工程4（2018）156研究气候变化-文章河口三角洲系统海平面上升行为的制图：以上海沿岸总部程一，陈俊英。Chena，Z.J.Chenb，R.L.Ruanc，G.Q.Xub，G.曾丁，J.R.Zhua，Z.J.戴，X.Y.陈娥，S.H. Guf，X.L.Zhangg，H.M.WangH华东师范大学河口海岸国家重点实验室，上海200062b上海市水利规划设计研究院，上海200232c上海市水务局，中国d华东师范大学城市与区域科学学院，上海200062华东师范大学生态与环境科学学院，上海200062中国上海市上海水文站F室，上海200232g上海市规划和国土资源局，上海200003上海地质调查院，上海200072阿提奇莱因福奥文章历史记录：2017年7月1日收到2017年12月10日修订2017年12月26日接受在线提供2018年保留字：海平面上升动态人为地貌变化局部潮汐基准面洪水管理A B S T R A C T海平面上升（SLR）是气候变化的一个主要威胁，预计将影响位于河口三角洲地区的发展中沿海城市。上海就是这样一个城市，位于长江三角洲（YRD）。然而，由于SLR行为的不确定原因、幅度和时间，决策者很难实施适应本文试图在十年尺度上绘制SLR行为的原因和本文分析了1921年以来11个验潮站的潮位记录及其周围相应的水深测量资料。除了众所周知的海平面上升（ESLR）、构造沉降（TS）和城市地面沉降（ULS）外，我们还发现了上海沿海三种新的由于人为地貌变化（AGCs）而引起的SLR行为第一个新的行为是区域海平面上升（RSLR），这是土地开垦和深水航道整治的结果第二种是区域海平面下降（RSLF），这是由于河流集水区沉积物供应减少导致河床被侵蚀而发生的。最后一个SLR行为是局部潮汐基准面上升（LTDR）。因此，我们预计，上海海岸SLR的震级范围为10 - 16厘米，从2011年至2030年。澄清SLR的行为是很重要的，以帮助当地决策者在规划结构和非结构性措施，以应对不断上升的洪水损失成本在河口三角洲系统，这一领域是充满了未来的挑战。©2018 The Bottoms.Elsevier LTD代表中国工程院出版，高等教育出版社有限公司。这是一个在CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）中找到。1. 介绍平均海平面（MSL）是一个大地水准面，也是土木工程设计中使用的基本参数，特别是在沿海、河口和三角洲地区[121世纪以来，全球变暖加速了海平面上升的程度和速度[6最近关于气候变化的一项发现表明，人类活动使我们在2100年的未来海平面比今天高出1.9米，在未来2000年，全球海平面可能会进一步上升4.8米。1.5°C和2°C全球变暖情景[12，13]。河口和*通讯作者。电子邮件地址：hqch@sklec.ecnu.edu.cn（总部）Cheng）。三角洲面临着海平面上升的直接威胁，适应行动战略已成为世界各国科学界和政府的重要议程[3，14这也是因为世界上80%人口超过100万的大城市位于河口和三角洲地区。此外，这些城市的海拔大多低于当地的高潮位[3]。最近，一些严重的沿海洪水造成了广泛的财产损失，长期的服务中断，以及亚太地区，欧洲和澳大利亚数百人的死亡，导致河口和三角洲城市适应海平面上升（SLR）的积极需求[23然而，由于SLR行为的不确定原因、幅度和时间，在https://doi.org/10.1016/j.eng.2018.02.0022095-8099/©2018 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志主页：www.elsevier.com/locate/eng总部Cheng等人/工程学4（2018）156157···特别是，不确定性来自于大气、海洋和陆地过程的复杂系统，以及它们在一系列空间和时间尺度上的相互作用。包括SLR和人为地貌变化（AGCs）在内的气候变化进一步加剧了这种复杂性和不确定性[24，27然而，本文试图映射SLR行为的十年尺度。这一新的制图尝试是通过综合分析进行的，包括长江三角洲（YRD）上海沿岸的水文、地貌和现场测量（图1）。①的人。