衛(wèi)星測高確定全球海平面變化研究進(jìn)展

金濤勇 劉文軒 姜衛(wèi)平 楊連俊 肖明宇

1 武漢大學(xué)測繪學(xué)院，湖北 武漢，430079

2 湖北珞珈實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢，430079

3 地球空間環(huán)境與大地測量教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢，430079

4 武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心，湖北武漢，430079

海平面及其變化與機(jī)制是當(dāng)今地球科學(xué)和氣候研究關(guān)注的共同問題。海平面變化是海洋動力熱力過程的綜合反映［1］，是氣候變化最具代表性的指示器［2］。隨著氣候變暖，如何應(yīng)對海平面上升帶來的一系列災(zāi)害問題（如風(fēng)暴潮劇增、海水侵蝕、洪澇災(zāi)害等）已成為國際社會，尤其是沿海國家的重要議題［3］。海平面變化觀測值是進(jìn)行海平面變化預(yù)測和海洋模式研制的重要基礎(chǔ)，是評估全球氣候模型預(yù)報(bào)結(jié)果的有效工具，是認(rèn)識全球氣候變化、服務(wù)海洋災(zāi)害預(yù)報(bào)等的支撐［4］。

衛(wèi)星測高是目前高效獲取高精度全球海面高及其變化的關(guān)鍵技術(shù)，相對驗(yàn)潮站觀測技術(shù)，具有快速全球覆蓋的特點(diǎn)，開啟了全球海平面變化研究的新時(shí)代［5］。自1969年提出衛(wèi)星測高概念，經(jīng)過50余年的發(fā)展，衛(wèi)星測高技術(shù)經(jīng)歷了脈沖有限雷達(dá)測高、激光雷達(dá)測高、合成孔徑雷達(dá)測高和合成孔徑雷達(dá)干涉測高等模式的發(fā)展，已在大地測量學(xué)、海洋學(xué)和氣候?qū)W等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。迄今為止，歐美和中國共發(fā)射了23顆搭載各類測高儀的衛(wèi)星。其中，T/P、Jason?1/2/3、Sentinel?6MF系列測高衛(wèi)星沿著幾乎完全相同的地面軌跡提供約±66°緯度范圍內(nèi)的海面高觀測數(shù)據(jù)，而且擁有高達(dá)2 cm的海面高測量精度，是當(dāng)前研究全球平均海平面變化的首選測高衛(wèi)星系列［6］；ERS?1/2、Saral、Sentinel?3A/3B系列測高衛(wèi)星空間覆蓋范圍拓展到緯度±82°，雖然海面高測量精度略低，但可以得到部分極區(qū)的觀測數(shù)據(jù)，且地面覆蓋軌跡更多，也是海平面變化研究的重要數(shù)據(jù)。此外，針對極區(qū)應(yīng)用的ICESat、ICESat?2、CryoSat?2衛(wèi)星，采用激光雷達(dá)測高、合成孔徑雷達(dá)測高以及合成孔徑雷達(dá)干涉測高等模式，獲得了極區(qū)和部分困難地區(qū)的更多高精度海平面變化觀測數(shù)據(jù)，是上述兩個(gè)系列的重要補(bǔ)充。

衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)已成為海平面變化研究的關(guān)鍵，主要用于確定1993年至今的全球海平面變化，因衛(wèi)星觀測具有快速全球覆蓋的特點(diǎn)，不僅可以得到全球平均海平面變化序列，還可以得到格網(wǎng)海平面變化序列。此外，聯(lián)合長期觀測的驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)，還可以得到長期的格網(wǎng)海平面變化序列。這些數(shù)據(jù)為確定全球平均海平面變化趨勢、驗(yàn)證海平面上升是否加速、預(yù)測預(yù)報(bào)海洋災(zāi)害等提供了重要保證。本文對利用衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)確定的1993年以來的現(xiàn)今全球平均海平面變化與高分辨率格網(wǎng)海平面變化，以及近百年格網(wǎng)海平面變化的相關(guān)進(jìn)展進(jìn)行梳理，以期為后續(xù)研究提供參考。

