2014年東黃海海表溫度季節(jié)變化分析

化成君，伍玉梅，張 衡，崔雪森，楊勝龍

(中國水產(chǎn)科學研究院東海水產(chǎn)研究所漁業(yè)資源遙感信息技術(shù)重點開放實驗室，上海 200090)

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2014年東黃海海表溫度季節(jié)變化分析

化成君，伍玉梅，張 衡*，崔雪森，楊勝龍

(中國水產(chǎn)科學研究院東海水產(chǎn)研究所漁業(yè)資源遙感信息技術(shù)重點開放實驗室，上海 200090)

利用MODIS反演的海表溫度數(shù)據(jù)以及東黃海區(qū)表面溫度歷史數(shù)據(jù)等，對2014年在25°～40°N 、120°～128°E 范圍內(nèi)的東海及黃海部分海域表層水溫狀況進行了分析和研究。結(jié)果表明：1、2014年東黃海表層水溫的最大值約為35 ℃，于8月出現(xiàn)在臺灣西南沿岸，表層水溫的最小值于1 月出現(xiàn)在黃海北部為-2～-1 ℃；2、2014年東黃海表層水溫上半年長江口以北海域(包含長江口)的表層水溫偏高，長江口以南海域的海表溫度偏低，7～9月(夏季)長江口以南海域水溫偏高，長江口以北海域略有偏低，10～12月大部分海域水溫偏低；3、海表溫度梯度與常年相比變化不大，僅在冬季時，黃海暖流的暖水舌前鋒較常年的平均狀態(tài)略有偏北；4、研究海域在5～6月增溫最快，溫度上升迅速，是引發(fā)赤潮的重要原因之一。

東黃海； 海表溫度； 海表溫度異常； 海表溫度梯度

中國近海大陸架是目前漁業(yè)開發(fā)率最高的漁場之一，黃海、東海是位于我國近海大陸架上的邊緣海，在我國的海洋捕撈業(yè)中占據(jù)重要地位。影響漁場形成的海洋環(huán)境要素中，溫度是較為主要的影響因子，水溫的變化直接或間接地影響到魚類資源量的分布、洄游移動以及空間集群等，海表溫度也是漁場漁情分析應(yīng)用最為廣泛的海洋環(huán)境要素[1-3]。因此對東海及黃海部分海域表層水溫的年變化狀態(tài)進行研究，對研究漁場及漁業(yè)資源的變動有著十分重要的意義[4-7]。

對于特定區(qū)域海表溫度的變化，國內(nèi)外已有眾多學者開展過相關(guān)研究，Sunghyea等[8]分析了日本海區(qū)1985～2002年的溫度變化，得到該區(qū)域海溫的主要變化周期是3～7a；Tomoharu等[9]分析了日本西南海區(qū)山陰海岸的海表溫度變化，發(fā)現(xiàn)它存在著10a的變化周期；Juan等[10]研究了加利福尼亞灣的海表溫度變化，得到該海區(qū)的海溫變化在滯后SOI指數(shù)3～6個月的響應(yīng)顯著；鮑獻文等[11]等利用1990～1999年的AVHRR衛(wèi)星資料分析了黃海、渤海、東海3個海區(qū)的4個季節(jié)不同的變化特點；張秀芝等[12]對黃海、渤海、東海、南海的水溫進行了長時間序列的研究；伍玉梅等[13]分析了1985～2005年東海海表溫度的時空變化特征；沈建華等[2,5,14-15]分析了2003～2006年每年的海表溫度變化。還有其他學者也對此進行了相關(guān)的研究，得到了一些有意義的結(jié)果[16-20]。目前有關(guān)東黃海的研究主要是海表溫度的長時間序列變化，本文側(cè)重于分析特定年份的海表溫度異常變化等。

