［文章应文汇报科技版之邀而写，发表于2025年7月25日的文汇报上： 

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                                                从海水倒灌说到海平面上升和极端海平面事件

                                                                         吕建华

（1）海水倒灌

        2024年10月21日，辽宁省盘锦市、营口市以及河北省唐山市等环渤海地区多地出现海水倒灌现象。据称类似现象在当地为“几十年来没见过”。仅隔一个月，广东陆丰多个乡镇在十一月份又发生了海水倒灌。这一现象引起了广泛的关注和担忧：究竟是什么引起了这两次相隔仅一个月的海水倒灌？是和全球变暖联系在一起的海平面上升引起的吗？以后出现海水倒灌的次数会越来越多吗？虽然事后专家出来解释这是由于天文大潮和风暴潮叠加而产生，并不一定和海平面上升直接相关。但这并不能完全打消公众的疑问：究竟未来会怎样？海水倒灌会不会发生得越来越频繁？

       不要以为这是公众因为缺乏科学知识的杞人忧天。其实恰恰相反，他们现在的担忧正是一些有远见的科学家在几十年前就已经开始忧虑，并着手开始研究的问题。笔者清楚记得，还在本世纪初，国家最高科技奖获得者叶笃正先生就曾把这个问题作为一次重要学术会议的三个主题之一。更早追溯到二十世纪七－八十年代全球变暖刚刚受到关注之时起，人们就已经开始关注到类似问题。由于气候变暖必然导致大陆冰川、极地冰架和冰盖的消融，以及海水的受热膨胀， 因此海平面上升是伴随气候变暖而必然发生的现象，也所以这一问题是从一开始就被注意的重要问题。例如我国就于1988年刚刚开展全球气候变化研究的时期，就由施雅风先生牵头开展了题目为“中国气候与海面变化及其趋势和影响的初步研究”的项目，而在国际上历次政府间气候变化专门委员会（IPCC）的报告也都把海平面上升当成重点关注的内容之一。

       更进一步来讲，公众对海水倒灌越来越频繁的担忧也恰恰暗合最近一些年来科学界的一个研究热点，也就是对极端海平面事件的研究进展，这也更说明类似的担忧非但不是杞忧，而是应该早加注意、早加防备的重要问题。

（2） 极端海平面事件

       2024年10月发生在环渤海湾的海水倒灌是一起典型的极端海平面事件。所谓极端海平面事件是因自然或人为因素而产生的较短时间内海平面发生剧烈升降变化的事件。引发极端海平面事件的因素包括潮汐引力引起的天文大潮、台风或温带气旋及其它大气载荷等引起的风暴潮、海底地震或火山喷发引起的海啸，还有海洋波动引起的“波增水”和“爬升波”等现象，以及上述现象的叠加。极端海平面事件往往会导致人类生命财产以及基础设施等方面的重大损失，其极端性可以用海平面变动幅度相对正常变动幅度的大小描述，也可以用概率密度的百分位描述，或者用50年（100年、200年）一遇等基于频率论观点的概率描述。

        首先需要指出的是，极端海平面事件并不只是在全球变暖和海平面上升的时代才会出现， 古今中外都有很多这样的例子。我国古代从汉唐到宋元再到明清，都有相关的记载。比如《汉书》卷二十六天文志第六曾有元帝初元元年（公元前48年），“其五月，勃海水大溢”的记载。勃海即今渤海，因为书里并无地震记载，这次“海溢”应该主要是有气旋导致的风暴潮引起的，当然还可能有天文大潮等其它因素的叠加。而《新唐书五行志》三所记“上元三年八月，青州大风，海溢，漂居人五千余家”，从季节上可以推断主因是台风引起的风暴潮。

        这里举两个和上海及邻近的江浙地区相关的例子。康熙三十五年（1696年）强台风引起的风暴潮重创江浙地区，其中尤以上海为重灾区，共致逾十万人死亡和八万头牲畜失踪，房屋倒塌难于计数。又据邹逸麟《中国历史地理十讲》记载，清雍正二年（1724年），台风拔树，海潮侵入盐城县城，冲倒房屋无数，淹死近五万人，牲畜损失难于计数。 

      现代我国的例子有1992年8到9月间，第16号强热带风暴与天文大潮叠加，导致1949年以来损失最大波及范围最广的一次风暴潮灾害，从华东沿海向北至山东、天津、河北和辽宁均受波及。  

      而国外最著名的莫过于1970年11月12日孟加拉湾发生风速达每小时185公里的超级气旋风暴，伴随6米多高的海啸，淹没了低洼岛屿和恒河三角洲地区，导致30万人死亡和100多万人无家可归。1991年4月孟加拉湾的特大风暴潮虽事先已有预警，仍致13万人死亡。

