20世纪以来，全球平均海平面呈现出有增无减的上升趋势，这是由海洋变暖和大陆淡水排放增加所共同导致的。我们通过使用数量空前的2005—2015年现场数据对全球盐度收支进行了分析，并依此评估了净海水体量通量对海平面的贡献。我们得到的海水体量变化趋势为1.30±1.13mm·yr?¹(0-2000米)和1.55±1.20mm·yr?¹(全深度)。与通过海平面收支方法估计的海水体量趋势相比，这些新的海水体量趋势要小0.63-0.88mm·yr?¹。我们的结果提供了一种独立于重力恢复和气候实验(GRACE)的估算海水体量变化趋势的方法。
海平面上升是由海洋变暖(即海水膨胀，所谓的温升海平面)和来自大陆的淡水输入(即冰盖大量融化、山地冰川融化和陆地水径流变化)增加所共同导致的。随着观测系统精度的不断提高，目前我们能够通过结合卫星测高数据、重力恢复和气候实验得到的海水体量变化结果以及现场温度测量，在不确定性范围以内使海平面收支计算得以闭合。通过重力恢复与气候实验推断出的海洋净质量变化在海平面收支计算中呈现出较高的不确定性，而且对固体地球运动非常敏感，特别是冰川均衡调整。降低不确定度是评估海平面变化测量精度以及更好地限制海平面收支的必要条件。
评估全球海洋淡化为我们提供了一种新的研究净海水体量变化的方法。全球海水淡化主要取决于浮冰融化（包括北极海冰和南极冰架）以及大陆淡水输入。根据阿基米德原理，浮冰的变化不影响海平面的上升。然而，大陆淡水输入会因为它能使海水质量增加。我们可以通过研究全球淡水收支来评估海水体量变化，也可以通过计算盐度对海平面变化的贡献来评估海水体量变化。这种方法更便于与其他海平面变化收支研究方法进行比较。在过去的几十年间，由于缺乏观测资料而使得这种方法无法得以实施。自2000年开始，随着国际Argo项目的启动，使得我们可以获得数量空前的大洋0-2000米深度内的温盐资料。Argo浮标资料自2005年后几乎覆盖全球，为我们研究2005—2015年间的海水淡化问题提供了机遇。
全球海平面在2005—2015年间的上升速率为3.58±0.25毫米/年。这一趋势略高于整个卫星高度计时期（始于1993年）。当在Argo浮标覆盖的区域内计算全球平均海平面变化时，这一上升速率降为3.36±0.25毫米/年。除了这一上升趋势，全球平均海平面还显示出较强的年际变化信号。这种年际变化信号主要取决于在ENSO循环和在海洋增温背景下的海洋和大陆之间的淡水交换。在整个深度计算得到的由温度变化而导致的海平面变化（下文简称为温致海平面变化）显示出线性增长趋势（1.23±0.18毫米/年，图1中的红色），占观测到的海平面上升趋势的37%。我们的这一结果与近期使用Argo数据和水文测量资料计算得到的2005—2015年间由温致海平面变化趋势1.33±0.18毫米/年相符。基于Argo网格资料，上层海洋（2000米深度内）对海平面变化趋势的贡献为1.13±0.02毫米/年。深层海洋的贡献为0.10±0.18毫米/年。
要评估全球海洋淡化，我们需要首先评估由盐度变化而导致海平面变化（下文中简称为“盐致海平面变化”）。结果显示，在2005—2015年间盐致海平面变化的全球平均值的年际变率为-2到2毫米。这一年际变率与ENSO信号有所关联。我们的结果显示，盐致海平面变化趋势为-0.03±0.015毫米/年，证明盐致海平面变化对全球平均海平面升高没有显著影响，这是因为大洋中盐的含量在年际至年代际尺度中是守恒的，而全球尺度的盐致海平面变化主要取决于总淡水量的变化。
负的盐致海平面变化趋势与近年来反复被报道的融冰引发的大陆向海洋的淡水输入是相违背的。负的盐致海平面变化趋势反映的是0-2000米深度内平均海洋盐度的增长。然而，一些区域内没有Argo浮标，例如深海区域、高纬度海域和边缘海。当把北极海域（不包含60°S以南的海域）囊括进来之后，我们发现0-2000米深度内盐致海平面变化为0.0725±0.03毫米/年。
对于全深度海洋，我们需要补充2000米深度以下的深海的贡献量。对于深海，我们使用了位于2000米至海底的水文数据来计算盐致海平面变化。结果显示，在1990—2013年间，深海区域的盐致海平面变化趋势为0.007±0.08毫米/年。这一趋势的误差主要取决于数据的匮乏。由于上层海洋的盐致海平面变化趋势为0.0725±0.03毫米/年，为了与全球海水体量收支相一致，深海的盐致海平面变化趋势不能超过0.017毫米/年。增加了这一限制因素后，我们可以将深海的盐致海平面变化趋势的误差降低至0.007±0.010毫米/年。由此，我们得到2005—2015年间全深度海洋的盐致海平面变化趋势为0.0795±0.032毫米/年。
盐致海平面变化取决于受大陆淡水输入和南北极浮冰体积变化而导致的海水盐度变化。北极海冰的减少速率为300±100平方公里/年。最近的一项研究对比了卫星高度计和来自北冰洋模拟和同化系统的海冰体积变化，结果显示在2005—2015年间，模式对浮冰体积的进行了过高的估计（20%）。因此，我们认为240±100平方公里/年是对浮冰体积变化较为合理的估计。卫星雷达高度计的测量结果显示，南极陆架冰的体积在2003—2012年间的减少速率为310±37平方公里/年。我们假设这一变化趋势在2005—2015年间同样具有代表性，由此我们得到净海冰体积变化减少速率为550±106平方公里/年。如果假设海水平均密度为1028千克/立方米，海冰的平均密度为917千克/立方米，那么根据阿基米德原理，我们可以将净海冰体积变化转换为海平面变化。我们得到由浮冰体积变化所导致的海平面的线性增长速率为1.36±0.26毫米/年。
在计算盐致海平面变化趋势时，我们采用了Munk指数（36.7）；此外，我们减去了由海冰融化而导致的海表高度变化趋势。因此，在0-2000米深度内，我们得到的净海水体量变化趋势为1.55±1.20毫米/年。
全深度海水体量变化趋势的估测结果与最近公布的使用重力恢复与气候实验得到的海水体量变化结果相一致。使用重力恢复与气候实验得到的海水体量变化结果呈现出与ENSO事件相关联的年际变化信号。从全球海洋淡化中推算出来的海水体量变化的不确定性在通过使用重力恢复与气候实验得到的海水体量变化的不确定性范围以内。然而我们的结果要略小于最近公布的基于海表面高度收支方法的结果。
我们的结果与最近公布的基于一个重力恢复与气候实验数据集合的海水体量变化趋势1.60±0.27毫米/年是一致的，与另一项基于卫星观测和能量输入-输出模式通过对大陆冰融收支评估得到的结果1.67毫米/年也是一致的。这表明，通过调查全球海洋盐度收支来评估海水体量变化趋势是可行的。然而，我们的结果比通过海表面高度收支方法（观测到的平均海平面高度减去温致海表面高度变化分量）得到的海水体量变化趋势2.18±0.30毫米/年小0.63-0.88毫米/年。这些不同的计算方法在统计学上不存在差异性，表明海水体量变化仍存在较大的不确定性。因此，需要更多的观测资料来降低这些不确定性。
摘自《 全球海洋科技发展动态2020年第一期 聂珣炜 编译》