本文利用遙感反演的海表溫度數(shù)據(jù)對2014年在25°～40°N 、120°～128°E 范圍內(nèi)的東海及黃海部分海域表層水溫狀況進行了初步的分析和研究。分析了東黃海不同水團2014年溫度狀況變化情況，并與多年平均狀態(tài)進行了比較，對一些海域的相同時期的溫度進行年間比較等，以期對2014年東黃海海表溫度狀況的特點有較全面的認識。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究所用的數(shù)據(jù)主要是MODIS數(shù)據(jù)反演的海表溫度數(shù)據(jù)以及東黃海區(qū)表面溫度歷史數(shù)據(jù)等。海表溫度是美國NASA水色遙感網(wǎng)提供的MODIS三級反演產(chǎn)品(http://oceandata.sci.gsfc.nasa.gov/)，空間分辨率均為4 km×4 km，海表溫度的月平均數(shù)據(jù)反映了研究海域海表溫度逐月分布狀況。海表溫度的氣候態(tài)數(shù)據(jù)為2003～2012年按月的月平均數(shù)據(jù)，為美國NASA水色遙感網(wǎng)提供的MODIS三級反演產(chǎn)品，空間分辨率均為4 km×4 km。

研究海域及各水體代表區(qū)域位置如圖1所示。

圖1 研究海域范圍及各水體代表區(qū)域位置Fig.1 The research area and representative field of each water mass

1.2 海表溫度距平計算

海表溫度距平為一系列平均海表溫度(日平均、月平均等)與氣候態(tài)海表溫度的差值。本文指某年某月的月平均海表溫度與氣候態(tài)的月平均海表溫度的差值。各代表區(qū)域的海表溫度異常為代表區(qū)域所在位置(圖1)的海表溫度距平的平均值。

1.2 海表溫度水平梯度計算

海表溫度水平梯度反應(yīng)了水平空間的溫度變化率，而溫度變化率較大的地方往往是各水團相接的邊緣，反應(yīng)了水團位置的變化[21]。海表溫度梯度可用下述公式進行計算：

(1)

1.3 海表溫度時間梯度計算

海表溫度時間梯度(海表溫度變化率)是指海表面溫度在一定時間尺度下升高或降低的幅度?？捎上率竭M行計算：

(2)

其中，Tgrad為海表溫度在時間上的梯度，T(t)為第t天的海表溫度，T(t+Δt)為第t+Δt天的海表溫度，T(t)和T(t+Δt)的單位為℃，Δt為時間尺度，單位：月。

2 2014年東黃海海表溫度狀況

2.1 海表溫度基本概況

東黃海位于亞熱帶至溫帶海域，其沿岸海域的表層水溫顯示出明顯的北半球亞熱帶和溫帶特色，四季分明，溫度變化明顯。由于研究海域主要受黑潮暖流和中國沿岸流、長江沖淡水以及大陸氣溫等因素的綜合影響，所以海表面溫度變化較大[14-15,22]。2014年東黃海表層水溫的最大值約為35℃左右，于8月出現(xiàn)在臺灣西南沿岸(圖4b)，表層水溫的最小值于1 月出現(xiàn)在黃海北部，約為-2～-1 ℃(圖2a)。

根據(jù)東海區(qū)海洋季節(jié)的劃分，冬季為1～ 3月，春季為4～ 6月，夏季為7～ 9月，秋季為10～ 12月。

冬季海表溫度較低(圖2)，黃海海表面溫度為5～ 14 ℃，東海東北部海域水溫為11～17 ℃，臺灣以東海表溫度變化較小，保持在23～26 ℃，這時東黃海的南北溫差是一年中最大的，2 月可達18 ℃，冬季黃海溫度分布的最大特點是在海域中部出現(xiàn)明顯向北延伸的暖水舌，東海溫度分布的最大特點是呈現(xiàn)東南-西北方向的梯度分布，東部海域的溫度，明顯高于同緯度的西部海域。

圖2 冬季(1～3月)東黃海海表溫度狀況((a)1月；(b)2月；(c)3月)Fig.2 The SST of East the Yellow Sea in winter(From January to March)( (a) January,(b) February,(c) March)

春季是冬季型溫度分布向夏季型溫度分布的過渡時期(圖3)，黃海暖流的暖水舌已減弱，長江沖淡水開始增強[11,23-24]。黃海開始呈現(xiàn)出西部水溫高于東部的現(xiàn)象，西部水溫大約為11～23 ℃，東部沿岸海域溫度為8～20 ℃，東海中北部海溫呈現(xiàn)W狀分布，長江口、杭州灣附近海域水溫達23 ℃左右，浙閩沿岸水溫為15～26 ℃，黑潮區(qū)水溫為23～29 ℃。

