浙南沿岸海表面溫度分布特征

韓小燕，潘曉東，馬林芳

（溫州海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，浙江 溫州 325013）

浙南沿岸海表面溫度分布特征

韓小燕，潘曉東，馬林芳

（溫州海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，浙江 溫州 325013）

文章根據(jù)浙南沿岸3個(gè)海洋觀測站大陳、坎門、南麂站51a（1960－2010年）SST觀測資料，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出SST時(shí)空分布特征。結(jié)果表明，浙南沿岸的SST總體呈現(xiàn)北低南高的趨勢，冬季南北差異最小，夏季南北差異最大；51 a年浙南沿岸SST總體呈現(xiàn)上升趨勢，上升速率為0.017 ℃/a；SST變化存在3.5 a、5～6 a、2～7 a及11 a左右的振蕩周期；SST主要由年循環(huán)分量決定，諧波擬合效果良好。

浙南沿岸；SST；均一性；功率譜；諧波

1 概 述

海溫，特別是表層海溫（SST）是物理海洋的重要要素，是進(jìn)入國際氣象觀測網(wǎng)定時(shí)觀測的少有的海洋要素之一，也是對物理海洋研究以及全球氣候異常研究最有參考價(jià)值的海洋要素，與厄爾尼諾、拉尼娜現(xiàn)象、海平面上升現(xiàn)象都有著密切聯(lián)系；對海洋開發(fā)而言，SST的觀測和研究直接服務(wù)于水產(chǎn)養(yǎng)殖和海洋漁業(yè)，服務(wù)于赤潮和海冰災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)業(yè)務(wù)。浙南海域東接西北太平洋，經(jīng)常遭受臺風(fēng)、赤潮、海水入侵等海洋災(zāi)害的影響，尤其隨著海洋開發(fā)活動(dòng)的日趨頻繁，影響愈發(fā)嚴(yán)重。因此，研究浙南沿岸海表溫度（SST）的變化規(guī)律十分必要，對于防災(zāi)減災(zāi)、更好地促進(jìn)和保障海洋漁業(yè)的發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。

2 資料收集及預(yù)處理

為較全面地反映浙南沿岸SST的總體變化特征，自北向南收集了大陳、坎門、南麂3個(gè)海洋站的SST觀測資料進(jìn)行研究，資料序列長度大陳站46 a（1960－2001年、2007－2010年），坎門站50 a（1960－2001年、2003－2010年），南麂站46 a（1960－2001年、2007－2010年），資料選用月、年平均值。所有觀測資料均按照《海濱觀測規(guī)范》進(jìn)行采集與整理，測站位置見表1。

由于資料年限較長，期間經(jīng)歷了站點(diǎn)變遷、觀測儀器更換、觀測規(guī)范改版等，觀測數(shù)據(jù)存在不連續(xù)的可能。本文采用U檢驗(yàn)法[1,2]對觀測資料進(jìn)行歸一性檢驗(yàn)，以此對SST數(shù)據(jù)有無顯著差異進(jìn)行簡單判別。

表 1 測站經(jīng)緯度Tab.1 Latitude and longitude of stations

SST資料收集過程中，有個(gè)別年份的數(shù)據(jù)由于儀器原因缺測，考慮到SST變化的連續(xù)性，采用三次樣條插值的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)訂正，該方法不僅收斂性、穩(wěn)定性強(qiáng)，而且方法簡單實(shí)用，計(jì)算量小，其方法為；假設(shè)在區(qū)間[a,b]上取n+1個(gè)節(jié)點(diǎn)，三次樣條函數(shù)s（x）存在，mi為s（x）在點(diǎn)xi處的微商值，則每個(gè)小區(qū)間上