     上面这些古今中外的极端海平面事件例子显然不能用气候变暖和海平面上升来解释。这实际上是可以理解的，因为像风暴潮和天文大潮叠加造成大灾这样的事件，本身并不依赖于海平面上升。但另一方面，气候变暖和与之相伴随的海平面上升，却能加剧极端海平面事件，而这正是我们应该加以警惕，未雨绸缪，做好必要的准备工作，而不是事到临头时再临时抱佛脚。下面就此介绍国内外相关的研究。

（3） 海平面上升

       前面提到，海平面上升问题一直是关于全球变暖和气候变化的一个重要内容。由于刚开始关于全球海平面的观测资料和知识积累还比较缺乏，很难有明确的结论。经过四十年来的持续努力，如包括卫星测高在内的全球海洋观测水平的巨大进步，海洋和海冰环流理论、模拟和分析水平的进步，对全球冰冻圈认识的进步等等，我们对过去一百多年来全球海平面上升的趋势已经有了比较确切的认识和理解，这里介绍国际科学界关于海平面上升的一些共识。

       政府间气候变化委员会（IPCC）于2019年发布了关于海洋和冰冻圈的特别报告，并在2021年发布的第六次气候变化评估报告中设专章评估了包括海平面变化在内的海洋和冰冻圈变化评估。IPCC的报告明确指出，全球海平面在加速上升，其中2006¬—2015年的上升速率约为每年3.6毫米。这是从上世纪开始以来的历史上没有先例的，其大小是1901—1990年间每年1.4毫米的约2.5倍。而据最新的研究显示，在2019—2024年的六年间，全球海平面又以每年4.3毫米的速率上升了26.1毫米。这些都无疑在提醒我们全球海平面正在加速上升的趋势。总的来说，从1901年到2018年的一百多年间，全球海平面已经上升了约0.2米。随着气候变暖趋势的持续甚至加速，IPCC估计到2100年，全球平均海平面将在1986—2015年的水平（也就是近似于本世纪初的水平）上，在低和高温室气体排放情景下分别上升约0.43米或0.84米，并在二十二世纪内继续进一步上升。而从过去十六年间就已经上升6.2厘米以上以及海平面加速上升趋势的事实看，在本世纪内上升0.43米的下线几乎肯定是要被突破的。

     导致海平面上升的因素有很多。从全球尺度来看，陆地冰川以及极地的冰架和冰盖的融化和海水的热膨胀为主要因素。从区域尺度上看，导致海平面上升的因素还包括大气和海洋环流的变化，包括区域水循环和河流入海径流的变化，海岸带的沉积和侵蚀，人类活动或地壳运动导致的地面沉降等，不一而足，这里就不详加说明，仅用示意图（图略）表示这些过程在影响海平面全球不同地方的海平面上升的时空结构。

    这里对区域性因素暂且不论，先只看全球尺度因素对海平面上升的影响。其中陆地冰川虽然融化速度比较快，但其总量较小，因而对全球海平面上升的总贡献相对较小。关于海水热膨胀，已有研究表明上世纪初以来迄今的全球海平面上升主要来自于海水热膨胀的贡献，但本世纪以来的格陵兰和南极冰架和冰盖融化的贡献开始明显上升。格陵兰和南极冰架和冰盖的融化是相对比较慢的过程，但古气候研究已经表明在十多万年前和三百多万年前的两个地球历史上温度稍高于现代的时期，全球平均海平面可以比现在高出5米以上。这也从一个长时间尺度的侧面说明控制全球变暖幅度的重要性，因为没有人会怀疑5米以上的海平面上升对对几十亿生活在沿海的人民以及全球社会经济的巨大破坏力。

       值得注意的是随着全球变暖的持续发展，来自海洋深层的增暖一方面会增强热膨胀效应，另一方面也会通过海冰底层的加热作用加剧冰架的崩解和融化，这些都可能导致海平面在温度变暖的进程中进一步或者突然加速上升。这也从一个侧面说明了气候系统内部的非线性特征以及发生气候突变（包括海平面上升速率的突变）的高度可能性。这是值得我们高度注意的。 

       尽管到本世纪末还不可能达到5米以上的海平面上升，那么我们是不是可以对0.43—0.84米的估计海平面上升掉以轻心呢？ 我们的答案是否定的，原因就在于这个量级的海平面上升足以完全改变极端海平面事件的面貌，从而对人类生活和生命、沿海地区的生态系统和基础设施造成极大破坏和威胁。

