ENSO事件對(duì)黑潮流域溫度場分布影響研究

蔣雯

(福州市海洋與漁業(yè)技術(shù)中心 福州 350007)

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ENSO事件對(duì)黑潮流域溫度場分布影響研究

蔣雯

(福州市海洋與漁業(yè)技術(shù)中心 福州 350007)

海洋對(duì)氣候的調(diào)節(jié)主要通過海洋溫鹽結(jié)構(gòu)的變化、海水的流動(dòng)以及海洋與大氣的交換來實(shí)現(xiàn)。海水的溫鹽場不僅是研究海面水汽和熱量交換的重要物理參數(shù)，也是海洋環(huán)流、水團(tuán)、海洋鋒、上升流和海水混合等海洋學(xué)研究的直觀指示量。文章利用SODA溫度數(shù)據(jù)資料，繪制1988-2007年黑潮區(qū)域的PN斷面溫度場圖，做出多年逐月平均分析、距平分析及EOF分解；通過對(duì)主要厄爾尼諾年和多年逐月的圖像進(jìn)行對(duì)比，分析黑潮溫度特殊變化特征及其與ENSO事件的關(guān)系，找到PN斷面海洋溫度場季節(jié)和年際分布變化特征，研究ENSO事件與黑潮的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

東海黑潮；厄爾尼諾；氣候變化；海洋溫度場

1 引言

ENSO事件指的是厄爾尼諾和拉尼娜事件，對(duì)全球的洋流和大氣環(huán)流都有巨大影響，從而在世界各地引起極端天氣(如洪水和干旱)，尤其是在厄爾尼諾事件發(fā)生當(dāng)年容易在西北太平洋形成威力強(qiáng)大的臺(tái)風(fēng)[1]。

中國東海是一個(gè)具有傾斜地形特征和開闊陸架的邊緣海，在其大陸架邊緣終年存在一支高溫、高鹽、高流速的強(qiáng)大海流——黑潮。黑潮及其分支直接參與東海和黃海的諸多水文現(xiàn)象，是大洋對(duì)陸緣淺海區(qū)環(huán)流的主要驅(qū)動(dòng)力[2]。

研究ENSO事件與黑潮溫度場分布變化之間的關(guān)系，直觀地反映出ENSO事件對(duì)中國東海洋流的影響，從海陸熱通量交換的角度解釋極端天氣的發(fā)生原因，不僅具有重要的科學(xué)價(jià)值，而且具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

PN 斷面從東海西北角長江口起始到東南角琉球群島結(jié)束，呈西北、東南走向(具體位置為西起 27°30′N、128°15′E，東至 30°30′N、124°30′E，與緯線方向成 37°交角)[3]。該斷面不但橫切沖繩海槽與黑潮主軸垂直，并跨越東海的幾個(gè)主要水團(tuán)(包含夏季高溫低鹽、冬季低溫低鹽的長江沖淡水，溫度介于16.0℃～23.0℃的臺(tái)灣暖流和溫度介于9℃～25℃的陸架混合水)，對(duì)研究東海黑潮的水文特征極具代表性[4]。

目前已有的對(duì)于ENSO事件和黑潮關(guān)系的研究多集中于對(duì)海表面溫度變化的分析研究，對(duì)于黑潮垂向剖面上多個(gè)流核的分布變化也僅是單一性的研究，未能與ENSO事件相結(jié)合。因此，本文以研究PN斷面溫度場變化與ENSO事件的關(guān)系為目的進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，得出一些結(jié)論。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)介紹

SODA海洋數(shù)據(jù)集由全球簡單海洋資料同化分析系統(tǒng)產(chǎn)生。該系統(tǒng)是由美國馬里蘭大學(xué)(University of Maryland)自20世紀(jì) 90年代初開始開發(fā)的，以為氣候研究提供一套與大氣再分析資料相匹配的海洋再分析資料為目的的分析系統(tǒng)[5]。本文采用的數(shù)據(jù)版本為 SODA2.0.2/2.0.4的月平均數(shù)據(jù)資料，全部由CARTON-GIESE的數(shù)據(jù)站點(diǎn)下載獲得，包括1988年 1月-2007年12月的SODA數(shù)據(jù)；水平覆蓋范圍為0.25—359.75°E、75.25°S—89.25°N，分辨率為0.5°×0.5°，垂直方向上的分辨率為不等間距共 40 層。

2.2 方法介紹

本文利用PN斷面的垂向剖面SODA海溫?cái)?shù)據(jù)，采用多年逐月平均分析、距平分析、EOF分解3種數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)剖面的月平均溫度場進(jìn)行規(guī)律性季節(jié)變化、年度變化和影響因子貢獻(xiàn)率的分析研究。

3 對(duì)PN斷面作多年逐月平均分析、距平分析和EOF分解

3.1 多年平均狀態(tài)