同時(shí)由于坎門站資料序列相對較長，考慮利用大陳、南麂兩站與坎門站SST的相關(guān)性對缺測數(shù)據(jù)進(jìn)行訂正。采用相關(guān)系數(shù)的取值在-1.0～+1.0之間。當(dāng)r越接近+1.0時(shí)，表明兩序列正相關(guān)越顯著；反之，r越接近-1.0，兩序列負(fù)相關(guān)越顯著。計(jì)算得R南麂-坎門=0.89，R大陳-坎門=0.95，相關(guān)性顯著。然后剔除重大天氣系統(tǒng)影響下的SST，根據(jù)南麂和大陳2站與坎門站逐時(shí)、逐日、逐月及逐年的SST差值對上述插值結(jié)果進(jìn)行比對訂正，最終得到完整的SST時(shí)間序列值。

3 浙南沿岸SST分布特征

3.1 SST空間分布特征

浙南地區(qū)瀕臨東海。東海是西北太平洋的邊緣海，SST的分布特征主要取決于太陽輻射、暖流、海—?dú)鉄峤粨Q及入海徑流、降水等因素的影響。此外，海區(qū)地理環(huán)境、海岸形態(tài)等因素的影響，使得浙南沿岸SST空間分布較為復(fù)雜。

年平均SST空間分布3站總體呈南高北低；南麂站最高，為19.0 ℃；坎門站次之，為18.5 ℃；大陳站最低，為17.9 ℃。SST空間分布不僅體現(xiàn)在年平均變化，季節(jié)變化也存在差異。根據(jù)海洋季節(jié)劃分[3]，冬季為1－3月，春季為4－6月，夏季為7－9月，秋季為10－12月，以相應(yīng)月份的SST累年平均分析浙南沿岸SST空間分布特征（表2）。

表 2 SST累年季平均、年平均統(tǒng)計(jì)（溫度/℃）Tab.2 Statistics of seasonal and annual average

冬季太陽輻射為一年中最弱，主要受到北方陸地冷空氣南下影響，同時(shí)還受到黑潮與臺灣暖流的影響[4]，為浙南沿岸SST最低的季節(jié)。與年平均SST變化規(guī)律略有不同，南麂站最高為10.6 ℃，坎門站SST最低為9.4 ℃；冬季平均SST各站相差最大為1.2 ℃，為一年中浙南地區(qū)南北差異最小的季節(jié)。

春季是冬季向夏季過渡的季節(jié)，隨著海域東北季風(fēng)的減弱和太陽輻射的加強(qiáng)，浙南沿岸SST逐步升高。坎門站由于受基巖、水動(dòng)力環(huán)境的影響升溫較快，升幅為9.9 ℃；大陳、南麂兩站升溫較慢，且基本持平，其中大陳站8.4℃，南麂站8.5℃；春季平均SST坎門站最高為19.3 ℃，大陳站最低為18.0 ℃；各站相差最大為1.3 ℃。

夏季太陽輻射為一年中最強(qiáng)，強(qiáng)烈的太陽輻射使得浙南沿岸水溫進(jìn)一步大幅上升；坎門站升溫8.4 ℃，大陳、南麂兩站升溫基本持平，大陳站7.9℃，南麂站8.0℃；空間分布與春季相似，坎門站最高為27.7 ℃，大陳站最低為25.9 ℃；各站相差最大為1.8 ℃，為一年中浙南地區(qū)南北差異最大的季節(jié)。

秋季是海域溫度由夏季型分布向冬季型分布過渡的季節(jié)，夏季所存在的某些水文學(xué)現(xiàn)象基本消失[5]，同時(shí)隨著太陽輻射的逐漸減弱，冷空氣影響的逐漸增強(qiáng)，浙南沿岸水溫呈現(xiàn)下降趨勢；坎門站降溫幅度最大為10.4 ℃，大陳站降溫最小為7.8 ℃；空間分布與冬季相似，南麂站最高為19.0 ℃，坎門站最低為17.3 ℃；各站相差最大為1.7 ℃。

