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14.1.7 : Changement du niveau de la mer - Géosciences


Le changement du niveau de la mer est une caractéristique de la Terre depuis des milliards d'années, et il a des implications importantes pour les processus côtiers, les estuaires et les caractéristiques d'érosion et de dépôt. Il existe deux principaux mécanismes de changement du niveau de la mer, eustatique et isostatique, comme décrit ci-dessous.

eustatique Les changements du niveau de la mer sont des changements globaux du niveau de la mer liés aux changements du volume d'eau dans l'océan. Ceux-ci peuvent être dus à des changements dans le volume de la glace glaciaire sur terre, à la dilatation thermique de l'eau ou à des changements dans la forme du fond marin causés par des processus de tectonique des plaques. Par exemple, l'expansion du fond marin élargit un bassin océanique, modifiant ainsi son volume et affectant le niveau de la mer.

Au cours des 20 000 dernières années, il y a eu environ 125 m d'élévation eustatique du niveau de la mer due à la fonte des glaciers. La plupart de ces événements ont eu lieu il y a entre 15 000 et 7 500 ans, lors de la phase de fonte majeure des calottes glaciaires nord-américaines et eurasiennes (Figure (PageIndex{1})). Il y a environ 7 500 ans, le taux de fonte des glaciers et d'élévation du niveau de la mer a considérablement diminué et, depuis lors, le taux moyen a été de l'ordre de 0,7 mm/an.

Le changement climatique d'origine anthropique a entraîné une accélération de l'élévation du niveau de la mer à partir de 1870 environ. Depuis lors, le taux moyen a été de 1,1 mm/an, mais il augmente progressivement. Depuis 1992, le taux moyen est de 3,2 mm/an (Figure (PageIndex{2})). Cela est dû en grande partie à l'augmentation de la fonte des glaces à mesure que le climat mondial se réchauffe, mais une grande partie est due à dilatation thermique de l'eau. À mesure que l'eau se réchauffe, les molécules acquièrent plus d'énergie cinétique et se déplacent plus rapidement et plus loin les unes des autres ; le résultat est que la même quantité d'eau prend maintenant plus de place. Ainsi, même sans l'apport d'eau nouvelle provenant de la fonte des glaces, le réchauffement des températures océaniques entraînera une élévation du niveau de la mer.

Isostatique les changements du niveau de la mer sont des changements locaux causés par l'affaissement ou le soulèvement de la croûte terrestre liés soit à des changements dans la quantité de glace sur la terre, soit à la croissance ou à l'érosion des montagnes. Presque tout le Canada et certaines parties du nord des États-Unis étaient recouverts d'épaisses calottes glaciaires au plus fort de la dernière glaciation. Suite à la fonte de cette glace, il y a eu un rebond isostatique de la croûte continentale dans de nombreuses régions. Cela va de plusieurs centaines de mètres de rebond dans la partie centrale de la calotte glaciaire laurentienne (autour de la baie d'Hudson) à 100 m à 200 m dans des endroits comme l'île de Vancouver et la côte continentale de la Colombie-Britannique. En d'autres termes, bien que le niveau mondial de la mer était d'environ 130 m plus bas lors de la dernière glaciation, les régions glaciaires étaient au moins autant déprimées dans la plupart des endroits, et plus que dans les endroits où la glace était la plus épaisse. Les processus tectoniques, tels que le soulèvement de la croûte, peuvent également provoquer des changements localisés du niveau de la mer.


*"Physical Geology" de Steven Earle utilisé sous licence internationale CC-BY 4.0. Téléchargez ce livre gratuitement à http://open.bccampus.ca


Élévation du niveau de la mer côtière à Senetosa (Corse) lors des missions altimétriques Jason

Dans le cadre du projet ESA Climate Change Initiative, nous sommes engagés dans un retraitement régional des données altimétriques à haute résolution (20 Hz ) des missions classiques dans un certain nombre de zones côtières du monde. Elle se fait à l'aide du retracker ALES (Adaptive Leading Edge Subwaveform) associé au système X-TRACK dédié à l'amélioration des corrections géophysiques à la côte. À l'aide des données satellitaires Jason-1 et Jason-2, des séries chronologiques haute résolution du niveau de la mer le long de la trajectoire ont été générées et les tendances du niveau de la mer côtière ont été calculées sur une période de 14 ans (de juillet 2002 à juin 2016) . Dans cet article, nous nous concentrons sur un site côtier particulier où la piste Jason traverse la terre, Senetosa, situé au sud de la Corse en mer Méditerranée, pour deux raisons : (1) le taux d'élévation du niveau de la mer estimé dans ce projet augmente de manière significative dans le 4 à 5 km jusqu'à la côte par rapport à ce qui est observé plus au large, et (2) Senetosa est le site d'étalonnage des missions d'altimétrie TOPEX/Poséidon et Jason, qui sont équipées à cet effet d'instrumentation in situ, notamment de marégraphes et une antenne du système mondial de navigation par satellite (GNSS). Un examen attentif de toutes les erreurs potentielles qui pourraient expliquer l'augmentation du taux d'élévation du niveau de la mer près de la côte (par exemple, des tendances parasites dans les corrections géophysiques, une estimation imparfaite du biais entre les missions, une diminution des données valides près de la côte et des erreurs de retracking de forme d'onde) a été réalisée, mais aucun de ces effets ne semble en mesure d'expliquer la tendance à l'augmentation. Nous avons ensuite exploré la possibilité qu'il résulte de processus physiques réels. Le changement des conditions des vagues a été étudié, mais la configuration des vagues a été exclue en tant que contributeur potentiel car la magnitude était trop faible et trop localisée à proximité immédiate du rivage. Une étude préliminaire basée sur un modèle sur la contribution des courants côtiers indique que cela pourrait être une explication plausible du changement observé dans la tendance du niveau de la mer près de la côte.

