21世紀(jì)海上絲綢之路海表溫度異常與氣候變率的相關(guān)性初探

齊慶華，蔡榕碩

(1.國(guó)家海洋局第三海洋研究所 廈門 361005；2.國(guó)家海洋局海洋-大氣化學(xué)與全球變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廈門 361005)

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21世紀(jì)海上絲綢之路海表溫度異常與氣候變率的相關(guān)性初探

齊慶華1,2，蔡榕碩1,2

(1.國(guó)家海洋局第三海洋研究所 廈門 361005；2.國(guó)家海洋局海洋-大氣化學(xué)與全球變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廈門 361005)

區(qū)域性海洋系統(tǒng)及其環(huán)境要素(尤其是海表溫度等)受到局地和其他不同時(shí)空尺度氣候變率的交互影響，加之全球變暖背景下，區(qū)域氣候和海洋變化、變率及災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的不確定性會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)，因而分析其間的凈相關(guān)性是研究海洋環(huán)境要素變化機(jī)制機(jī)理和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的重要前提。文章選取主要的海洋、大氣變率和遙相關(guān)型，在一定程度濾除干擾信號(hào)后，分析探討各氣候變率對(duì)21世紀(jì)海上絲綢之路沿途海區(qū)(簡(jiǎn)稱絲路海區(qū))海表溫度異常變化的相關(guān)性特征和差異。通過(guò)分析可為我國(guó)有關(guān)氣候變化下區(qū)域海洋環(huán)境響應(yīng)、預(yù)報(bào)減災(zāi)研究和決策以及海洋環(huán)境安全保障提供新的依據(jù)和科技支撐。

海表溫度；氣候變率；溫度梯度；海洋環(huán)境安全；21世紀(jì)海上絲綢之路

圖1 1950—2015年間絲路海區(qū)海表溫度線性改變量 數(shù)據(jù)來(lái)源：HadISST.