我们提供了到2030年的SLR分析，这是在地方社会经济管理系统中使用的水利规划的某些特定目标将实现的年份在第二节中，我们阐明了上海沿岸SLR行为的原因，并在第三至第六节中，我们估计了SLR行为的大小第7节提供了2011年至2030年SLR预测总量的累积。在第八节中，我们首先计算了局部基准面潮位（LTDR），这是一种特殊的SLR行为。SLR行为的澄清将有助于当地决策者规划结构和非结构措施，这些措施是在河口三角洲系统中应对不断上升的洪水损失成本所必需的2. 上海沿海海平面上升的原因上海是中国的经济、金融、贸易和航运中心。 它有211公里的大陆海岸线和577公里的岛屿海岸线（图。①的人。这座城市位于YRD，拥有2400万人口[33]。大部分高程低于十年平均高潮面3.25 m，最低高程高于当地吴淞高程基准面（WED）2.2 m[34]。此外，长江口拦门沙和滩涂岸边的水库提供了长江口70%以上的淡水[35]。因此，上海市面临着平均海平面上升（MSLR）造成的洪水和淡水供应短缺的重大风险[36最近在台风风暴期间发生了一些严重的洪水，如1997年的台风温妮和2005年的台风麦莎，以及2016年的台风尼伯特[23];这些事件表明迫切需要绘制SLR行为的原因事实上，SLR的成因是一个需要跨学科合作的困难研究课题。政府间气候变化专门委员会（IPCC）第一次评估报告（AR1）至第五次评估报告（AR5）以及中国应对气候变化政策和行动的年度报告指出，根据这些报告，1996年对上海沿海进行了首次SLR震级预测，结果表明，从基准年1991年到目标年2010年、2030年和2050年，分别增加了10-SLR投影由三部分组成。第一个是IPCC AR 1中海平面上升（ESLR）预测为2 mm a-1[44]。第二次是中国科学院上海天文台1988~ 1994年的全球TS测量，测量值为1 mm a-1第三个是在吴淞验潮站（WTGS）参考点附近的ULS投影6 mm a-1[43，45]。自那时起，该SLR投影已被指定为土木工程和城市规划的局部高程基准参考[43，45]。然而，WTGS[5，45]测量的年度MSL显示，1991年至2010年的MSLR为5.2 cm这远远低于1996年预计的19厘米SLR[43]。因此，查明造成严重土地退化和土地退化的原因对公众和决策者至关重要。本文阐明了上海沿海实测的MSLR与1996年SLR预测值之间第一个原因是气候变暖引起的ESLR的微小变化。第二个原因是岩石圈板块运动和地幔流动导致的TS变化范围很小，与大西洋周围大陆边界的大小相似[46]。第三个原因是ULS的下降第四个原因是区域海平面上升（RSLR）由于土地开垦和深水航道整治。第五个原因是河床侵蚀导致的区域海平面下降（RSLF），这是由于河流图1.一、长江口及杭州湾北岸验潮站分布图、城市地面沉降剖面图及主要工程项目图。SB：南支; NB：北支; SC：南通道; NC：北通道; SP：南通道; NP：北通道。158总部 程 等/工程 4 （2018）156···········集水区海平面变化的后两个原因以前从未讨论过。我们绘制了从2011年到2030年的这五个SLR原因。3. 海平面上升由于WTGS拥有1912 - 2000年最长的潮位观测资料，因此被选为上海沿海至2030年ESLR推算的参考站。采用WTGS WED的历史每小时测量潮位（图1）来计算年度MSL和ESLR。使用WTGS周围测量的本地实时ULS对这些数据进行了修订。所有数据都校准到WED。本文采用两种方法计算风电场的ESLR量级：一种是将MSL与第一作者提出的灰色线性系统（GLR）相结合的组合线性回归[47][48][49]小波分析被用于这两种方法。使用F-显著性检验来检验回归系数的置信度[45，48，49]。年平均海平面的小波分析结果显示出19年、10.8年、7.6年、5.2年、2.6年和1年的6个显著周期（见图1）。 2在Ref. [49]），其通过了0.05.这些周期分别类似于交点构成周期（18.6年）、黄道-月球轨道交点运动周期（9.3年）、太阳黑子周期（11年）、厄尔尼诺通过两种方法-GLR和LS方法-计算WTGS测得的年度MSL的ESLR趋势，评估这六个时期后，结果显示1921年至2000年的ESLR分别为3.6 cm和4.4 cm。这两个结果揭示了两种方法之间的微小差异，表明估计结果不会被数据集的原始周期所扭曲。