我國(guó)東部黑潮海域海表風(fēng)速和海表溫度變化特征

高 菲

(中國(guó)氣象局公共氣象服務(wù)中心，北京 100081)

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我國(guó)東部黑潮海域海表風(fēng)速和海表溫度變化特征

高 菲

(中國(guó)氣象局公共氣象服務(wù)中心，北京 100081)

摘要通過AVHRR資料和Quick-SCAT資料分析了我國(guó)東部海域特殊的海氣相互作用特點(diǎn)，并對(duì)我國(guó)東部黑潮海域的海表風(fēng)速和海表溫度時(shí)間分布特征和關(guān)系進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，我國(guó)東部海域黑潮海區(qū)海表溫度與海表風(fēng)速之間存在特殊的正相關(guān)關(guān)系，黑潮海域海表溫度與海表風(fēng)速的冷暖分布均呈現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，即大風(fēng)速區(qū)位于暖脊上，而小風(fēng)速區(qū)出現(xiàn)在冷槽上空。這種正相關(guān)關(guān)系是影響我國(guó)東部海域海氣相互作用的重要因素，且這種正相關(guān)關(guān)系隨著季節(jié)和年份的不同有所變化，在冬、春季節(jié)表現(xiàn)最為明顯，且春季強(qiáng)于冬季。

關(guān)鍵詞黑潮暖流；海表風(fēng)速；海表溫度；變化特征；海氣相互作用

黑潮暖流是位于北太平洋副熱帶環(huán)流系統(tǒng)中的西部邊界流，是世界海洋上第二大暖流，起源于呂宋島以東洋面，主干流沿臺(tái)灣以東，經(jīng)臺(tái)灣與那國(guó)島之間的水道進(jìn)入東海，順東海大陸坡向東北流去。黑潮主干流的平均寬度不足100 NM，其中主流寬度約20 NM。由于黑潮將太平洋高溫、高鹽度海水帶到近海廣大海區(qū)，從而對(duì)這些海區(qū)的海洋、氣象、水文產(chǎn)生巨大影響，如漁場(chǎng)的移動(dòng)、海霧的消長(zhǎng)、渤海與黃海的冰情，乃至我國(guó)東部洪澇狀況均與之有關(guān)。黑潮與氣候關(guān)系密切[1-3]，日本氣候溫暖濕潤(rùn)就是由于黑潮環(huán)繞。我國(guó)青島與日本東京、我國(guó)上海與日本九州緯度相近，氣候卻差異不少，這是因?yàn)楹Ｑ笈鲗?duì)大氣有直接影響。

近些年來，海氣相互作用過程對(duì)全球氣候變化的影響越來越明顯，由海表溫度異常等因素所導(dǎo)致的世界各地嚴(yán)重的氣候?yàn)?zāi)害給人們的生活環(huán)境和生命財(cái)產(chǎn)帶來較大的影響。因此，海氣相互作用已成為研究氣候變化的一個(gè)世界性的前沿課題[4-7]。前人研究發(fā)現(xiàn)，東亞冬季風(fēng)異常與冬季黑潮區(qū)域海溫異常有密切聯(lián)系，當(dāng)東亞季風(fēng)偏強(qiáng)時(shí)，冬季黑潮區(qū)域海溫偏低，東亞大槽強(qiáng)度明顯偏強(qiáng)；反之，當(dāng)東亞冬季風(fēng)偏弱時(shí)，冬季黑潮區(qū)域海溫偏高，東亞大槽強(qiáng)度偏弱[8-10]。陳佩燕[11]分析指出黑潮區(qū)域冬季海溫與我國(guó)東部地區(qū)冬季溫度異常存在密切關(guān)系，兩者相關(guān)系數(shù)達(dá)0.755；陳興芳等[12]研究指出當(dāng)冬春黑潮加強(qiáng)時(shí)，初夏歐洲高壓脊和東亞阻高發(fā)展，亞洲西部為低槽區(qū)，我國(guó)南方和沿海地區(qū)高度場(chǎng)偏高，在此環(huán)流形勢(shì)下冷空氣勢(shì)力較強(qiáng)，副高位置正常偏北，有利于我國(guó)北方或長(zhǎng)江流域降水，反之亦然。徐海明等[13-15]研究表明黑潮海洋鋒區(qū)上海溫與海表面風(fēng)速之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，而在中高緯度洋面上，海盆尺度的太平洋海表面溫度與海表面風(fēng)速存在顯著的負(fù)相關(guān)。但針對(duì)我國(guó)東部海域海氣相互作用方面的研究較少，筆者以我國(guó)東部海域?yàn)槔?，通過AVHRR資料和Quick-SCAT資料分析了我國(guó)東部海域特殊的海氣相互作用特點(diǎn)，并對(duì)我國(guó)東部黑潮海域海表風(fēng)速和海表溫度的時(shí)間分布特征和關(guān)系進(jìn)行了分析。