3.2 SST年平均變化特征

浙南沿岸年平均SST長期變化不僅受到高空氣候系統(tǒng)（如西太副高和東亞大槽的面積及強(qiáng)度）的影響，還受到厄爾尼諾、拉尼娜現(xiàn)象等因素的作用。通過對浙南地區(qū)3個(gè)測站年平均SST的趨勢分析可以看出（圖1），50 a年SST總體呈現(xiàn)上升趨勢，上升速率為0.017 ℃/a。其中南麂站上升速率為0.014 ℃/a，坎門、大陳兩站上升速率相近，分別為0.017 ℃/a 和0.019 ℃/a（表3）。

浙南地區(qū)年平均SST除了明顯的長期趨勢變化，還具有階段性變化特征。文章采用6階多項(xiàng)式進(jìn)行趨勢擬合，擬合結(jié)果見圖1。具體表現(xiàn)為：3個(gè)測站變化趨勢基本接近，20世紀(jì)60年代中后期之前，SST呈現(xiàn)下降現(xiàn)象；60年代中后期到70年代中期，SST呈現(xiàn)緩慢上升；70年代中期到80年代中期，SST開始又一輪下降過程；之后到2005年，SST一直呈現(xiàn)上升，且上升幅度明顯比前個(gè)上升過程大；2005年前后至2010年，呈現(xiàn)下降。

不同的是，坎門、南麂2站上世紀(jì)60年代中后期到80年代中期SST的變化趨勢明顯比大陳站緩慢；且坎門站80年代中期開始的SST上升事件中，擬合線曲率明顯比大陳、南麂兩站小，升溫緩慢，導(dǎo)致隨后的下降趨勢略有延遲。經(jīng)過對3個(gè)測站地理位置、觀測儀器使用情況的了解，產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因估計(jì)與各站不同觀測儀器使用的時(shí)間差、儀器布放海域的開闊度等因素有關(guān)。

表 3 年均SST變化速率統(tǒng)計(jì)（速率/℃·a-1）Tab.3 Statistics of annual mean SST variation rate

圖 1 年平均SST變化曲線Fig.1 Variation curve of annual mean SST

圖2為浙南沿岸年平均SST距平變化曲線，可以看出上世紀(jì)80年代末期之前，SST變化基本處于常態(tài)（△T≤∣±0.2 ℃∣）或偏冷（△T≤-0.5 ℃）、略偏冷（-0.5 ℃＜△T＜-0.2 ℃）狀態(tài)，浙南沿岸各測站年平均SST距平概率統(tǒng)計(jì)見表4。

80年代后期開始，浙南沿岸SST距平逐步上升，偏暖（△T≥0.5 ℃）年份明顯增加，2000－2010年間，南麂、坎門、大陳3站偏暖年數(shù)分別為6 a、8 a和7 a。通過分析3站年平均SST及年平均氣溫之間相互關(guān)系，發(fā)現(xiàn)兩者變化趨勢非常接近，且相關(guān)性很高，相關(guān)系數(shù)分別為0.77（大陳）、0.92（坎門）、0.81（南麂），均通過顯著性檢驗(yàn)。因此一般情況下，人們常把氣候變暖作為引起SST長序列線性升高的主要因素。

3.3 年平均SST變化周期分析

為具體了解浙南沿岸SST變化的周期分布特征，文章采用功率譜分析方法[6]對SST的主要振動(dòng)周期進(jìn)行分析。首先，考慮到SST序列中包含多種時(shí)間尺度變化，采用9階遞歸濾波器對SST觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行5年濾波處理；計(jì)算自相關(guān)系數(shù)R（i）（i=0,1,2,…,m），考慮到功率譜估計(jì)的真實(shí)性，最大滯后長度m取51/3；采用Hanning系數(shù)對得到的功率譜估計(jì)進(jìn)行平滑處理，得到連續(xù)的譜值；對譜估計(jì)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，由于自相關(guān)系數(shù)R（1）為較大正值，表明譜估計(jì)序列具有持續(xù)性，因此采用紅噪聲標(biāo)準(zhǔn)譜進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，根據(jù)顯著性水平0.05的紅噪聲標(biāo)準(zhǔn)譜限值檢驗(yàn)得出譜估計(jì)的顯著周期（表5）。其中，3個(gè)測站SST同時(shí)具有15 a 、6 a、5 a、4.3 a和3.8 a時(shí)間尺度的變化周期。除此以外，大陳、南麂2個(gè)測站具有30 a時(shí)間尺度的變化，坎門、南麂2個(gè)測站具有7.5 a時(shí)間尺度的變化，南麂站具有10 a時(shí)間尺度的變化。