海洋作為氣候系統(tǒng)的主要組成部分，是氣候變化的重要調(diào)節(jié)器，也是人類生存和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略資源基地。我國(guó)地處東亞大陸東南隅，氣候受來(lái)自印度洋，我國(guó)渤海、黃海、東海和南海以及西太平洋等周邊海域熱力狀況的巨大影響。該海域是我國(guó)21世紀(jì)海上絲綢之路戰(zhàn)略實(shí)施的主戰(zhàn)場(chǎng)，即“絲路海區(qū)”(圖1)。絲路海區(qū)不僅是影響我國(guó)氣候異常的關(guān)鍵區(qū)[1]，也是深入理解和認(rèn)識(shí)海洋環(huán)境預(yù)報(bào)減災(zāi)以及氣候變化區(qū)域響應(yīng)和應(yīng)對(duì)研究的重點(diǎn)海域，主要任務(wù)涉及海洋與氣候變化研究與預(yù)測(cè)、海洋災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估以及減災(zāi)防災(zāi)決策服務(wù)和海洋環(huán)境安全保障體系建立等[2]。上述科學(xué)與實(shí)際問題的解決是保障21世紀(jì)海上絲綢之路建設(shè)實(shí)施和發(fā)展的必然要求，迫切需要開展相關(guān)的基礎(chǔ)應(yīng)用研究。絲路海區(qū)的海洋-大氣-陸地相互作用強(qiáng)烈而復(fù)雜，這里有世界上范圍最廣、海表溫度最高的西太平洋暖池區(qū)[3-5]，太平洋強(qiáng)西邊界流系將低緯度能量輸送到中高緯度[6-7]，亞澳3大季風(fēng)系統(tǒng)也在此交匯[8-9]，這些海洋大氣系統(tǒng)不僅交互影響，而且還受其他氣候變率遙相關(guān)過(guò)程的調(diào)配，進(jìn)而對(duì)周邊地區(qū)氣候及異常變化起著關(guān)鍵性作用。其中，印度洋偶極子(Indian Ocean Dipole，IOD)、ENSO(El Nio-South Oscillation)和太平洋10年期振蕩(PDO)是印度洋和太平洋(印-太)海域主要的海洋變率[10-12],更是我國(guó)海洋預(yù)報(bào)減災(zāi)研究的重點(diǎn)。此外，Nitta[13]發(fā)現(xiàn)存在于菲律賓附近的對(duì)流活動(dòng)激發(fā)的東亞-太平洋相關(guān)型(EAP型)，其對(duì)太平洋和我國(guó)近海海洋環(huán)境均有明顯影響[14-15]。而如北大西洋濤動(dòng)(NAO)和北極濤動(dòng)(AO)等大氣遙相關(guān)型與印-太海洋變率間可能存在相互作用關(guān)系[16]，進(jìn)而對(duì)絲路海區(qū)海洋環(huán)境的變化產(chǎn)生聯(lián)合作用。由于氣候變化背景下局地氣候變率和遙相關(guān)型的交互影響，絲路海區(qū)海洋環(huán)境變化具有一定的復(fù)雜性，尤其是影響海表溫度變化的熱動(dòng)力過(guò)程更為復(fù)雜，而認(rèn)清各種氣候變率與絲路海區(qū)海洋環(huán)境，尤其是熱力環(huán)境變化的凈相關(guān)性，是研究海洋環(huán)境變化及其成因機(jī)理(包括強(qiáng)迫因子、影響途徑和作用貢獻(xiàn)等)乃至最終達(dá)到預(yù)報(bào)減災(zāi)目的的根本前提。目前關(guān)于絲路海區(qū)海洋環(huán)境要素與氣候變率的相關(guān)性和作用關(guān)系的研究已較多，本研究不再贅述。但有關(guān)研究大多缺乏對(duì)各時(shí)間尺度氣候變率之間相關(guān)關(guān)系和貢獻(xiàn)的辨識(shí)，由于各變率間可能存在一定的關(guān)聯(lián)性，如不從一定程度剔除其他變率信號(hào)的干擾，所得的關(guān)聯(lián)性可能更多是一種綜合疊加效果，而非純粹相關(guān)關(guān)系(如偏相關(guān)分析所指的凈相關(guān)關(guān)系)，這給歸因分析帶來(lái)一定影響，即無(wú)法判斷關(guān)聯(lián)性來(lái)自于哪種變率或各自的作用貢獻(xiàn)如何。從研究對(duì)象和尺度配置而言，作為背景場(chǎng)的氣候變率可以不考慮其與其他變率信號(hào)的關(guān)系，而以某個(gè)變率為主體的診斷研究則需剔除其他變率信號(hào)的影響，這對(duì)于厘清海洋系統(tǒng)內(nèi)相互作用以及與外界強(qiáng)迫的關(guān)系至關(guān)重要，也是當(dāng)前提升氣候模式預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)水平的難點(diǎn)之一[17]。眾所周知，海表溫度是氣候和海洋環(huán)境變化預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和減災(zāi)防災(zāi)工作中的關(guān)鍵指標(biāo)，作為初步嘗試，本研究擬側(cè)重相關(guān)性分析的技術(shù)方法及應(yīng)用,從季風(fēng)、海洋變率和大氣遙相關(guān)型入手，基于氣候變化背景下氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率的交互影響，在一定程度(有限但必要)濾除其他干擾信號(hào)后，重新審視和探討其與絲路海區(qū)海表溫度年際和年代際異常變化的相關(guān)性特征等，以期為我國(guó)有關(guān)海洋環(huán)境變化的診斷預(yù)報(bào)和減災(zāi)防災(zāi)提供必要的科學(xué)依據(jù)。

1 資料和方法

1950年1月至2015年12月的月平均地表溫度主要取自英國(guó)氣象局Hadley中心的海表溫度再分析數(shù)據(jù)和英國(guó)環(huán)境數(shù)據(jù)分析中心的陸表氣溫再分析數(shù)據(jù)?；谟绊懡z路海區(qū)氣候和海洋環(huán)境預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的主要?dú)夂蛞蜃樱x取各變率指標(biāo)和指數(shù)序列(表1)，包括主要的年際、年代際海洋變率，大氣遙相關(guān)型和季風(fēng)變化等，其中ENSO指標(biāo)以及AO、NAO和PNA指數(shù)均取自NOAA氣候預(yù)測(cè)中心網(wǎng)站。需要指出的是，目前針對(duì)各氣候變率的指標(biāo)指數(shù)較多，文中氣候變率的選擇并非全面，其指標(biāo)指數(shù)的選擇也沒有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，主要從數(shù)據(jù)源(包括時(shí)間序列的連續(xù)性等)、權(quán)威性和普適程度等方面考慮；同時(shí)，由于主要關(guān)注氣候變率之間的交互作用,包括聯(lián)合協(xié)同作用以及抵消作用對(duì)環(huán)境要素變化相關(guān)性的影響，從技術(shù)方法角度考慮，指標(biāo)指數(shù)的選擇范圍和條件并不影響本研究分析結(jié)論。本研究主要利用統(tǒng)計(jì)相關(guān)分析方法探討主要海洋、大氣變率與絲路海區(qū)海表溫度的年際和年代際尺度變化上的線性相關(guān)性，同時(shí)采用回歸分析方法濾除其他變率信號(hào)。