1資料和方法

1.1AVHRR資料NOAA氣象衛(wèi)星是近極地、與太陽同步的衛(wèi)星，高度為833～870 km，軌道傾角98.7°，成像周期12 h。目前，NOAA系列衛(wèi)星采用雙星運(yùn)行，同一地區(qū)每天可有4次過境機(jī)會(huì)。AVHRR是NOAA系列衛(wèi)星的主要探測(cè)儀器，它是一種五光譜通道的掃描輻射儀。星上探測(cè)器掃描角為±55.4°，相當(dāng)于探測(cè)地面2 800 km寬的帶狀區(qū)域，2條軌道可以覆蓋我國(guó)大部分國(guó)土，3條軌道可完全覆蓋我國(guó)全部國(guó)土。AVHRR資料的應(yīng)用主要有2個(gè)方面：①大尺度區(qū)域(包括國(guó)家、洲乃至全球)調(diào)查，這方面的應(yīng)用，氣象衛(wèi)星遙感具有其他遙感所無法相比的優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用的方法一般是采用多時(shí)相分類的方法對(duì)1 km空間分辨率的AVHRR數(shù)據(jù)或更低空間分辨率的GAC或GVI數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。②中小尺度區(qū)域調(diào)查，這方面的應(yīng)用主要是由于高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)的獲取比較困難，遙感調(diào)查的實(shí)時(shí)性較差，利用AVHRR數(shù)據(jù)來獲得宏觀的、實(shí)時(shí)的、能達(dá)到一定精度的地面信息。應(yīng)用的方法通常是針對(duì)AVHRR數(shù)據(jù)空間分辨率低的缺陷，采用混合像元分解技術(shù)對(duì)AVHRR數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。在此采用我國(guó)東部海域1999年7月～2007年11月的月平均溫度場(chǎng)資料，資料水平分辨率為0.25°×0.25°。

1.2Quick-SCAT資料1999年7月美國(guó)宇航局發(fā)射了一顆專門用來觀測(cè)海表面風(fēng)場(chǎng)的Quick Scatterometer(簡(jiǎn)稱Quick-SCAT)衛(wèi)星，該衛(wèi)星搭載的微波散射儀可觀測(cè)每天全球海洋上的海表面10 m高處風(fēng)矢量場(chǎng)，為熱帶氣旋的進(jìn)一步監(jiān)測(cè)與分析提供幫助。通過對(duì)Quick-SCAT洋面風(fēng)軌道資料再處理和精度檢驗(yàn)，國(guó)家衛(wèi)星氣象中心生成了更高分辨率的格點(diǎn)風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)。通過洋面風(fēng)資料對(duì)近年編號(hào)熱帶氣旋的輔助分析試驗(yàn)，總結(jié)了洋面風(fēng)資料在熱帶氣旋定位、定強(qiáng)、發(fā)展趨勢(shì)以及大風(fēng)分析中的一些應(yīng)用方法，結(jié)果表明，盡管存在一定誤差，Quick-SCAT洋面風(fēng)場(chǎng)資料可以有效校正海上熱帶氣旋特別是弱熱帶氣旋的定位和定強(qiáng)偏差，反映熱帶氣旋大風(fēng)區(qū)的分布和低層環(huán)境流場(chǎng)，為進(jìn)一步推斷熱帶氣旋的發(fā)展和移動(dòng)趨勢(shì)提供幫助。在此采用我國(guó)東部海域1999年7月~2007年11月的月平均風(fēng)場(chǎng)資料，水平分辨率為0.25°×0.25°。

2結(jié)果與分析

2.1我國(guó)東部海域海表風(fēng)速和海表溫度的年變化特征從2000～2006年我國(guó)東部海域多年年平均的海表面10 m高處的風(fēng)速與AVHRR海表溫度(圖1)可以看出，在120°～125°E附近洋面上仍然存在明顯的溫度脊。比較黑潮海域AVHRR海表溫度與Quick-SCAT衛(wèi)星資料觀測(cè)的海表風(fēng)速的分布發(fā)現(xiàn)，海表面風(fēng)速大小與黑潮海域海表溫度的高低分布存在很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在暖的溫度脊上空對(duì)應(yīng)著海表風(fēng)速的大值區(qū)，而冷的溫度槽上空則對(duì)應(yīng)海表風(fēng)速的小值區(qū)。如在25°N、128°E附近為一明顯向北凸起的暖溫度脊，相伴一風(fēng)速>9 m/s的大風(fēng)速區(qū)，而在其東側(cè)的冷溫度槽區(qū)風(fēng)速則明顯減弱，是小風(fēng)速區(qū)。