Depuis le début des années 1990, l'altimétrie satellitaire a fourni des observations inestimables du niveau moyen mondial de la mer et de sa variabilité régionale. Ces dernières années, cet ensemble de données a généré une littérature abondante sur les processus provoquant le changement du niveau de la mer à l'échelle mondiale et régionale, ainsi que sur la fermeture du bilan du niveau de la mer (par exemple, Church et al., 2013 Stammer et al., 2013 Dieng et al., 2017 Nerem et al., 2018 WCRP, 2018 SROCC, 2019). En plus de l'augmentation moyenne mondiale et des tendances régionales superposées, des changements dans les processus à petite échelle, tels que les effets atmosphériques locaux, les instabilités baroclines, les vagues piégées sur les côtes, les courants de plateau, les vagues et l'apport d'eau douce des rivières dans les estuaires, peuvent modifier considérablement le taux du changement du niveau de la mer sur la côte par rapport aux régions de haute mer (Woodworth et al., 2019 Melet et al., 2018 Piecuch et al., 2018 Dodet et al., 2019 Durand et al., 2019). De plus, l'affaissement du sol peut amplifier le taux de changement du niveau de la mer sur la côte (Woppelmann et Marcos, 2016). En termes d'impacts sociétaux, ce qui compte vraiment dans la zone côtière, c'est bien la somme de l'élévation moyenne du niveau de la mer à l'échelle mondiale plus les tendances régionales et les processus locaux.

Jusqu'à récemment, en raison de la contamination des terres par les échos radar et de corrections géophysiques moins précises, l'altimétrie classique ne fournissait pas de données fiables sur le niveau de la mer dans une bande de 10 à 15 km le long des côtes. Cependant, différentes études ont montré que l'utilisation d'un retraitement adapté des mesures altimétriques et l'amélioration des corrections géophysiques permettent la récupération d'une grande quantité de données valides sur le niveau de la mer à proximité de la côte (par exemple, Cipollini et al., 2018 Passaro et al., 2015 Marti et al., 2019). De plus, malgré un niveau de bruit beaucoup plus élevé que les données altimétriques classiques à 1 Hz, les mesures à haute résolution à 20 Hz nous permettent de récupérer plus d'informations sur les variations du niveau de la mer côtière (Birol et Delebecque, 2014 Leger et al., 2019).

Dans le cadre du projet Climate Change Initiative (CCI) de l'Agence spatiale européenne (ESA), nous avons initié un retraitement des données altimétriques à haute résolution (20 Hz ) des missions Jason-1 et Jason-2 le long des zones côtières de l'Afrique de l'Ouest, l'Europe du Nord et la mer Méditerranée. Le retracker ALES (Adaptive Leading Edge Subwaveform) (Passaro et al., 2014) a été appliqué pour estimer la distance satellite-surface de la mer (appelée range) qui a ensuite été combinée à la chaîne de traitement X-TRACK dédiée à l'amélioration des corrections géophysiques sur la côte. (Birol et al., 2017). Cela nous a permis de dériver des séries chronologiques d'anomalies du niveau de la mer (SLA) le long de la trajectoire (Leger et al., 2019) à partir desquelles les tendances du niveau de la mer côtière ont été estimées. Les résultats montrent que dans un certain nombre de sites, les taux de niveau de la mer côtier calculés sur une période de 14 ans (2002-2016) s'écartent considérablement du taux en haute mer à moins de 5 km de la côte (Marti et al., 2019).

Dans la présente étude, nous nous concentrons sur un site particulier, Senetosa, situé au sud de la Corse en mer Méditerranée (41 ∘ 33 ′ N, 8 ∘ 48 ′ E), pour deux raisons : (1) dans cette région, le taux calculé d'élévation du niveau de la mer augmente considérablement dans les 3 à 5 derniers kilomètres jusqu'à la côte, et (2) il existe une piste satellite Jason qui traverse la terre à Senetosa, un site d'étalonnage pour les missions altimétriques choisi lors du lancement de la mission TOPEX/Poséidon en 1992 et équipé à cet effet d'instrumentation in situ, notamment de marégraphes et d'une antenne Global Navigation Satellite System (GNSS) (Bonnefond et al., 2019). Ce site d'étalonnage fournit une référence indépendante pour explorer le signal proche du plateau observé dans les données altimétriques.

Comme présenté en détail dans Marti et al. (2019) et Léger et al. (2019), nous utilisons ici les données régionales X-TRACK/ALES le long de la piste 20 Hz SLA dérivées des missions Jason-1 et Jason-2 (DOI : https://doi.org/10.5270/esa-sl_cci-xtrack_ales_sla -200201_201610-v1.0-201910). Ce produit est basé sur de nouvelles plages et de nouvelles corrections du biais de l'état de la mer (ssb) estimées à l'aide du retracker ALES (voir les détails sur la méthodologie de retracking dans Passaro et al., 2014) et est en outre combiné avec le logiciel X-TRACK développé au CTOH ( Centre de Topographie de l'Océan et de l'Hydrosphère) au LEGOS (Laboratoire d'Études en Géophysique et Océanographie Spatiales).

Le nouveau système de traitement X-TRACK/ALES se télécharge pour la première fois à partir de la base de données altimétrique hébergée par le Service national français d'observation altimétrique appelé CTOH ( http://ctoh.legos.obs-mip.fr/ , dernier accès : 17 septembre 2020) tous paramètres nécessaires pour calculer l'anomalie du niveau de la mer (solution de l'orbite, distance altimétrique et corrections instrumentales, environnementales et géophysiques). Ces paramètres sont issus des jeux de données Geophysical Data Records (GDR) distribués par les agences spatiales pour les différentes missions altimétriques. La gamme ALES et les produits ssb proviennent de l'Université Technique de Munich (TUM). Des corrections géophysiques supplémentaires sont fournies par la base de données altimétriques RADS ( http://rads.tudelft.nl/rads/rads.shtml , dernier accès : 17 septembre 2020) et l'Université de Porto (pour la correction GPD + troposphérique humide Fernandes et al ., 2015). Concernant les corrections géophysiques, nous avons utilisé les normes définies dans le projet ESA CCI sea level ( http://www.esa-sealevel-cci.org/ , dernier accès : 17 septembre 2020). Ceux-ci sont résumés dans le tableau 1.

Tableau 1Liste des paramètres altimétriques et des corrections géophysiques utilisées dans le calcul des produits du niveau marin côtier.

