人們往往會認為，如果消除了波浪和高低潮汐的影響，海平面顧名思義將是一個平面，但事實真的如此嗎？事實上，正如地球陸地表面高低不平一樣，海洋的表面也不平。分佈在世界各地的海洋表面都在以不同的速度發生變化。
科學家通過測量發現，海洋表面有三個較大的隆起區域，一個在澳大利亞東北部海區，隆起高達76米；第二個區域在北大西洋，隆起高度是68米；另一個在非洲東南部，隆起區域高為48米。另外，地球上還有三個較達的凹陷區域，一個在印度洋上，凹陷深達112米；第二個區域在加勒比海，凹陷深度為64米;第三個區域在加利福尼亞以西，凹陷深度為56米。相關的衛星圖片也顯示，美國西海岸的絕對水位高於東海岸的水位。
嚴格來說，海平面的相關定義有“全球海平面”、“本地海平面”以及“相對海平面趨勢”等等。全球海平面指的是所有地球海平面的平均高度，我們經常提及的“全球海平面上升”指的就是全球平均海平面上升趨勢的增加。本地海平面是指沿海岸相對於陸地上特定點所測量的水位高度，通常是潮汐站所測量的當地海平面高度。而相對海平面趨勢 則反映了當地海平面隨時間的變化趨勢。這種變化趨勢是諸多沿海數據應用中最為關鍵的一個，包括沿海測繪、海洋邊界劃分、沿海區域管理、海岸工程等都會用到這一指標。
那麼讓我們再回過頭來，造成全球海平面差異的原因有哪些呢？在假設海平面沒有任何波浪的情況下，科學家認為造成海平面差異主要有三個原因：
我們先從慣常所熟知的潮汐開始，正確理解潮汐對海平面的作用，也有助於解釋另外兩個原因。
每天隨著月相的變化，潮汐力量也隨著時間而對海平面產生影響。從定義上說，潮汐是地球上的海洋表面受到太陽和月球的潮汐力作用引起的漲落現象，會造成海洋和港灣口積水深度的改變。換句話說，就像牛頓的萬有引力告訴我們，行星的質量引起重力，來自太陽和月球的大量拉力作用在海洋，使得我們能夠觀察到海洋上的潮起潮落。
潮汐隨著月球變化週期而發生變化。如圖所示，當太陽和月亮在一條直線上時，潮汐力很大，我們可以將其稱之為 “大潮”（英文學術名spring tides）。特別是當太陽和月亮在一條直線且地球正好處於二者中間時，這是我們所看到的月亮是“新月”。而此時潮汐力也最大。當太陽和月亮就地球而言呈直角排列時，此時產生的潮汐較小，我們可以將其稱之為“小潮”（英文學術名Neap tide）
海平面差異（單位：cm）
引起海平面變化的第二個主要原因要相對複雜一些。地球並不是一個完美的球體或圓球，其更近似於一個“梨形”。地球表面有凸起的山脈，也有凹陷的海溝。在廣闊的海洋中，海底的地形也是十分複雜的，它不僅分佈有巍峨的海底山脈、平緩的海底平原，而且還有許多陡峭的海底深溝。由於受海底地形的影響，一個海區的海面會低於或高於另一個海區幾米、甚至十幾米。
科學家們使用雷達高度計測量結果發現，在大西洋海面不同海域都存在著高度差，甚至在美國南卡羅裡州和波多黎各島之間比較小的海域內，也存在著高度差。一般來說，海底是一座山脈的地區，海面就比其他海域高一些；而海底是一個盆地的地區，海面就比其他海域要低一些。比如，同是大西洋海域，波多黎各海下是一片凹地，因而這一地區的海面就比周圍地區明顯的低；而巴西東部由於海下有一座3500米的海嶺，所以這裡的海面就比其他地區要高。
而從另一方面，凹凸不平的海底中蘊含著鐵鎳和其他重要物質組成的大量沉積物。所有這些物質的存在不僅使海底地形或地球表面凹凸不平，也會使地球不同地方的質量差異很大。這種物質的積聚，可以使其表面引力彎曲，從而形成一種動力，驅使海水離開一個地區而流向另一個地區。
如果我們回來考慮潮汐的原理，海水本身也有質量，根據偉大牛頓同學發現的萬有引力定律，它也會受到其他質量物質的吸引。也就是說，更多質量的水將被吸引到地球上相對質量或密度更大的區域的區域。這時你也許會問，海平面的從“高”到“低”有很大的差異嗎？也許你會不相信，但事實是經過測試海平面的高差高達90米。
而且這一數字還將在未來幾個世紀發生改變。在全球變暖的影響下，在格陵蘭島和南極洲的巨大冰蓋都會融化。這些漂浮在海洋上的巨大冰川融化成的水將在全球範圍內的海洋上重新分配其質量。但我們也不需要恐慌，這一過程需要幾百年甚至上千年的時間。在這一漸變過程中，地球質量會被重新分配。而海水也將被吸引到質量相對較高的區域，從而改變海洋的相對高度。
而關於海平面差異的第三個原因純粹是從觀測角度考慮。想象一下，只是為了這個例證，我們在海岸邊，有一根垂直的測量棒用來觀測海的高度。這樣想象一下，我們消除了所有的波浪和潮汐，將所有的因素化簡。在一個世紀左右的時間裡，我們記錄的數據顯示海平面上升了大約一米。
但是同時觀測點所在的土地也在發生變化，假設其在同一個世紀裡向上移動了一米，或者說下降了一米，那麼真實的海平面高度也會相應發生改變。換句話說，如果海平面在一段特定時間內上升了3個單位，但是同時我們的觀察點增加了一個單位，那麼海平面就是增加了4個單位。雖然聽起來有些複雜，但是事實上陸地上下移動的現象在世界各地普遍發生。例如在美國的黃石國家公園，火山活動就導致陸地明顯向上凸起。
另一方面，處於美國南部的新奧爾良卻處於三個主要原因向下移動。首先，密西西比河沿岸的軟淤泥隨著時間的推移逐漸變得更加緊湊。此外，從上層泵送的地下水以及從更深層的巨大石油沉積物的移除導致地殼被壓實，從而也降低了海拔。這將加劇對當地海平面變化的影響。
反觀美國最北部（西北）的阿拉斯加目前情況正好相反。自冰河世紀以來，其陸地一直處於抬升當中。雖然當地冰川在不斷融化，但土地向上移動的速度比海平面上升的速度要快。因此在當前時期，海平面似乎正在下降。而隨著海平面上升速度的增加，本世紀後半葉阿拉斯加的本地海平面將處於上升態勢，阿拉斯加海岸線也將觀測到相對海平面的上升。因此這種觀測基準變化也是造成海平面差異的重要原因。
出品：科普中國
製作：科學公民
監製：中國科學院計算機網絡信息中心
閱讀更多 中國科普博覽 的文章