此外，LS方法的后续重新计算结果预测，与2000年至2010年的测量值2.6 cm相比，ESLR略大3.1cm[49]。这一结果表明，使用LS方法产生高估的ESLR。因此，我们建议从两种方法的结果中得到4 cm（2 mm a-1）这种ESLR趋势显然意味着可能的气候变暖。然而，它肯定与观察到自2006年以来，通过分析来自巴伦支海冰缘变化的天文观测数据和地质数据[51]以及全新世高振幅事件的证据[52]获得。然而，上海海岸到2030年的ESLR为2 mm a-1的上述量级与20世纪90年代上海海岸的预测值[35，53]和IPCC AR 1[54]相似。它略高于长期平均全球SLR，1.7 1901 - 2010年平均值为2.1mm a-1[3]，略低于验潮站实测值和卫星测高数据的平均值2.1mm a-1[55]。这远低于IPCC AR 5[3]中提供的1993年至2010年全球SLR短期平均值3.2 mm a-1。它也略高于简单加权平均ESLR，范围从1 mm a-1到1.8 mm a-1，其基于验潮站的数据潮汐[48，56]，或高于全球平均ESLR（2 ± 0.2）mm a-1，其根据卫星测高数据计算[55]。然而，我们预测的上海沿海ESLR值小于1950 ~ 1998年全球ESLR为（2.6 ±0.4）mm a-1，（3.2± 0.2）mm a-1，因为这些是根据海水的热膨胀计算的，这主要是由于全球变暖[57，58]。我们预测的2030年的ESLR值低于中国在20世纪80年代和90年代的研究结果[59-4. 城市地面沉降上海早在1932年就注意到了当地大地高程的损失，并对其进行了监测。1956年，为了控制ULS引起的洪涝灾害，提出了一项名为“围蔽排水”的原则自1921年以来，中心城区的平均ULS约为2米（图2）;自1921年以来，受影响最严重地区的累积沉降为3米。2004年以来，上海市政府采取有效措施，加快集约化供水建设，减少地下水开采，增加地下水补给能力，有效地将超地表水控制在5 mm a-1以下（图2）[62]。ULS的显著下降归因于自20世纪60年代以来加强的控制措施和严格的地下水开采当地立法[62]。表11996年[34]和当前研究中SLR率的预测值源预测年份TSULSESLRRSLRRSLFSLR总计参考文献[34]当前研究2010203020301mm·a-11mm·a-112厘米20厘米3-5厘米11厘米4厘米-8-219厘米35厘米10图二、1921 - 2013年上海市地下水累积ULS; 1960-2013年上海市地下水开采量总部Cheng等人/工程学4（2018）156159我们收集了2000 - 2009年的历史年度ULS数据，这些数据是在上海从西到东和从北到南的四个断面（图1中的I，II，III和IV）的18个基岩基准点测量的，以调查2000 - 2009年ULS的累积震级（见参考文献表1）[5]）。接下来，应用我们构建的趋势面模型[47]进行ULS投影。根据高斯-马尔可夫链分析，使用LS的最佳线性无偏估计量估计模型的多项式系数采用泊松循环模型对2011 - 2030年的城市极限承载力进行了预测，并进行了显著性检验。泊松循环模型的模拟结果显示，20年的ULS震级为8 cm，WTGS周围的地面沉降速率为4mm·a-1[47]（表1）。5. 区域海平面上升1996 - 2011年长兴、横沙、北草中、南草洞和中郡5个验潮站的年平均海平面变化在8 cm-10 cm范围内表现出显著的平均海平面变化（图3）。与此同时，最低潮位从33从1993年到2011年，从20厘米到42厘米（图4）。RSLR可能归因于1998年至2011年期间横沙浅滩淤积导致的大面积填海造陆造成的淤塞水，以及长江口北航道深水航道治理工程（DWRP）的航道变窄（图5）[62]。青龙港验潮站年平均潮位大于4m的大幅度上升与陆地有沿北支两岸的填海区（图6）。填海面积是根据1956年至2000年的海图数字计算的。因此，我们推测，大面积的土地复垦贡献显着的SLR。根据1996 -2011年河口工程观测资料，推荐了近20年的RSLR震级范围为8 ~ 10cm。 这一情况预计将持续到2030年，因为长江三角洲上海沿岸的北港、北港和南港正在进行大面积的填海造地（表1）。6. 区域海平面下降1996 - 2011年南支石洞口、南门和吴淞三个验潮站的年平均海平面变化显示，2003年至2011年期间，RSLF的范围为2 cm至10 cm（图3）。