渤海及黃海北部冰情長期變化趨勢分析

唐茂寧，劉煜，李寶輝，隋俊鵬

（國家海洋環(huán)境預(yù)報中心，北京 100086）

渤海及黃海北部冰情長期變化趨勢分析

唐茂寧，劉煜，李寶輝，隋俊鵬

（國家海洋環(huán)境預(yù)報中心，北京 100086）

統(tǒng)計分析上世紀(jì)50年代—2010年渤海及黃海北部海冰資料，對其年代際變化特征進(jìn)行分析。上世紀(jì)50年代—90年代冰情總體呈緩解的趨勢，2000年以來冰情略有加重。研究發(fā)現(xiàn)太陽活動與渤海及黃海北部冰情變化關(guān)系密切，太陽活動可能是渤海及黃海北部冰情長期變化重要影響因素。如果太陽黑子的周期長度比上一個周期長，那么周期內(nèi)冰情較上一個周期嚴(yán)重。反之亦然。

渤海；海冰；太陽黑子

1 引言

黃、渤海地處中緯度季風(fēng)氣候帶，是全球緯度最低的結(jié)冰海域之一。渤海及黃海北部冬季每年均會出現(xiàn)海冰，每年冰情差別較大，對海上生產(chǎn)活動構(gòu)成威脅，冰情嚴(yán)重時甚至釀成嚴(yán)重的災(zāi)害[1-2]。海冰已經(jīng)成為黃、渤海海域海上工程設(shè)計、航運和開發(fā)生產(chǎn)中必須考慮的重要環(huán)境因素之一。近年來，隨著環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)的迅速發(fā)展，渤海海域的油氣開發(fā)、航運、漁業(yè)等活動日趨活躍，結(jié)冰海區(qū)已陸續(xù)建立了許多石油平臺和港口，海冰給這些海洋經(jīng)濟(jì)活動和海上及岸邊的設(shè)施帶來不同程度的影響。多年來，海洋工作者對渤海及黃海北部海冰變化規(guī)律及其影響因素進(jìn)行了深入的分析研究和預(yù)報實踐，海冰預(yù)報已經(jīng)成為海洋環(huán)境預(yù)報的業(yè)務(wù)內(nèi)容，目前已經(jīng)形成包括經(jīng)驗預(yù)報、統(tǒng)計預(yù)報和數(shù)值預(yù)報等多種方法的預(yù)報系統(tǒng)，為預(yù)防和減輕海冰災(zāi)害發(fā)揮了重要作用。

渤海及黃海北部是季節(jié)性結(jié)冰海域，其冰情是對大氣與海洋共同作用的響應(yīng)。李劍等發(fā)現(xiàn)黃、渤海海冰具有多尺度變化特征，存在低頻變化、高頻變化和無明顯周期的演變過程。西太平洋副高、亞洲極渦以及緯向環(huán)流是影響海冰生成與變化的直接因素。黃、渤海海冰還與印度洋副高、北美副高，以及大西洋副高存在顯著年代際相關(guān)關(guān)系[3].劉欽政等指出以1972年為分界把1932—2000年時期冰情的變化分為兩個時段，前一時段為重冰情階段，1972年以后轉(zhuǎn)為輕冰情多發(fā)階段，影響渤海海冰冰情變化主要因子是太平洋副高[4]。耿淑琴等通過對1999—2000年冬季環(huán)流背景資料的分析，發(fā)現(xiàn)西太平洋副熱帶高壓和極渦的變化是影響我國冬季天氣氣候特征變化和渤海海冰生消的重要因素，而副熱帶高壓和極渦等大氣活動中心的變化又與赤道東太平洋的厄爾尼諾及拉尼娜現(xiàn)象有關(guān)[5]。張云吉等研究指出渤海海冰受太陽活動影響較大，與厄爾尼諾事件之間不存在顯著的線性關(guān)系，渤海冰情加重預(yù)示著厄爾尼諾的來臨[6]。在全球變暖的背景下，海冰災(zāi)害的影響仍然不容忽視，其長期變化的趨勢及影響因素需要進(jìn)一步研究。