Une stratégie d'édition dédiée a en outre été appliquée pour éliminer les données bruitées. Pour chaque cycle d'orbite, le comportement temporel de chaque correction géophysique a été analysé le long de la trajectoire du satellite. Les changements brusques ont été considérés comme faux et supprimés (Birol et al., 2017). Cette stratégie s'est avérée très efficace pour récupérer une quantité importante de mesures altimétriques valides qui étaient autrement signalées dans les produits GDR standard (Jebri et al., 2016). Dans une deuxième étape, toutes les corrections ont été recalculées à la fréquence élevée de 20 Hz en utilisant uniquement les données valides par des méthodes d'interpolation/extrapolation. Les données sur le niveau de la mer de chaque cycle ont ensuite été projetées sur des points fixes le long d'une trajectoire au sol nominale et converties en SLA en soustrayant une hauteur de référence moyenne à la surface de la mer. À ce stade du traitement, un ensemble de données régionales de séries temporelles SLA avec une résolution spatio-temporelle de 10 j et 20 Hz ( ∼0,3 km ) a été produit pour chaque mission Jason. Pour obtenir un seul produit multi-missions, un biais inter-missions a été estimé et supprimé. Cela a été fait au niveau régional en calculant les différences de niveau moyen de la mer entre les deux missions sur leur période de chevauchement (phase d'étalonnage). Les SLA résultants ont fait l'objet d'une moyenne mensuelle à chaque point de 20 Hz, et une édition supplémentaire a été effectuée pour supprimer les valeurs aberrantes (détails dans Marti et al., 2019).

Dans cette étude, nous nous concentrons sur la section de la piste Jason 85 située au large de la côte sud-ouest de l'île de Corse (Méditerranée occidentale) (voir Fig. 1).

Figure 1Localisation de la piste Jason 85 traversant la Corse sur le site de Senetosa (ligne droite noire). La carte de fond montre les tendances du niveau de la mer sur la période 2002-2016 sur la base des données altimétriques maillées du Copernicus Climate Change Service (C3S https://climate.copernicus.eu/sea-level , dernier accès : 17 septembre 2020).

Depuis 1998, un site d'étalonnage des missions TOPEX/Poséidon et Jason opère à proximité du phare de Senetosa avec le soutien du CNES (Centre National d'Études Spatiales, France), de la NASA (National Aeronautics and Space Administration, USA) et de l'Observatoire de la Côte d'Azur (France). Il est équipé de différentes instrumentations in situ, dont des stations météorologiques, plusieurs marégraphes et une antenne GNSS. Depuis 1998, ce site de calibration est largement utilisé pour valider les données altimétriques de hauteur de mer (Bonnefond et al., 2003a, b, 2010, 2011). La figure 2 est une image Google Earth de la côte montrant la configuration géographique du site d'étalonnage de Senetosa avec l'emplacement des marégraphes, de l'antenne GNSS et de la trace Jason. Trois marégraphes fonctionnaient durant notre période d'étude (M3, M4 et M5). M4 et M5, distantes de quelques dizaines de centimètres, sont situées sur la partie ouest du littoral à l'abri du forçage des vents de nord-ouest. M3, à 1,7 km à l'est de M4 et M5, est plus exposée aux conditions de haute mer de l'ouest.

Des séries temporelles de mouvement vertical des terres sont disponibles à partir du récepteur de référence GNSS situé à proximité du phare (marqueur de référence G0 sur la figure 2). Les marégraphes ont été régulièrement nivelés par rapport au repère de référence G0 sans aucun mouvement relatif détecté jusqu'à présent au niveau millimétrique sur 10 ans. Les tendances du niveau de la mer et des mouvements verticaux des terres dérivées de ces instruments à Senetosa sont discutées dans la Sect. 5.

Figure 2© Image Google Earth du site d'étalonnage de Senetosa. Les deux sites marégraphiques (appelés M4/M5 et M3) sont représentés par les points rouges. Le repère de référence G0 (G0) est indiqué par un carré blanc et la trace au sol de Jason par la ligne droite blanche.


Gravité satellitaire et géosphère : contributions à l'étude de la Terre solide et de ses enveloppes fluides (1997)

Les modèles climatiques utilisés pour étudier les effets des gaz à effet de serre atmosphériques prédisent une augmentation globale de la température mondiale au cours du prochain siècle de 1 à 3,5°C (Warrick et al., 1996). Une augmentation de cette ampleur pourrait avoir de nombreux effets catastrophiques, dont le moindre ne serait pas causé par une élévation substantielle du niveau mondial de la mer due à la fonte des glaciers et des calottes polaires et à la dilatation thermique de l'eau de mer (encadré 7.1).

Les données marégraphiques montrent que le niveau de la mer augmente déjà à un taux compris entre 1,0 et 2,5 mm/an en moyenne au cours du siècle dernier (Warrick et al., 1996). Les sources de cette élévation du niveau de la mer ne sont cependant pas bien comprises. Les estimations de divers effets sont incluses dans le tableau 7.1. La plupart des mécanismes probables impliquent le transfert de masse des continents vers les bassins océaniques. Cette redistribution de masse provoquerait une perturbation séculaire du géoïde. L'effet de dilatation thermique, cependant, n'implique aucun transfert horizontal de masse et n'a donc aucun signal géoïde associé.

Les observations satellitaires de la gravité dépendante du temps pourraient limiter les changements du niveau mondial de la mer de deux manières. Premièrement, ils pourraient aider à identifier les sources continentales d'eau transférées dans l'océan, grâce à la surveillance de la masse des calottes glaciaires, des glaciers continentaux et des aquifères souterrains. Deuxièmement, ils pourraient être utilisés pour aider à identifier la composante de dilatation thermique de l'élévation du niveau de la mer en utilisant les observations pour résoudre directement l'augmentation de masse dans l'océan. Ces applications sont discutées ci-dessous.

EXPANSION THERMIQUE DES OCÉANS

En comparant les observations gravimétriques par satellite avec les résultats des marégraphes ou des altimètres sur la durée de la mission, il devrait être possible de discriminer entre un afflux de masse, qui affecte à la fois le niveau de la mer et la gravité, et la dilatation thermique, qui n'affecte que le niveau de la mer. La contribution de l'expansion thermique à l'élévation globale du niveau de la mer est estimée entre 0,2 et 0,7 mm/an en moyenne au cours de ce siècle (tableau 7.1). Pour améliorer la détermination de cette composante, un satellite gravimétrique aurait besoin de pouvoir détecter une élévation du niveau de la mer avec une précision de l'ordre de quelques dixièmes de mm/an. Cela limiterait plus étroitement l'afflux de masse totale pour chaque année où les données gravimétriques sont disponibles. Séparer les contributions relatives entre les quatre sources énumérées dans le tableau 7.1 nécessitera également une mission gravimétrique de quelques années.