1 現(xiàn)今全球平均海平面變化研究進(jìn)展

全球平均海平面變化是質(zhì)量流入（如兩極冰蓋和陸地冰川融化）和密度變化（如熱膨脹）導(dǎo)致的海洋水量變化，是全球氣候變化的重要指標(biāo)［7?10］。全球平均海平面變化研究的前提是獲得其高精度變化序列［11?13］和不確定性度［14?16］。自1991年以來，T/P、Jason?1/2/3、Sentinel?6MF系列任務(wù)和ERS?1/2、Saral、Sentinel?3A/3B系列任務(wù)定期對全球海平面進(jìn)行測量，經(jīng)過精確的相互校準(zhǔn)，可提供近30年的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)。當(dāng)前，國際上主要有6個(gè)科研機(jī)構(gòu)在持續(xù)發(fā)布基于衛(wèi)星測高的現(xiàn)今全球平均海平面變化序列，分別是美國宇航局（National Aeronautics and Space Administration,NASA）戈達(dá)德太空飛行中心（God?dard Space Flight Center，GSFC）、美國國家海洋和大氣管理局（National Oceanic and Atmospheric Admin?istration，NOAA）、澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization，CSIRO）、法國航天局衛(wèi)星海洋學(xué)數(shù)據(jù)存檔 中 心（Archivage，Validation et Interprétation des données des Satellites Océanographiques，AVISO）、美國科羅拉多大學(xué)（University of Colorado）和歐洲航天局（European Space Agency，ESA）海平面氣候變化倡議（sea level climate change initiative，SL_CCI）小組。其中，前5個(gè)全球平均海平面變化序列均由±66°緯度范圍內(nèi)的T/P系列測高數(shù)據(jù)計(jì)算得到，除CSIRO更新至2019年12月外，其余機(jī)構(gòu)仍在不斷更新；而SL_CCI序列在T/P系列測高數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，添加移除了軌道誤差和偏差的ERS?1/2、Envisat、Cryosat?2和Saral衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)，覆蓋范圍拓展到緯度±82°，但僅更新至2015年12月。

在考慮冰后回彈改正下，各機(jī)構(gòu)所確定的1993年至今的全球平均海平面變化速率基本相同，約為3.3~3.5 mm/a，不確定度約為0.4 mm/a。各機(jī)構(gòu)確定的全球平均海平面變化速率存在較小差異，其產(chǎn)生的主要原因?yàn)楹Ｃ娓叽_定的各項(xiàng)誤差改正不同［17，18］和全球平均海面高變化序列確定的方法不同［15，16］。這些全球平均海平面變化序列的確定主要是利用重復(fù)軌道測高任務(wù)的海面高觀測值進(jìn)行地理平均。例如，科羅拉多大學(xué)的方法是將沿軌海面高觀測值按緯度余弦進(jìn)行加權(quán)，而AVISO的方法則是首先將沿軌海面高觀測值劃分為2°×2°的格網(wǎng)產(chǎn)品，再對每個(gè)格網(wǎng)按緯度余弦進(jìn)行加權(quán)。研究表明，由衛(wèi)星軌道傾角導(dǎo)致的經(jīng)線方向的采樣缺失是影響全球平均海平面變化估計(jì)精度的重要因素，最佳全球平均海平面變化估計(jì)可以通過具有經(jīng)向延伸的多任務(wù)衛(wèi)星星座得出［19］。因此，理論上格網(wǎng)海面高產(chǎn)品相對沿軌海面高觀測值具有更為均勻的空間覆蓋，在保證格網(wǎng)海面高精度的情況下，獲得的全球平均海平面變化精度更高，但格網(wǎng)化方法不可避免存在誤差［20］。平均海平面變化速率的不確定度估計(jì)主要有兩種方法：①評估獲取海面高觀測值時(shí)幾乎所有的不確定性來源，包括地球物理校正、衛(wèi)星軌道誤差和不同衛(wèi)星之間的校準(zhǔn)偏差等，將相關(guān)的不確定性傳播到全球平均海平面變化估計(jì)，并考慮不同不確定性來源之間的時(shí)間相關(guān)性［14］。②通過比對衛(wèi)星測高和驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)來估計(jì)衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)，確定全球平均海平面變化速率的不確定度［21，22］。