2003年三峡大坝（TGD）关闭时发生了RSLF，发生了强烈的河床侵蚀[632003 - 2011年最大的10 cm的RSLF发生在石洞口验潮站，该处河床侵蚀较强，位于长江三峡工程的上游（见图）。 3在Ref.[66]）。2003年至2011年，WTGS的RSLF范围为2厘米至10厘米。2002年至2009年SB中RSLF的大小与河床侵蚀的大小一致，范围为2cm至10 cm[63，65]。它比每年的MSLR小，1991年至2010年为5.2 cm（见第2节）。这种差异主要归因于1990年至2001年期间大量的沉积，范围为16 cm至18 cm，以及河床侵蚀范围图3.第三章。1996 - 2011年石洞口、吴淞、南门、长兴、横沙、北草中、中郡、牛皮脚、鸡骨脚、南草洞、芦花11个验潮站年平均海平面变化160总部 程 等/工程 4 （2018）156图四、1993 - 2011年吴淞、长兴、横沙、中浚验潮站最低潮位变化图五. 长江口深水航道治理工程I（1998年1月~ 2002年4月）、II（2002年9月~ 2005年11月）、III（2006年9月~ 2011年5月）和IV（2008年3月~ 2009年6月）的围垦区及堤坝和丁坝建设见图6。(a)研究结果表明：（1）长江口围垦面积（hm2）与长江口围垦工程的关系;（2）围垦面积（hm 2）与长江口围垦工程的关系;（3）1989 ~ 2000年青龙港验潮站平均高潮位总部Cheng等人/工程学4（2018）156161×·×·图第七章（a）2015年8月8日由SeaBat 7125多波束回声测深仪探测到的长江口潮限航道的河床侵蚀;（b）2014年10月29日由浅地层剖面仪EdgeTech 3100测量到的北卡罗来纳州中游河床侵蚀，即青草沙水库建成五年后。从2厘米到10厘米[65]。这一发现表明黄河下游河床冲刷对黄河下游水库蓄水的贡献是显著的。尽管如此，由于MSL与河道河床侵蚀/沉积过程之间存在非常复杂的反馈机制，RSLF的量级评估相当困难，目前正在研究中[66此外，由于TGD、水土保持和大量采砂，长江的潮位、河床侵蚀/沉积过程和泥沙供应量从1950 - 1985年的4.5 108t a-1下降到 2003 - 2016年的1.5 108 t a-1，因此YRD的RSLF评估不足[73]。此外，使用SeaBat7125多波束回声测深仪（Teledyne RESON，Inc.，2015年8月8日，美国加利福尼亚州）在SB（图。 7（a））和一个浅地层剖面仪EdgeTech 3100（EdgeTech，MA，美国）于2014年10月29日在NC（图7（a））。 7（b））。因此，为了获得上海海岸2011 - 2030年RSLF的震级估计（表1），我们可以跟踪2003 - 2011年SB中RSLF的不确定范围，从2 cm到10 cm。7. 海平面上升预测SLR投影是上述五种SLR行为的估计值之和：ESLR、TS、ULS、RSLR和RSLF。其范围为10 cm至16 cm，由4 cm的ESLR、2 cm的TS、8 cm的ULS、8 cm至10 cm的RSLR和2 cm至10 cm的RSLF组成（表1）。虽然这是一个粗略的估计，但我们的预测试图对不确定的SLR，特别是AGC引起的SLR进行半定量评估[698. 局部潮汐基准面上升上海沿海采用19年平均水位推算浮潮基准面和当地基准高程，并定期进行复核和修正。上海沿海采用最低正常低潮位作为当地潮汐基准面，根据徐六泾、白毛闸、七丫口、杨林闸、石洞口、吴淞、长兴、五号沟、横沙、中郡、北草中、南草洞、牛皮脚、和大吉山-1974 - 2013年的分潮资料，用Vladimir算法计算了13个分潮：Sa，Ssa，M2，S2，N2，K2，K1，O 1，P1，Q1，M4，Ms 4和M6。结果表明，在过去40年中，LTDR的年代际变化范围为15 cm至43 cm（图8）。这与同一验潮站同步SLR的变化相似（图3），被认为是由长江三峡同步AGC引起的（图3）。（八）。这一事实很好地解释了河口海岸内涝日益严重的原因见图8。1974年和2013年14个验潮站理论潮汐基准面的变化：a.徐六井湾拜毛扎角Qiyakou湾杨林扎口石洞口，F. 吴淞湾 五号沟 忠君岛 南草洞，j.