凹凸海平面是怎么形成的？

巴拿马运河像“桥梁”

到过巴拿马的游客一定不会错过亲眼目睹“世界七大工程奇迹”之一的巴拿马运河的风采。它的一个奇异之处在于，其大部分河段竟然高出海面近26米，船只通过运河如同通过一座高架的水桥，在太平洋一端升起近26米才能驶入运河，到大西洋一端之后则必须下降近26米才能驶离运河。巴拿马运河让船翻过了山越过了岭，从太平洋跨到了大西洋，所以巴拿马运河也有“世界桥梁”之美誉。

只是连通两个大洋，为什么不直接挖通巴拿马地峡而要费这么大的劲让河“翻山越岭”呢？事实上，巴拿马运河在开工之初，的确是打算直接挖通地峡的，但在100多年前的施工条件下，要把那些山体挖开，其工程量大到惊人。而且，还有一个更严重的问题摆在施工者面前，那就是，巴拿马地峡临太平洋一端的海面，其水位比大西洋一端高出几十厘米，而在高潮时更是会高出5～6米。运河一旦建成，由于两端落差大，河水流速极快，会对运河中航行的船只造成危险。于是，建设者只能将工程改建成如今的水闸提升式运河，让船只通过船闸上下通航。

很多人会想不明白，既然地球上的大洋都是连通的，为什么不同地方的海面还会有如此落差呢？为什么海水不是均匀的“铺”在地球表面？海面不“平”蕴含着大自然怎样的玄机？这还需要对各种自然地理因素一一剖析。

海平面其实很复杂

其实，海平面并是不平的，其高低起伏是很复杂的。只是由于人们在海洋上的视野有限，才以为海洋的水面似乎是平的。

20世纪60年代以来，根据卫星对地面重力异常测量等资料，科学家为人们展示了一幅令人惊奇的全球海洋水准面的画面。海面有“水山”、“水谷”，也有“漩涡”。日本东北部的海面要高出平均海平面78米；北大西洋凸出区域的海面，高出平均海平面61米；马达加斯加岛以南海面，高出平均海平面56米；非洲西部加纳附近海面，高出平均海平面31米。

海面除了隆起的“水山”外，还有凹陷区域。印度洋马尔代夫群岛附近，海面低于平均海平面113米；在加勒比海，海面低于平均海平面68米；美国加利福尼亚以西的太平洋，海面低于平均海平面56米；在著名的百慕大三角区，海面低于平均海平面64米；新西兰东南部，海面低于平均海平面73米。此外，在巴西沿海和非洲佛得角群岛附近海面，也有隆起或凹陷15米左右的几个区域。由于海平面凹凸的变化在1000千米以上的广泛范围内逐渐变化，所以不容易被航海者察觉。

既然全球各地的海面不是一样平的，那么我们平时所说的海平面就不是指任意一个地方的海面了，而且所谓的平均海平面也是不存在的，因为海洋的表面从来也不会静止，是处于不停的运动状态，随着不同的纬度、洋流和潮汐变化而变化。因此，如何选取海平面是人为设定的，各国一般都有自己的标准，我国1987年规定将青岛验潮站1952年1月1日～1979年12月31日所测定的黄海平均海水面作为全国海拔的起算面。我国各地面点的海拔，均指由黄海平均海平面起算的高度。而英国的海拔基准面叫作纽林军事基准面，是指大不列颠岛西海岸纽林港在1915年至1921年间的平均海平面。许多国家有两个海岸线，如美国和印度，他们通常有两个或两个以上的基准面。

那么，如此起伏不平的海“平”面是怎么形成的？

水温和盐度的共同作用

我们知道，海水是含有盐分的，而不同海域所含盐分是不同的。温度高的海域海水的溶解度会比温度低的海域大，也就是说同样质量的海水中可以溶解更多的盐。在气温高、淡水补充少的海域，盐度的增加会更加显著。海水盐度变大之后，密度也会随之变大，水面便会稍微降低。

