基于兩種數(shù)據(jù)集的全球SST變化趨勢(shì)的對(duì)比研究＊

鄭崇偉，莊 卉，李訓(xùn)強(qiáng)，賈本凱，3

（1.92538部隊(duì)氣象臺(tái)，遼寧 大連116041；2.解放軍理工大學(xué) 氣象學(xué)院，江蘇 南京211101；3.91967部隊(duì)氣象臺(tái)，河北 沙河054100）

基于兩種數(shù)據(jù)集的全球SST變化趨勢(shì)的對(duì)比研究＊

鄭崇偉1，2，莊 卉2，李訓(xùn)強(qiáng)2，賈本凱2，3

（1.92538部隊(duì)氣象臺(tái)，遼寧 大連116041；2.解放軍理工大學(xué) 氣象學(xué)院，江蘇 南京211101；3.91967部隊(duì)氣象臺(tái)，河北 沙河054100）

分別利用了來自NOAA和Hadley中心的SST（Sea Surface Temperature）資料，分析了全球海域每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上SST的變化趨勢(shì)，并將兩種資料分析的結(jié)果進(jìn)行比較。研究發(fā)現(xiàn)：近150a期間，全球大部分海域的SST以0.003℃·a－1左右的速度顯著性逐年線性遞增，僅在格陵蘭南部海域和兩極部分海域呈顯著的逐年線性遞減趨勢(shì)；NOAA的SST變化趨勢(shì)的區(qū)域性差異比Hadley的SST明顯，但后者變化趨勢(shì)的強(qiáng)度稍大于前者；不同海域SST的逐年變化趨勢(shì)由不同的季節(jié)主導(dǎo)；在1910年為近150a來SST的最低點(diǎn)，之后緩慢上升，在1942年附近達(dá)到1個(gè)相對(duì)高點(diǎn)，而后略有下降，但很快又恢復(fù)上升趨勢(shì)，上升趨勢(shì)一直延續(xù)至今。

SST；全球海域；變化趨勢(shì)

（杜素蘭 編輯）

全球變暖導(dǎo)致的冰川退化、海平面上升、環(huán)境危機(jī)、資源危機(jī)等現(xiàn)象對(duì)人類的生存與可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，在環(huán)境和資源嚴(yán)重困擾人類、眾多國(guó)家和地區(qū)都面臨能源危機(jī)的當(dāng)今世界，全球氣候變化越來越成為關(guān)注的焦點(diǎn)［1］。IPCC（聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化委員會(huì)——Intergovernmental Panel on Climate Change）第四次評(píng)估報(bào)告［2］指出，在過去的100a（1906—2005年）全球變暖趨勢(shì)為0.074℃/10a，張秀芝等［3］利用來自Hadley中心的SST，在渤海、黃海、東海和南海各選擇一個(gè)代表區(qū)域，研究發(fā)現(xiàn)各代表區(qū)域的SST在近100多a來呈增溫趨勢(shì)，20世紀(jì)80年代以后增暖明顯，馮琳等［4］利用來自Hadley中心的SST，發(fā)現(xiàn)在1945—2006年期間東中國(guó)海的SST平均每年升高0.015℃，潘蔚娟等［5］利用實(shí)測(cè)月平均海表溫度資料發(fā)現(xiàn)華南近海區(qū)域年平均SST最近44a的線性增長(zhǎng)率為0.12～0.19℃/10a，蔡怡等［6］的研究發(fā)現(xiàn)近40 a太平洋最大的增溫發(fā)生在赤道中東太平洋（即Ni?o1—Ni?o4區(qū)內(nèi)），最大的降溫在中緯度南北太平洋中部，在北半球西太平洋沿岸除40°N附近外基本上為升溫，太平洋東海岸的升溫幅度要遠(yuǎn)大于西海岸。