表1 1950—2015年各類氣候變率指標(biāo)、指數(shù)相關(guān)系數(shù)

注：**表示各相關(guān)系數(shù)通過(guò)99%的顯著性檢驗(yàn)；*表示各相關(guān)系數(shù)通過(guò)95%的顯著性檢驗(yàn)。

相關(guān)分析表明(表1)，本研究選取的所有變率指標(biāo)均與其他某個(gè)或某些變率之間存在顯著相關(guān)，其中ENSO指標(biāo)作為我國(guó)預(yù)報(bào)減災(zāi)的重點(diǎn)，其相關(guān)范疇最廣，有4個(gè)相關(guān)指標(biāo)；而印度洋偶極子和北大西洋濤動(dòng)的相關(guān)范圍則較小，主要分別與ENSO和北極濤動(dòng)相關(guān)，因此在探討其與絲路海區(qū)海表溫度異常變化的相關(guān)性時(shí)對(duì)其他變率信號(hào)的干擾應(yīng)予以濾除。下文均以上述得到的各變率的相關(guān)性為基礎(chǔ)，先對(duì)各指標(biāo)序列進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后就某一變率的原始指標(biāo)減去通過(guò)回歸分析得到的其他變率在該變率中的信號(hào)，以達(dá)到對(duì)其他干擾信號(hào)的濾除；同時(shí)為消除全球變化的影響(圖1)，首先對(duì)各物理量和指標(biāo)序列作去傾處理，然后進(jìn)行相關(guān)分析。此外，南海夏季風(fēng)與東亞夏季風(fēng)具有高度相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為0.898)，而南海夏季風(fēng)作為東亞夏季風(fēng)的肇始，與我國(guó)雨型及旱澇等災(zāi)害分布密切相關(guān)[9,24]。限于篇幅，在季風(fēng)指數(shù)、局地海洋變率和遙相關(guān)型等氣候變率中，本研究主要圍繞南海夏季風(fēng)、ENSO、PDO和AO與絲路海區(qū)海表溫度的相關(guān)關(guān)系特征進(jìn)行探討。

需要指出的是，相關(guān)關(guān)系是變量(要素)間不確定的依存關(guān)系，必須在一定的物理等意義下統(tǒng)籌考慮，才能認(rèn)識(shí)和理解相關(guān)關(guān)系背后的機(jī)制機(jī)理；相關(guān)關(guān)系和機(jī)制機(jī)理本身具有復(fù)雜性，而認(rèn)識(shí)相關(guān)性是研究事物變化機(jī)制機(jī)理的根本前提，尤其本研究以相關(guān)性分析的技術(shù)方法及應(yīng)用為側(cè)重點(diǎn)，因此關(guān)于相關(guān)性首先提出以下概念。在涉及第三方C(可能為要素或變率集合)的影響下，分析要素A與變率B的相關(guān)性主要考慮3種類型(圖2)：①直接相關(guān)；②間接(遞接)相關(guān)；③協(xié)應(yīng)(對(duì)接)相關(guān)，即A和B沒有直接和間接關(guān)系，而是共同對(duì)C作出響應(yīng)。需要注意的是，實(shí)際的相關(guān)要復(fù)雜得多，一般A和B二者的相關(guān)主要看作3種相關(guān)的疊加，而上述對(duì)各要素的去傾處理則是消除第三種相關(guān)的影響。通常，研究中采用的偏相關(guān)分析是針對(duì)如圖2(a)所示的情況，即如果A和C也存在相關(guān)(②存在的情況下)，對(duì)A和B的相關(guān)性則可用偏相關(guān)分析。本研究主要關(guān)注第一種和第二種相關(guān)，目的在于找到要素和變率間的直接關(guān)系或作用通道，從而為分析探討要素變化背后的機(jī)理以及對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供必要的科學(xué)依據(jù)。

