《Applied Ocean Research》：A Multiscale GR-EOF Approach Reveals Climate Mode Biases in Sea Level Rise Estimates
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开发了一个全局到区域双重经验正交函数（Global-to-Regional Double EOF, GR-EOF）框架，用于隔离气候模态对海平面趋势的影响。该方法使用1993–2025年卫星测高数据，将长期趋势与厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southe
开发了一个全局到区域双重经验正交函数（Global-to-Regional Double EOF, GR-EOF）框架，用于隔离气候模态对海平面趋势的影响。该方法使用1993–2025年卫星测高数据，将长期趋势与厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO）、太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation, PDO）、印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole, IOD）和北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation, NAO）信号分离。自然变率在强拉尼娜事件期间可将区域海平面趋势调制高达2.38 mm/yr。印度洋趋势对内部气候模态的敏感性最高；大西洋趋势更为稳定。改进后的趋势估计为沿海工程和基础设施规划提供了关键约束。
本研究基于多尺度GR-EOF（全局到区域双重经验正交函数）方法，系统分析了卫星测高（SA）时代海平面变化（SLC）中气候模态的影响，论文发表在《Applied Ocean Research》。研究背景方面，全球平均海平面（GMSL）上升速率持续加速，但区域趋势差异显著，内部气候模态如ENSO、PDO、IOD和NAO是主要贡献者。现有问题包括：卫星测高记录仅约30年，难以分离长期趋势与低频内部变率；多数研究仅关注单一海盆或有限气候指数，缺乏统一框架。为此，研究人员开发了GR-EOF框架，旨在量化并去除全球和区域尺度的气候模态信号，从而提升海平面趋势估计的准确性，并为沿海工程规划提供关键约束。
**关键技术方法**：研究人员采用GR-EOF框架，首先对CMEMS提供的1993–2025年月度网格化海面高度异常（SLA）数据（1/8°分辨率）进行全局经验正交函数（EOF）分解，提取主导模态（长期趋势、调制年周期（MAC）、ENSO、PDO）。随后，将前四个全局模态去除后，对残差场分别进行印度洋和大西洋的区域EOF分析，以隔离IOD和NAO相关的SLA模态。通过比较去除气候模态前后的趋势差异，量化内部变率对海平面趋势的调制作用，并采用交叉小波变换（XWT）和自举法评估不确定性。气候指数包括多变量ENSO指数（MEI）、PDO指数、IOD指数、NAO指数等，来自NOAA等官方平台。
**研究结果**：
**3.1 全局变率模态提取**：通过EOF分解，前四个模态分别解释总方差的31.90%、18.54%、10.8%和9.03%。第一模态代表长期趋势，第二模态反映调制年周期（MAC），第三模态与ENSO高度相关（PC3与MEI相关系数r=0.94，p=0.0001），第四模态对应PDO（PC4与PDO指数r=0.72，p=0.0001）。交叉小波变换证实PC3与MEI在2–8年尺度上高度一致。自举法评估空间模式不确定性，并通过GLORYS12再分析数据验证了结果的可重复性。
**3.2 印度洋：IOD相关海平面模式**：去除全局模态后，对印度洋进行区域EOF分析，第一模态呈现偶极子空间格局，与IOD指数高度相关（r=0.71，p<0.001）。该模态与以往研究一致，表明海平面极端事件由强迫响应与东边界反射罗斯贝波的干涉产生。此外，印度洋还受IPO和SAM等其他气候模式影响。
**3.3 大西洋：NAO相关海平面模式**：去除全局模态后，大西洋区域EOF第一模态呈现南北振荡格局，与NAO指数高度相关（r=0.82）。