L’évolution du niveau marin est suivie actuellement grâce à un réseau de marégraphes installés sur les côtes ainsi que par les satellites altimétriques depuis les années 1990. La couverture spatiale des marégraphes est assez faible au début du XXe siècle et seules quelques stations portuaires permettent de remonter au XIXe siècle. Par ailleurs, le niveau observé localement est affecté par une composante géophysique mise en évidence dès le XVIIIe siècle par Anders Celsius. Ce réajustement isostatique postglaciaire se poursuit encore aujourd’hui comme le montrent les mesures actuelles par GPS ainsi que la modélisation physique du phénomène. La correction de cette composante géophysique entraîne des biais et des incertitudes, comme on peut l’illustrer avec l’enregistrement moyen du niveau marin en mer Baltique. Au niveau mondial, le niveau moyen montre une augmentation régulière d’environ 25 cm depuis le milieu du XIXe siècle.
Pour remonter au-delà, il est nécessaire de faire appel à des indicateurs biologiques comme les micro-atolls en zone intertropicale, les trottoirs algaires sur les côtes rocheuses ou les fossiles de flore et faune adaptées aux gradients de salinité des zones côtières (par exemple, marais salés, salt marsh en anglais). Plusieurs exemples de séries du niveau marin sont présentés pour les côtes provençale et bretonnes, les atolls du Pacifique, la côte est des États-Unis et le Groenland. Comme pour les enregistrements actuels, il est crucial de corriger les séries millénaires des effets modélisés du réajustement postglaciaire qui souvent dominent l’amplitude des variations observées (par ex. sur la côte nord-américaine ou les atolls du Pacifique).
La courbe résiduelle des anomalies du niveau marin au cours du dernier millénaire présente des fluctuations d’amplitude faible d’environ 10 cm avec un maximum des années 400 à 1000 suivi par un minimum de 1200 à 1850. Le détail des causes des variations du niveau marin est disponible pour la période couverte par les mesures des satellites. L’augmentation actuelle de 3 mm/an est liée pour un tiers à la dilatation thermique de l’océan et pour deux tiers à des flux d’eau douce provenant des continents, notamment les calottes antarctique et groenlandaise et les glaciers de montagne. Les deux composantes sont liées in fine au réchauffement mondial qui se propage dans l’océan et entraîne la fonte des glaces continentales. Les modèles climatiques couplés ont encore des difficultés pour simuler ces deux composantes au cours du dernier millénaire, mais il est possible d’utiliser des relations statistiques calibrées sur le dernier siècle. Les anomalies de température observées pour les deux derniers millénaires peuvent être converties en termes de niveau marin, conduisant à des variations d’environ 10 cm avec un maximum correspondant à l’OCM et un minimum pour le PAG, en accord avec les observations du niveau marin corrigés des effets géophysiques.