圖3 春季(4～6月)東黃海海表溫度狀況((a)4月；(b)5月；(c)6月)Fig.3 The SST of East the Yellow Sea in spring (From April to June)( (a) April,(b) May,(c) June)

夏季(圖4)，高氣溫和強烈的海氣熱交換使表層水溫升高，黃海海域表層水溫約為23～26 ℃，東海海域表層水溫都高于26 ℃。

圖4 夏季(7～9月)東黃海海表溫度狀況((a)7月；(b)8月；(c)9月)Fig.4 The SST of East the Yellow Sea in summer (From July to September)( (a) July,(b) August,(c) September)

秋季海表溫度開始下降，黃海海域海表溫度呈現(xiàn)出沿岸低、外海高的狀態(tài)，東海的東部比西部水溫略高(圖5)，以11月為例(圖5b)，最低水溫出現(xiàn)在黃海北岸，為11～14 ℃，東海東部水溫約為20～26 ℃，西部約為17～23 ℃。

圖5 秋季(10～12月)東黃海海表溫度狀況((a)10月；(b)11月；(c)12月)Fig.5 The SST of East the Yellow Sea in autumn (From October to December)( (a) October,(b) November,(c) December)

2.2 海表溫度距平

冬季(圖6)，黃海和東海北部海域海表溫度與多年平均溫度相比偏高，尤其是沿岸海域，水溫偏高約0.5～1 ℃，東海中南部海域海表溫度偏低，黑潮暖流海域水溫偏低約1 ℃。

圖6 冬季(1～3月)東黃海海表溫度距平((a)1月；(b)2月；(c)3月)Fig.6 The SSTA of East the Yellow Sea in winter(From January to March)( (a) January,(b) February,(c) March)

春季的海表溫度和多年平均溫度相比(圖7)，黃海海域水溫依然偏高，東海中部海域偏低，4月(圖7a)，黃海和東海北部海域的水溫偏高幅度最大，平均偏高約1.5 ℃，5、6月(圖7b、圖7c)偏高幅度逐漸降低，而東海水溫偏低的海域面積逐漸擴大。

圖7 春季(4～6月)東黃海海表溫度距平((a)4月；(b)5月；(c)6月)Fig.7 The SSTA of East the Yellow Sea in spring (From April to June)( (a) April,(b) May,(c) June)

夏季(圖8)，黃海南部和東海北部海域表層水溫偏低，8月份水溫偏低約為1 ℃，黃海北部和東海南部海域水溫偏高，和多年平均溫度相比偏高大約1 ℃。

圖8 夏季(7～9月)東黃海海表溫度距平((a)7月；(b)8月；(c)9月)Fig.8 The SSTA of East the Yellow Sea in summer (From July to September)( (a) July,(b) August,(c) September)

秋季的海表溫度和多年平均溫度相比(圖9)，10月份黃海北部和東海北部海域水溫偏低，11月黃海南部的東西沿岸海域水溫略有偏高，東海北部外海海域水溫依然偏低，12月幾乎整個海域海表溫度都偏低，尤其是長江口附近海域。

圖9 秋季(10～12月)東黃海海表溫度距平((a)10月；(b)11月；(c)12月)Fig.9 The SSTA of Eastthe Yellow Sea in autumn (From October to December)( (a) October,(b) November,(c) December)

將整個海域以長江口為界分成南北兩個海域(北部海域包括長江口)分析各代表區(qū)域的海表溫度異常情況，如圖10所示，上半年長江口以北海域的表層水溫偏高，長江口以南海域的海表溫度偏低，7～9月(夏季)長江口以南海域水溫偏高，長江口以北海域略有偏低，10～12月大部分海域水溫偏低。

圖10 各代表區(qū)域逐月海表溫度距平Fig.10 The monthly SSTA of representative field of each water mass