（4） 海平面上升和极端海平面事件之间的联系  

         有过钱塘江观潮经验的读者可能会对每年三四毫米、一个世纪不到一米的海平面上升不屑一顾：这算啥啊？这么一丁点上升和钱塘江潮比起来，说是小巫见大巫都不够资格，有什么值得担心的呢？但这其实是海平面上升潜在影响和危害的极大误解。这个误解的来源主要有下面这几个方面：一是没有认识到平均海平面上升和极端海平面事件之间的高度非线性关系；二是没有认识到全球海平面上升存在空间结构的差异性；三是没有认识到伴随气候变暖而生的风暴、海浪等的频率和强度变化和平均海平面上升对极端海平面事件的叠加效应。

         首先来看平均海平面上升和极端海平面事件之间的高度非线性关系。 IPCC关于海洋和冰冻圈的特别报告正确地指出，哪怕前者一点的小幅增加，就足于让极端海平面事件的频率和强度明显增加。这是因为海平面上升提高了风暴潮、天文潮汐和海浪的平台，也就是提高了极端海平面事件中的海水洪涝高度。由于这一海水洪涝高度和极端海平面事件的发生率有对数关系，这也就意味着极端海平面事件的发生率会以指数关系随海平面上升而增加。图二（图略）代表了IPCC特别报告中根据验潮站资料得到的对低、中、高温室气体排放情景下全球沿海地区原来百年一遇的极端海平面事件到二十世纪中叶和世纪末时发生概率的放大因子的估计。举例来说，如果图中色表对应数值为100，也就意味着原来的百年一遇将变成一年一遇。图中值得强调的信息有两点：（1）无论何种温室气体排放前景，很多低纬度地区的百年一遇事件到本世纪中叶将变成一年一遇或更频繁的事件；（2）高温室气体排放情景下，几乎全球沿海地区到本世纪末都将成为极端海平面事件一年一遇的地区。对上述结论，即使还存在一定的不确定性，科学界认为这结果是高度可靠的。

      再来看全球海平面上升的空间结构差异性。上面提到的到本世纪末0.43米或0.84米（分别对应低或高温室气体排放情景）的海平面上升是全球平均意义上的，并没有考虑到空间结构上的差异。事实上由于大气和海洋环流及其随气候变暖的变化，海平面上升明显表现出和海洋环流流系结构相关联的空间结构。由于这种空间差异性，有的区域的上升速率会高于全球平均，而有的区域则会以低于全球平均的速率上升。例如过去三十年来卫星测高数据显示，西太平洋地区的海平面上升速率明显大于全球平均值。再结合上一条关于极端海平面事件发生概率和海平面上升幅度之间的指数关系，那么西太平洋地区沿海（包括我国在内）极端海平面事件增加的风险显然要高于全球。

      上面两条还没有把导致风暴潮以及波增水和爬升波的大气扰动如热带台风或飓风以及温带气旋强度和频率随气候变暖的变化情况。虽然对其变化频率还不是很清楚，但对热带和温带气旋强度的增加，大家基本上都是没有异议的。如果说对极端海平面事件频率的影响需要综合其它因素才能确定的话，这对进一步增加极端海平面事件强度的作用是比较确定的结果。这样伴随气候变暖产生的大气和海洋流动变化，如风暴、海浪等的频率和强度变化和平均海平面上升对极端海平面事件的叠加效应也是未来不能不加以考虑的因素。

（5）结语

        2024年10月环渤海湾地区的海水倒灌事件虽然主要由风暴潮和天文大潮的叠加而导致，看起来似乎和海平面上升关系不大。但这个结论可能会有很大的麻痹性，我们需要从海平面上升对极端海平面事件的影响角度看问题。根据本文的分析，我们显然不应该低估平均海平面上升已经在类似2024年海水倒灌事件发生的作用。更重要的是，现在科学界已经认识到这样的前景，即到本世纪中叶低纬度很多沿海地区两百年一遇的极端海平面事件将会变成一年一遇。而在高温室气体排放前景下，到本世纪末，几乎所有的沿海地区都会变成一年一遇或更加频繁。显然，这些都是值得高度关注和警惕的趋势。从这个意义上讲，我们更应该把2024年10月和11月的海水倒灌事件当成是来自未来的警示，从而加紧行动和准备。

        就以上海为例，IPCC的特别报告指出以二百年一遇为风险标准的风暴潮高度为4.6米，而到本世纪最后二十年，这一风险标准对应于低和高温室气体排放情景下的风暴潮高度应该是5.1—5.5米。实际上如果我们再考虑到热带气旋强度、海浪高度因素的变化以及上海严峻的地面沉降趋势，实际数值应该比IPCC特别报告建议的更高。

        还有一个尚未得到广泛关注的风险，那就是全球变暖导致的极端高温、干旱和洪涝灾害，可能会和越来越频繁的极端海平面事件产生级联效应，从而给沿海地区造成重大损失。

       这不是杞人忧天，也不是危言耸听。这是实实在在的危险，也是被低估和忽视的危险，需要实实在在的行动和准备，从现在。