为什么海水密度大的海域水面高度会更低呢？地球上的海洋是现实生活中一个巨大的连通器，因为虽然其上部被陆地或岛屿隔开，但下部却是相连通的。那么哪片海域密度大，那片海域的水面便低。

一般来说，在地球上，南北纬30°附近的副热带海域海水密度会比较大，因为这些地方不仅气温高，而且终年少雨，导致海水蒸发量大于降水量，海水盐度很大，从而海水密度大。例如，红海位于副热带高压带附近，其海水密度是地球上的海洋中最大的。在苏伊士运河开通前，海水通过地面渗透和地下水作用，已经基本具有连通器效应，红海的海平面低于地中海的海平面。苏伊士运河开通后，这个连通器效应更加明显，导致红海的水平面更加低于地中海水平面。

而在连接大西洋和地中海直布罗陀海峡两侧，地中海海水的水位要比大西洋的偏低，因为地中海地区夏季受副热带高气压带的控制，降水量小，蒸发量大，再加上流入地中海的河流较少，地中海海水的盐度比大西洋高、密度大。由于海峡两侧水位的偏差，海水在直布罗陀海峡形成了密度流，在水面至400米深处海水由大西洋向地中海流，而400米以下海水由地中海向大西洋流。二战时期，德国潜水艇就曾利用密度流躲避盟军设在直布罗陀海峡的雷达监测，多次进出地中海。德国的潜水艇在潜出地中海时，关闭发动机，降至海面以下比较深的地区，顺着洋流流出地中海到大西洋；而从大西洋回到地中海的时候，又将潜水艇升到比较浅的地区，关闭发动机，顺着表层洋流再流回到地中海。这样就躲避了英美盟军的侦察。

巴拿马运河的两边连接着太平洋和大西洋，在运河的太平洋一侧，雨量十分充沛，因此，其太平洋一侧比大西洋一侧，每立方厘米的表层海水盐度要低约0.001克。因此太平洋一侧水面比大西洋一侧要高些，高度差大约在20～50厘米之间。

洋流带动了太平洋凹凸不平

洋流是海洋表面大规模的海水运动。全球大气环流所造成的盛行风常年吹拂海面，推动海水流动，并使上层海水带动下层海水流动，由此形成洋流。正常情况下，太平洋海面便是典型的“西高东低”，因为赤道以北的太平洋洋面长年吹东北信风，将表层海水带动起来，形成由东到西的北赤道海流；赤道以南洋面则受东南信风影响，形成东到西的南赤道海流。这两股海流让太平洋海面变成“西高东低”。

那么，巴拿马运河一侧的太平洋洋面为何又比较高呢？这是因为，太平洋的南北赤道流之间，海水将反向自西向东流动，以补充大洋东部因赤道海流带走的海水，从而形成一支自西向东运动的表层海流，被称为赤道逆流。太平洋赤道逆流分为两支，其中的北赤道逆流，是世界大洋中最强的一支赤道逆流。它从菲律宾外海直达巴拿马湾“寻根”，对巴拿马运河太平洋一端水位的升高起到了推波助澜的作用。而在巴拿马运河的大西洋一侧，海流沿着巴拿马北侧海域向外流向墨西哥湾，属于离岸流，使巴拿马运河大西洋一侧沿岸水域的水位降低。这也是形成巴拿马运河两侧的水位差的另一个原因。

全球气候并不是一成不变的，在某些年份，一些极端的气候事件会改变地球上空的气压，进而对盛行风的风向或强度产生影响。比如为人熟知的“厄尔尼诺”和“拉尼娜”现象。“厄尔尼诺”出现的年份，东太平洋气压下降，西太平洋气压上升。由于东西方气压差的减小使得赤道东风和东南信风减弱，此时中太平洋改吹西风。于是，太平洋东西两侧高度差减小，甚至变成“西高东低”。“拉尼娜”出现的年份情况正好相反，东太平洋气压升得更高，西太平洋气压降得更低，使得赤道东风和东南信风变得更强。太平洋东西部高度差将加大。