基于衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)確定全球平均海平面變化序列的研究表明，全球平均海平面不僅線性上升，而且呈加速上升狀態(tài)［23?27］。世界氣候研究計(jì)劃估計(jì)的海平面上升加速度為0.10 mm/a2，該結(jié)果與相關(guān)研究的結(jié)果（0.12±0.07 mm/a2［13］和0.084±0.025 mm/a2［14］）較為一致。不同衛(wèi)星測高任務(wù)的全球平均海平面變化數(shù)據(jù)集（T/P系列衛(wèi)星和ERS系列衛(wèi)星）確定的上升加速度分布高度相似，但在格陵蘭島周圍出現(xiàn)了明顯的負(fù)加速度［28］。估計(jì)全球平均海平面上升加速度的方法基本一致，首先利用最小二乘擬合方法去除與海洋、大氣和大陸之間水質(zhì)量交換相關(guān)的季節(jié)性和年際信號；然后利用經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)方法去除以厄爾尼諾?南方濤動和太平洋年代際振蕩為代表的年代際信號（對加速度的影響可達(dá)0.033 mm/a2）；最后以最小二乘二次擬合二次項(xiàng)系數(shù)的兩倍作為上升加速度［13，28］。加速度的精確確定是十分具有挑戰(zhàn)性且復(fù)雜的難題，因?yàn)殛懙厮畠α?、海洋熱比容和冰蓋質(zhì)量損失等驅(qū)動因素的年代際變化可能會“偽裝”成平均海平面變化的加速度，而且大型火山的噴發(fā)會產(chǎn)生階段性變化，高度計(jì)觀測海面高的誤差也會有一定影響。

2 高分辨率格網(wǎng)現(xiàn)今海平面變化研究進(jìn)展

不同區(qū)域的海平面變化與全球平均海平面變化趨勢并不一致，在全球氣候變暖及極端事件頻發(fā)的大背景下，高分辨率的海平面變化格網(wǎng)數(shù)據(jù)對定量研究不同區(qū)域的變化特征十分重要，并已得到廣泛應(yīng)用，包括南極繞極流［29］、大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流［30］、中尺度渦流［31］監(jiān)測等。由于測高衛(wèi)星的工作模式，沿軌觀測值之間存在空白，需要進(jìn)行插值以獲得高分辨率的格網(wǎng)產(chǎn)品。當(dāng)前，國際上發(fā)布的高分辨率格網(wǎng)現(xiàn)今海平面變化產(chǎn)品主要有SL_CCI［18］；AVISO通過哥白尼海洋環(huán)境監(jiān)測服務(wù)和哥白尼氣候變化服務(wù)發(fā)布的多星數(shù)據(jù)融合與高度計(jì)組合系統(tǒng)（data unifi?cation and altimeter combination system，DUACS）數(shù)據(jù)集［32］；NASA海洋物理分布式數(shù)據(jù)存檔中心發(fā)布的地球系統(tǒng)氣候研究（making earth system data re?cords for use in research environments，MEa SUREs）數(shù)據(jù)集。

