《Nature》重磅發現：現代海平面上升打破中國東南沿海四千年穩定期

美國羅格斯大學地球與行星科學系林玉成團隊，聯合廣東省科學院廣州地理研究所、中山大學等機構的相關學者，重建了中國東南沿海過去11700年的海平面變化歷史，發現由氣候變化驅動的現代海平面上升已打破長達4000年的穩定期，并揭示了氣候變化導致的全球海平面上升與人類活動導致的地面沉降正在共同加劇沿海城市的洪澇風險。研究成果以“Modern sea-level rise breaks 4,000-year stability in southeastern China”為題，于近日在線發表于Nature。

美國羅格斯大學地球與行星科學系林玉成博士（現就職于澳大利亞CSIRO）為論文第一作者兼通訊作者。省科學院廣州地理所張雅澤博士、美國羅格斯大學Robert E. Kopp杰出教授和Praveen Kumar博士、中山大學熊海仙和鄭卓教授、英國約克大學Fiona D. Hibbert博士、廈門大學余鳳玲教授、美國杜蘭大學S?nke Dangendorf（David and Jane Flowerree講席教授）、英國杜倫大學乙海琳博士參與了此項研究。

海平面上升是氣候變化最明確的信號之一，正在重塑全球海岸線，并通過加劇海岸侵蝕、海水入侵和沿海洪澇災害，威脅著擁有數億居民的沿海城市的可持續發展。衛星觀測數據顯示，過去30年全球海平面上升速率已翻倍（從1993年的2.1毫米/年增至2023年的4.3毫米/年），但一些關鍵科學問題仍然困擾著科學界：在近期地質歷史中是否出現過類似的上升速率？究竟是什么驅動我們所觀測到的海平面變化？現代加速上升中有多少源于自然變率，又有多少來自人類影響？

與主要受大氣和海洋過程控制的溫度變化不同，海平面變化涉及大氣、海洋、冰凍圈、沉積過程以及固體地球過程之間的復雜相互作用。這種復雜性使得理解海平面變化的驅動因素極具挑戰，特別是在缺乏現代儀器觀測數據的地質時間尺度上。更為關鍵的是，大部分現代觀測僅持續不到60年，而許多海平面變化過程的演化周期卻長達數百至上萬年（如海洋環流調整、冰蓋動力學響應、地幔均衡調整等）這種時間尺度的不匹配進一步增加了準確評估長期海平面變化趨勢的難度。中國東南沿海是世界上最繁忙的海岸線之一，匯聚了長江三角洲、珠江三角洲等超大城市群，上海、香港、深圳等特大城市均坐落于此，擁有超過1億人口，是中國經濟最發達、人口最密集的核心區域。準確理解該區域海平面變化的驅動機制，對于科學評估沿海城市面臨的洪澇風險、制定有效的適應策略具有重要意義。

針對上述挑戰，該課題組通過將先進的統計和物理模擬方法應用于地質記錄，并結合驗潮站數據，成功分離了過去1.17萬年來各東南沿海城市海平面變化背后的各個驅動因素。這就像將復雜的交響樂分解為各個樂器的聲部——研究團隊需要分離每個過程，才能理解海平面變化的完整圖景并評估當前風險。

圖1 過去4000年全球平均海平面變化速率分布

過去1.17萬年來全球海平面主要經歷了三個階段:

階段一——冰期向間冰期過渡（11,700-4,200年前）：隨著地球從末次冰期過渡到當前間冰期，北美、北歐以及南極大陸冰蓋的融化最初驅動全球平均海平面以超過10毫米/年的速率快速上升，到該階段末期逐漸減緩至不到1毫米/年。

階段二——4000年的穩定期（約4,200年前至1850年代）：在長達4000年的時間里，全球平均海平面上升速率在0毫米/年上下波動，處于相對穩定狀態。在這一穩定時期，自然氣候變率、地質過程和海岸過程等區域因素主導了沿海環境的演變。

階段三——現代加速期（1850年代至今）：人類活動導致的溫室氣體排放打破了延續4000年的穩定格局，使全球平均海平面上升速率從19世紀初的0.1±0.2毫米/年加速到1900年以來的1.5±0.2毫米/年——這一速率極有可能超過至少過去4000年中任何一個世紀的水平（圖1）。

現代海平面上升所帶來的威脅：

全球海平面上升與區域地面沉降形成復合威脅：在全球平均海平面以創紀錄速度上升的同時，中國東南部主要城市正在經歷快速沉降。在研究的20個沿海大城市中，2015-2022年期間的實測沉降有至少94%源于人類活動——主要是地下水過度開采和大規模城市建設，自然過程的貢獻微乎其微。在每個被研究的城市中都存在一些區域的沉降速度要快于全球海平面上升速度。這意味著中國東南沿海城市不僅要承受氣候變化導致的全球海平面上升威脅，同時還面臨地表快速下沉的雙重壓力，使得這些城市的相對海平面上升速度遠超全球平均水平。

圖2 自然造成的陸地抬升（黃色區域）下沉（紫色區域）

沉降熱點與人口經濟中心高度重合：研究揭示，三角洲和盆地環境——特別是長江三角洲、珠江三角洲以及韓江三角洲（潮汕地區）——由于數千年來河流搬運沉積的厚層沉積物發生壓實，天然易發生緩慢沉降（圖2），但自然導致的沉降速率基本較小（<1毫米/年）。然而，人類活動可以顯著加速沉積物壓實進程（如地下水過度開采、大型建筑物荷載等），使地表沉降速率急劇上升。在所研究的20個城市中，部分區域的沉降速率可超過20毫米/年，可達目前全球平均海平面上升速率（約4.3毫米/年）的5倍以上。這形成了一種危險的耦合效應：這些對人類活動最敏感、沉降最嚴重的三角洲地區恰恰是數千萬人口的聚居地，也是中國人口最密集、經濟最發達的核心區域。結果是，這些人口和經濟中心因地面沉降而承受著遠超全球平均水平的相對海平面上升威脅（圖2）。

該研究具有重要的科學和現實意義。研究證明，現代海平面上升已打破4000年的穩定期，當今沿海城市面臨的洪澇和侵蝕風險并非自然周期的一部分，而是進入了前所未有的新階段。更為嚴峻的是，全球海平面加速上升與人為地面沉降的疊加，創造了地質記錄中從未出現過的復合威脅，對中國及全球沿海特大城市的可持續發展構成嚴峻挑戰。

該研究為制定應對策略提供了科學依據。削減全球溫室氣體排放固然至關重要，但地方層面因地制宜的適應措施同樣不可或缺——包括科學的地下水管理、嚴格的建筑與填海政策以及基于自然的海岸防御措施。上海的實踐提供了成功范例：20世紀中后期，上海曾面臨嚴重的地面沉降問題，但在識別出過量地下水開采是主要成因后，通過實施嚴格的地下水管控措施，成功大幅減緩了沉降速率，充分證明了地方針對性行動的有效性。這項研究強調，保護沿海城市需要全球氣候減排與地方適應措施的協同推進。

參考來源

廣東省科學院廣州地理研究所《 省科學院廣州地理研究所科研人員參與揭示“現代海平面上升打破中國東南沿海四千年穩定期”》

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