《Nature》重磅发现：现代海平面上升打破中国东南沿海四千年稳定期

美国罗格斯大学地球与行星科学系林玉成团队，联合广东省科学院广州地理研究所、中山大学等机构的相关学者，重建了中国东南沿海过去11700年的海平面变化历史，发现由气候变化驱动的现代海平面上升已打破长达4000年的稳定期，并揭示了气候变化导致的全球海平面上升与人类活动导致的地面沉降正在共同加剧沿海城市的洪涝风险。研究成果以“Modern sea-level rise breaks 4,000-year stability in southeastern China”为题，于近日在线发表于Nature。

美国罗格斯大学地球与行星科学系林玉成博士（现就职于澳大利亚CSIRO）为论文第一作者兼通讯作者。省科学院广州地理所张雅泽博士、美国罗格斯大学Robert E. Kopp杰出教授和Praveen Kumar博士、中山大学熊海仙和郑卓教授、英国约克大学Fiona D. Hibbert博士、厦门大学余凤玲教授、美国杜兰大学Sönke Dangendorf（David and Jane Flowerree讲席教授）、英国杜伦大学乙海琳博士参与了此项研究。

海平面上升是气候变化最明确的信号之一，正在重塑全球海岸线，并通过加剧海岸侵蚀、海水入侵和沿海洪涝灾害，威胁着拥有数亿居民的沿海城市的可持续发展。卫星观测数据显示，过去30年全球海平面上升速率已翻倍（从1993年的2.1毫米/年增至2023年的4.3毫米/年），但一些关键科学问题仍然困扰着科学界：在近期地质历史中是否出现过类似的上升速率？究竟是什么驱动我们所观测到的海平面变化？现代加速上升中有多少源于自然变率，又有多少来自人类影响？

与主要受大气和海洋过程控制的温度变化不同，海平面变化涉及大气、海洋、冰冻圈、沉积过程以及固体地球过程之间的复杂相互作用。这种复杂性使得理解海平面变化的驱动因素极具挑战，特别是在缺乏现代仪器观测数据的地质时间尺度上。更为关键的是，大部分现代观测仅持续不到60年，而许多海平面变化过程的演化周期却长达数百至上万年（如海洋环流调整、冰盖动力学响应、地幔均衡调整等）这种时间尺度的不匹配进一步增加了准确评估长期海平面变化趋势的难度。中国东南沿海是世界上最繁忙的海岸线之一，汇聚了长江三角洲、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，拥有超过1亿人口，是中国经济最发达、人口最密集的核心区域。准确理解该区域海平面变化的驱动机制，对于科学评估沿海城市面临的洪涝风险、制定有效的适应策略具有重要意义。

针对上述挑战，该课题组通过将先进的统计和物理模拟方法应用于地质记录，并结合验潮站数据，成功分离了过去1.17万年来各东南沿海城市海平面变化背后的各个驱动因素。这就像将复杂的交响乐分解为各个乐器的声部——研究团队需要分离每个过程，才能理解海平面变化的完整图景并评估当前风险。

图1 过去4000年全球平均海平面变化速率分布

过去1.17万年来全球海平面主要经历了三个阶段:

阶段一——冰期向间冰期过渡（11,700-4,200年前）：随着地球从末次冰期过渡到当前间冰期，北美、北欧以及南极大陆冰盖的融化最初驱动全球平均海平面以超过10毫米/年的速率快速上升，到该阶段末期逐渐减缓至不到1毫米/年。

阶段二——4000年的稳定期（约4,200年前至1850年代）：在长达4000年的时间里，全球平均海平面上升速率在0毫米/年上下波动，处于相对稳定状态。在这一稳定时期，自然气候变率、地质过程和海岸过程等区域因素主导了沿海环境的演变。

阶段三——现代加速期（1850年代至今）：人类活动导致的温室气体排放打破了延续4000年的稳定格局，使全球平均海平面上升速率从19世纪初的0.1±0.2毫米/年加速到1900年以来的1.5±0.2毫米/年——这一速率极有可能超过至少过去4000年中任何一个世纪的水平（图1）。

现代海平面上升所带来的威胁：

全球海平面上升与区域地面沉降形成复合威胁：在全球平均海平面以创纪录速度上升的同时，中国东南部主要城市正在经历快速沉降。在研究的20个沿海大城市中，2015-2022年期间的实测沉降有至少94%源于人类活动——主要是地下水过度开采和大规模城市建设，自然过程的贡献微乎其微。在每个被研究的城市中都存在一些区域的沉降速度要快于全球海平面上升速度。这意味着中国东南沿海城市不仅要承受气候变化导致的全球海平面上升威胁，同时还面临地表快速下沉的双重压力，使得这些城市的相对海平面上升速度远超全球平均水平。

图2 自然造成的陆地抬升（黄色区域）下沉（紫色区域）

沉降热点与人口经济中心高度重合：研究揭示，三角洲和盆地环境——特别是长江三角洲、珠江三角洲以及韩江三角洲（潮汕地区）——由于数千年来河流搬运沉积的厚层沉积物发生压实，天然易发生缓慢沉降（图2），但自然导致的沉降速率基本较小（<1毫米/年）。然而，人类活动可以显著加速沉积物压实进程（如地下水过度开采、大型建筑物荷载等），使地表沉降速率急剧上升。在所研究的20个城市中，部分区域的沉降速率可超过20毫米/年，可达目前全球平均海平面上升速率（约4.3毫米/年）的5倍以上。这形成了一种危险的耦合效应：这些对人类活动最敏感、沉降最严重的三角洲地区恰恰是数千万人口的聚居地，也是中国人口最密集、经济最发达的核心区域。结果是，这些人口和经济中心因地面沉降而承受着远超全球平均水平的相对海平面上升威胁（图2）。

该研究具有重要的科学和现实意义。研究证明，现代海平面上升已打破4000年的稳定期，当今沿海城市面临的洪涝和侵蚀风险并非自然周期的一部分，而是进入了前所未有的新阶段。更为严峻的是，全球海平面加速上升与人为地面沉降的叠加，创造了地质记录中从未出现过的复合威胁，对中国及全球沿海特大城市的可持续发展构成严峻挑战。

该研究为制定应对策略提供了科学依据。削减全球温室气体排放固然至关重要，但地方层面因地制宜的适应措施同样不可或缺——包括科学的地下水管理、严格的建筑与填海政策以及基于自然的海岸防御措施。上海的实践提供了成功范例：20世纪中后期，上海曾面临严重的地面沉降问题，但在识别出过量地下水开采是主要成因后，通过实施严格的地下水管控措施，成功大幅减缓了沉降速率，充分证明了地方针对性行动的有效性。这项研究强调，保护沿海城市需要全球气候减排与地方适应措施的协同推进。

参考来源

广东省科学院广州地理研究所《 省科学院广州地理研究所科研人员参与揭示“现代海平面上升打破中国东南沿海四千年稳定期”》

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