La figure 7.2 montre la perturbation séculaire prévue du géoïde causée par une élévation de 1 mm/an du niveau de la mer, en supposant que l'élévation est entièrement due à une augmentation de la masse d'eau (le géoïde de la figure 7.2 change sur les continents car une constante spatiale a été supprimée à partir de la sortie à chaque pas de temps : c'est-à-dire que la masse de la Terre, dans son ensemble, est supposée conservée). A noter que les amplitudes du géoïde sont faibles, pas plus de quelques centièmes de mm/an. Le signal provoqué par une élévation de quelques dixièmes de mm/an serait encore plus faible. Ce sera un signal difficile à détecter.

Encadré 7.1 Impact de l'élévation mondiale du niveau de la mer

Une grande partie de la population totale de la Terre réside près du niveau de la mer, et peu de sociétés resteraient indemnes des effets agricoles et industriels mondiaux d'une élévation du niveau de la mer d'au moins I m. La moitié des mégapoles du monde (population >8 millions) sont situées près du niveau de la mer avec une population totale de plus de 150 millions d'habitants, et celles-ci ne constituent qu'une petite fraction des ports et des communautés qui prospèrent dans le monde grâce au commerce côtier, à l'agriculture et à l'industrie. On estime que 46 millions de personnes par an risquent d'être inondées en raison d'ondes de tempête, et une élévation de 1 m du niveau de la mer porterait ce nombre à 118 millions de personnes par an (GIEC, 1996).

Une élévation du niveau de la mer a ses effets les plus importants sur les régions de basse altitude qui s'inclinent doucement vers l'intérieur des terres (par exemple, la Floride et l'Indonésie avec 15 % des côtes du monde) ou se trouvent sur les plaines inondables de grands systèmes fluviaux (par exemple, le Rhin, le Gange, Nil, Mékong). Dans ces zones, une élévation du niveau de la mer déclenche une transgression du littoral vers la terre et une incursion souterraine dans les réservoirs d'eau douce, entraînant une perte de terres arables. D'ici 2100, une élévation d'un mètre du niveau de la mer pourrait entraîner des pertes de terres allant de 0,05 % en Uruguay, 1,0 % en Égypte, 6 % aux Pays-Bas et 17,5 % au Bangladesh à 80 % aux Îles Marshall (GIEC , 1996). Aux États-Unis, il a été estimé qu'une élévation du niveau de la mer de 1 m noierait 20 à 85 % des zones humides côtières et entraînerait un empiètement côtier allant jusqu'à 7 000 milles carrés, une superficie de la taille du Massachusetts (Titus et al ., 1991).

La perte d'écosystèmes côtiers aurait également des effets négatifs sur le tourisme, les infrastructures, l'approvisionnement en eau douce, la biodiversité et la pêche. Dans le Blackwater National Wildlife Refuge de la baie de Chesapeake, par exemple, l'élévation du niveau de la mer a entraîné l'inondation d'une fraction importante des marais (Figure 7.1), altérant l'équilibre écologique de la zone En ce qui concerne les infrastructures, plus de 90 % des toutes les centrales électriques aux États-Unis sont situées à proximité des côtes, ainsi que de nombreux complexes industriels, à proximité des ports et des matières premières. Pour de nombreux pays, les pertes économiques causées par l'élévation du niveau de la mer pourraient dépasser 10 % de leur produit intérieur brut (GIEC, 1996). L'impact social des grandes communautés migrant vers l'intérieur des terres et les coûts économiques de l'augmentation des défenses contre le niveau de la mer sont susceptibles d'avoir des effets néfastes dans toutes les sociétés côtières.

La tendance mondiale actuelle du niveau de la mer est une élévation d'environ 0,2 m/siècle, mais il est possible que cela soit accéléré par un facteur de 3-5 par les tendances au réchauffement climatique, bien que des taux d'accélération plus faibles soient plus probables. Les taux actuels, s'ils restent constants, sont suffisamment lents pour permettre des réponses sociétales appropriées à l'élévation du niveau de la mer. Cependant, une accélération d'un facteur 5 affecterait les zones de basse altitude à des taux qui nécessiteraient des mesures correctives plus immédiates de la part des sociétés côtières, de sorte que la détection précoce d'une accélération est une exigence de planification importante.

TABLEAU 7.1 Fourchettes estimées des contributions probables à l'élévation du niveau de la mer, en moyenne au cours des 100 dernières années (d'après Warrick et al., 1996)

Taux d'augmentation ou de diminution (mm/an)

Glaciers et petites calottes glaciaires

Les amplitudes en degrés d'une élévation de 1 mm/an du niveau de la mer dépassent (légèrement) les incertitudes de la mission SST de 400 km sur 5 ans pour je < 6 (voir Figure 7.3). Étant donné que le modèle du signal du géoïde est bien connu dans ce cas (illustré à la figure 7.2), il pourrait être possible d'obtenir une estimation utile de l'amplitude de cet effet en adaptant ce modèle aux données satellitaires. En utilisant les incertitudes décrites au chapitre 2, nous constatons que les données de la mission SST de 5 ans fourniraient une erreur de 1 sigma sur la contribution de la masse au niveau de la mer d'environ 0,1 mm/an. Les résultats pouvant être obtenus avec une mission SSI auraient des erreurs formelles encore plus petites&mdashthe effets d'un changement de 1 mm/an de l'élévation du niveau de la mer au-dessus des erreurs SSI à des degrés jusqu'à 1 = 20

FIGURE 7.1 Changements dans les types de terres des marais et des hautes terres (terrains plus élevés) dans le Blackwater National WildlifeRefuge, dans la baie de Chesapeake, dans le Maryland, dus, en partie, à l'élévation du niveau de la mer. De 1938 à 1980, une moyenne de 17,3 hectares/an de marais a été inondée. Figure basée sur la photographie aérienne et préparée sous les auspices du programme d'analyse des changements côtiers de la NOAA. Avec l'aimable autorisation de C. Stevenson, University of Maryland Center for Environmental and Estuarine Studies.

FIGURE 7.2 Le changement séculaire du géoïde causé par une élévation de 1 mm/an du niveau global de la mer, en supposant que l'élévation du niveau de la mer est entièrement due à une augmentation de la masse d'eau. La moyenne spatiale est fixée à zéro, conformément à l'hypothèse que la Terre dans son ensemble conserve sa masse.

