从过去到未来的天文与温室气体配置模拟：分析海表温度对印度尼西亚海平面的影响

《Geosystems and Geoenvironment》：Astronomical and greenhouse gas configuration from past to future simulation: An analysis of sea surface temperature's impact on sea levels in Indonesia

印尼中全新世至未来海平面变化与海温关联性研究，基于CCSM4模型分析发现：中全新世（MH）海温较前工业（PI）低0.5-1.2°C，海平面低0.02m；未来（RCP8.5）海温上升2°C，海平面上升0.1m。SST与SSH年际相关系数从MH-PI的0.55增至RCP8.5-PI的0.8，显示气候驱动力变化。米兰科维奇循环主导MH期，而温室气体成为未来主要驱动因素。区域差异显著，西苏门答腊、班达海和北巴布亚为关键研究区。

　　在当今全球气候变化日益加剧的背景下，海平面变化已成为一个备受关注的环境问题。本研究通过使用Community Climate System Model版本4（CCSM4）模型，对印尼在中全新世（MH）、前工业时期（PI）和未来2300年的海表温度（SST）与海平面高度（SSH）的变化进行了比较分析。研究结果表明，SST在MH时期整体低于PI时期，尤其在MAM季节下降了约1°C，而在未来RCP8.5情景下则上升了约2°C。SSH的变化趋势则在MH时期整体低于PI时期，例如在西苏门答腊的SON季节下降了约0.1米，而在未来RCP8.5情景下，北方巴布亚地区的SON季节则上升了约0.1米。SST与SSH之间存在正相关关系，MH-PI时期的平均相关系数为0.55，而RCP8.5-PI时期的相关系数达到0.8，表明两者的联系在未来的气候情景中更加紧密。

SST和SSH在印尼不同区域的气候模式显示出一定的规律性。在西苏门答腊、班达海和北方巴布亚地区，SST和SSH的变化呈现出季节性的特征：SST在JJA（6月至8月）季节较低，而在SON（9月至11月）季节较高，这种变化可能由太阳辐射的滞后效应或冬季残留效应所驱动。同样，SSH的变化也表现出类似的季节性趋势，但在不同区域的具体表现略有差异。这些变化通过傅里叶变换的信号分析被进一步验证，结果显示，SST和SSH的变化主要受到年周期和半年周期的影响，而年度变化则在不同区域中占据主导地位。值得注意的是，尽管存在显著的年际周期性，但其影响并非主导因素，这导致了SST和SSH在印尼的年际变化存在一定的波动性。

研究还指出，SST和SSH的变化与全球气候变化密切相关，尤其是人为因素和自然因素的共同作用。人为活动，如温室气体排放，是导致全球变暖和海平面上升的主要驱动力之一。自然因素，如火山活动和米兰科维奇周期，虽然在历史上对气候的变化也有一定影响，但其作用远不及人为因素。此外，印尼的气候模式受到厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）和印度洋偶极子（IOD）的显著影响。ENSO在印尼海域的两种模式（厄尔尼诺和拉尼娜）都会影响海洋环流和SST，其中厄尔尼诺往往导致印尼海域SST升高，可能引发珊瑚白化现象，并对生物多样性构成威胁。而IOD则在印尼的气候系统中起到调节作用，其变化会影响降雨模式和海面温度分布。

印尼的海平面变化不仅受到全球因素的影响，还与区域性的海洋动力和陆地气候条件密切相关。在MH时期，由于冰盖融化导致的水体增加，印尼海平面相较于PI时期上升了1至5米。而在未来RCP8.5情景下，由于温室气体浓度的急剧上升，海平面预计会上升约0.1米，特别是在北方巴布亚的SON季节。同时，SST的上升趋势预计会进一步加剧海平面的上升，从而对印尼的沿海地区造成更严重的威胁。

本研究还对CCSM4模型在模拟印尼SST和SSH方面的表现进行了评估。通过与AVISO卫星数据的对比，模型在预测SST和SSH变化方面表现出较高的准确性，其RMSE值为0.36米，相关系数达到0.86，表明模型在模拟印尼海平面变化方面具有一定的可靠性。然而，模型在某些区域仍存在偏差，例如在南海地区，SSH数据的模拟值与观测值之间的差异较大，这可能与模型的分辨率、边界条件或区域过程的缺失有关。因此，虽然CCSM4模型能够提供对印尼海平面变化的总体趋势，但在具体区域的精确预测方面仍需进一步优化和校正。

此外，研究还探讨了SST和SSH在印尼不同区域的信号谱特征。通过傅里叶变换分析，研究发现SST和SSH的变化主要受到年周期和半年周期的影响，而年际周期性虽然存在，但并不占主导地位。在北方巴布亚地区，7年的周期性信号显示出较强的贡献，这可能与ENSO和IOD的活动有关。在MH和PI时期，SST和SSH的变化模式显示出不同的主导周期，而在RCP8.5情景下，由于温室气体浓度的显著增加，年周期性的影响更为突出。这些周期性信号的变化表明，SST和SSH的波动不仅受到全球气候趋势的影响，还受到区域气候系统内部复杂过程的调节。

研究还强调了印尼作为全球气候变化敏感区域的重要性。印尼拥有漫长的海岸线和众多岛屿，因此其海平面变化可能对沿海生态系统、经济活动和人类居住环境产生深远影响。例如，海平面上升可能导致沿海地区的淹没、土地流失和生态系统的改变，进而影响渔业、农业和旅游业等关键经济部门。此外，印尼的沿海城市，如雅加达、梭罗和泗水，由于高人口密度和对沿海资源的依赖，可能面临更大的洪水风险和基础设施损坏问题。

为了应对这些挑战，研究建议采取一系列适应性措施。这些措施包括加强自然解决方案，如红树林恢复和珊瑚礁保护，以提高沿海生态系统的韧性；强化沿海基础设施，以减少海平面上升带来的直接威胁；制定严格的沿海土地利用政策，以限制高风险区域的开发；以及考虑对高风险社区的战略性迁移。此外，提高海洋监测能力，整合卫星数据到灾害风险评估平台，是制定国家适应战略（NAPs）和沿海总体规划的重要手段。这些措施不仅有助于缓解海平面上升带来的影响，还能促进印尼在应对全球气候变化方面的可持续发展。

本研究还指出了未来研究的方向。尽管CCSM4模型在模拟SST和SSH变化方面表现出一定的优势，但其对区域性的预测仍存在局限性。因此，未来的研究应进一步改进区域海洋-大气模型，以更准确地反映印尼复杂海域中的SST和SSH变化。同时，还需要评估海平面上升对印尼各岛屿经济的影响，并研究本地社区的适应策略，以形成更有效的政策框架。此外，通过引入更多的本地边界条件和进行敏感性实验，可以更全面地理解印尼海平面变化的驱动因素，从而提高预测的准确性。

总的来说，本研究揭示了印尼在不同历史时期和未来情景下的SST和SSH变化趋势，以及这些变化对区域气候系统的影响。通过CCSM4模型的模拟和分析，研究为理解印尼海平面变化提供了重要的科学依据，并为制定适应性策略和应对气候变化的挑战提供了参考。然而，由于模型在某些区域的局限性，未来的研究仍需结合其他全球气候模型和观测数据，以进一步完善对印尼海平面变化的预测和应对措施。