其中，SL_CCI和DUACS數(shù)據(jù)集分別提供時(shí)間分辨率為1月和1天的（1/4）°×（1/4）°全球格網(wǎng)數(shù)據(jù)，均采用了最優(yōu)插值方法進(jìn)行插值［33，34］，該方法同時(shí)顧及沿軌觀測值的時(shí)間和空間相關(guān)性，并根據(jù)海洋中尺度渦流引起的海平面變化，利用海平面變化信號時(shí)空相關(guān)函數(shù)［35］，考慮不同測高衛(wèi)星的誤差水平，在一定時(shí)空尺度上利用最優(yōu)插值或集合最優(yōu)插值計(jì)算得到格網(wǎng)海平面變化，受認(rèn)可度較高。MEa?SUREs數(shù)據(jù)集采用了克里金插值方法進(jìn)行插值，在構(gòu)建出全球海洋上各個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)位置及其周邊點(diǎn)的協(xié)方差函數(shù)后，計(jì)算得到時(shí)間分辨率為5天的（1/6）°×（1/6）°全球格網(wǎng)數(shù)據(jù)［36］，與全球61個(gè)長時(shí)間序列驗(yàn)潮站相比，移去趨勢誤差后的標(biāo)準(zhǔn)差為3.1 cm。

在地中海等典型區(qū)域，部分學(xué)者對其他一些衛(wèi)星測高海平面變化數(shù)據(jù)格網(wǎng)化方法的可行性和有效性進(jìn)行了探索。Grgi?等［37］在地中海區(qū)域?qū)Ρ攘嘶瑒悠骄?、反距離加權(quán)、多項(xiàng)式擬合等10種常用格網(wǎng)化方法的插值效果，認(rèn)為反距離加權(quán)略微優(yōu)于其他插值方法；Yang等［38］采用深度置信網(wǎng)絡(luò)對Jason?1/2沿軌數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)后，估計(jì)驗(yàn)潮站處的海平面值，與驗(yàn)潮站實(shí)測值進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)深度置信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性優(yōu)于克里金插值、反距離加權(quán)和連續(xù)曲率張力樣條的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，且深度置信網(wǎng)絡(luò)能捕捉到更多的海平面空間細(xì)節(jié)特征。此外，還有一些學(xué)者基于海洋數(shù)值模式，分析了數(shù)據(jù)同化方法和插值方法的效果。Lopez?Radcenco等［39］利用西地中海業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)系統(tǒng)數(shù)值模式模擬出日均高分辨率海平面異常場的合成地面實(shí)況數(shù)據(jù)集，通過觀測系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)得到測高衛(wèi)星模擬值，比較了模擬數(shù)據(jù)同化方法和最優(yōu)插值方法的插值效果，結(jié)果表明，與最優(yōu)插值相比，模擬數(shù)據(jù)同化方法重構(gòu)的海平面異常均方根誤差和相關(guān)性分別優(yōu)化了42%和14%。Beau?champ等［40］使用NATL60高分辨率海洋模式模擬了北大西洋兩個(gè)重點(diǎn)區(qū)域的海面高數(shù)據(jù)，并將其作為觀測系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)中的參考值，采樣出衛(wèi)星測高虛擬觀測值后，將其與參考值進(jìn)行比較，比較了最優(yōu)插值法、模擬數(shù)據(jù)同化法、數(shù)據(jù)內(nèi)插經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)法［41］以及端到端的卷積自編碼器法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的吉布斯能量法對衛(wèi)星測高虛擬觀測值的插值效果。與最優(yōu)插值相比，其他幾種數(shù)據(jù)驅(qū)動方法對日均海平面高均方誤差的相對優(yōu)化達(dá)到40%，尤其是在灣流區(qū)域。同時(shí)，與模擬數(shù)據(jù)同化法和數(shù)據(jù)內(nèi)插經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)法相比，引入吉布斯能量概念后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法具有更好的重構(gòu)性能。

3 高分辨率格網(wǎng)長期海平面變化研究進(jìn)展

利用衛(wèi)星測高技術(shù)獲取的連續(xù)海平面變化數(shù)據(jù)僅限于約1993年至今，時(shí)間長度約為30年，難以用于確定海平面變化的年際和年代際等低頻率特征［42］，也會影響海平面上升速率及其加速度的精確確定。因此，海平面變化的低頻率多尺度特征一直是國際上研究的熱點(diǎn)問題［43］。其中，長時(shí)間的全球海平面變化序列獲取是關(guān)鍵。驗(yàn)潮站觀測的海平面變化時(shí)間長，但全球分布稀疏、不均勻。聯(lián)合驗(yàn)潮站和衛(wèi)星測高等數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)是獲取長時(shí)間全球海平面變化序列的主要方法。