2.3 海表溫度水平梯度

冬季(圖11)，在東海的西側(cè)沿岸存在一個受臺灣暖流影響而產(chǎn)生的暖水舌，指向長江口外，東北部存在一個受對馬暖流和黃海暖流影響的暖水舌，向西北方向伸展[25-26]。后者暖水舌前鋒，較常年的平均狀態(tài)偏北，達到35°N附近，而多年平均狀態(tài)下的此暖水舌前鋒到達34°N附近。在兩個暖水舌中間存在一個指向東南方的冷水舌，且一直延伸到長江口的外海。

春季(圖12)，黃海中部向西北延伸的暖水舌逐漸消失，黃海西南部與長江口外海的冷水舌亦逐漸減弱，浙閩沿岸流向北回退，到夏季變成沿岸向北，與臺灣暖流流向一致。

夏季(圖13)，海域的流系分布較為復(fù)雜，沿岸流水系基本消失，黃海冷水團開始盤踞在黃海海域，長江口附近海域出現(xiàn)夏季上升流，長江徑流量也達到了一年中最大的狀態(tài)。但由于強烈的太陽輻射，整個海區(qū)表層溫度分布趨于一致，溫度梯度較小，所以海表溫度的分布已經(jīng)不能反映流系的變化[27-30]。

圖11 冬季(1～3月)東黃海海表溫度水平梯度((a)1月；(b)2月；(c)3月)Fig.11 The sea surface temperature gradient in horizontal direction of East the YellowSea in winter(From January to March)( (a) January,(b) February,(c) March)

圖12 春季(4～6月)東黃海海表溫度水平梯度((a)4月；(b)5月；(c)6月)Fig.12 The sea surface temperature gradient in horizontal direction of East the Yellow Sea in spring (From April to June)( (a) April,(b) May,(c) June)

圖13 夏季(7～9月)東黃海海表溫度水平梯度((a)7月；(b)8月；(c)9月)Fig.13 The sea surface temperature gradient in horizontal direction of East the Yellow Sea in summer (From July to September)( (a) July,(b) August,(c) September)

秋季，海表溫度水平梯度和夏季相比明顯增大，長江沖淡水已經(jīng)減弱。從圖14可以看出，黃海沿岸流和閩浙沿岸流逐漸增強，黑潮暖流也開始在溫度分布上反應(yīng)出來。

2.4 海表溫度時間梯度

冬季，海表溫度變化幅度相對較小，由圖15可以看出，1～2月溫度變化不大，2～3月黃海沿岸海域，溫度上升2～3 ℃。

圖15 冬季東黃海海表溫度時間梯度((a)1～2月；(b)2～3月)Fig.15 The sea surface temperature gradient in time direction of East the Yellow Sea in winter ( (a) January to February,(b) February to March)

春季(圖16)，表層水溫分布由冬季型向夏季型過渡，整個海域水溫上升迅速，黃海海域平均增幅可達10℃以上，長江口、杭州灣附近以及浙閩沿岸海域增溫也較快，但各暖流海域增溫較慢。

圖16 春季東黃海海表溫度時間梯度((a)3～4月；(b)4～5月；(c)5～6月)Fig.16 The sea surface temperature gradient in time direction of East the Yellow Sea in spring ( (a) March to April,(b) April to May,(c) May to June)

夏季(圖17)，6～7月東海北部海域水溫升高較快，7～8月水溫較為穩(wěn)定，達到了一年中水溫最高的時候，8～9月黃海北部及沿岸海域、長江口和杭州灣海域水溫開始有所下降。

圖17 夏季東黃海海表溫度時間梯度((a)6～7月；(b)7～8月；(c)8～9月)Fig.17 The sea surface temperature gradient in time direction of East the Yellow Sea in summer ( (a) June to July,(b) July to August,(c) August to September)

秋季是各海域溫度由夏季型分布向冬季型分布的過渡期，也是海表溫度下降最快的季節(jié)(圖18)，9～10月整個海域表層水溫都略有下降，其中黃海北部海域溫度下降較快；10～11月黃海和東海北部海域水溫繼續(xù)緩慢下降，東海東南部海域海表溫度保持穩(wěn)定，11～12月黃海海域水溫大幅度下降，長江口和杭州灣海域溫度下降也比較明顯，而各暖流海域水溫比較穩(wěn)定，沒有明顯下降。

