DOI: https://doi.org/10.3389/fclim.2025.1472731
تاريخ النشر: 2025-02-07
المؤلف: Federica Borile وآخرون
الموضوع الرئيسي: العمليات المحيطية والجوية
نظرة عامة
تستكشف هذه الورقة البحثية التغيرات العقدية في اتجاهات متوسط مستوى سطح البحر (MSL) في البحر الأبيض المتوسط ومناطقه الفرعية على مدى الثلاثين عامًا الماضية، باستخدام قياسات ارتفاع الأقمار الصناعية، ومقاييس المد والجزر، ومجموعات بيانات إعادة التحليل. تكشف النتائج عن اتجاه إيجابي عام لمستوى سطح البحر في البحر الأبيض المتوسط، مقدرًا بحوالي $2.4 \pm 0.2 \, \text{mm/year}$، مع تفاوتات إقليمية ملحوظة. يظهر البحر الأبيض المتوسط الغربي اتجاهًا متسارعًا يتماشى مع ارتفاع مستوى سطح البحر العالمي، بينما شهد البحر الأبيض المتوسط الشرقي، وخاصة البحر الأدرياتيكي والبحر الإيجيني شبه المغلقين، تباطؤًا عقديًا، مع ملاحظات لاتجاهات سلبية في السنوات الأخيرة. يُعزى هذا التباطؤ إلى زيادة التبخر التي لم يتم تعويضها عن طريق هطول الأمطار أو الجريان السطحي، مما يبرز الدور الحاسم لميزانية المياه في البحر الأبيض المتوسط في التأثير على ديناميات مستوى سطح البحر.
توثق الدراسة انخفاضًا كبيرًا في الاتجاه العام لمستوى سطح البحر من $3.6 \pm 1.0 \, \text{mm/year}$ في العقد الثاني إلى $2.2 \pm 0.8 \, \text{mm/year}$ في العقد الأخير، مدفوعًا بشكل أساسي باتجاه سلبي لظاهرة مستوى سطح البحر غير الموسمية (NS-SLA) في المنطقة الشرقية. تؤكد التحليلات النتائج السابقة بشأن أهمية ميزانية المياه وتأثيرات الاستيرك على اتجاهات مستوى سطح البحر. يؤكد المؤلفون على تعقيد نمذجة ميول مستوى سطح البحر ويدعون إلى استمرار مراقبة نقل المياه وتغيرات ميزانية المياه السطحية في البحر الأبيض المتوسط، والتي تعتبر ضرورية لتحسين التوقعات المستقبلية وتطوير استراتيجيات فعالة للتكيف مع المناخ في المناطق الساحلية.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الدور الحاسم لمتوسط مستوى سطح البحر العالمي (GMSL) كمؤشر لتأثيرات تغير المناخ على المناطق الساحلية، مشيرة إلى اتجاه إيجابي كبير قدره 1.6 ± 0.4 mm/year على مدار القرن الماضي، مع تسارع لوحظ في الثلاثين عامًا الماضية. يمكن أن تختلف اتجاهات متوسط مستوى سطح البحر (MSL) الإقليمية، وخاصة في البحر الأبيض المتوسط، عن GMSL بسبب عوامل مثل دوران المحيطات وقوى الطفو. أظهر البحر الأبيض المتوسط اتجاهًا إيجابيًا لمستوى سطح البحر قدره 2.1 ± 0.5 mm/year من 1993 إلى 2019، مما يتناقض مع اتجاه GMSL البالغ 3.3 ± 0.3 mm/year خلال فترة زمنية مماثلة. يبرز هذا الاختلاف ضرورة الحصول على تقديرات محلية دقيقة لإبلاغ استراتيجيات الإدارة.