高分辨率格網(wǎng)長期海平面變化的重構(gòu)方法主要有兩類：①基于卡爾曼濾波或者高斯過程回歸的概率統(tǒng)計(jì)方法［44?46］。冰川和冰蓋的質(zhì)量損失、陸地 水儲量變化等因素使得海平面變化呈現(xiàn)不均勻的空間分布特征。利用海平面指紋方法可確定這些因素對長期海平面變化在空間尺度上的貢獻(xiàn)［47］，而短期測高數(shù)據(jù)僅用于比對和校正。②聯(lián)合衛(wèi)星測高確定格網(wǎng)海平面變化和長期驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)的約化空間最優(yōu)插值（reduced space optimal interpolation，RSOI）方法［48?50］。根據(jù)基函數(shù)計(jì)算的不同，RSOI方法還可以分為以下兩種：①經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)（empirical orthog?onal function，EOF）重構(gòu)方法［48，51，52］；②循環(huán)平穩(wěn)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)（cyclo?stationary empirical orthogonal func?tion，CSEOF）重構(gòu)方法［53?55］。其重構(gòu)原理都是將衛(wèi)星測高得到的全球格網(wǎng)海平面變化序列利用EOF或CSEOF方法進(jìn)行分解，以得到表征空間變化特征的模態(tài)，并假定空間變化特征模態(tài)是平穩(wěn)的，進(jìn)而選取長時(shí)間觀測的驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)，編輯處理后計(jì)算相同格網(wǎng)內(nèi)的平均海平面變化序列，選取一定個(gè)數(shù)的空間變化模態(tài)插值到驗(yàn)潮站點(diǎn)上，采用最小二乘平差求解驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)對應(yīng)的表征時(shí)間變化特征的主成分，再通過選取的空間模態(tài)和求解的主成分重構(gòu)得到驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)有效時(shí)間內(nèi)的全球格網(wǎng)海平面變化序列。文獻(xiàn)［48］和文獻(xiàn)［53］中確定的兩個(gè)典型重構(gòu)結(jié)果分別由CSIRO和NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室物理海洋數(shù)據(jù)分發(fā)存檔中心提供。其中，前者提供了1880—2013年的重構(gòu)全球1°×1°格網(wǎng)月平均海平面變化序列，后者提供了1950—2009年時(shí)間分辨率為7天的重構(gòu)全球（1/2）°×（1/2）°格網(wǎng)海平面變化序列。

其他相關(guān)研究引入和比較了更多的數(shù)據(jù)和方法。引入的輔助數(shù)據(jù)逐漸增多，比如從單變量［53］到雙變量［56］再到多變量［57］；引入的插值方法也更多，比如最優(yōu)插值、Delaunay插值、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。Wenzel等［58］不僅利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模式識別特性在時(shí)域填補(bǔ)了缺失值，還在空間域?qū)y高數(shù)據(jù)從區(qū)域海平面變化外推到全球?；贒elaunay線性三角化，Nitzke等［59］提出一種數(shù)據(jù)依賴的基于最小誤差準(zhǔn)則的站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)三角化方法，通過可獲取的控制數(shù)據(jù)使用整數(shù)線性規(guī)劃的精確算法學(xué)習(xí)最小誤差三角化，再應(yīng)用學(xué)習(xí)到的三角化計(jì)算分段線性曲面模型，認(rèn)為結(jié)合最小誤差和K階Delaunay三角化可以在幾何上使三角形更加穩(wěn)固。該方法在用驗(yàn)潮站和衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)重構(gòu)海面高方面更具優(yōu)勢。Strassburg等［60］詳細(xì)比較了EOF和CSEOF兩種方法，認(rèn)為CSEOF方法在復(fù)現(xiàn)全球平均海平面變化和海洋氣候指數(shù)的變化方面更優(yōu)，受到驗(yàn)潮站有限分布和高頻信號的影響更少。然而，在聯(lián)合重構(gòu)中，由于衛(wèi)星測高和驗(yàn)潮站確定海平面變化的基準(zhǔn)、精度差異，以及對于海平面變化空間特征的穩(wěn)定性假設(shè)等，對重構(gòu)結(jié)果會產(chǎn)生一定影響。因此，長期海平面變化重構(gòu)還存在以下問題：

