利用衛(wèi)星測高與驗潮站數(shù)據(jù)監(jiān)測越南近海海平面變化

李大煒，李建成，團文征

(1. 武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079; 2. 黎貴敦技術(shù)大學，越南 河內(nèi) 100803)

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利用衛(wèi)星測高與驗潮站數(shù)據(jù)監(jiān)測越南近海海平面變化

李大煒1，李建成1，團文征2

(1. 武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079; 2. 黎貴敦技術(shù)大學，越南 河內(nèi) 100803)

利用衛(wèi)星測高和驗潮站資料計算分析了越南近海海平面變化。結(jié)果表明，兩種數(shù)據(jù)得到的海平面變化過程具有很好的同步性，其中，由測高數(shù)據(jù)計算得到的1993—2015年越南近海整體上升速率為3.18 mm/a，沿岸驗潮站海平面上升速率為4.1 mm/a。在整個驗潮站觀測時段，越南沿海海平面呈上升趨勢，平均上升速率為3.02 mm/a。越南近海海平面表現(xiàn)為較強的季節(jié)性特征，在紅河和湄公河三角洲沿岸地區(qū)，極易受到風暴潮和洪水等季節(jié)性氣候的影響。

驗潮站;衛(wèi)星測高;越南沿海;海平面變化

海平面變化是全球氣候變化的重要指標之一，直接關(guān)系到沿岸和島嶼地區(qū)人們的生產(chǎn)、生活和社會經(jīng)濟的發(fā)展。海平面上升將淹沒濕地和低地，侵蝕海岸線，加劇沿海洪水，增加河口和含水層的鹽度，損害水質(zhì)并影響沿海生態(tài)系統(tǒng)。根據(jù)政府間氣候變化專門委員會第4次報告估計，到2100年，海平面會上升60～100 cm，包括東南亞、非洲等地的諸多國家沿岸地區(qū)都將備受威脅[1-2]。

很多學者對全球海平面變化進行了深入研究，但是區(qū)域海平面變化的規(guī)律和物理機制在時空分布上與全球有很大的不一致性，例如，中國南海海平面變化速率明顯高于全球平均變化速率，而東太平洋沿岸海平面呈下降趨勢[3-6]。驗潮站和衛(wèi)星測高資料是開展海平面變化研究的主要觀測數(shù)據(jù)，聯(lián)合驗潮站和衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)可以在時間和空間尺度上更好地分析和研究海平面變化。詹金剛等利用測高格網(wǎng)海面異常與驗潮站數(shù)據(jù)，分析了我國近海海平面信號變化特征[7]；Feng與Amiruddin等分別利用驗潮站和衛(wèi)星測高等數(shù)據(jù)分析了西北太平洋和中國南海海域季節(jié)性海平面變化的時空分布特征[8-9]；Cheng等聯(lián)合TOPEX、Jason-1/2資料與驗潮站分析并預(yù)報了英國西北沿岸地區(qū)海平面變化10]。

越南位于東南半島，東臨北部灣和中國南海，南接泰國灣，擁有長達3260 km的海岸線，其人口、大城市和重要經(jīng)濟區(qū)基本都集中在沿海地區(qū)。本文結(jié)合沿岸驗潮站與衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)分析并探討越南沿海海平面的變化規(guī)律及時空分布特征。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)與處理

本文采用的衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)為AVISO提供的格網(wǎng)化海面異常數(shù)據(jù)MSLA。該數(shù)據(jù)融合了T/P、Jason-1/2、ERS和ENVISAT等多顆衛(wèi)星的測高資料。數(shù)據(jù)時間分辨率為7 d，空間分辨率為0.25°×0.25°，時間跨度為1993—2015年，數(shù)據(jù)經(jīng)過了地球物理及環(huán)境誤差改正，包括對流層干濕分量改正、電離層延遲改正、固體潮改正、海潮改正、海洋負荷改正、極潮改正、海況偏差改正，以及逆氣壓改正等。對周數(shù)據(jù)進行滑動平均獲得月平均數(shù)據(jù)，以便在時間尺度上與驗潮站數(shù)據(jù)保持一致。首先，將觀測序列看成是與時間和空間位置有關(guān)的函數(shù)，進行主成分分析[11]；其次，對測高數(shù)據(jù)以每月月中為觀測時間建立時間序列，并利用下式擬合提取其長期性趨勢和季節(jié)性變化

y=a+bt+csin(2πt)+dcos(2πt)+esin(4πt)+fcos(4πt)