海底起伏，海面也起伏

我们知道，海底世界并不是平坦的，在海水的掩盖之下分布着高耸的海山、起伏的海丘、绵延的海岭、深邃的海沟，也有坦荡的深海盆地等海底地形。海底地形不同，同样会对海面高度产生不同的影响。一般来说，海底山脉所对应的海面高度会高，相反海沟、海盆等负地形所对应的海面高度会低。因为在地球外部，离地心越近，引力越大，海底地形相对高的地方，其上面覆盖的海水所受到的引力，小于地形相对低处海水所受的引力，从而其海面会较高。

科学家们使用雷达（无线电）高度计测量，发现在大西洋海面不同海域存在着高度差，甚至在美国南卡罗莱纳州和波多黎各岛之间比较小的海域内，也存在着高度差，这与海域内的地形有关。比如，同是大西洋海域，波多黎各海下是一片凹地，因而这一地区的海面就比周围地区明显要低；而巴西东部由于海下有一座3500米的海岭，所以这里的海面就比其他地区要高。

最近，中国科学家在海底地形对南海海面高度影响的研究中，利用美国普林斯顿大学的海洋模式，对陡峭、光滑、平坦和中间4种海底地形进行了数值试验后发现，在8°N以北的南海中部和北部深海海盆中，海面高度下降；在8°N以南的浅水区中，海面高度上升。这次研究同时发现了海底地形还会对海水温度产生很重要的影响，深海海盆区域是冷水区，海底山脉或丘陵区域则是暖水区，而海水温度通过对盐度的影响亦会对海面高度产生影响。

引潮力拉扯着海水

说到影响海面不平的因素，我们不能不提引潮力，引潮力是月球、太阳的万有引力和与之对应的惯性力的合力。而引潮力非地球之力所能控制的。海水在日、月持久的引潮力作用下海面周期性地升降、涨落与进退。

当月球运动到太阳和地球中间，三者呈一条直线时，地球上面对月球的一面同时受到来自太阳和月球的引潮力，此时海水的水位最高，为大潮；背对月球的一面受到的是离心力的作用，也形成大潮。太阳、地球、月球三者垂直时，太阳与月球引潮力对海水的影响最小，形成小潮；背对月球一面同样是由于离心力的作用，亦形成小潮。由于月球不停地绕着地球公转，且周期恒定，因而大小潮周期性出现。

在地球上看来，在引潮力作用下，以正、反垂点为中心的海水朝向和背向月球（或太阳）隆起，也被称为潮汐隆起，都是海面的向上升高；在距正、反垂点最远的地方，指向地心的引潮力使那里的海面下降，形成水位特低的地带。

潮汐现象的出现使地球上的海面高度节律性地变化，因此，在考虑全球范围内海面不平的现象时，不能不将潮汐现象纳入考虑范围。

多因素综合影响下的结果

引起海面不平的因素很多。目前普遍认为，在人为影响下，全球气候变暖，海平面正在上升，但事实上，就像海平面高度会变一样，地壳也同样如此。某一点的实际海平面高度是如何变化的，要取决于全球海平面的变化值和当地地壳的升降值，两者综合计算后的数值才是我们需要的答案。地壳升降包括地质构造引起的地壳垂直升降、冰川、水、沉积物的均衡作用和地层压实作用等导致的地壳升降。因而不同地点由于地壳升降的不同，海平面的变化情况也不尽相同。相同地点的海面高度也不是一成不变的，还要随着季节的变化而变化。

众所周知，全球海面高度对于引航、导航、航空、地图制作、海洋图表和地质的研究是一项至关重要的数据，同时也是测量气候变化的重要依据。而海平面如此复杂的变化为测量带来了很多麻烦，要想对全球海面高度实现精准地测量是非常困难的。好在有了先进的全球导航卫星系统（GNSS），这个系统把美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统，以及相关的增强系统，如美国的WAAS（广域增强系统）、欧洲的EGNOS（欧洲静地导航重叠系统）和日本的MSAS（多功能运输卫星增强系统）等，全部汇合在一起，可以多层面、多模式地测量全球海平面，再将所得数据输入计算机，就可得到一张非常精准的全球海面高度图。