圖2 相關(guān)類型示意(箭頭和連線表示作用關(guān)系和途徑)

2 南海夏季風(fēng)與絲路海區(qū)海表溫度異常變化的相關(guān)性

首先對(duì)南海夏季風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)與絲路海區(qū)海表溫度異常作相關(guān)分析(簡(jiǎn)稱原始相關(guān))，然后將濾除南亞夏季風(fēng)信號(hào)的南海夏季風(fēng)指數(shù)與絲路海區(qū)海表溫度異常作相關(guān)分析(簡(jiǎn)稱濾波相關(guān))，最后將濾除南亞夏季風(fēng)信號(hào)的南海夏季風(fēng)指數(shù)與絲路海區(qū)海表溫度異常作時(shí)滯相關(guān)分析(簡(jiǎn)稱時(shí)滯相關(guān))(圖3)。原始相關(guān)分析表明，南海夏季風(fēng)主要與熱帶的西南印度洋、中太平洋以及包括我國(guó)近海、日本海以及日本以東的北太平洋3個(gè)海域的海表溫度呈正相關(guān)關(guān)系，而與南海中部、珊瑚海等海域存在負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖3(a))。比較而言，濾除信號(hào)后，正相關(guān)區(qū)域的范圍均有明顯縮小，其中我國(guó)近海海域的正相關(guān)關(guān)系已不明顯，而日本以東的北太平洋海域正相關(guān)范圍變化較?。欢叩呢?fù)相關(guān)區(qū)域范圍擴(kuò)大，其中珊瑚海的負(fù)相關(guān)區(qū)域擴(kuò)大至澳洲北部東西兩側(cè)的大范圍海域?？梢钥闯?，由于南亞夏季風(fēng)參與影響，南海夏季風(fēng)與絲路海區(qū)海表溫度正相關(guān)區(qū)域范圍擴(kuò)大，而負(fù)相關(guān)區(qū)域則相對(duì)減少(圖3(b))。時(shí)滯相關(guān)分析表明，前期主要是20°N以北的北太平洋海域海表溫度對(duì)南海夏季風(fēng)可能存在正相關(guān)影響(圖3(c))，而后期南海夏季風(fēng)則可能對(duì)我國(guó)近海及澳洲北部等大范圍海域存在負(fù)相關(guān)影響(圖3(d))，這可能與季風(fēng)的增強(qiáng)會(huì)增加海氣熱通量的釋放有關(guān)。以上差異應(yīng)在南海夏季風(fēng)變化及影響的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中予以關(guān)注。

圖3 南海夏季風(fēng)與絲路海區(qū)海表溫度相關(guān)場(chǎng)

3 海洋年際、年代際變率與絲路海區(qū)海表溫度異常變化的相關(guān)性

ENSO(主要指暖事件)與絲路海區(qū)海表溫度異常的原始相關(guān)性分析表明，其主要與我國(guó)南海和印度洋海表溫度呈正相關(guān)關(guān)系，而與熱帶西太平洋海域海表溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖4(a))。濾除信號(hào)后，除印度洋外，二者的正相關(guān)區(qū)域擴(kuò)大到包括我國(guó)近海及以北太范圍的西北太平洋海域；同時(shí)赤道以北的熱帶西太平洋負(fù)相關(guān)區(qū)域相關(guān)性更加明顯，赤道以南有所減弱(圖4(b))。時(shí)滯相關(guān)分析表明，前期印度洋和熱帶(20°S～20°N)西太平洋分別與ENSO呈反位相相關(guān)關(guān)系(圖4(c))，大尺度的環(huán)流系統(tǒng)和局地反饋可能是ENSO爆發(fā)的前提，這方面的研究仍有待深入，如中東太平洋的西風(fēng)異常(爆發(fā))與ENSO的關(guān)聯(lián)性等；ENSO對(duì)后期絲路海區(qū)海表溫度的影響主要體現(xiàn)在ENSO發(fā)生后可能對(duì)包括我國(guó)南海以及東印度洋海域海表溫度產(chǎn)生負(fù)相關(guān)影響，而對(duì)西印度洋，我國(guó)渤海、黃海、東海以及日本以東的北太平洋產(chǎn)生正相關(guān)影響(圖4(d))。