圖1 1953—2011年渤海及黃海北部冬最大海冰范圍逐年變化

圖2 渤海及黃海北部冬季最大海冰范圍年代級變化

2 資料及數(shù)據(jù)來源

冬季渤海及黃海北部海冰首先在岸邊生成，然后大致沿等深線向海中發(fā)展。海冰外緣線走向通常近似與等深線平行，海冰范圍習(xí)慣定義為從某個海灣灣底沿灣中軸線到冰外緣線的距離，單位海里。本文采用的海冰資料來自國家海洋環(huán)境預(yù)報中心海冰組，各個海域每年最大海冰范圍資料序列為1953—2011年。國家海洋環(huán)境預(yù)報中心每年都對過去一年冬季冰情進(jìn)行總結(jié)，判斷其冰情等級；冰級劃分：1.0是輕冰年，2.0是偏輕冰年，3.0是常冰年，4.0是偏重冰年，5.0是重冰年。海冰等級資料序列為1951—2010年；大連氣溫月平均資料來自國家海洋環(huán)境預(yù)報中心氣象室；太陽黑子數(shù)來自網(wǎng)站http://solarscience.msfc.nasa.gov/SunspotCycle.shtml。

3 渤海及黃海北部海冰歷史資料分析

圖3 渤海及黃海北部冰情等級及大連1月份平均氣溫的年代際變化

渤海及黃海北部每年秋末冬初開始結(jié)冰，翌年春天融化，冰期約3—4個月。受自然地理位置和氣候條件影響，不同海區(qū)、不同年份冰情差別顯著，主要分為遼東灣、渤海灣、萊州灣及黃海北部4個海域。我們通常以年最大海冰范圍為主要依據(jù)判斷冬季冰情嚴(yán)重程度，本文分析了1953—2011年渤海及黃海北部各個海域冬季最大海冰范圍的逐年變化（見圖1）及近幾十年海冰最大范圍年代際變化（見圖2）。上世紀(jì)50—90年代渤海及黃海北部冰情總體呈緩解趨勢。上世紀(jì)五六十年代冰情最嚴(yán)重，上世紀(jì)90年代冰情最輕。2000年以來冰情較上世紀(jì)90年代增強(qiáng)，萊州灣冰情增強(qiáng)趨勢最顯著，2010年冬季渤海冰情嚴(yán)重，給沿海省市海水養(yǎng)殖及航運等造成了巨大的損失。

4 渤海及黃海北部海冰變化原因初步分析

渤海及黃海北部冰情是對氣象場和海洋場共同作用的響應(yīng)。我們首先對渤海及黃海北部冬季海溫和氣溫年代級變化進(jìn)行初步分析。上世紀(jì)50年代至今氣溫總體呈震蕩上升趨勢（見圖3）。張秀芝等指出1901年—2004年一月渤黃海SST呈兩個主要變化階段，40年代中期之前，海溫呈下降趨勢，30年代最低；40—90年代呈上升趨勢，黃海在50年代達(dá)到次高海溫，以后各10年平均海溫呈波浪式變化，90年代為黃海海溫最高時期；渤海40和50年代升溫最快，50年代以后和黃海變化趨勢一致，差別在于90年代升溫幅度較黃海?。?.5℃）[7]。渤海及黃海北部上世紀(jì)50—90年代1月水溫，90年代最高、50年代次之、然后是70年代和80年代60年代水溫最低。海溫變化趨勢與氣溫基本一致。上世紀(jì)50—90年代海溫和氣溫均呈震蕩上升趨勢，導(dǎo)致冰情總體呈下降趨勢，上世紀(jì)90年代冰情最輕，2000年代以來冰情略有增強(qiáng)。

表1 遼東灣海冰范圍與太陽黑子周期長度的關(guān)系

5 太陽活動對渤海及黃海北部冰情的影響

太陽活動與全球氣候的變化關(guān)系密切，劉香艷等利用太陽黑子周期長度（SCL）的變化模擬計算并重建了中國東部各歷史時期氣溫序列變化，該曲線能清晰反映出中國東部氣候各個時段的變化以及現(xiàn)代氣候的變化趨勢[8]。李崇銀、翁衡毅等指出太陽活動的影響主要包括太陽輻射的直接影響和引發(fā)地磁場變化的間接影響兩個方面，地球磁場的變化將可通過動力過程和熱力過程而影響大氣環(huán)流和氣候的變化[9]。太陽活動與渤海及黃海北部冰情關(guān)系密切，以往研究發(fā)現(xiàn)太陽黑子峰谷前后容易出現(xiàn)冰情較重的年份[6]。Friss-Christensen等發(fā)現(xiàn)若用太陽黑子周期長度代表太陽活動，則北半球溫度與太陽活動的相關(guān)比用太陽黑子數(shù)還要好。冬季遼東灣冰情是中國北方結(jié)冰海域冰情最嚴(yán)重的區(qū)域，其最大海冰范圍是表征冬季冰情嚴(yán)重程度重要標(biāo)準(zhǔn)之一。1954年（見表1）以來太陽黑子5個周期的周期長度經(jīng)歷了變長、縮短、縮短、變長的過程，與之對應(yīng)遼東灣冰情變化趨勢是增強(qiáng)、減弱、減弱、增強(qiáng)，這與太陽活動對氣候影響分析結(jié)果是一致的[10]。渤海及黃海北部冰情等級與太陽黑子周期長度之間也具有類似的變化規(guī)律。

