и других соответствующих публикаций.

2. Повышение уровня моря с конца 19 века.

Сначала мы рассмотрим наблюдаемые изменения уровня моря за последние 100 лет. Наблюдения были сделаны двумя способами; один — наблюдение с помощью мареографа, а другой — с помощью радиовысотомеров, установленных на спутниках.

Непосредственно оценить высоту глобального среднего уровня моря непросто, потому что необходимы плотные и однородные наблюдения для целых океанов. Данные, полученные с помощью мареографов, были собраны Постоянной службой среднего уровня моря (PSMSL), управляемой Океанографической лабораторией Праудмана Бидстонской обсерватории в Великобритании. Сегодня данные примерно 1900 мареографов почти из 200 стран отправляются в PSMSL. 11) Несмотря на большое количество мареографов, они непропорционально расположены в Северном полушарии. Поскольку нескорректированные данные мареографов также отражают движение суши в месте наблюдения, выбранные мареографы, расположенные на устойчивом грунте, используются для анализа долгосрочных изменений глобального среднего уровня моря. Кроме того, земная кора продолжает отскок (вязкоупругая реакция) на таяние крупных ледников в течение нынешнего межледникового периода. Это известно как изостатическая регулировка ледника (GIA, см. 3.4 для дальнейшего обсуждения). Следовательно, для оценки среднего уровня моря необходима поправка на движение суши GIA. Лемке и другие. (2007) 12) указали, что поправка GIA колеблется от примерно 1 мм/год (или более) вблизи бывших ледяных щитов до нескольких десятых миллиметра в год в дальней зоне; ошибка в изменении GMSL на основе мареографов в результате GIA оценивается как 0,15 мм/год.

Наблюдения со спутника начались с Topex/Poseidon, спутникового высотомера, запущенного в 1992 году. Эти наблюдения продолжаются с использованием последующих спутников, таких как Jason-1 и Jason-2.Спутниковый высотомер показывает расстояние между фиксированной опорной поверхностью (обычно это обычный опорный эллипсоид) и поверхностью моря. С начала 1990-х спутниковая альтиметрия стала основным инструментом точного и непрерывного измерения уровня моря. Это связано с его преимуществами перед мареографами, такими как отсутствие влияния движения суши и регулярный глобальный охват с частыми циклами повторных посещений. В начале альтиметр Topex/Poseidon имел относительно большие погрешности, но точность оценки значительно улучшилась за счет настройки системы альтиметрии и обработки данных.

Существуют аналогичные исследования, обобщающие современные изменения GMSL, такие как Cazenave and Llovel (2010) 6) и Church and White (2011). 7) Поскольку они показывают близкие результаты, здесь представлен результат, полученный Черчем и Уайтом (2011) 7). Рисунок 1 Рисунок 1 представляет собой сводку долгосрочной тенденции GMSL с 1860 по 2010 год, полученную путем наложения двух источников наблюдаемых данных. Из рис. ​ рис.1 1 видно, что скорость увеличения GMSL не была большой до 1930 г., но с тех пор она увеличивалась ускоряющимися темпами. Church and White (2011) 7) указали, что увеличение GMSL с 1880 по 2009 год составило 21 см, а скорость увеличения почти удвоилась до 3,2 ± 0,4 мм/год в период с 1993 по 2009 год по сравнению с 1900–2009 годами, когда скорость составил 1,7 ± 0,2 мм/год.

Глобальный средний уровень моря с 1860 по 2009 год. 7) Синяя линия: оценка по прибрежным и островным данным об уровне моря с одной ошибкой стандартного отклонения (заштрихована). Красная линия: оценка Church and White (2006) 13) за 1870–2001 гг. (сплошная линия) с одной ошибкой стандартного отклонения (пунктирные линии). Черная линия: данные спутникового альтиметра с 1993 года.

Рисунок ​ На Рис.2 2 показано изменение GMSL за 1993 г. по 2008 г., полученное по спутниковым высотомерам, 6) что соответствует последней части Рис. ​ Рис.1. 1 . Эта цифра указывает на внезапное увеличение GMSL с 1997 по 1999 год и снижение в 2008 году.Эти нерегулярные изменения считаются связанными с интенсивным Эль-Ниньо в период с 1997 по 1998 год и Ла-Нинья в 2007 году. Cazenave and Llovel (2010) 6) также определили влияние Североатлантического колебания (NAO) и Тихоокеанского десятилетнего колебания (PDO). . Это выраженные долгосрочные колебания с периодом от 10 до 20 лет. Очевидно, что флуктуация GMSL является комбинацией антропогенного изменения климата и таких естественных вариаций. Также отмечается, что с момента начала регистрации высотомера в 1993 г. скорость увеличения GMSL находилась на верхней границе проекций уровня моря в Третьем и Четвертом оценочных докладах МГЭИК.

Глобальный средний уровень моря по данным спутниковой альтиметрии с 1993 по 2008 год. 6) Синие точки — необработанные данные за 10 дней. Красная линия соответствует 90-дневному сглаживанию необработанных данных. Применена поправка GIA −0,3 мм/год.

3. Факторы, вызывающие изменение уровня моря, и их влияние

3.1. Факторы, вызывающие изменение уровня моря.

Следующий вопрос заключается в том, какие факторы вызывают долгосрочные изменения среднего уровня моря. Чтобы ответить на этот вопрос, мы рассмотрим роль различных факторов, влияющих на средний уровень моря. Двумя основными факторами являются изменение общего объема морской воды и движения грунта и дна океана, которые приводят к изменению размера и формы океанских бассейнов. В дополнение к этому играют роль динамические факторы, такие как ветер, атмосферное давление, океанские течения и волны. Таким образом, существует множество факторов с различными временными и пространственными масштабами, как показано ниже. 6,14)