(1)

式中，y為海平面變化時間序列；t為對應(yīng)觀測時間；a為偏差項；b為長期性趨勢；c、d為周年變化系數(shù)；e、f為半周年變化系數(shù)。

1.2 驗潮站數(shù)據(jù)與處理

越南沿岸驗潮站數(shù)據(jù)由越南國家水文與氣象局提供，數(shù)據(jù)采樣間隔為1個月，具體站點和時間跨度見表1，分布如圖1所示。對驗潮站數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，首先補插缺測值，其次利用NCEP-NCAR 50年再分析資料進行逆氣壓改正，最后根據(jù)式(1)擬合提取其長期性趨勢和季節(jié)性變化，并采用最新的ICE-6G_C模型進行冰后回彈改正(GIA)[12]。

表1 越南沿海驗潮站

2 結(jié)果與討論

2.1 越南近海海平面時空分布特征

在測高數(shù)據(jù)主成分分析中，第一模態(tài)占總方差的70%，圖2(a)顯示的是由測高數(shù)據(jù)計算得到的第一模態(tài)空間分布特征，圖3(a)顯示的是第一模態(tài)對應(yīng)的時間序列。從圖中可以看到，第一模態(tài)有明顯的季節(jié)性變化特征。更具體地說是以年和半年周期為主導(dǎo)的季節(jié)性海平面變化影響著越南近海海平面的非潮汐變化。利用式(1)擬合提取計算范圍內(nèi)格網(wǎng)點觀測時間序列，結(jié)果如圖2(b)—(d)所示。從圖中可以看出，越南近海總體上呈上升趨勢，中部沿海上升趨勢較南北沿海更為明顯。季節(jié)性海平面變化在越南沿海海域占主導(dǎo)地位，可以解釋總方差的80%左右，其中，周年海平面變化的振幅遠大于半周年的振幅，整體呈現(xiàn)南高北低的狀況。周年振幅在沿岸地區(qū)平均達到15 cm左右，在東南部沿海達到峰值。為分析越南沿海和周邊海區(qū)的海平面變化及各區(qū)域間的關(guān)聯(lián)與差異，將越南近海及其鄰近南海海域按緯度分為北部、中部和南部3個地區(qū)，分別計算給出了整體海域，以及上述各海區(qū)海平面變化1993—2015年時間序列，如圖3(b)所示，其中，中部海區(qū)與整個海域海平面變化基本相同，相關(guān)性為0.99，北部與南部相關(guān)性稍差，僅為0.80。4個海區(qū)海平面變化呈線性趨勢、周年及半周年變化見表2。越南沿海受熱帶季風氣候影響，極易受到臺風、季風、風暴潮，以及厄爾尼諾現(xiàn)象等自然災(zāi)害的影響[6]。對于長期性趨勢變化來說，整個海域上升趨勢達到3.18 mm/a，北部沿海屬于半封閉海域，上升趨勢相對整個海域較小，僅為2.51 mm/a。

圖1 越南沿岸驗潮站分布

圖2

圖3

區(qū)域周年振幅/cm周年相位/(°)半周年振幅/cm周年相位/(°)趨勢/(mm/a)整體14．65349．313．60265．853．18北部11．83328．944．63254．202．51中部15．80347．924．47261．643．12南部15．41357．812．48283．243．55

2.2 越南近岸驗潮站海平面變化特征

本文挑選越南沿岸經(jīng)過整理的13個長期驗潮站的海平面資料進行分析計算，詳情見表3。經(jīng)逆氣壓與GIA改正后，將驗潮站資料與測高獲得的海面高進行比較，相關(guān)性如圖1所示，其中，中部沿岸驗潮站(CONCO、DANANG、QUYNHON)與測高數(shù)據(jù)的平均相關(guān)系數(shù)為0.95，西南沿岸驗潮站的相關(guān)性較差，RACHGIA和MYTHANH兩站相關(guān)系數(shù)僅為0.4和0.5。整體而言，測高海平面變化與驗潮站測得的同期海平面變化具有較好的一致性與同步性。