该模态与NAO驱动的海平面气压（SLP）变化（倒气压计效应）及风应力密切相关。研究证实，东北大西洋和欧洲西海岸的十年际海平面变率与NAO显著相关，且NAO作用中心的空间位移也影响海平面。
**3.4 内部变率对趋势估计的影响**：通过比较去除MAC、ENSO、PDO及区域模态前后的趋势，量化内部变率贡献。
**3.4.1 1993–2025年海平面趋势**：全球平均海平面趋势为3.28 mm/yr，去除气候模态后变化微小（+0.01 mm/yr）。区域上，印度洋趋势从3.89 mm/yr增至3.98 mm/yr，显示气候模态（ENSO、IOD）的掩盖效应；大西洋趋势稳定（3.31 vs 3.32 mm/yr）。趋势差异图显示太平洋西部下降、东部上升，印度洋中高纬增加显著。
**3.4.2 时间变率与现有重建比较**：去趋势后的GMSL与MEI高度相关，内部变率提取的信号与MEI一致但存在准周期波动。与已有重建比较，GMSL估计值在报告范围内（1993–2024年约3.22±0.21 mm/yr）。对全球关键沿海城市和特殊海域的定量分析显示，内部变率对太平洋沿岸城市（如上海、东京、温哥华）影响显著（最大变率贡献趋势-3.55 mm/yr），而大西洋城市影响较小。特定海域（如澳大利亚西海岸）受多尺度模态叠加，变率趋势达6.64 mm/yr，成为区域海平面上升的“放大器”。太平洋东西海岸SLA与MEI呈现偶极子相关，反映ENSO通过沃克环流和海洋波动重新分配质量与热量。
**3.4.3 1996–2000年强厄尔尼诺事件影响**：该时期全球趋势受ENSO主导。原始趋势显示东太平洋和印度洋大幅下降，东南亚和日本东部大幅上升（>40 mm/yr）。去除全局模态后，趋势幅度从±45 mm/yr缩至±25 mm/yr。印度洋趋势从-1.1 mm/yr增至0.73 mm/yr，进一步去除IOD后增至0.94 mm/yr；大西洋趋势从1.82 mm/yr增至2.11 mm/yr，去除NAO后增至3.26 mm/yr。表明ENSO和相关模态（IOD、NAO）在该时期整体抑制了海平面上升。印度洋东西向反对趋势由ENSO通过沃克环流和IOD耦合引起，大西洋则受局地过程主导。
**3.4.4 2011–2015年强拉尼娜事件影响**：该时期全球趋势为5.70 mm/yr，去除全局模态后降至5.00 mm/yr。印度洋趋势从8.07 mm/yr降至5.69 mm/yr，进一步去除IOD后降至4.80 mm/yr，东西向反对趋势消失；大西洋趋势从5.74 mm/yr降至4.24 mm/yr，去除NAO后增至5.33 mm/yr，南北向偶极子减弱。表明该时期IOD促进海平面上升，而NAO抑制上升。ENSO和PDO在2–8年和20–30年尺度上产生大振幅波动，但33年记录不足以分离PDO对趋势的净影响。印度洋对内部变率去除最敏感，因其地理位置独特且ENSO通过沃克环流和IOD耦合反馈强烈；大西洋则受NAO和AMOC等局地模态主导，远程强迫影响较弱。
**结论讨论**：讨论部分强调，从物理角度理解所有时间尺度海平面上升至关重要，但就规划而言，未来特定时刻所有海平面变率的累积贡献最为关键。因此，提取主导变率模态、估计其内在时间尺度并量化其对SLC的影响具有实际价值，即使这些模态无法赋予明确的物理解释。研究揭示某些区域存在强十年际海平面信号，有助于预测未来类似波动，这些波动可能抑制或放大当前海平面上升。结论部分翻译如下：本研究中，研究人员引入了一个GR-EOF框架，系统地将卫星测高时代的内部气候变率与长期海平面趋势分离。通过将全局SLA场分解为与年周期、ENSO和PDO相关的主导模态，并随后分析区域残差，研究人员比传统方法更清晰地隔离了海盆特异性模态，如IOD和NAO。研究结果表明，内部变率可显著偏置区域海平面趋势估计，尤其是在印度-太平洋地区，ENSO和IOD相关波动部分掩盖了潜在长期上升。相比之下，大西洋在去除内部模态后调整较小，反映了其更强的内部耦合和对远程强迫的较低敏感性。校正这些模态后得到的趋势估计更准确地反映了海平面变化的外强迫分量。GR-EOF框架提供了一个统一的数据驱动方法，用于解开多尺度气候对海平面的影响，增强了测高观测的可解释性，降低了趋势估计的不确定性，并为改进区域海平面变率归因提供了基础。随着卫星记录延长和气候变率演变，该框架可扩展以纳入更多模态，并应用于模型模拟，从而进一步增进对当前和未来海平面变化的理解。