(Figure 7.3, panneau inférieur). Mais les problèmes de séparation du signal global du niveau de la mer des effets d'autres signaux géophysiques séculaires sont susceptibles de limiter les précisions du niveau de la mer à environ 0,1 mm/an dans tous les cas. (Une mission SGG, même la mission SGGE de longue durée, n'est pas suffisamment précise à de faibles degrés pour être utile pour cette application.) Une précision de 0,1 mm/an pourrait, en effet, être utile pour séparer les effets de dilatation thermique des effets d'une augmentation de la masse, à condition que l'élévation globale du niveau de la mer ait été mesurée avec cette même précision élevée en utilisant une autre technique (altimétrie par satellite, par exemple), au cours de la même période. Notez que toutes les conclusions tirées de cette étude seraient basées sur des données de la durée limitée d'une mission satellitaire (nominalement supposée tout au long de ce rapport être d'environ cinq ans) et pourraient ne pas refléter les véritables tendances à long terme. Une capacité de surveillance à long terme serait souhaitable.

En plus de fournir des informations sur l'élévation mondiale et régionale du niveau de la mer, les données gravimétriques satellitaires pourraient être utilisées pour étudier les changements à l'échelle des bassins. Par exemple, le niveau de la mer dans l'Atlantique Nord aurait augmenté de 3 cm entre 1994 et 1995, une grande partie de l'augmentation se produisant en quelques mois (Figure 7.4)

FIGURE 7.3 Les amplitudes en degrés des fluctuations séculaires du géoïde, comparées aux incertitudes attendues pour les missions SST, SGGE et SSI de 5 ans à 400 km d'altitude. Les processus géophysiques considérés ici incluent le rebond post-glaciaire (pour l'ensemble du globe : Amérique du Nord, Scandinavie, Groenland et Antarctique et en supposant une viscosité du manteau inférieur de 10.E21 Pa-sec) les changements actuels dans la glace de l'Antarctique et du Groenland , à un niveau provoquant un changement global du niveau de la mer de 1,4 mm/an pour l'Antarctique et de 0,4 mm/an pour le Groenland, qui sont les limites supérieures de Warrick et al. (1996) et une variation de 1 mm/an du niveau global de la mer, en supposant que cela est entièrement dû au transport de masse entre les océans et les continents.

(Carton et Miller, 1997). Cette augmentation, qui devrait être facilement détectable par une mission SST ou SSI (cf. Figure B.3 en Annexe B), était associée à un réchauffement anormal des températures de surface et à des changements dans la structure de la thermocline. Pour identifier les causes de telles anomalies à l'échelle du bassin, une information vitale est la contribution relative de la dilatation thermique par rapport à une augmentation globale de la masse. Ainsi encore, les mesures satellitaires de l'augmentation de la masse seraient précieuses pour démêler les causes de l'élévation du niveau de la mer.

BILAN DE MASSE DE GLACE

Les masses de glaciers, de calottes glaciaires et de calottes glaciaires (le terme « calotte glaciaire » est réservé aux vastes calottes glaciaires de l'Antarctique et du Groenland) varient dans le temps par l'échange d'eau avec les océans. Ces masses glaciaires sur terre peuvent rétrécir en Dans les deux cas, la masse perdue atteint rapidement l'océan. Inversement, les corps glaciaires ne peuvent gagner de la masse que par un excès de neige à leur surface, la source d'humidité est l'évaporation des océans Ainsi, la mesure du bilan massique total (écart par rapport à la masse constante dans le temps) de la glace sur terre est une mesure directe, quoique partielle, des changements de masse d'eau dans les océans.

Les mesures gravimétriques présentent deux avantages importants pour les études de bilan massique à grande échelle. La première est que, puisque la gravité dépend simplement de la masse, les changements de gravité fournissent une mesure directe de l'équilibre glace-masse qui est indépendant des changements de la densité moyenne des corps de glace, qui peuvent changer avec le temps. Deuxièmement, la gravité sert d'outil d'intégration automatique, évitant ainsi l'énorme difficulté à laquelle les glaciologues sont confrontés pour extrapoler les résultats d'études sur le terrain dans quelques zones à des régions beaucoup plus vastes, en particulier à l'ensemble des vastes calottes glaciaires. Pour ces deux raisons, les glaciologues attendent avec impatience les futures missions gravitaires par satellite.

Contributions des calottes glaciaires du Groenland et de l'Antarctique

Actuellement, les bilans de masse à grande échelle du Groenland et de l'Antarctique sont mal connus. Les estimations de leurs contributions à l'élévation globale du niveau de la mer au cours de ce siècle sont de l'ordre de +plus de 1,4 mm/an pour l'Antarctique et +plus de 0,4 mm/an pour le Groenland (tableau 7.1) et même le signe n'est pas connu. Les deux limites supérieures correspondent à des amplitudes de géoïde de 2,0 à 2,5 mm/an, réparties sur les calottes glaciaires respectives.

La figure 7.3 montre les amplitudes en degrés d'un changement uniforme de masse de chaque feuille, en supposant que la

FIGURE 7.4 Changement observé du niveau moyen annuel de la mer en cm (panneau de droite) et de la température de surface de la mer en degrés C (panneau de gauche) pour 1995 par rapport à 1994. Les conditions chaudes d'El Niño du Pacifique tropical ont reculé, provoquant niveau de la mer à baisser. Dans l'est de l'Atlantique Nord, un réchauffement de la température de surface de la mer se traduit par une élévation du niveau de la mer.

les changements de masse sont égaux aux limites supérieures citées par Warrick et al. (1996). Ces résultats incluent les effets de la réponse élastique de la Terre aux changements de charge de glace, comme décrit à l'annexe B. Notez que les résultats dépassent largement les incertitudes pour une mission SST de 5 ans à des valeurs de je inférieure à 25 (correspondant à des demi-longueurs d'onde supérieures à 800 km), et pour une mission SSI de 5 ans à des valeurs de je inférieure à 40 (demi-longueurs d'onde supérieures à 500 km). En approchant l'Antarctique et le Groenland sous la forme de carrés d'environ 3 500 km et 1 300 km de côté, respectivement, nous estimons à partir de la Figure B.1 qu'une mission SST de 5 ans à 400 km d'altitude serait sensible aux changements de la masse globale du Groenland et de l'Antarctique. avec une précision correspondant à mieux que 0,01 mm/an d'élévation du niveau de la mer pour chaque calotte glaciaire. (Les résultats de l'épaisseur de l'eau de la figure B.1 peuvent être convertis en niveau de la mer en multipliant par le rapport de la superficie de la calotte glaciaire à la superficie des océans du monde.) Une mission SSI de 5 ans serait d'un ordre de grandeur plus sensible. .