1）驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)使用的是局部基準(zhǔn)而不是全球基準(zhǔn)，而衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)是相對參考橢球的全球基準(zhǔn)。驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)一般受到板塊垂直運(yùn)動的影響，可采用長期地質(zhì)觀測數(shù)據(jù)、冰后回彈模型和GPS板塊運(yùn)動監(jiān)測數(shù)據(jù)對其進(jìn)行改正，由于不能獲得所有驗(yàn)潮站位置處的地質(zhì)數(shù)據(jù)和GPS觀測數(shù)據(jù)，通常采用冰后回彈模型進(jìn)行改正。為了解決基準(zhǔn)不一致的問題，Church等［51］使用差分海面高進(jìn)行重構(gòu)，使得數(shù)據(jù)變化與基準(zhǔn)無關(guān)，之后向前累加，使得重疊時(shí)間的平均振幅和測高數(shù)據(jù)一致，然而向前積分有可能產(chǎn)生較大的累積誤差。Ray等［61］則提出了一種基準(zhǔn)擬合方法來解決問題，設(shè)置驗(yàn)潮站的垂直基準(zhǔn)為待求參數(shù)，可以較好地限制誤差，然而該方法對數(shù)據(jù)連續(xù)性有一定要求，由于驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)有很多缺失，仍然不夠穩(wěn)定。Svendsen等［62］對基準(zhǔn)擬合方法進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)合測高數(shù)據(jù)對驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)進(jìn)行基準(zhǔn)調(diào)整，考慮了每個(gè)站點(diǎn)的完整性，使重構(gòu)不易受到偏移的影響。

2）為了解釋全球平均海面高變化的長期趨勢，Church等［51］增加了一個(gè)虛擬的均勻EOF（EOF0）用以代表過去全球大洋的時(shí)變空間平均信號。這個(gè)步驟的優(yōu)勢是避免了該信號泄漏到不同的EOFs中，擾亂重構(gòu)［49］。對RSOI方程的理論分析和敏感性實(shí)驗(yàn)顯示，EOF0的引入使得長期趨勢的重構(gòu)更穩(wěn)定，但是妨礙了年際間?年代際變化的重構(gòu)［63］。反之，如果不引入EOF0，則更能捕捉變化特征，但會導(dǎo)致長期趨勢不準(zhǔn)確［64］。因此，EOF0的引入對于區(qū)域重構(gòu)各有優(yōu)劣，但是對高分辨率長期全球海平面變化重構(gòu)至關(guān)重要［65］。

3）在驗(yàn)潮站數(shù)量比較少的情況下，利用統(tǒng)計(jì)方法可以得到海平面變化長期趨勢穩(wěn)健、光滑的估計(jì)，及其不確定度，但無法重構(gòu)年際間變化［66］。利用RSOI方法可以重構(gòu)年際間到年代際變化［63，67，68］，但無法精確估計(jì)長期趨勢［45］。兩種方法都不能恢復(fù)全球和區(qū)域海平面變化的全頻譜［63］，這一問題導(dǎo)致不同重構(gòu)結(jié)果在20世紀(jì)70年代之前有較大差異［69，70］。因此，Dangendorf等［71］提出了一種融合重構(gòu)方法，在不同的時(shí)間尺度上選擇對應(yīng)的最佳方法，即結(jié)合卡爾曼濾波的低頻海面高信息和RSOI的高頻信息產(chǎn)生1900—2015年的全球和區(qū)域重構(gòu)海面高。將每一個(gè)驗(yàn)潮站通過卡爾曼濾波重構(gòu)得到的低頻信號（截止周期15年）作為趨勢改正，將殘余值和經(jīng)過類似處理的測高數(shù)據(jù)用于迭代的RSOI重構(gòu)，基于分段回歸模型，利用表面風(fēng)應(yīng)力、海面壓力、海表溫度和相鄰站點(diǎn)作為預(yù)測因子以最小化RSOI重構(gòu)中的偏差。