圖 2 年平均SST距平變化曲線Fig.2 Anomaly variation curve of annual mean SST

表 4 年平均SST距平概率統(tǒng)計(jì)Tab.4 Anomaly probability statistics of annual mean SST

可以看出，浙南沿岸3個(gè)測站的周期變化與郭偉其等[7]、湯明義等[8]、閻俊岳等[9]、丁非等[10]對東海海域SST變化分析結(jié)果相近，表明浙南沿岸SST的周期變化主要與厄爾尼諾、南方濤動(dòng)現(xiàn)象及太陽活動(dòng)等密切相關(guān)。

大陳、南麂2站存在30 a的周期振蕩，與黃海仁等[11]提出的Nino區(qū)SST存在30 a以上時(shí)間尺度變化結(jié)論一致，分析原因可能與大陳、南麂2站均布設(shè)在海島，比坎門站更靠近外海，受大陸影響較小有關(guān)。

湯明義等[8]分析結(jié)果表明，黑潮途徑海域SST存在10～11 a、6～7 a周期變化，南麂站的10 a周期變化及坎門、南麂2站的7.5 a周期變化與此接近，可能與黑潮流經(jīng)區(qū)域有關(guān)。

3.4 累年月平均SST分布特征

一年之中，浙南沿岸SST變化受到太陽輻射、臺灣暖流、浙江沿岸流及海陸性質(zhì)的影響，趨勢接近余弦曲線（圖3），呈一峰一谷的年分布特征；夏季月平均SST坎門站＞南麂站＞大陳站，估計(jì)與各站不同的下墊面環(huán)境有關(guān)。具體為2月為峰谷，此時(shí)浙南沿岸SST最低，隨著緯度的變化，總體表現(xiàn)為南高北低，其中南麂站SST為9.8 ℃，但由于站位布設(shè)受陸地氣候的影響及海水熱容量的不同，坎門站低于大陳站，為8.4 ℃， SST南北相差最大為1.4 ℃。從3月份開始，浙南沿岸SST進(jìn)入快速升溫期，到8月份SST達(dá)到最高，此時(shí)月平均SST坎門站最高，為28.8 ℃，大陳站最低，為26.7 ℃, SST南北相差最大為2.1 ℃。

表 5 顯著周期統(tǒng)計(jì)Tab.5 Statistics of remarkable cycles

通過對3個(gè)測站累年月平均SST進(jìn)行諧波分析，得到較為顯著的年循環(huán)及半年循環(huán)，其振幅及初始位相見表6，其中，A1、φ1分別表示年循環(huán)的振幅和位相，A2、φ2分別表示半年循環(huán)的振幅和位相。諧波分析中，振幅決定大小，位相決定時(shí)間?？梢钥闯?，年循環(huán)分量A1坎門站最高，半年循環(huán)分量A2南麂站最高；浙南沿岸SST變化主要由年循環(huán)分量決定。

由于初始位相決定SST極值出現(xiàn)時(shí)間，浙南沿岸φ1變化范圍為233°～241°，根據(jù)各月年循環(huán)相角大小初步判斷，一年中浙南沿岸SST極值出現(xiàn)時(shí)間為8月中旬（最高）和 2月中旬（最低）左右，各站出現(xiàn)時(shí)間前后相差約7天，分析結(jié)果與SST實(shí)測數(shù)據(jù)吻合。