大吉山，k. 长兴，L.亨沙河北草中，北草中。牛皮脚距离从江苏南通上游的城市这一发现要求将MSLR投影与当地高程基准面进行匹配的紧急必要性[1，22]。9. 结论尽管河口三角洲系统SLR的大小和时间存在许多不确定性，但本文绘制了长江三角洲上海沿岸近60年来SLR行为的6种类型这一不寻常的尝试是通过分析长江口上海沿岸分布非常密集的验潮站记录的长潮位数据集进行的，这些验潮站具有同步的对RSLR、RSLF和LTDR行为的这些新理解有助于决策者、海岸规划者和流域管理者规划非结构性措施，这些措施是应对河流集水系统中不断上升的洪水损失成本所必需的。确认本研究由中国国家自然科学基金-荷兰科学研究组织-英国研究理事会资助（NSFC-NWO-RCUK）（51761135023）上海市科学技术委员会（10 dz 1210600），国家海洋福利项目（201005019- 09）、国家自然科学基金（41476075）和中国地质调查局（DD 20160246）。我们要特别感谢第二作者，陈吉宇教授，他是一位伟大的河口和海岸研究科学家162总部 程 等/工程 4 （2018）156遵守道德操守准则总部郑振英Chen，Z.J.Chen，R.L.鲁安，G.Q.Xu，G.曾俊仁Zhu，Z.J.戴晓云Chen，S.H.顾锡麟Zhang和H.M.王先生声明彼等并无利益冲突或财务冲突须予披露。引用[1] Flick RE，Knuuti K，Gill SK.将平均海平面上升预测与当地高程基准相匹配。 JWaterw Port Coast Ocean Eng 2013;139（2）：142-6.[2] 休斯顿JR。结合海岸设计洪水位和海平面上升预测的方法。 J Waterw Port CoastOcean Eng 2013;139（5）：341-5.[3] 帕乔里河IPCC第五次评估报告及其对人类健康和城市地区的影响。在：Marolla C，编辑大城市的气候健康风险：可持续管理和战略规划。Boca Raton：CRCPress;2016. p. 7比12[4] 吴S，罗毅，王红，高军，李春.中国气候变化的影响与适应：现状与展望。中国科学通报2016;61（10）：1042-54。 中文.[5] 程红，陈志，阮荣，徐刚，曾刚，朱军，等。海平面变化与城市安全--以上 海 市为例。Quat Sci 2015;35（2）：363 中文.[6] HayCC，Morrow E，Kopp RE，Mitrovica JX. 20世纪海平面上升的概率再分析。Nature2015;517（7535）：481-4.[7] Haigh ID，Wahl T，Rohling EJ，Price RM，Pattiaratchi CB，Calafat FM，等.探测海平面上升显著加速的时间尺度。NatCommun 2014;5：3635.[8] RyeCD，Garabato ACN，Holland PR ，Meredith MP ，Nurser AJG ，HughesCW ， et al. 作 为 冰 川 流 量 增 加 的 反 应 ， 南 极 洲 边 缘 海 平 面 迅 速 上 升 。 NatGeosci2014;7（10）：732-5.[9] Wahl T，Calafat FM，Luther ME. 20世纪后期美国墨西哥湾沿岸季节性海平面周期的快速变化。Geophys Res Lett 2014;41（2）：491-8.[10] MeehlGA ， Washington WM ， Collins WD ， Arblaster JM ， Hu A ， BujaLE，等. 全球变暖和海平面上升还有多少？Science 2005;307（5716）：1769-72.[11] 教堂JA，白色新泽西州。20世纪全球海平面加速上升。Geophys Res Lett 2006;33（1）：L01602.[12] Levermann A，Clark PU，Marzeion B，Milne GA，Pollard D，Radic V，et al.Themultimillennial sea level commitment of global warming. 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