Il est important de noter, cependant, qu'il existe des ambiguïtés dans l'interprétation des signaux de gravité sur les calottes glaciaires en raison des problèmes de séparation des effets des changements de calotte glaciaire des effets du rebond isostatique, des variations interannuelles des taux d'accumulation de neige et de la pression atmosphérique. Ces problèmes sont examinés successivement ci-dessous.

Rebond isostatique

Il est difficile de faire la distinction entre les effets des changements actuels de la masse de la calotte glaciaire et les effets de la réponse viscoélastique de la Terre aux changements de la masse de la glace au cours des quelques centaines à plusieurs milliers d'années, en particulier en Antarctique. En principe, on pourrait corriger le soulèvement isostatique en le mesurant sur la roche exposée. Bien que la majeure partie de l'Antarctique soit recouverte de glace, il existe de nombreuses expositions dans les vastes montagnes transantarctiques, qui traversent le continent de l'Atlantique au Pacifique (figure 7.5). D'où une campagne de mesures GPS le long des monts Transantarctiques (et quelques nuna-

ailleurs) pour déterminer les taux d'augmentation serait une entreprise précieuse. Des précisions de l'ordre de 1 à 2 mm/an (en tenant compte de la géométrie plus pauvre et des retards accrus de l'ionosphère dans les régions polaires) devraient être réalisables avec cinq ans de mesures GPS continues. (Les taux de soulèvement tectonique dans les montagnes transantarctiques pourraient atteindre 1 mm/an [Behrendt et al., 1991], mais ne dépassent probablement pas quelques dixièmes de millimètre par an [Fitzgerald, 1994].) Cela correspond à une incertitude dans le signal de gravité séculaire qui équivaut à environ 4 mm/an de glace, ou environ 0,15 mm/an d'élévation globale du niveau de la mer. Le problème est, cependant, que les taux de soulèvement de la croûte mesurés pour les montagnes transantarctiques, qui n'occupent qu'une petite fraction de la superficie totale de l'Antarctique, ne seraient probablement pas représentatifs des taux de soulèvement moyens pour l'ensemble du continent. Il est donc probable que la meilleure utilisation de telles mesures GPS serait d'aider à évaluer des modèles indépendants du rebond, qui seraient ensuite utilisés pour supprimer les effets à tous les emplacements.

Les modèles de rebond dans leur état actuel de développement ne suffiraient pas à résoudre le problème. Les incertitudes dans le profil de viscosité de la Terre et l'évolution temporelle de la calotte glaciaire antarctique correspondent à des incertitudes de l'ordre de 30 mm/an dans les changements d'épaisseur actuels de la calotte glaciaire antarctique, ce qui équivaut à environ 1,2 mm/an de la mer globale -changement de niveau. À première vue, ce résultat suggère qu'une mission gravimétrique n'améliorerait pas les estimations du changement global du niveau de la mer de Warrick et al. (1996). Cependant, il est probable qu'une mission gravimétrique dédiée conduirait à une solution aux changements séculaires du champ de gravité sur le nord du Canada qui améliorerait grandement notre connaissance du profil de viscosité de la Terre (voir chapitre 5). Dans ce cas, la principale source d'incertitude dans le changement viscoélastique de l'Antarctique serait l'évolution temporelle détaillée de la calotte glaciaire antarctique elle-même. The level of that uncertainty would depend on the Earth's viscosity profile. If the lower-mantle viscosity is 4.5 × 10 21 Pa-sec or smaller, the uncertainty in the Antarctic contribution to present-day sea-level rise would probably be on the order of 0.6 mm/yr, with about equal contributions from uncertainties in the Pleistocene ice history and estimates of what the mass balance might have been over the past several hundred to several thousand years. At larger values of lower-mantle viscosity (e.g., 20 × 10 21 Pa-sec or greater), the Earth would respond more slowly to past changes in ice, and the total uncertainty might be reduced to 0.3 mm/yr or smaller. Uncertainty estimates this small would indeed lead to improved estimates of the Antarctic contributions to sea-level change, though any such result would be representative of the ice sheet for only the relatively brief duration of the satellite mission.

Snow-Accumulation Rates

Another interpretation difficulty arises from the consideration of interannual variations in the rate of snow accumulation on the ice-sheet surfaces (Figure 7.5). Here the problem is not in determining the change in mass of the ice sheets, but in distinguishing between changes in the mass of the solid ice, which can occur only by ice-dynamic processes with time scales of decades to millennia and which, consequently, are of the greatest interest in terms of secular changes in sea level, and ephemeral changes associated with a few years of higher-than-normal or lower-than-normal snowfall rates. It is not well known how large the average variability in snowfall might be over an entire ice sheet, but on a more local scale an average interannual variability of 25% has been estimated for Antarctica (Giovinetto, 1964) a similar figure is likely for Greenland. (The interannual variability in outflow is much less than this because outflow is principally by solid ice discharge into the ocean.) Even if interannual variations were uncorrelated from year to year, which is climatologically unlikely, this would yield an error in estimating the secular change in ice mass from a 5-year mission that would be on the order of 10% of the annual mass input, or approximately 18 mm of ice, equivalent to 0.6 mm/yr of sea-level change, for Antarctica, and 70 mm of ice (0.3 mm/yr sea-level equivalent) for Greenland. An error of this magnitude would be a serious hindrance in determining the true, long-term contribution of the ice sheet to sea-level change.