從表3可以看到，在整個觀測時段，海平面上升的站有9個，下降的站有4個。按省市或地區(qū)區(qū)分，北部從廣寧省到清化省(CUAONG和HONDAU)上升速率平均為3.7 mm/a。中部沿岸義安省(HONNGU)海平面呈下降趨勢，速率為-4.79 mm/a。中南部峴港到平順省富貴島(DANANG、QUYNHON和PHUQUY)海平面上升速率平均為2.25 mm/a。南部巴地頭頓省到金甌省(VUNGTAU和MYTHANH)海平面上升速率為3.51 mm/a，西南建江省(RACHGIA和PHUQUOC)海平面上升速率平均為3.36 mm/a。1993年以來海平面變化尤為明顯，中北部沿海(CUAONG、HONNGU和CONCO)和西南部沿海(VUNGTAU和MYTHANH)趨勢變化超過5 mm/a。上述兩地區(qū)分別處在北部紅河三角洲與南部湄公河三角洲入?？?，周年振幅平均在20 cm以上，根據(jù)水文氣象服務(wù)收集的數(shù)據(jù)，自20世紀50年代以來，風暴潮對兩地沿海造成嚴重影響，其振幅沿中部海岸到北部灣為0.5～3 m，南部海岸的平均振幅為1.4 m[6]。海平面上升嚴重侵蝕越南海岸線，湄公河和紅河三角洲地區(qū)覆蓋的469 km海岸線中超過1/4正在被侵蝕，侵蝕速度達到5～10 m/a[13]。

表3 越南沿岸驗潮站水位變化特征

3 結(jié) 論

本文利用衛(wèi)星測高和沿岸驗潮站數(shù)據(jù)分析了越南近海海平面時空變化特征。結(jié)果表明，越南近海海平面表現(xiàn)為較強的季節(jié)性特征，呈現(xiàn)南高北低的狀況。由測高數(shù)據(jù)計算得到的1993—2015年越南近海整體上升速率為3.18 mm/a，北部、中部和南部近海海平面上升速率分別為2.51、3.12和3.55 mm/a。經(jīng)驗證，測高海平面變化與驗潮站同期海平面變化具有較好的一致性和同步性，1993年以來，沿岸驗潮站海平面上升速率為4.11 mm/a。在整個觀測時段，越南沿海驗潮站的海平面呈上升趨勢，平均上升速率為3.02 mm/a。在紅河和湄公河三角洲沿岸地區(qū)，極易受到風暴潮和洪水等季節(jié)性氣候的影響。為了應(yīng)對海平面上升給越南沿岸地區(qū)造成的危害，仍需進一步分析越南沿海地區(qū)脆弱性，為近期海平面上升提供保護性策略。

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Sea Level Variability over the Vietnam Seas Derived from Satellite Altimetry and Tide Gauge Data

LI Dawei1，LI Jiancheng1，TUAN Wenzheng2

(1. School of Geodesy and Geomatics, Wuhan University, Wuhan 430079, China; 2. Le Quy Don Technical University, Hanoi 100803, Vietnam)

Sea level changes along the coast of Vietnam were calculated and analyzed by using satellite altimetry and tide gauge data. The results showed that there is a strong correlation between sea level changes obtained from the both data. The rate of rising sea level in Vietnam calculated by the altimeter data from 1993 to 2015 was 3.18 mm/a, and the rate by tide gauge data was 4.1 mm/a. During the whole time span of tide gauge observation, the coastal sea level of Vietnam was on the rise, at a mean rate of about 3.02 mm/a. The coastal sea level of Vietnam was characterized by strong seasonal characteristics. In the coastal areas of the Red River and the Mekong Delta, it was highly susceptible to the seasonal storms and floods.

tide gauge; satellite altimetry; coast of Vietnam; sea level change

李大煒，李建成，團文征.利用衛(wèi)星測高與驗潮站數(shù)據(jù)監(jiān)測越南近海海平面變化[J].測繪通報，2017(6)：1-4.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0177.

2016-11-23；

2017-01-23

國家自然科學基金(41404028); 公益性行業(yè)科研專項(201512001);國家重點研發(fā)計劃(2016YFB0501702)

李大煒(1984—)，男，博士，主要研究方向為衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用。E-mail：dwli@sgg.whu.edu.cn

P228.3

A

0494-0911(2017)06-0001-04