前人的工作對(duì)研究全球變暖作了巨大貢獻(xiàn)，但是以往的研究多是對(duì)區(qū)域平均后的分析或是EOF（Empirical Orthogonal Function）分析后對(duì)時(shí)間序列的分析，這種分析方法往往會(huì)將某些重點(diǎn)海域的變化特征忽略。本研究則分別利用來自NOAA和Hadley中心的SST，分析150a左右全球海域每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上SST的逐年和逐季變化趨勢(shì)，并將兩種資料分析的結(jié)果進(jìn)行比較。另外還分析了全球海域區(qū)域平均后SST的逐年變化趨勢(shì)，與每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上SST的變化趨勢(shì)進(jìn)行比較研究。

1 SST資料來源

1.1 來自NOAA的SST資料

來自NOAA的SST時(shí)間范圍從1854—2009年，每月1次，更新較及時(shí)，空間分辨率2°×2°，空間范圍為88°S～88°N，0°～360°E。后面簡(jiǎn)稱資料1。

1.2 來自Hadley的SST資料

來自英國(guó)氣象局Hadley氣候預(yù)測(cè)和研究中心的SST時(shí)間范圍從1870—2010年，每月1次，更新較及時(shí)，空間分辨率1°×1°，空間范圍為89°30′S～89°30′N，0°30′～359°30′E。該數(shù)據(jù)主要源自 Met Office Marine Bank（MDB），在缺測(cè)的地方利用Comprehensive Ocean－Atmosphere Data Set（COADS）的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充，其中1982年之前的部分還包含了Global Telecommunications System（GTS）。后面簡(jiǎn)稱資料2。

由于資料1和資料2的SST的時(shí)間范圍相差不大，本研究做的是長(zhǎng)時(shí)間序列的變化趨勢(shì)，近似認(rèn)為兩種資料的時(shí)段相同，沒有取二者的共同時(shí)間段。

2 全球海域SST的變化趨勢(shì)

2.1 每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上SST的逐年變化趨勢(shì)

首先將資料1每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上的SST從1854—2009年進(jìn)行逐年平均，采用線性回歸方法，分析2°×2°的每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上SST近156a的逐年線性趨勢(shì)，見圖1a；再將資料2每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上的SST從1870—2010年進(jìn)行逐年平均，采用線性回歸方法，分析1°×1°的每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上SST近141a的逐年線性趨勢(shì)，并將兩種資料的分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，見圖1f。

由圖1a可看出，資料1的SST在全球大部分海域呈顯著的逐年線性遞增趨勢(shì)，與全球變暖的大背景吻合，中東太平洋的遞增趨勢(shì)強(qiáng)于西太平洋，南大西洋的遞增趨勢(shì)強(qiáng)于北大西洋，南印度洋的遞增趨勢(shì)強(qiáng)于北印度洋，蔡怡等［6］的研究也曾指出太平洋東海岸的升溫幅度要遠(yuǎn)大于西海岸，線性遞增趨勢(shì)較強(qiáng)的海域主要集中在低緯中東太平洋（約0.003～0.006℃·a－1）、南大西洋大部分海域（約0.006～0.01℃·a－1）、印度洋西南部的愛德華王子群島附近海域（約0.006～0.009℃·a－1）；僅在格陵蘭南部海域（約－0.006～－0.003℃·a－1）、兩極部分海域呈顯著的逐年線性遞減趨勢(shì)，有研究曾指出近200a北極巴羅角的溫度呈下降趨勢(shì)［7］。資料2分析的結(jié)果與資料1分析的結(jié)果大體相似，但資料2大部分海域SST的遞增趨勢(shì)偏強(qiáng)，在格陵蘭南部海域的遞減范圍沒有資料1明顯，而在南極的威德爾海的遞減趨勢(shì)比資料1更顯著。資料1SST變化趨勢(shì)的區(qū)域性差異比資料2更為明顯。

2.2 每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上SST的逐季變化趨勢(shì)

將資料1的SST從1854—2009年進(jìn)行逐 MAM（March，April，May）、逐JJA（June，July，August）、逐SON（September，October，November）、逐DJF（December，January，F(xiàn)ebruary）平均，分析2°×2°的每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上SST近156a的逐MAM、逐JJA、逐SON、逐DJF的變化趨勢(shì)，見圖1b～e；再將資料2的SST從1870—2010年進(jìn)行逐MAM、逐JJA、逐SON、逐DJF平均，分析1°×1°的每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上SST近141a的逐MAM、逐JJA、逐SON、逐DJF的變化趨勢(shì)，并將兩種資料的分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，見圖1g～j，圖1中彩色區(qū)表示相關(guān)系數(shù)｜r｜＞r0.5＝0.19，趨勢(shì)顯著。