注：黑色實(shí)線是溫度等值線(℃)，填色圖表示海表風(fēng)速(m/s)。Note: The black solid line stands for the temperature contour(℃), color chart shows the sea surface wind speed(m/s).圖1　2000～2006年我國(guó)東部海域海表風(fēng)場(chǎng)與海表溫度場(chǎng)年變化Fig.1　The annual change of sea surface wind field and SST field in eastern China sea during 2000-2006

注：黑色實(shí)線是溫度等值線(℃)，填色圖表示海表面風(fēng)速(m/s)。Note: The black solid line stands for the temperature contour(℃), color chart shows the sea surface wind speed(m/s).圖2　2001年(a)、2003年(b)、2005年(c)和2006年(d)我國(guó)東部海域海表風(fēng)場(chǎng)與海表溫度場(chǎng)Fig.2　Sea surface wind field and SST field in eastern China sea in 2001(a), 2003(b), 2005(c) and 2006(d)

為了更清楚地了解海表溫度與海表風(fēng)速的相關(guān)關(guān)系，分別取2001、2003、2005和2006年資料的平均值，以了解個(gè)別年份海表溫度與海表風(fēng)速的相關(guān)關(guān)系。從圖2可看出，2001、2003、2005、2006年我國(guó)東部海域海表面10 m高處的風(fēng)速與AVHRR海表溫度變化均有明顯的溫度脊存在，但黑潮路徑與風(fēng)速的分布均有明顯變化，海表風(fēng)速與黑潮海域海表溫度的冷暖分布均呈現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，即大風(fēng)速區(qū)位于暖脊上，而小風(fēng)速區(qū)出現(xiàn)在冷槽上空。其中，2006和2003年的強(qiáng)度相對(duì)較大，黑潮海域附近溫度變化幅度較大。可見，黑潮海域海表溫度與風(fēng)速均存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，且在2003、2006年表現(xiàn)更為清楚。

注：黑色實(shí)線是溫度等值線(℃)，填色圖表示海表面風(fēng)速(m/s)。Note: The black solid line stands for the temperature contour(℃), color chart shows the sea surface wind speed(m/s).圖3　2000～2007年我國(guó)東部海域春季(a)和冬季(b)海表風(fēng)場(chǎng)與海表溫度場(chǎng)Fig.3　Sea surface wind field and SST field in eastern China sea in spring(a) and winter(b) during 2000-2007

2.2我國(guó)東部海域海表風(fēng)速和海表溫度的季變化特征從2000～2007年我國(guó)東部海域春季和冬季海表面10 m高的風(fēng)速與AVHRR海表溫度的春季和冬季多年平均場(chǎng)(圖3)可以看出，黑潮海域海表溫度與風(fēng)速的正相關(guān)關(guān)系在春季、冬季也有很好體現(xiàn)，其中春季平均與多年平均的情況相似；春季和冬季的黑潮路徑與風(fēng)速分布有明顯變化，海表風(fēng)速大小與黑潮海域海表溫度的冷暖分布呈現(xiàn)明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在暖的溫度脊上空對(duì)應(yīng)海表風(fēng)速的大值區(qū)，而冷的溫度槽上空則對(duì)應(yīng)海表風(fēng)速的小值區(qū)。但由于冬季風(fēng)速較大，海水混合作用較強(qiáng)，促使黑潮路徑及風(fēng)速分布較春季有很大的變化，所以這種對(duì)應(yīng)關(guān)系在冬季不如春季密切。

3小結(jié)

通過AVHRR資料和Quick-SCAT資料分析了我國(guó)東部海域特殊的海氣相互作用特點(diǎn)，并對(duì)我國(guó)東部黑潮海域海表風(fēng)速和海表溫度的時(shí)間分布特征和關(guān)系進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，我國(guó)東部海域黑潮海區(qū)海表溫度與海表風(fēng)速之間存在特殊的正相關(guān)關(guān)系，黑潮海域海表溫度與海表風(fēng)速的冷暖分布均呈現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，即大風(fēng)速區(qū)位于暖脊上，而小風(fēng)速區(qū)出現(xiàn)在冷槽上空。這種正相關(guān)關(guān)系是影響我國(guó)東部海域海氣相互作用的重要因素，且這種正相關(guān)關(guān)系隨著季節(jié)和年份的不同有所變化，在冬、春季節(jié)表現(xiàn)最為明顯，且春季強(qiáng)于冬季。

與前人研究[16-18]相比，該研究還相當(dāng)粗略，雖然通過資料分析得出了海表溫度與海表風(fēng)速之間存在正相關(guān)關(guān)系，但對(duì)其原理及應(yīng)用的討論尚淺，希望以后可以在這2個(gè)方面繼續(xù)深入研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 潘華盛，魏松林.冬季黑潮加熱對(duì)東北區(qū)夏季溫度關(guān)系的初步分析[J].海洋學(xué)報(bào),1981(2):211-217.