Relative Match Intensities at High Altitude in Highly-Trained Young Soccer Players (ISA3600)

To compare relative match intensities of sea-level versus high-altitude native soccer players during a 2-week camp at 3600 m, data from 7 sea-level (Australian U17 National team, AUS) and 6 high-altitude (a Bolivian U18 team, BOL) native soccer players were analysed. Two matches were played at sea-level and three at 3600 m on Days 1, 6 and 13. The Yo-Yo Intermittent recovery test (vYo-YoIR1) was performed at sea-level, and on Days 3 and 10. Match activity profiles were measured via 10-Hz GPS. Distance covered >14.4 km.h(-1) (D>14.4 km·h(-1)) and >80% of vYo-YoIR1 (D>80%vYo-YoIR1) were examined. Upon arrival at altitude, there was a greater decrement in vYo-YoIR1 (Cohen's d +1.0, 90%CL ± 0.8) and D>14.4 km·h(-1) (+0.5 ± 0.8) in AUS. D>14.4 km.h(-1) was similarly reduced relative to vYo-YoIR1 in both groups, so that D>80%vYo-YoIR1 remained similarly unchanged (-0.1 ± 0.8). Throughout the altitude sojourn, vYo-YoIR1 and D>14.4 km·h(-1) increased in parallel in AUS, so that D>80%vYo-YoIR1 remained stable in AUS (+6.0%/match, 90%CL ± 6.7) conversely D>80%vYo-YoIR1 decreased largely in BOL (-12.2%/match ± 6.2). In sea-level natives competing at high-altitude, changes in match running performance likely follow those in high-intensity running performance. Bolivian data confirm that increases in 'fitness' do not necessarily translate into greater match running performance, but rather in reduced relative exercise intensity. Key pointsWhen playing at high-altitude, players may alter their activities during matches in relation to their transient maximal physical capacities, possibly to maintain a 'tolerable' relative exercise intensity.While there is no doubt that running performance per se in not the main determinant of match outcomes (Carling, 2013), fitness levels influence relative match intensity (Buchheit et al., 2012, Mendez-Villanueva et al., 2013), which in-turn may impact on decision making and skill performance (Rampinini et al., 2008).In the context of high-altitude competitions, it is therefore recommended to arrive early enough (i.e.,

2 weeks) to allow (at least partial) acclimatisation, and in turn, allow sea-level native players to regulate their running activities in relation to both actual game demands and relative match intensity.

Keywords: Association football hypoxia match running performance.

Les figures

Standardized differences in the change…

Standardized differences in the change (90% confidence intervals) between Bolivian (BOL) and Australian…


Consequences

When sea levels rise as rapidly as they have been, even a small increase can have devastating effects on coastal habitats farther inland, it can cause destructive erosion, wetland flooding, aquifer and agricultural soil contamination with salt, and lost habitat for fish, birds, and plants.

Higher sea levels are coinciding with more dangerous hurricanes and typhoons that move more slowly and drop more rain, contributing to more powerful storm surges that can strip away everything in their path. One study found that between 1963 and 2012, almost half of all deaths from Atlantic hurricanes were caused by storm surges.

Already, flooding in low-lying coastal areas is forcing people to migrate to higher ground, and millions more are vulnerable from flood risk and other climate change effects. The prospect of higher coastal water levels threatens basic services such as Internet access, since much of the underlying communications infrastructure lies in the path of rising seas.


Figure 8.1: Cumulative Costs of Sea Level Rise and Storm Surge to Coastal Property

Collectively, these threats present significant direct costs related to infrastructure. 27 , 28 The more than 60,000 miles of U.S. roads and bridges in coastal floodplains are already demonstrably vulnerable to extreme storms and hurricanes that cost billions in repairs. 29 The national average increase in the Special Flood Hazard Area by the year 2100 may approach 40% for riverine and coastal areas if shoreline recession is assumed, and 45% for riverine and coastal areas if fixed coastlines are assumed. 30 Additionally, indirect economic costs (such as lost business) and adverse sociopsychological impacts have the potential to negatively affect citizens and their communities. 31 , 32 , 33 People exposed to weather- or climate-related disasters have been shown to experience mental health impacts including depression, post-traumatic stress disorder, and anxiety, all of which often occur simultaneously furthermore, among those most likely to suffer these impacts are some of society’s most vulnerable populations, including children, the elderly, those with preexisting mental illness, the economically disadvantaged, and the homeless (Ch. 14: Human Health, KM 1 and 2). 34

Although storms, floods, and erosion have always been hazards, in combination with rising sea levels they now threaten approximately $1 trillion in national wealth held in coastal real estate (Figure 8.1) 25 and the continued viability of coastal communities that depend on coastal water, land, and other resources for economic health and cultural integrity (Ch. 15: Tribes, KM 1 and 2). The effects of the coastal risks posed by a changing climate already are and will continue to be experienced in both intersecting and distinct ways, and coastal areas are already beginning to take actions to address and ameliorate these risks (Figure 8.2).


How Plants Influence Resilience of Salt Marsh and Mangrove Wetlands to Sea-Level Rise

This review evaluates the importance of plants and associated biological processes in determining the vulnerability of coastal wetlands to sea-level rise. Coastal wetlands occur across a broad sedimentary continuum from minerogenic to biogenic, providing an opportunity to examine the relative importance of biological processes in wetland resilience to sea-level rise. We explore how plants influence sediment accretion, elevation capital (vertical position in the tidal frame), and compaction or erosion of deposited material. We focus on salt marsh and mangrove wetlands, which occupy a similar physiographic niche and display similar physical and biological controls on resilience to sea-level rise. In both habitats, plants stabilize emergent mudflats and help sustain the wetland position in the tidal frame relative to ocean height through both surface and subsurface process controls on soil elevation. Plants influence soil elevations by modifying (1) mineral sediment deposition and retention, (2) organic matter contributions to soil volume, and (3) resistance to compaction and erosion. Recognition of the importance of plants in coastal wetland resilience to sea-level rise is key to accurate predictions about the future fate of salt marshes and mangrove forests and for development of effective management and restoration plans.

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7. SEA LEVEL BALANCE FOR THE PAST DECADE: A SYNTHESIS

[74] We have seen that the rate of sea level rise based on tide gauge records for the past century ranges between 1 and 2 mm/yr [ Church et al., 2001 ]. We have also seen that for the past decade the rate of sea level rise measured by T/P altimetry amounts to 2.8 ± 0.4 mm/yr. According to Peltier [1998] , postglacial rebound causes a secular increase in the volume of the ocean basins, which, in turn, reduces global mean sea level by approximately −0.3 mm/yr. To explain the T/P-based sea level rise in terms of climate factors, the postglacial rebound effect needs to be removed from the geocentric rate of sea level rise. Thus the corrected rate of sea level rise over the past decade is closer to 3.1 mm/yr, which is significantly larger than for the previous decades (in the range 1–2 mm/yr).

