Changes in Mean Relative Sea Level around Canada in the Twentieth and Twenty-First Centuries

Abstract

Trends in regional mean sea levels can be substantially different from the global mean trend. Here, we first use tide-gauge data and satellite altimetry measurements to examine trends in mean relative sea level (MRSL) for the coasts of Canada over approximately the past 50–100 years. We then combine model output and satellite observations to provide sea level projections for the twenty-first century. The MRSL trend based on historical tide-gauge data shows large regional variations, from 3 mm y⁻¹ (higher than the global mean MRSL rise rate of 1.7 mm y⁻¹ for 1900–2009) along the southeast Atlantic coast, close to or below the global mean along the Pacific and Arctic coasts, to –9 mm y⁻¹ in Hudson Bay, as indicated by the vertical land motion. The combination of altimeter-measured sea level change with Global Positioning System (GPS) data approximately accounts for tide-gauge measurements at most stations for the 1993–2011 period. The projected MRSL change between 1980 and 1999 and between 2090 and 2099 under a medium-high climate change emission scenario (A2) ranges from −50 cm in northeastern Canada to 75 cm in southeastern Canada. Along the coast of the Beaufort Sea, the MRSL rise is as high as 70 cm. The MRSL change along the Pacific coast varies from −15 to 50 cm. The ocean steric and dynamical effects contribute to the rise in MRSL along Canadian coasts and are dominant on the southeast coast. Land-ice (glaciers and ice sheets) melt contributes 10–20 cm to the rise in MRSL, except in northeastern Canada. The effect of the vertical land uplift is large and centred near Hudson Bay, significantly reducing the rise in MRSL. The land-ice melt also causes a decrease in MRSL in northeastern Canada. The projected MRSL change under a high emission scenario (Representative Concentration Pathway 8.5) has a spatial pattern similar to that under A2, with a slightly greater rise in MRSL of 7 cm, on average, and some notable differences at specific sites.

Résumé

[Traduit par la redaction] Les tendances des niveaux moyens régionaux de la mer peuvent différer substantiellement de la tendance moyenne mondiale. Nous utilisons d'abord les données de marégraphe et de satellites altimétriques, afin d'examiner les tendances du niveau marin relatif (NMR), pour les côtes du Canada, et ce, sur les 50 à 100 dernières années, approximativement. Nous combinons ensuite des données modélisées et les observations de satellites, afin d'obtenir les niveaux de la mer prévus pour le XXI^e siècle. La tendance du NMR qu'indiquent les données historiques de marégraphe montre de grandes variations régionales, allant de 3 mm an⁻¹ (supérieur au taux moyen d’élévation mondial du NMR de 1,7 mm an⁻¹, entre 1900 et 2009) le long de la côte sud-est de l'Atlantique, à une valeur semblable ou inférieure à la moyenne mondiale le long des côtes du Pacifique et de l'Arctique, et jusqu’à une valeur de −9 mm an⁻¹ dans la baie d'Hudson, comme l'indique le mouvement terrestre vertical. La combinaison des changements de niveau de la mer mesurés par altimètre et des données du système mondial de localisation (GPS) explique approximativement les mesures du marégraphe à la plupart des stations, pour la période de 1993 à 2011. Les changements prévus du niveau marin relatif, entre 1980 et 1999, et entre 2090 et 2099, selon un scénario de changements climatiques avec émissions moyennes à élevées (A2), vont de −50 cm dans le nord-est du Canada à 75 cm dans le sud-est du pays. Le long du littoral de la mer de Beaufort, la hausse du niveau marin relatif atteint jusqu’à 70 cm. Le long du littoral du Pacifique, ce niveau varie de −15 à 50 cm. Les effets stériques et dynamiques de l'océan contribuent à la hausse du NMR le long des côtes canadiennes et dominent sur la côte sud-est. La fonte des glaces terrestres (glaciers et nappes glaciaires) contribue 10 à 20 cm à l’élévation du NMR, sauf dans le nord-est du Canada. L'effet du mouvement terrestre vertical ascendant est considérable et centré près de la baie d'Hudson. Il réduit la hausse du NMR de façon significative. La fonte de la glace terrestre cause aussi une diminution du niveau marin relatif dans le nord-est du Canada. Les changements prévus du NMR selon un scénario d’émissions élevées (8.5 des profils représentatifs d’évolution de concentration ou RCP) présentent une configuration spatiale similaire à celle qu'a produite le scénario A2, sauf pour une hausse légèrement plus grande du NMR, de 7 cm en moyenne, et quelques différences notables à des sites précis.

KEYWORDS:

• sea level rise
• climate change projections
• steric and dynamic ocean adjustments
• vertical land motion
• land-ice melt
• Canada

Acknowledgements

This work was funded by the Aquatic Climate Change and Adaptation Services Program (ACCASP) of Fisheries and Oceans Canada. Tide-gauge data were obtained from the PSMSL, UK. Altimeter data are from Aviso in France. We thank Michael Craymer for providing the GPS data. We also thank two anonymous reviewers for their helpful comments and suggestions.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.