4 總結(jié)與展望

近30年來，衛(wèi)星測高技術(shù)在確定全球海平面變化方面取得了眾多令人矚目的研究成果，為理解全球氣候變化做出了重要貢獻(xiàn)?？傮w來說，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

1）多源多代衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)，特別是T/P系列測高數(shù)據(jù)，確定了高精度的全球平均海平面變化序列，進(jìn)而得到1993年至今的全球平均海平面上升速率約為3.3~3.5 mm/a，其上升加速度約為0.08~0.12 mm/a2，增強(qiáng)了對全球氣候變化影響的認(rèn)知。

2）聯(lián)合多源多代衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)，利用最優(yōu)插值或克里金插值等方法獲取了（1/6）°~（1/4）°空間分辨率，1~5天時(shí)間分辨率的全球格網(wǎng)海平面變化序列，同時(shí)，也有一些針對高分辨率區(qū)域海平面變化的時(shí)空插值方法研究，為區(qū)域海平面變化特征和海洋災(zāi)害預(yù)測預(yù)報(bào)提供了重要數(shù)據(jù)支撐。

3）聯(lián)合衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)的高空間覆蓋與驗(yàn)潮站等海洋數(shù)據(jù)長時(shí)間觀測的特點(diǎn)，重構(gòu)了近百年的空間分辨率在（1/2）°~1°之間，時(shí)間分辨率最高為7天的全球格網(wǎng)海平面變化序列，促進(jìn)了對海平面變化的年際和年代際低頻特征，以及與厄爾尼諾等極端氣候事件相關(guān)性的認(rèn)知。

衛(wèi)星測高技術(shù)通過全天時(shí)、全天候、全球覆蓋的連續(xù)觀測獲取了全球海面高及其變化信息，但受限于其局限性，海平面變化研究仍然存在一些問題。例如，微波雷達(dá)高度計(jì)觀測足跡大，導(dǎo)致在近岸、島嶼和極區(qū)等復(fù)雜區(qū)域海面高精度較低；激光雷達(dá)高度計(jì)觀測足跡小，但因?qū)Ｃ婢哂写┩感远档土撕Ｃ娓哂^測精度；測高衛(wèi)星持續(xù)觀測時(shí)間較短，難以獲得長周期的海平面變化特征。同時(shí)，新型測高技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)。合成孔徑雷達(dá)高度計(jì)的沿軌觀測間距約有300 m，已成為現(xiàn)今測高衛(wèi)星的主要載荷。合成孔徑雷達(dá)干涉高度計(jì)可直接獲得高分辨率二維海面高觀測值，有望在陸地和冰蓋邊緣等區(qū)域獲得更多有效觀測數(shù)據(jù)，并克服星下點(diǎn)高度計(jì)觀測海面高變化時(shí)間和空間分辨率不可兼得的難題。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)反射測量（global navigation satellite sys?tem?reflectometry，GNSS?R）技術(shù)具有多信號源、寬覆蓋等特點(diǎn)，在海面高測量領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，已有多顆相關(guān)衛(wèi)星發(fā)射。此外，隨著衛(wèi)星測高任務(wù)的不斷實(shí)施，全球覆蓋的海面高數(shù)據(jù)積累越來越多，揭示海平面變化更多未知的多尺度時(shí)空特征將成為可能，例如風(fēng)暴潮等高頻海平面變化特征、年代際等低頻海平面變化特征、區(qū)域海平面變化差異原因等?？傮w上，衛(wèi)星測高技術(shù)的發(fā)展和未來任務(wù)規(guī)劃的目的是不斷提高時(shí)空分辨率和觀測精度，以滿足在中小尺度上更精細(xì)和更長期認(rèn)知海洋的科學(xué)需求。