圖18 秋季東黃海海表溫度時間梯度((a)9～10月；(b)10～11月；(c)11～12月)Fig.18 The sea surface temperature gradient in time direction of East the Yellow Sea in autumn ( (a) September to October,(b) October to November,(c) November to December)

3 討論

2014年整個研究海域呈現(xiàn)出春夏季較高，秋冬季較低的態(tài)勢，上半年(1～6月)，研究區(qū)域以長江口為界，北部海域(包含長江口)表層水溫較常年偏高，南部海域(不含長江口)較常年略有偏低，夏季(7～9月)，北部海域表層水溫偏低，南部海域略有偏高，秋季(10～12月)，幾乎整個研究海域海表溫度較常年偏低。

有資料顯示，2014年拖網(wǎng)大面定點調(diào)查(26°30′N～35°N)資源狀況與2013年相比，休漁前總體資源密度明顯上升，開捕前較2013年同期下降，可能由于休漁期間(6月1日～9月16日)該區(qū)域大部分海域海溫偏低所致[31-33]。

海表溫度的空間梯度具有十分重要的意義，例如溫躍層、上升流、溫度鋒面等，但是海表溫度在時間上的梯度同樣重要，例如，春季如果海表溫度上升過快，在適宜的條件下容易引發(fā)赤潮和綠潮。據(jù)統(tǒng)計，2014年5月，我國全海域赤潮發(fā)生次數(shù)和面積都是一年中最大的，而2014年各海域在5～6月增溫最快，可以看出溫度上升迅速，是引發(fā)赤潮的重要原因之一[34]。

2015年6月開始出現(xiàn)顯著的厄爾尼諾現(xiàn)象，此時幾乎整個研究海域海表溫度都較常年偏低，有研究表明，在厄爾尼諾發(fā)生的前一年或當年，東黃海沿岸海域的海表溫度降低，因此研究海域海溫偏低的現(xiàn)象可能由厄爾尼諾現(xiàn)象引起[35-37]。

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Analysis on the seasonal variability of sea surface temperature in the East the Yellow Sea in 2014

HUA Cheng-jun, WU Yu-mei, ZHANG Heng*, CUI Xue-sen, YANG Sheng-long

(KeyLaboratoryofFisheriesResourcesRemoteSensingandInformationTechnologyResources,EastChinaSeaFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,Shanghai200090,China)

Sea surface temperature(SST) of East the Yellow Sea(EYS) in 2014 retrieved from MODIS and history data were used to analyze the distribution ofSSTin the region of 25°～40°N, 120°～128°E. The results showed that: a) The maximumSSTof EYS in 2014 was about 35 ℃, and it appeared in the southwest coast of Taiwan in August. The minimumSSTof EYS in 2014 was -2～-1 ℃, and it appeared in north Yellow Sea in January. b)SSTwas higher than normal year in the north of EYS (demarcated by the Yangtze river estuary, the Yangtze river estuary area included) while it was lower in the south of EYS(demarcated by the Yangtze river estuary, the Yangtze river estuary area not included) in the first half of 2014.SSTwas higher than normal year in the south of EYS in summer (July to September) while it was lower in the north of EYS.SSTwas lower than normal year in most of the research area from October to December. c)SSTgradient approached to normal yeaer, with the exception that the warm water tongue of the Yellow Sea warm current moved slightly northwards during the winter. d)SSTrose rapidly in the research area in May and June, and it might be one of the major reasons for the outbreak of algal blooms.

East China Sea; sea surface temperature (SST); sea surface temperature anomalies (SSTA); sea surface temperature gradients.

2095-3666(2016)03-0193-13

10.13233/j.cnki.fishis.2016.03.007

2016-06-17

2016-07-22

上海市“科技創(chuàng)新行動計劃”社會發(fā)展領(lǐng)域項目(12231203901)；國家科技支撐計劃項目(2013 BAD13B01、2013BAD13B06)；農(nóng)業(yè)部南海漁業(yè)資源開發(fā)利用重點實驗室開放課題(LSF2012-01)

化成君 ( 1987- )，女，碩士，助理研究員，主要從事漁業(yè)遙感研究。E-mail: huacj4096@126.com

張 衡，博士，副研究員。E-mail: zhangziqian0601@163.com

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