[75] A recent study by Woodworth et al. [2004] used the Hadley Center atmosphere ocean general circulation model to determine the steric sea level contribution for the 1990s, obtaining a value of 1.5 mm/yr ± 0.4 mm/yr. This model estimate is 3 times larger than the Church et al. [2001] and Antonov et al. [2002] values for the past decades. This suggests that thermal expansion has accelerated during recent years compared to the previous decades. The steric sea level acceleration seen since the early 1990s is possibly connected to the observed acceleration of glacier melting reported by Dyurgerov and Meier [2000] , as well as the somewhat enhanced Greenland and West Antarctica melting [ Rignot and Thomas, 2002 ] compared to observations in previous decades [ Church et al., 2001 ]. We cannot exclude the possibility that enhanced ocean warming and ice melting reported for the past decade have a common origin related to stronger global warming. Sea level rise during the 1990s, a consequence of the latter two phenomena, is independent evidence of a large-scale change having affected the climate system during the last decade.


14.1.7: Sea Level Change - Geosciences

When the tide reaches its highest level during the full moon, it is not uncommon to see flooding as large waves crest the seawalls that protect the more populated areas of Guyana. Since parts of the country are already below sea level, further sea&ndashlevel rise would cause even more flooding of homes, businesses, and agricultural areas, if flood protection measures are not improved. 1

Guyana is particularly vulnerable to sea&ndashlevel rise stemming from climate change, plus regional shifts in the height of the sea. Close to 80 percent of Guyana's population lives in the low&ndashlying coastal region. In fact, some of the historically habitable sections are already below sea level. 2,3,4 By 2100, scientists project a global sea level rise of 2.6 feet (80 centimeters)&mdashand as much as 6.6 feet (2 meters), depending largely on how much we continue to overload the atmosphere with carbon. 5

  • Guyana's capital city of Georgetown relies on seawalls for protection. When flooding occurs after large waves top the seawalls or heavy rains, sluice gates open for drainage. However, these gravity-fed gates can do so only when the tide is low enough.
  • The coastal plain is home to almost all the country's agricultural production&mdashcritical for both food and export. The main crops are sugar and rice. 6,7
  • Sea level along the Guyana coastline is rising faster than the global average, 6 which will exacerbate future increases from further global warming.

With close to 80 percent of Guyana's population living in low&ndashlying coastal regions, sea-level rise linked to global warming is dramatically increasing the likelihood that homes, businesses, hospitals, and schools will flood. 2,3 Coastal portions of Guyana sit from 19.7 inches (0.5 meter) to 39.4 inches (1 meter) below sea level. 4 The Ministry of Public Works already issues alerts during particularly high spring tides, so residents can take precautions against flooding. 8

About 25 percent of the coast is now protected by seawalls, 60 percent by mangroves, and 15 percent by natural sandbanks. 6 The seawalls have sluice gates that allow floodwaters from heavy rains and waves that crest the seawalls to drain. However, the gravity&ndashcontrolled gates cannot open if the tide is not low enough. As sea level rises even more, the risk that the gates will not open also increases. Some locations already rely on pumped drainage, and more are likely to need it, raising the cost of protecting coastal development. 6

Guyana's coastal plains are home to some three&ndashquarters of the country's economic activities including almost all the country's agricultural production&mdashcritical for both food and export. 4 The main crops are sugar and rice. 7 Sea&ndashlevel rise could devastate agricultural production if saltwater inundates fields and intrudes into the estuaries used to irrigate them. 6 Saltwater from rising seas could also contaminate freshwater supplies used for drinking and other domestic and industrial activities, requiring costly treatment. 6

Part of a Larger Pattern

Sea level has been rising globally since the end of the last ice age, but the rate of that rise has accelerated significantly. From 1993 to 2009, the annual rate rose to around 0.13 inch (3.4 millimeters)&mdashnearly twice the twentieth&ndashcentury average. 9,10

Scientists attribute this recent acceleration to human&ndashcaused climate change. Oceans expand as they warm, and the Greenland and Antarctic ice sheets and mountain glaciers add water to the oceans as they shrink. 5 After looking closely at the volume of water that could come from shrinking glaciers and ice sheets, scientists project a rise of 2.6 feet (80 centimeters) by 2100&mdashor possibly as much as 6.6 feet (2 meters), depending on the pace of heat-trapping emissions and assumptions about ice sheet behavior. 5

Besides global sea&ndashlevel rise, several other factors influence regional sea levels, including sinking (subsidence) or rising (uplift) of the land, circulation of the atmosphere and the ocean, and the origin of meltwater. Scientists have found that the Guyana coast is subsiding owing to groundwater extraction, soil compaction, and drainage of wetlands. From 1951 to 1979, sea level off Guyana rose at a rate some six times the global average, (0.4 inch, or 10.2 millimeters per year), around 6 times the twentieth century average or 3 times the 1993 to 2009 annual average. 6,10

What the Future Holds

Without improved sea and river defenses and drainage systems, the coastal plains of coastal Guyana face serious flooding&mdashif not complete inundation&mdashowing to higher sea levels possible under worst case scenarios. 6 Such flooding would devastate most of the population and have consequences for a large percentage of the gross domestic product. 4

The government recently projected that adaptation costs could exceed $1 billion (U.S.)&mdasha fraction of the potential losses if nothing is done. This figure includes the costs of activities ranging from building and reinforcing levees and seawalls to flood&ndashproofing health clinics. 12 For context, $1 billion (U.S.) is equivalent to about 20 percent of Guyana's GDP in 2010. 7

Because of increased flooding, the Ministry of Agriculture is already encouraging residents to relocate farther inland. In 2010, the ministry opened up new land to allow traditional coastal farmers to start moving their homes and farms inland. 13

Coastal mangrove fringes are particularly at risk from sea&ndashlevel rise. Mangroves naturally move slowly landward as sea level rises. However, because the Guyana coast is developed, the mangroves cannot do so, and slowly die off from being pinned in place as sea level rises. This exposes more of the coast to damage from saltwater inundation, storm surges, and reduces the nursery habitat for commercial fishing. 14 Curbing the human activities that overload our atmosphere with carbon&mdashthe root cause of global sea&ndashlevel rise&mdashcan go a long way toward slowing the pace of change, and creating more time for coastal communities to prepare for changes ahead.


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