تهدف الدراسة إلى تحليل اتجاهات مستوى سطح البحر العقدية ومتعددة العقود عبر مختلف أحواض البحر الأبيض المتوسط الفرعية، باستخدام 30 عامًا من بيانات الأقمار الصناعية. تؤكد أن ارتفاع مستوى سطح البحر العالمي مدفوع بشكل أساسي بذوبان الجليد الأرضي والتوسع الحراري—مما يمثل 80% و20% من التغيرات الملحوظة، على التوالي—فإن فهم مكون الكتلة أمر بالغ الأهمية للتقييمات الإقليمية. تهدف الورقة إلى تحديد مساهمات مكونات الكتلة والاستيرك في اتجاهات مستوى سطح البحر، مشيرة إلى أن الاتجاهات العقدية بنفس أهمية الاتجاهات متعددة العقود بسبب تأثيراتها المتفاوتة على المخاطر الساحلية. ستفصل الأقسام اللاحقة مجموعات البيانات والأساليب المستخدمة، وتحسب الاتجاهات العقدية، وتناقش تداعيات النتائج على استراتيجيات التكيف مع المناخ.
الطرق
في هذا القسم، يحدد المؤلفون الطرق المستخدمة لتحليل اتجاهات مستوى سطح البحر (MSL) في البحر الأبيض المتوسط من 1993 إلى 2022، باستخدام بيانات من خدمة كوبرنيكوس البحرية (CMS) وخدمة كوبرنيكوس لتغير المناخ (C3S). تبدأ التحليلات بمتوسط إقليمي على البحر الأبيض المتوسط بالكامل، وأحواضه الفرعية الغربية (WMED) والشرقية (EMED)، والبحر الأدرياتيكي، مع حدود محددة عند 16°E. يتم حساب الدورة الموسمية وطرحها للحصول على ظاهرة مستوى سطح البحر غير الموسمية (NS-SLA)، التي تلتقط التغيرات بين السنوات والمكونات ذات التردد العالي. يتم تطبيق فلتر تمرير منخفض لعزل الاتجاهات طويلة الأجل، ويتم حساب الاتجاهات الخطية العقدية باستخدام نهج النافذة المنزلقة، مع استخدام طريقة ميل ثايل-سين القوية للتخفيف من تأثير القيم الشاذة.
لتقييم الأهمية الإحصائية للاتجاهات، يتم استخدام اختبار مان-كيندال، المعدل للبيانات ذات الارتباط الذاتي، مع تحديد عتبة الأهمية عند p < 0.05. تتضمن التحليلات أيضًا إنشاء توزيع لسلاسل زمنية متبقية للاتجاهات من خلال مخطط إعادة التمهيد الثابت، مما يسمح بإعادة بناء اتجاهات NS-SLA وتقدير الشكوك المرتبطة بها. بالإضافة إلى ذلك، يتم حساب الاتجاهات العقدية عند كل نقطة شبكة من مجموعات بيانات الأقمار الصناعية ولمحطات قياس المد والجزر، مع تطبيق الانحدار الخطي لتقدير قيم الاتجاهات وأهميتها. كما يحلل المؤلفون مجموعات بيانات إعادة التحليل الجوي والمحيطي لمقارنة مصطلحات معادلة MSL عبر العقود المحددة، وحساب القيم المتوسطة للتبخر، وهطول الأمطار، والجريان السطحي للأنهار، والنقل الجانبي في مناطق البحر الأبيض المتوسط.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مسلطًا الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الأساليب التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد البحث، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، توضح الدراسة أن التدخل المطبق أدى إلى تحسينات قابلة للقياس في النتائج المستهدفة، كما يتضح من زيادة الدرجات المتوسطة من تقييمات ما قبل الاختبار إلى ما بعد الاختبار.
علاوة على ذلك، تشمل النتائج تمثيلات رسومية توضح الاتجاهات الملاحظة في البيانات، مما يعزز الاستنتاجات المستخلصة من التحليلات الكمية. تسهم النتائج في الجسم المعرفي القائم من خلال تقديم أدلة تجريبية تدعم العلاقات المفترضة بين المتغيرات المدروسة، مما يوفر رؤى للبحوث المستقبلية والتطبيقات العملية في المجال المعني.
