De hobbelige zeespiegel

Impressie van Jason-2 satelliet voor zeespiegelmetingen (altimetrie)

Bron:  NASA

We proberen al heel lang de hoogte van de zeespiegel te meten. Een van de oudste meetreeksen is die van Amsterdam, beginnend in 1700. Die gegevens zijn niet erg betrouwbaar. Betrouwbare gegevens komen pas aan het eind van de 19e eeuw ter beschikking. Dat zijn cijfers op basis van zogenaamde getijdemetingen. Momenteel kennen we bijna 2000 getijdestations over de hele wereld. Vanaf 1992 meten we ook met behulp van satellieten het zeeniveau.

Ondanks dat uitgebreide netwerk van getijdestations en die satellieten valt het niet mee om de hoogte van de zeespiegel te meten, en dus ook niet om veranderingen te meten. De hoogte van stilstaand water in een emmer is tamelijk makkelijk te meten, maar dat geldt niet voor de zeespiegel. Niet alleen omdat de aarde rond is, of liever gezegd ellipsoïde van vorm, maar ook omdat er allerlei krachten op dat zeeoppervlak werkzaam zijn. Meer krachten in elk geval dan er werkzaam zijn op het water in de emmer. 

De mondiale zeespiegelstijging van de afgelopen 12.000 jaar betreft per definitie de absolute zeespiegel, dat wil zeggen de gemiddelde zeespiegel ten opzichte van een vast referentiepunt of –vlak. Zo’n denkbeeldig vlak heb je nodig om de hoogte van de zeespiegel te meten. Het gebruikte referentievlak is de referentie-ellipsoïde, in dit geval de WGS84 ellipsoïde. Het middelpunt van de referentie-ellipsoïde valt samen met het massamiddelpunt van de aarde, inclusief de massa van de oceanen en de atmosfeer. De zeespiegel vormt geen perfecte ellipsoïde zoals de referentie-ellipsoïde WGS84 maar de hoogte van de zeespiegel varieert van plaats tot plaats. Dat is het gevolg van verschillen in zwaartekracht en aardrotatie maar ook van getijden, luchtdruk, aardkorstbewegingen, wind, zoutgehalte et cetera.

Zeespiegelhoogte ten opzichte van de WGS84 ellipsoïde.
Bron: esri.com

In bovenstaande figuur zijn de relatieve verschillen tussen hoogte van de zeespiegel en het referentievlak WGS84 over langere periode weergegeven. De blauw gekleurde delen van de oceanen liggen beneden het referentievlak en de groen/geel/bruine delen erboven. De zeespiegel snijdt dus het referentievlak op de lijn die de grens vormt tussen blauw en groen. Die ligging zoals in de figuur getoond is een voor langere tijd vaststaand gegeven omdat hier vooral de ruimtelijke verdeling van de zwaartekracht van belang is.

De zeespiegel varieert ook in de tijd. De tijdschaal daarvan varieert van zeer kort (bijvoorbeeld golven en getijden) tot zeer lang, zoals de zeespiegelveranderingen als gevolg van de afwisseling glacialen-interglacialen. Voor de mens zijn de zeespiegelveranderingen op een termijn van enkele decennia tot enkele eeuwen van belang, vooral omdat we graag willen weten of we droge voeten houden.

Geschat wordt dat de zeespiegelstijging gedurende de 20e eeuw ongeveer 1,5 mm/jaar bedroeg . Die schatting is gebaseerd op getijdemetingen. De geschatte totale geofysische effecten die bijdroegen aan de zeespiegelstijging in de 20e eeuw zijn uitzetting ( 0,4 mm/jaar), gletsjers ( 0,51 mm/jaar), landijs (0,45 mm/jaar), grondwater (0,12 mm/jaar) en een antropogeen effecten ( 0,05 mm/jaar) Bron Chung-Yen Kuo (2006) .

Regionale zeespiegelveranderingen altimetrie 1993 – 2015
Bron: Copernicus EU

Zeespiegelstijgingen en -dalingen kennen grote regionale verschillen. Satellietmetingen vanaf 1992 gaven het eerste directe bewijs dat er sprake was van ruimtelijke verschillen in de lange-termijn zeespiegelveranderingen. In de figuur hierboven is te zien dat de regionale verschillen in zeespiegelverandering kunnen variëren van -15 mm/jaar tot + 15 mm/jaar.

Die regionale verschillen zijn het gevolg van natuurlijke processen zoals veranderende windpatronen en zeestromen. Voorbeeld daarvan is de opmerkelijke grote stijging van de zeespiegel in grote delen van de westelijke Grote Oceaan (gevolg van El Niño en de PDO, Pacific Decadal Oscillation) en de Indische Oceaan. Maar ook verticale bewegingen van de aardkorst als gevolg van platentektoniek (o.a. Japan, Alaska) en veranderende landijsmassa’s (GIA: Scandinavië en Oost-Canada) hebben invloed op het zwaartekrachtveld en hoogte van de oceaanbodem en daarmee op de zeespiegel. Een dergelijke ruimtelijk ongelijkmatige spreiding van zeespiegelveranderingen kan jaren en soms wel decennialang voortduren. Het gebied in het westelijk deel van de Grote Oceaan dat rood gekleurd is wordt de ‘Warm Pool’ genoemd. De zeespiegel is daar sinds begin jaren ’90 3x zo hard gestegen als gemiddeld op aarde. Oorzaak is waarschijnlijk een intensivering van de passaatwinden ter plekke in combinatie met PDO (Pacific Decadal Oscillation).

Bovenstaande figuren en cijfers geven het idee van grote nauwkeurigheid wat betreft mondiale zeespiegelmetingen. Dat valt echter wel een beetje tegen. Maar daarover graag later meer.