由圖1a～e可見，資料1逐季的變化趨勢(shì)與逐年變化趨勢(shì)大體一致，對(duì)比逐季和逐年變化趨勢(shì)不難看出，格陵蘭島南部SST的逐年遞增趨勢(shì)主要體現(xiàn)在MAM和DJF，也就是說格陵蘭南部近岸的逐年遞增趨勢(shì)主要由MAM和DJF主導(dǎo)，南極SST的逐年遞減趨勢(shì)由DJF主導(dǎo)，北極SST的逐年遞減趨勢(shì)由JJA主導(dǎo)，各逐年遞增的海域在四季皆有不同程度的體現(xiàn)，值得注意的是：MAM期間，南大洋SST的遞增趨勢(shì)明顯強(qiáng)于北大洋。

由圖1f～j可見，資料2陵蘭島南部SST的逐年遞增趨勢(shì)主要體現(xiàn)在MAM和DJF，與資料1相同，南極SST的逐年遞減趨勢(shì)在四季皆有體現(xiàn)，北極SST的逐年遞減趨勢(shì)由MAM和DJF主導(dǎo)，各逐年遞增的海域在四季皆有不同程度的體現(xiàn)。

圖1 基于 NOAA（a～e）和 Hadley（f～j）資料的全球SST線性趨勢(shì)的回歸系數(shù)（10－3℃·a－1）Fig.1 Regression coefficients of the linear tendency of SST in the world oceans based on the data sets from NOAA （a～e）and from Hadley（f～j）（10－3℃·a－1）

2.3 區(qū)域平均后SST的逐年線性趨勢(shì)

將資料1從1854—2009年進(jìn)行逐年區(qū)域平均，分析其區(qū)域平均后的逐年線性趨勢(shì)，見圖2a；將資料2從1870—2010年進(jìn)行逐年區(qū)域平均，分析其區(qū)域平均后的逐年線性趨勢(shì)（圖2b）。

資料1SST線性趨勢(shì)回歸系數(shù)為0.003 1，相關(guān)系數(shù)為0.91，通過了95%（r0.05＝0.19）的信度檢驗(yàn)，即近150a期間，全球的SST以0.003 1℃·a－1的速度顯著性逐年線性遞增；資料2的SST線性趨勢(shì)回歸系數(shù)為0.003 5，相關(guān)系數(shù)為0.83，通過了95%（r0.05＝0.19）的信度檢驗(yàn)，即近150a期間，全球的SST以0.003 5℃·a－1的速度顯著性逐年線性遞增；無論資料1還是資料2，整體來看，近150a來全球海域的SST呈顯著性逐年線性遞增的趨勢(shì)，與Jones［8］、蔡榕碩等［9］的結(jié)論一致。兩種資料的分析結(jié)果都能很明顯地看出，在1910年為近150a的SST的最低點(diǎn)，之后緩慢上升，在1942年附近達(dá)到一個(gè)相對(duì)高點(diǎn)，而后略有下降，但很快又恢復(fù)上升趨勢(shì)，上升趨勢(shì)一直延續(xù)至今，與Jones［8］、蔡榕碩等［9］的結(jié)論一致。區(qū)域平均后再分析變化趨勢(shì)這種分析方法將全球很多海域的信息都掩蓋掉了，但是卻能從整體上把握變化趨勢(shì)。

圖2 全球區(qū)域平均后的SST及其線性趨勢(shì)Fig.2 The SST and its linear tendency after averaging for world oceans