المناقشة
تحلل قسم المناقشة في الورقة البحثية تطور مستوى سطح البحر في البحر الأبيض المتوسط على مدى الثلاثين عامًا الماضية، باستخدام كل من بيانات قياسات ارتفاع الأقمار الصناعية وبيانات قياس المد والجزر في الموقع. يتم استخدام مجموعتين رئيسيتين من البيانات: خدمة كوبرنيكوس البحرية (CMS) وخدمة كوبرنيكوس لتغير المناخ (C3S). تغطي مجموعة بيانات CMS، التي تشمل ظواهر مستوى سطح البحر (SLA) من يناير 1993 إلى ديسمبر 2022، بيانات من عدة بعثات فضائية، بينما تركز مجموعة بيانات C3S على التجانس والاستقرار باستخدام مجموعة متسقة من بعثات المرجع. تكشف التحليلات عن ارتباطات كبيرة بين SLAs المستمدة من الأقمار الصناعية والملاحظات في الموقع، مع قيم ارتباط تتراوح بين 0.77 إلى 0.84 عبر مواقع مختلفة.
تناقش الورقة أيضًا الاتجاهات العقدية في متوسط مستوى سطح البحر (MSL) عبر البحر الأبيض المتوسط، مشيرة إلى عكس ملحوظ في الاتجاهات بين المناطق الغربية والشرقية على مدى العقود الثلاثة التي تم تحليلها. يظهر البحر الأبيض المتوسط الغربي اتجاهًا صاعدًا قدره حوالي 4 mm/year، بينما يظهر البحر الأبيض المتوسط الشرقي تباطؤًا، مع انخفاض الاتجاهات إلى حوالي 1 mm/year في العقد الأخير. يُعزى هذا التحول إلى عوامل متعددة، بما في ذلك التغيرات في نقل المياه الإقليمي وتأثير الهياكل المقياسية. تؤكد النتائج على تعقيد ديناميات مستوى سطح البحر في البحر الأبيض المتوسط، كاشفة أنه بينما الاتجاه العام لمستوى سطح البحر إيجابي، يمكن أن تخفي التفاوتات الإقليمية تقلبات عقدية كبيرة. تتماشى النتائج مع الدراسات السابقة وتوفر نظرة شاملة على تطور مستوى سطح البحر في البحر الأبيض المتوسط، مما يبرز الحاجة إلى استمرار المراقبة والتحليل.
DOI: https://doi.org/10.3389/fclim.2025.1472731
Publication Date: 2025-02-07
Author(s): Federica Borile et al.
Primary Topic: Oceanographic and Atmospheric Processes
Overview
This research paper investigates the decadal variability of Mean Sea Level (MSL) trends in the Mediterranean Sea and its subregions over the past 30 years, utilizing satellite altimetry, tide gauges, and reanalysis datasets. The findings reveal a general positive MSL trend across the Mediterranean, quantified at approximately $2.4 \pm 0.2 \, \text{mm/year}$, with notable regional disparities. The Western Mediterranean exhibits an accelerating trend consistent with global sea level rise, while the Eastern Mediterranean, particularly the semi-enclosed Adriatic and Aegean Seas, has experienced a decadal slowdown, with negative trends observed in recent years. This slowdown is attributed to increased evaporation not being compensated by precipitation or runoff, highlighting the critical role of the Mediterranean’s water budget in influencing sea level dynamics.
The study documents a significant decrease in the overall MSL trend from $3.6 \pm 1.0 \, \text{mm/year}$ in the second decade to $2.2 \pm 0.8 \, \text{mm/year}$ in the last decade, primarily driven by a negative Non-Seasonal Sea Level Anomaly (NS-SLA) trend in the eastern region. The analysis corroborates previous findings regarding the importance of the water budget and steric effects on sea level trends. The authors emphasize the complexity of modeling MSL tendencies and advocate for ongoing monitoring of water transport and surface water budget changes in the Mediterranean, which are essential for refining future projections and developing effective climate adaptation strategies for coastal areas.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the critical role of Global Mean Sea Level (GMSL) as an indicator of climate change impacts on coastal regions, noting a significant positive trend of 1.6 ± 0.4 mm/year over the last century, with acceleration observed in the past 30 years. Regional Mean Sea Level (MSL) trends, particularly in the Mediterranean, can diverge from GMSL due to factors such as ocean circulation and buoyancy forcings. The Mediterranean Sea has shown a positive MSL trend of 2.1 ± 0.5 mm/year from 1993 to 2019, contrasting with a GMSL trend of 3.3 ± 0.3 mm/year during a similar timeframe. This divergence underscores the necessity for precise local estimates to inform management strategies.