由1988—2007年P(guān)N斷面2月的平均溫度圖可以看出，在127.5°E附近的上層海洋存在一個(gè)高溫中心，其中心溫度高于22oC。由于受冬季盛行風(fēng)的攪拌作用，海水的對(duì)流混合加強(qiáng)，在陸架區(qū)溫度自海表到海底是均勻的，等值線基本保持垂直狀態(tài)[5]。在黑潮區(qū)溫度在150 m以淺也是均勻的，但溫度要高于陸架區(qū)；150 m以深溫度分層，等溫線基本保持水平方向，溫度隨深度的增加自20℃降低至10℃以下。另外在200 m以深的陸坡區(qū)，深等溫線出現(xiàn)由東南向西北的爬坡現(xiàn)象。

由1988—2007年P(guān)N斷面夏季的平均溫度圖可以看出，隨著太陽輻射的增強(qiáng)，表層水溫比冬季要高，最高可達(dá)29℃以上。陸架區(qū)的50 m左右出現(xiàn)溫躍層，整個(gè)斷面的溫度隨深度的增加從表層的29℃降低至800 m的6℃；在150 m以淺，斷面上的等溫線呈中部下凹、兩端上翹的曲線狀分布。在黑潮區(qū)的200 m以深處，等溫線由東南向西北傾斜，到陸坡區(qū)也出現(xiàn)等溫線由東南向西北的爬坡現(xiàn)象。

3.2 基于多年逐月距平的研究

通過對(duì)1988—2007年的PN斷面溫度資料進(jìn)行逐月距平場計(jì)算，并且繪制逐月距平圖。可以明顯發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象。

3.2.1 溫度偏高現(xiàn)象

1988年1—4月黑潮主軸溫度較平均溫度高0.5℃～1.5℃，出現(xiàn)深度較小。5月起這一現(xiàn)象消失。

1991年9月、10月和1992年12月—1993年2月主軸較平均溫度高0.5℃～1℃。從1990年開始赤道中太平洋海溫一直持續(xù)偏高長達(dá)5年之久，在此期間連續(xù)發(fā)生1991年5月—1992年 7月、1993年3—11月、1994年9月—1995年2月等3次厄爾尼諾事件[6]。可以得出，在厄爾尼諾事件發(fā)生前1～5個(gè)月內(nèi)PN斷面溫度場圖都顯示黑潮主軸及其周圍有溫度較多年平均偏高現(xiàn)象，但并不是黑潮水溫偏高后一定會(huì)發(fā)生厄爾尼諾事件。

2004年11月—2005年1月黑潮區(qū)域水溫都稍有偏高。2005年9月-2006年1月一直出現(xiàn)一個(gè)溫度偏高2℃、位置偏西、深度較淺的軸區(qū)。這一現(xiàn)象正好對(duì)應(yīng)2006年初夏醞釀、8月形成、2007年2月結(jié)束的弱厄爾尼諾事件，也屬于厄爾尼諾事件發(fā)生前黑潮水溫升高[7]的情況。

3.2.2 溫度偏低現(xiàn)象

1993年10月黑潮主軸溫度比平均溫度低1.5℃～2℃[8]，1993年 3—11月發(fā)生厄爾尼諾事件，這次水溫偏低的現(xiàn)象與厄爾尼諾事件同期發(fā)生，比厄爾尼諾晚開始6個(gè)月。

2000年10—12月和2002年10月-2002年12月黑潮主軸溫度明顯比同期平均溫度低2oC左右。2002年5月厄爾尼諾事件暴發(fā)、11月達(dá)到峰值，到12月熱帶大氣、海洋狀況仍表現(xiàn)為厄爾尼諾盛期特征，2003年1月起迅速減弱[9]。此次黑潮區(qū)域水溫較平均偏低的現(xiàn)象，晚于厄爾尼諾5個(gè)月開始并與其同時(shí)結(jié)束。

2006年8—10月黑潮核區(qū)溫度偏低1.5℃～2℃。這次黑潮區(qū)水溫偏低現(xiàn)象又與2006年初夏醞釀、8月形成、2007年2月結(jié)束的弱厄爾尼諾事件對(duì)應(yīng)，幾乎與厄爾尼諾同時(shí)開始但比其結(jié)束要早[10]。

3.2.3 黑潮流核異?，F(xiàn)象

1993年9—10月，1994年8—10月，2006年1月、6月、9月、10月黑潮雙核結(jié)構(gòu)非常明顯，且明顯可以看出西側(cè)流核溫度偏高、東側(cè)流核溫度偏低。

2002年8—9月黑潮雙核結(jié)構(gòu)十分明顯，西側(cè)軸溫度偏低、東側(cè)流核溫度偏高。

2000年10—11月、2005年8—9月黑潮都出現(xiàn)明顯的雙核結(jié)構(gòu)，前者兩核溫度都比平均偏低，而后者兩核溫度都比平均偏高[11]。

3.3 基于EOF分解的研究

通過對(duì)1988—2007年的PN斷面溫度資料進(jìn)行EOF分解，并且繪制第一至第五模態(tài)圖。其中第一、第二模態(tài)反映黑潮的季節(jié)變化特征，有明顯的規(guī)律性；第三、第四和第五模態(tài)則反映特殊年份黑潮溫度的變化特征。

3.3.1 第三模態(tài)