表 6 SST主要諧波分析統(tǒng)計(jì)Tab.6 Statistics of SST major harmonic analysis

圖 3 累年月平均SST變化曲線Fig.3 Curve of monthly mean SST

圖 4 南麂站諧波擬合曲線Fig.4 Harmonic fitting curve of Nanji station

以南麂觀測站為例，分別對年循環(huán)、年循環(huán)＋半年循環(huán)的諧波分析結(jié)果與觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合（圖4），可以看出，擬合效果良好。 但是由于半年循環(huán)與年循環(huán)初始位相相差達(dá)111°，對年循環(huán)振幅有削弱的作用，使得年循環(huán)+半年循環(huán)擬合曲線極值減小。

4 小 結(jié)

（1）浙南沿岸SST總體受太陽輻射影響，呈現(xiàn)北低南高的地理分布特征。各站布設(shè)的地理環(huán)境、海水熱容量、不同流系等因素的影響，使得浙南沿岸SST分布各有特點(diǎn)；

（2）浙南沿岸SST總體呈現(xiàn)上升趨勢，上升速率為0.017℃/a；浙南沿岸北部測站上升速率大于南部；3個(gè)測站變化趨勢基本接近，20世紀(jì)60年代中后期之前，SST呈現(xiàn)下降趨勢；60年代中后期到70年代中期，SST呈現(xiàn)緩慢上升；70年代中期到80年代中期，SST開始又一輪下降過程；之后到2005年，SST一直呈現(xiàn)上升，且上升幅度明顯比前個(gè)上升過程大；2005年前后至2010年，呈現(xiàn)下降。

（3）浙南沿岸SST前30 a基本處于偏冷期，由北往南各站偏冷年份比例分別為64%、60%和61%；2000－2010年間，大陳、坎門、南麂3站偏暖年數(shù)大幅上升，分別為7 a、8 a和6 a。

（4）功率譜分析結(jié)果表明，浙南沿岸SST同時(shí)具有15 a 、6 a、5 a、4.3 a和3.8 a時(shí)間尺度的變化，主要與厄爾尼諾、南方濤動(dòng)現(xiàn)象及太陽活動(dòng)等密切相關(guān)；大陳、南麂2個(gè)測站具有30 a時(shí)間尺度的變化，坎門、南麂2個(gè)測站具有7.5 a時(shí)間尺度的變化，南麂站具有10 a時(shí)間尺度的變化，可能與測站的選址、黑潮的流經(jīng)區(qū)域有關(guān)。

（5）浙南沿岸SST年變化趨勢近似余弦曲線，其變化主要受年循環(huán)分量決定；年循環(huán)分量振幅坎門站最高，半年循環(huán)分量振幅南麂站最高；年循環(huán)、半年循環(huán)諧波擬合效果良好；南麂站半年循環(huán)分量對年循環(huán)分量有削弱的作用。

致謝：感謝國家海洋局東海分局預(yù)報(bào)減災(zāi)處沙偉高級工程師對本文的大力指導(dǎo)！

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Sea surface temperature distribution characteristics along the southern coastal region of Zhejiang Province

HAN Xiao-yan, PAN Xiao-dong, MA Lin-fang

( Wenzhou Oceanic Situation Monitoring Station, Wenzhou 325013, China)

The SST temporal and spatial distribution in southern Zhejiang coast is presented as a result of statistical analysis based on 51 years observation data from Dachen, Kanmen and Nanji gauge stations.It shows that the overall SST along the coast is higher in the southern part and lower in the northern part, and the discrepancy between south and north parts becomes smallest in winter and largest in summer.Along the southern coast of Zhejiang, SST as a whole generally has a uptrend at rising rate of 0.017 ℃/a in last 51 years.In addition, there are oscillation periods of 3.5 a, 5-6 a and 11 a stay with SST changes.Mainly, the annual cyclical variation determines SST with a good match of harmonic fitting effect.

the southern coastal region of Zhejiang; SST; homogeneous; power spectrum; harmonic

P731.11

A

1001-6932(2011)06-0619-06

2010-10-28；

2011-06-08

韓小燕（1977－），女，工程師，研究生在讀，主要從事海洋預(yù)報(bào)及觀測數(shù)據(jù)分析，電子郵箱：xiaoyong0728@163.com。