[2] 張?zhí)煊?孫照渤,李忠賢,等.春季黑潮區(qū)海溫異常與我國(guó)夏季降水的關(guān)系[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),2007(2):189-195.

[3] 趙斐苗,朱鑫君,李飛,等.黑潮區(qū)域海溫異常與我國(guó)冬季氣溫和降水的關(guān)系[J].氣象與環(huán)境科學(xué),2007,30(S1):28-31.

[4] 王紹武,趙宗慈,陳振華.等.冬半年海洋與大氣的相互作用[J].海洋學(xué)報(bào):中文版,1980(2):27-40.

[5] 趙漢光.副高與海溫相互作用的時(shí)空特征分析及預(yù)報(bào)[J].氣象,1986(7):21-23.

[6] 葛孝貞,余志豪.海溫變化與副熱帶高壓活動(dòng)的數(shù)值模擬[J].熱帶氣象,1986(2):109-116.

[7] 張?jiān)畦?張?zhí)焓?亞洲熱帶近海海溫與云南夏季降水的關(guān)系[J].氣象科技,2008,32(1):31-34.

[8] 李忠賢,陳建萍.東亞冬季風(fēng)與冬季黑潮海溫異常的關(guān)系[J].江西氣象科技,2005,28(1):10-14.

[9] 李忠賢,孫照渤,朱偉軍.冬季黑潮SSTA影響東亞夏季風(fēng)的數(shù)值試驗(yàn)[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào),2006(1):62-67.

[10] 李忠賢,孫照渤.秋季黑潮海溫與東亞冬季風(fēng)的相關(guān)聯(lián)系[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào),2004(2):145-152.

[11] 陳佩燕.近50年全球海溫異常對(duì)我國(guó)東部地區(qū)冬季溫度異常影響的診斷研究[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),2001,17(4):371-380.

[12] 陳興芳,宋文玲.初夏降水的大氣環(huán)流和海溫特征分析及其預(yù)報(bào)[M].北京：氣象出版社，1996.

[13] 徐海明,王琳瑋,何金海.衛(wèi)星資料揭示的春季黑潮海區(qū)海洋對(duì)大氣的影響及其機(jī)制研究[J].科學(xué)通報(bào)，2008(4)：463-470.

[14] XIE S P. Satellite observations of cool ocean-atmosphere interaction[J].Bull Amer Meteor Soc,2004,85:195-208.

[15] NEELIN J D, BATTISTI D S, HIRST A C. ENSO theory[J].J Geophys Res,1998, 103: 14261-14290.

[16] 鄧力平,王謙謙.華南前汛期(4-6月)降水異常特征及其與我國(guó)近海海溫的關(guān)系[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),2002,18(1):45-55.

[17] 譚桂容,孫兆渤.我國(guó)東部夏季降水型與北半球大氣環(huán)流和北太平洋海溫的關(guān)系[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),1998(1):1-7.

The Variation Characteristics of the Sea Surface Wind Speed and SST in Kuroshio Sea Area of Eastern China

GAO Fei (Public Meteorological Service Center of China Meteorological Administration, Beijing 100081)

AbstractThe air-sea interaction characteristics in sea area of eastern China were analyzed through AVHRR data and Quick-SCAT data, the temporal distribution features and relationship between sea surface wind speed and SST in Kuroshio sea area of eastern China were analyzed. The results showed that there was a positive correlation between sea surface wind speed and SST, the distribution of SST and sea surface wind speed indicated corresponding relation, namely the large wind speed area was located on the warm ridge, while the small wind speed area appeared in the cold trough. The positive correlation was an important factor influencing air-sea interaction in eastern China sea, and this correlationship was related with season and year, especially in winter and spring, spring was stronger than that in winter.

Key wordsKuroshio Current; Sea surface wind speed; Sea surface temperature(SST); Variation characteristics; Air-sea interaction

收稿日期2015-12-21

作者簡(jiǎn)介高菲(1987- )，女，吉林松原人，助理工程師，從事氣象影視業(yè)務(wù)研究。

中圖分類號(hào)S 16

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)02-216-03