第三模態(tài)的方差貢獻(xiàn)是0.427%，時(shí)間變化周期并不規(guī)律，但基本為每年一次。表層海水升溫特別明顯的年份有1990年冬、1995年、2001年、2003年、2005年，與厄爾尼諾來臨時(shí)表層海水的升溫現(xiàn)象在時(shí)間上大體對(duì)應(yīng)[12]；100～150 m層有2個(gè)流核，溫度都偏低且位置較淺。

3.3.2 第四模態(tài)

第四模態(tài)的方差貢獻(xiàn)是0.204%，時(shí)間特征不規(guī)律，特別突出的是黑潮西側(cè)流核溫度偏高，東側(cè)流核溫度偏低年份是1994—1995年、2001年、2002年。在125.5—126°E有一個(gè)影響深度不足50 m的高溫表層流。

3.3.3 第五模態(tài)

第五模態(tài)的方差貢獻(xiàn)是0.126%，在2007年夏季黑潮西側(cè)流核溫度偏高而東側(cè)流核溫度偏低且東側(cè)流核向內(nèi)陸靠近的現(xiàn)象尤為突出，在遠(yuǎn)離陸地的東側(cè)100 m深及周圍區(qū)域有一個(gè)不太明顯的高溫核。該模態(tài)應(yīng)反映黑潮的三核結(jié)構(gòu)，但并非每年都會(huì)出現(xiàn)，2007年最為明顯，其次是2003年、1999年[13]。

4 結(jié)論

本文利用多年逐月平均分析、距平分析、EOF分解3種方法，分析PN斷面垂直剖面溫度場的變化，并對(duì)3種方法做出比較，結(jié)果表明：

(1)黑潮在東海的途徑終年比較穩(wěn)定，大致位于100 m或200 m層上的溫度水平梯度最大的地帶。黑潮年平均水溫在24℃～26℃，其中冬季為18℃～24℃，夏季可達(dá)22℃～30℃。由EOF分解的結(jié)果可以看出，對(duì)于PN斷面溫度場，太陽輻射和地形是最大的影響因素，黑潮的影響反而不足5% 。

(2)在厄爾尼諾暴發(fā)前1～5個(gè)月黑潮溫度較平均偏高，而在厄爾尼諾時(shí)期黑潮溫度較平均偏低，并且常常與厄爾尼諾同時(shí)開始出現(xiàn)卻提前結(jié)束。但并不是每次黑潮溫度升高后都會(huì)對(duì)應(yīng)一次厄爾尼諾事件發(fā)生，不能把其作為預(yù)報(bào)厄爾尼諾的標(biāo)準(zhǔn)參量。

(3)統(tǒng)計(jì)平均、距平分析與EOF分解都能反映出PN斷面上黑潮區(qū)域的溫度分布，如200 m以深的海水等溫線會(huì)在地形的脅迫下與大陸坡平行分布和黑潮的多核結(jié)構(gòu)等。EOF分解更加智能化，能夠用模態(tài)的形式分析出對(duì)PN斷面溫度場不同要素的影響程度(即方差貢獻(xiàn))；同時(shí)，有些在距平溫度場圖中反映不出的要素，如太陽輻射對(duì)表層水的影響、黑潮主要流核的常年影響范圍等，都能夠從EOF分解中反映出來。但是在分析PN斷面溫度場的多年平均狀態(tài)時(shí)，EOF分解得出的只是一種模態(tài)、不能反映季節(jié)性的變化，而距平分析就得到12個(gè)月的多年平均溫度圖，從而得到黑潮的季節(jié)性變化特征；此外，距平分析更直觀地反映黑潮雙核結(jié)構(gòu)自出現(xiàn)至結(jié)束的時(shí)間，而且不同年份溫度變化的大小也不同，從而可以和厄爾尼諾事件的發(fā)生時(shí)間進(jìn)行聯(lián)系，這一點(diǎn)單憑EOF分解的模態(tài)很難全面反映。

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The Connection between ENSO Events and the Temperature Distribution in the Kuroshio Basin

JIANG Wen

(Fuzhou ocean and Fishery Technology Center，F(xiàn)uzhou 350007，China)

The impact of the ocean to the climate is primarily led by the changes of ocean temperature，salinity，water flows and exchange between ocean and atmosphere.Seawater temperature and salinity is not only an important physical parameter in the research of the sea water vapor and heat exchange，but also a direct indicator of the sea flows，water masses，ocean front，upwelling and water mixed.In this paper，with the aim of specifying the connection of Kuroshio and ENSO events，temperature maps of PN section between 1988 and 2007 were drawn based on SODA database，by using MATLAB computer software and statistical methods，such as，linear fit analysis and EOF decomposition.Variation of the Kuroshio was analyzed and its correlation with ENSO events was discerned by comparing annual anomaly tempertature figures.

Kuroshio in East China sea，EL Nino，Climate change，Ocean temperature field

2016-04-25；

2016-08-10

蔣雯，助理工程師，研究方向?yàn)槲锢砗Ｑ螅娮有畔洌簃xtwen@126.com

P7

A

1005-9857(2016)10-0055-04