6 結(jié)論

渤海及黃海北部冰情上世紀(jì)50—90年代冰情總體呈緩解的趨勢，上世紀(jì)90年代是近幾十年冰情最輕的時期，2000年以來冰情略有加重。由于溫室氣體排放及人類活動導(dǎo)致的氣候變暖應(yīng)該還是海冰年代級變化的首要影響因素，但是太陽活動對渤海及黃海北部冰情影響不容忽視。如果太陽黑子的周期長度比上一個周期長，那么周期內(nèi)冰情較上一個周期嚴(yán)重。反之亦然。

[1]白珊,劉欽政,李海,等.渤海的海冰[J].海洋預(yù)報,1999,16（3）:1-9.

[2]劉欽政,劉煜,白珊,等.2002—2003渤海海冰數(shù)值預(yù)報[J].海洋預(yù)報,2003,20（3）:60-68.

[3]李劍,黃嘉佑,劉欽政.黃、渤海海冰長期變化特征分析[J].海洋預(yù)報,2005,22（2）:22-32.

[4]劉欽政,黃嘉佑,白珊,等,渤海冬季海冰氣候變異的成因分析[J].海洋學(xué)報,2004,26（2）:12-19.

[5]耿淑琴,王旭.拉尼娜持續(xù)年的渤海海冰[J].海洋通報,2001,20（2）:1-11.

[6]張云吉,金秉福,馮雪.近半個多世紀(jì)以來渤海冰情對全球氣候變化的響應(yīng)[J].海洋通報，2007.26（6）:96-101.

[7]張秀芝,裘越芳,吳迅英.近百年中國近海海溫變化[J].氣候與環(huán)境研究,2005,10（4）:799-807.

[8]柳艷香,高曉清.SCL與中國東部氣候年代際變化[J].冰川凍土,2002,24（1）:46-50.

[9]李崇銀,翁衡毅,高曉清,等.全球增暖的另一可能原因初探[J].大氣科學(xué),2003.27（5）:789-797.

[10]Friis-Christensen E,Lassen K.Length of the Solar Cycle:An Indicator of Solar Activity Closely Associated with Climate[J].Science,1991,254:698-700.

Analysis of the sea ice long-term trend in the Bohai Sea and the northern Yellow Sea

TANG Mao-ning,LIU Yu,LI Bao-hui,SUI Jun-peng

(National Marine Environmental Forecasting Center，Beijing 100081 China)

It is shown that the solar activities potentially exert significant influence on the intensity of sea ice in the Bohai Sea and the northern Yellow Sea.Based on the data sets from 1950—2010,the interannual variability of the sea ice is analyzed in the Bohai Sea and the northern Yellow Sea.The intensity of sea ice was decreasing from the 1950s to 1990s,while it has been intensified since 2000.The influence of solar activity to the sea ice was studied.It is shown that the solar activities potentially exert significant influence on the intensity of sea ice in the Bohai Sea and the northern Yellow Sea.The sea ice tends to be intensified compared to that in the last cycle if the sunspot period is longer,and vice versa.

Bohai Sea；sea ice；sunspot

P731

A

1003-0239（2012）02-0045-09

2011-11-01

國家公益項目“渤海海冰立體監(jiān)測及高精度預(yù)警報技術(shù)研究示范”（201105016）；國家自然科學(xué)基金“渤海防波堤建設(shè)對海冰影響研究”（41176022）。

唐茂寧(1981-)，男，助理研究員，主要從事渤海及黃海北部海冰預(yù)報及研究。E-mail：tmn@nmefc.gov.cn