当你问自己，科学领域最大的未解之谜是什么时，“过去100年海平面发生了怎样的变化？”恐怕不会排在你的问题清单前列。
毕竟，这个问题不是早就弄清楚了吗？事实证明，要全面了解海洋一直以来的变化并非易事，但这对预测未来至关重要。本周，我的研究团队在 《自然》 发表的一篇论文中，提出了一种更准确的海平面上升测量标尺，为科学家多年来一直试图解释的差异提供了线索，也可能有助于预测未来海平面上升的情况。
20世纪的海平面观测数据来自验潮仪记录。最简单地说，这些记录相当于安装在世界各地海岸线上的标尺。这类测量的全球覆盖范围有限，尤其是在20世纪初以及南半球。此外，即使是最完整的记录，也可能存在较大的时间间隔。记录不完整，使得估算全球平均海平面变得非常困难。
政府间气候变化专门委员会（IPCC）最新报告列出了20世纪全球海平面上升幅度的两种不同估算。第一种估算来自一系列此前发表的研究，这些研究直接分析了验潮仪观测数据。采用这些方法得出的1901—1990年上升速率为每年1.5至2毫米。
第二种估算则是将各个来源的估算值相加而得，例如陆地冰融水和海洋膨胀。这种“自下而上”的方法得出的同期上升速率较低，为每年1至1.2毫米。
分析海平面变化的“指纹”
解释这两种不同估算之间的差异，一直是海平面研究领域亟待解决的问题。大多数科学家认为，基于验潮仪记录得出的较高估算更可信，但他们对较低的“自下而上”估算提出了质疑。
一种可能的解释是，过去一个世纪格陵兰和南极冰层融化量的估算可能偏低。传统上，冰盖质量平衡的测量依靠地面测量和卫星观测。然而，这些观测同样十分有限。
于是，我们开始追问：能否利用海平面观测数据，尝试估算各个冰盖和冰川的融化量？能否利用20世纪的验潮仪观测数据，推断各项贡献如何共同形成全球海平面上升？
事实证明，要回答这个问题，比我们任何人最初设想的都要困难得多。解决这一问题所依赖的物理原理，归根结底在于理解为什么不同验潮站测得的海平面各不相同。
多种因素会影响当地海平面测量结果，包括上一个冰期留下的持续影响、全球变暖造成的海洋升温和膨胀、海洋环流变化，以及当下陆地冰层融化。
所有这些过程都会形成独特的海平面变化模式，也就是“指纹”，而我们可以对其进行建模和预测。我们的目标是通过在验潮仪记录中寻找这些指纹，推断各项因素对海平面的单独贡献。这类“指纹”分析此前曾用于古海平面记录，但从未有人尝试在20世纪海平面观测数据中寻找这些预测出的模式。
要开发一种识别现代海平面记录“指纹”的方法，我们借鉴了工程学、经济学和气象学等其他领域常用的数据分析与统计技术。我们将这些技术结合起来，并首次应用于海平面研究领域。
从本质上说，我们的方法从有限的局部观测中提取全球信息。开始将统计方法应用于验潮仪记录后，我们发现，可以把估算出的各项单独贡献相加，从而生成一段全球平均海平面随时间变化的记录。我们原以为估算结果会与此前发表的研究一致，但实际结果却大不相同。
分析结果表明，此前对1901—1990年的估算偏高。我们估算，1901—1990年的“海平面上升”速率为每年1.2毫米，低于此前估算的每年1.5毫米。事实上，我们较低的估算与IPCC报告中的“自下而上”方法结果一致。通过消除两种不同测量方法之间的差异，这一结果弥合了“海平面收支”缺口。
乍看之下，这似乎是个好消息——上个世纪海平面上升得较慢——但未必如此。考察过去几十年的海平面上升情况，我们发现，1993—2010年每年3毫米的速率与此前发表的研究结果一致。根据我们的模型，这意味着全球海平面上升速率并非翻了一番（每年3毫米除以1.5毫米），而是提高到原来的2.5倍（每年3毫米除以1.2毫米）。
这意味着，近几十年来全球海平面上升速率高出25%，增幅相当显著。这一修订还可能影响对未来海平面上升的预测。
本文由 The Conversation合作发布。文章发表并不意味着世界经济论坛认同其中的观点。
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作者：Carling Hay，哈佛大学博士后研究员。
图片：2008年7月7日，在南半球冬季期间，佩里托莫雷诺冰川一侧的冰块在一次意外断裂过程中剥落。地点位于阿根廷南部圣克鲁斯省巴塔哥尼亚地区的埃尔卡拉法特市附近。路透社。
