科学家已发现首个“海平面指纹”，有助于增强人们对预测海洋水位潜在变化的模型和理论的信心。
当邻近冰盖融化的区域海平面下降时，这些指纹便会显现。
由于潮汐、洋流和风力变化导致海洋水位出现剧烈波动，这些指纹一直难以追踪。
首个指纹的发现可能揭示新的信息，有助于预测海平面变化。
当冰盖融化时，海平面会出现一种违反直觉的变化。按常理推断，附近的海平面应当上升，但实际上却下降了。然而，在数千英里之外，海平面却以一种类似跷跷板的效应上升。原因何在？答案是，由于冰盖的引力拉力减弱，水体向外扩散。
这种变化的模式被称为海平面指纹，因为每一次发生都是独特的。这一概念的部分内容——它是人们理解全球海平面并非均匀上升的核心——已存在一个多世纪，现代海平面科学正是围绕它建立起来的。但在这一被广泛接受的理论中，长期存在知识空白：研究人员从未明确探测到海平面指纹。
由哈佛大学校友、博士索菲娅·库尔森（Sophie Coulson，2021年获博士学位）领衔、哈佛大学地球物理学家杰里·X·米特罗维卡（Jerry X. Mitrovica）参与的一个科学家团队认为，他们已探测到首个海平面指纹。相关研究成果发表于周四出版的《科学》杂志上的一项新研究。这项工作验证了近一个世纪的海平面科学成果，并有助于巩固人们对预测未来变化的模型的信心；在气候变暖的背景下，这类预测的重要性日益凸显。
“在海平面物理学领域，几乎所有人都假定这些指纹存在，但此前从未在可比的可信度水平上被探测到。”
杰里·X·米特罗维卡，哈佛大学地球物理学家
“海洋水位预测、城市和沿海规划——所有这些——都建立在指纹这一概念之上，”米特罗维卡说道，他是哈佛大学地球与行星科学系弗兰克·B·贝尔德二世科学教授。“这正是指纹如此重要的原因。它们使你能够估算海平面变化的几何形态将会是怎样……因此，我们现在对海平面变化的演变方式有了更大的信心。……如果指纹物理学不正确，那么我们就必须重新审视所有现代海平面研究。”
由于潮汐、洋流和风力变化引起海洋水位的剧烈波动，海平面指纹一直极难追踪。这使研究人员面临挑战：需要探测水体毫米级的运动，并将其与数千英里之外融化的冰川联系起来。
米特罗维卡将这一探索与寻找亚原子粒子希格斯玻色子的过程进行了比较。
“几乎所有物理学家都认为希格斯粒子存在，但当它被确凿探测到时，这仍然是一项具有变革意义的成就，”米特罗维卡说道。“在海平面物理学领域，几乎所有人都假定这些指纹存在，但此前从未在可比的可信度水平上被探测到。”
这项新研究使用了一家欧洲海洋监测机构新发布的卫星数据，该数据涵盖格陵兰冰盖及格陵兰附近大部分海域超过30年的观测记录，用以捕捉指纹所引起的海洋水位升降。
这些卫星数据引起了米特罗维卡及其同事、斯克里普斯海洋研究所的大卫·桑德威尔（David Sandwell）的注意。通常，该区域的记录只延伸至格陵兰南端，但在此次新发布的数据中，覆盖范围向北延伸了10个纬度，使科学家能够直观地察觉到指纹所引起的跷跷板效应的潜在迹象。
米特罗维卡很快便请来库尔森核实此事。库尔森曾是文理研究生院的博士生，现为洛斯阿拉莫斯国家实验室的博士后研究员。他们要核实的，是这是否真的是海平面科学家数十年来一直追寻的指纹信号。
“她是最合适的人选，能够……根据我们对格陵兰冰盖如何损失质量的理解，准确模拟指纹的样貌，并判断该预测是否与卫星观测结果相吻合，”米特罗维卡说道。
库尔森是模拟与冰盖和冰川融化相关的海平面变化及地壳形变的专家。卫星数据集送达她的收件箱时，她正在英国探望家人。她表示，自己立即意识到了其中的潜力。
库尔森迅速收集了三十年间她能找到的、关于格陵兰冰盖内冰层高度变化的最佳观测数据，以及加拿大北极地区和冰岛冰川高度变化的重建数据。她将这些不同的数据集结合起来，对1993年至2019年该地区的情况进行预测，随后将其与新的卫星数据进行比对。拟合结果堪称完美：二者呈一一对应的吻合，并以超过99.9%的置信度表明，卫星所揭示的海平面变化模式正是冰盖融化的指纹。
“我完全惊呆了。它就在那里——一个海平面指纹，证明了它们的存在，”库尔森说道。“这对我们所有人来说都是一个非常、非常激动人心的时刻。科学中很少有时刻能为复杂的地球过程提供如此简洁而卓越的清晰认识。”
“这项工作由索菲娅如此出色地领导完成，是我职业生涯中的亮点之一，它为我们与国际同行共同构建的所有理论和计算工作画上了圆满的句号，”米特罗维卡补充道。他的团队是首个提出海平面指纹应呈现何种形态的模型和预测的团队。
在科学研究中，得出结果并撰写论文通常需要数年时间，但此次研究人员能够迅速行动。从他们看到卫星数据到提交论文，整个过程总共只用了几个月。
这是因为，自米特罗维卡及其团队约20年前首次介绍海平面指纹研究以来，许多理论、技术和方法已得到充分发展和完善——这些计算已被广泛接受，并被纳入几乎所有预测海平面上升的模型之中。
既然首个海平面指纹已被探测到，最具全球影响的问题便是这一切将导向何方。
“未来还会有更多的探测，”米特罗维卡说道。“很快，指纹物理学的全部能力就将可用于推算未来十年、百年乃至更长远的海平面变化。”