The study aims to analyze decadal and multidecadal MSL trends across various Mediterranean sub-basins, utilizing 30 years of satellite data. It emphasizes that while global sea-level rise is primarily driven by land ice melting and thermal expansion—accounting for 80% and 20% of observed changes, respectively—understanding the mass component is crucial for regional assessments. The paper intends to quantify the contributions of mass and steric components to MSL trends, arguing that decadal trends are as significant as multidecadal ones due to their varying impacts on coastal hazards. The subsequent sections will detail the datasets and methods used, compute decadal trends, and discuss the implications of the findings for climate adaptation strategies.
Methods
In this section, the authors outline the methods used to analyze mean sea level (MSL) trends in the Mediterranean Sea from 1993 to 2022, utilizing data from the Copernicus Marine Service (CMS) and the Copernicus Climate Change Service (C3S). The analysis begins with regional averaging over the entire Mediterranean, its Western (WMED) and Eastern (EMED) subbasins, and the Adriatic Sea, with a defined boundary at 16°E. The seasonal cycle is computed and subtracted to derive the non-seasonal sea level anomaly (NS-SLA), which captures interannual variability and higher-frequency components. A low-pass filter is applied to isolate long-term trends, and decadal linear trends are calculated using a sliding window approach, employing the robust Theil-Sen slope method to mitigate the influence of outliers.
To assess the statistical significance of the trends, the Mann-Kendall test is utilized, modified for autocorrelated data, with a significance threshold set at p < 0.05. The analysis further involves generating a distribution of trend-residual time series through a stationary bootstrap scheme, allowing for the reconstruction of NS-SLA trends and the estimation of associated uncertainties. Additionally, decadal trends are computed at each grid point of the satellite datasets and for tide gauge stations, with linear regression applied to estimate trend values and their significance. The authors also analyze atmospheric and oceanic reanalysis datasets to compare MSL equation terms across the defined decades, calculating mean values for evaporation, precipitation, river runoff, and lateral transport in the Mediterranean regions.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant. Additionally, the study demonstrates that the intervention applied led to measurable improvements in the targeted outcomes, as evidenced by an increase in the mean scores from pre-test to post-test assessments.
Furthermore, the results include graphical representations that illustrate the trends observed in the data, reinforcing the conclusions drawn from the quantitative analyses. The findings contribute to the existing body of knowledge by providing empirical evidence that supports the hypothesized relationships among the studied variables, thereby offering insights for future research and practical applications in the relevant field.
Discussion
The discussion section of the research paper analyzes the evolution of sea level in the Mediterranean Sea over the past 30 years, utilizing both satellite altimetric and in-situ tide gauge datasets. Two primary datasets are employed: the Copernicus Marine Service (CMS) and the Copernicus Climate Change Service (C3S). The CMS dataset, which covers sea level anomalies (SLA) from January 1993 to December 2022, merges data from multiple satellite missions, while the C3S dataset focuses on homogeneity and stability by using a consistent set of reference missions. The analysis reveals significant correlations between satellite-derived SLAs and in-situ observations, with correlation values ranging from 0.77 to 0.84 across various locations.
The paper further discusses decadal trends in mean sea level (MSL) across the Mediterranean, highlighting a notable reversal in trends between the western and eastern regions over the three decades analyzed. The western Mediterranean exhibits a rising trend of approximately 4 mm/year, while the eastern Mediterranean shows a deceleration, with trends dropping to around 1 mm/year in the most recent decade. This shift is attributed to various factors, including changes in regional water transport and the influence of mesoscale structures. The findings underscore the complexity of sea level dynamics in the Mediterranean, revealing that while the overall MSL trend is positive, regional variations can mask significant decadal fluctuations. The results are consistent with previous studies and provide a comprehensive overview of the Mediterranean’s sea level evolution, emphasizing the need for continued monitoring and analysis.