對(duì)比兩種分析方法發(fā)現(xiàn)，兩種方法得到的結(jié)論基本一致。分析每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上能流密度的逐年線性趨勢(shì)，能夠清楚的反映出變化趨勢(shì)的區(qū)域性差異。如果區(qū)域平均后再求變化趨勢(shì)，可以從整體上把握變化趨勢(shì)，雖然容易將一些重點(diǎn)海域的信息漏掉，卻能夠分析出整個(gè)區(qū)域隨時(shí)間變化的規(guī)律。結(jié)合兩種分析方法，即能從整體上把握變化趨勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律，也能夠分析出變化趨勢(shì)的區(qū)域性差異。

3 結(jié) 論

1）近150a期間，全球大部分海域的SST以0.003℃·a－1左右的速度顯著性逐年線性遞增，中東太平洋的遞增趨勢(shì)強(qiáng)于西太平洋，南大西洋的遞增趨勢(shì)強(qiáng)于北大西洋，南印度洋的遞增趨勢(shì)強(qiáng)于北印度洋，MAM期間，南大洋SST的遞增趨勢(shì)明顯強(qiáng)于北大洋；格陵蘭南部海域和兩極部分海域的SST呈顯著的逐年線性遞減趨勢(shì)；來自NOAA的SST變化趨勢(shì)的區(qū)域性差異比來自Hadley的SST明顯，但是后者變化趨勢(shì)的強(qiáng)度稍大于前者。

2）不同海域SST的逐年變化趨勢(shì)由不同的季節(jié)主導(dǎo)。

3）近150a全球海域區(qū)域平均后的SST呈顯著的逐年線性遞增的趨勢(shì)，在1910年為近150a的SST的最低點(diǎn)，之后緩慢上升，在1942年附近達(dá)到一個(gè)相對(duì)高點(diǎn)，而后略有下降，但很快又恢復(fù)上升趨勢(shì)，上升趨勢(shì)一直延續(xù)至今。

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［3］ZHANG X Z，QIU Y F，WU X Y.The long－term change for sea surface temperature in the last 100years in the Offshore Sea of China［J］.Climatic and Environmental Research，2005，10（4）：799－807.張秀芝，裘越芳，吳迅英.近百年中國(guó)近海海溫變化［J］.氣候與環(huán)境研究，2005，10（4）：799－807.

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A Comparison Study on the Global Change Trend of SST Analyzed Based on Two Data Sets

ZHENG Chong－wei1，2，ZHUANG Hui2，LI Xun－qiang2，JIA Ben－kai2，3
（1.NO.92538ArmyofPLA，Dalian 116041，China；2.InstituteofMeteorology，PLAUniv.ofSci.＆Tech.，Nanjing 211101，China；3.NO.91967ArmyofPLA，Shahe 054100，China）

The changing trend of SST （Sea Surface Temperature）at individual grids of world oceans has been analyzed based on the SST data from NOAA and on those from the Hadley Center，and the results from these two data sets are compared.It has been found that during the last 150years the SST in most of the oceans tends to increase evidently and linearly year by year at a rate of about 0.003℃·a－1，with a trend of decreasing evidently and linearly year by year in the southern sea area of Greenland and part sea areas of Arctic and Antarctica.The changing trend of SST based on the data set from NOAA has more clear regional differences than that based on the data set from Hadley，but the latter is stronger in its intensity than the former.The year－by－year changing tendency of SST in different sea areas is mainly governed by seasons.The lowest SST in the last 150years occurred in 1910.Afterwards，the SST went up slowly and reached to a relatively high point around 1942.Then，after a slightly going down，it returned quickly to go up again.At the present the SST is still in a going－up trend.

SST；world oceans；changing tendency

March 16，2011

P731

A

1671－6647（2012）02－0171－06

2011－03－16

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目——天文與地球因子對(duì)氣候變化的影響（2012CB957803），亞洲區(qū)域海陸氣相互作用機(jī)理及其在全球變化中的作用（2010CB950400）；中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目——?dú)馊苣z和季風(fēng)相互作用及其對(duì)季風(fēng)年際變化和年代際轉(zhuǎn)型的潛在貢獻(xiàn)（KZCX2－YW－Q11－03）

鄭崇偉（1983－），男，四川宜賓人，碩士，主要從事波候及波浪能資源方面研究.E－mail：zhengzhang.xia＠163.com