圖4 ENSO與絲路海區(qū)海表溫度異常相關(guān)場(chǎng)

從PDO與絲路海區(qū)海表溫度異常的原始相關(guān)分析結(jié)果可以看出(圖5(a))，在熱帶海域存在一定程度的ENSO信號(hào)，在濾除包括ENSO等變率的影響后，PDO對(duì)絲路海區(qū)海表溫度的相關(guān)關(guān)系呈現(xiàn)約以20°N和40°N為界的南北三極反位相相關(guān)關(guān)系(圖5(b))。時(shí)滯相關(guān)分析表明，前期西太平洋海域海表溫度異常與PDO呈正負(fù)相間的帶狀相關(guān)性分布(圖5(c))，而PDO對(duì)后期包括我國(guó)南海、印度洋和赤道中太平洋海表溫度呈現(xiàn)正相關(guān)影響，對(duì)20°N～40°N北太平洋海域海表溫度則呈負(fù)相關(guān)影響；我國(guó)渤海、黃海、東海對(duì)PDO的響應(yīng)不明顯，也可能與信號(hào)傳播和影響的時(shí)間尺度有關(guān)(圖5(d))。

圖5 PDO與絲路海區(qū)海表溫度異常相關(guān)場(chǎng)

4 北極濤動(dòng)與絲路海區(qū)海表溫度異常變化的相關(guān)性

北極濤動(dòng)是中緯度地區(qū)與極地間的一種遙相關(guān)振蕩，除日本海外，其與絲路海區(qū)海表溫度異常變化的相關(guān)性并不明顯(圖6(b))；而由于北大西洋濤動(dòng)和PDO等其他變率的影響，AO對(duì)包括我國(guó)渤海、黃海、東海和30°N以北的北太平洋海域海表溫度異常呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系(圖6(a))。時(shí)滯相關(guān)分析表明，前期40°N以北的北太平洋海域?qū)O可能存在主要的正相關(guān)影響，同時(shí)赤道以南的印度洋及鄰近海域海表溫度異常對(duì)AO也可能存在較弱的正相關(guān)影響(圖6(c))；AO的存在主要對(duì)我國(guó)南海、印度洋全海域海表溫度異常存在正相關(guān)影響(圖6(d))，這可能通過(guò)副熱帶高壓和西風(fēng)急流等大氣波列產(chǎn)生作用，具體影響機(jī)理需進(jìn)一步分析探討。

圖6 AO與絲路海區(qū)海表溫度異常相關(guān)場(chǎng)

5 討論

近幾十年來(lái)，全球變化以增溫為顯著特征[2]，而不同區(qū)域?qū)θ蜃兣捻憫?yīng)并非一致(圖7(a))。一般來(lái)說(shuō)，南極、北極、青藏高原(由于其隆起成為地球中低緯度地區(qū)唯一大面積進(jìn)入冰凍圈的地區(qū))以及赤道附近暖池區(qū)域被認(rèn)為是地球的4個(gè)極，主要對(duì)應(yīng)冷極和暖極[5]；在氣候變暖背景下，由于冰凍圈及其快速變化對(duì)全球和區(qū)域的氣候變化有至關(guān)重要的影響，作為冷極的極地地區(qū)和青藏高原被學(xué)者稱為全球和區(qū)域氣候變化的驅(qū)動(dòng)器和放大器，這里有關(guān)極地地區(qū)氣候變化的討論從略。另一方面，就全球海洋熱力狀況的平均態(tài)及其要素本身變化而言(圖7(a)、圖7(b))，熱力要素的梯度則體現(xiàn)為氣候變化響應(yīng)的放大器，梯度的大值區(qū)(圖7(c)中方格填充區(qū))成為對(duì)氣候變暖響應(yīng)的最顯著區(qū)，在海洋中主要位于我國(guó)東海和日本海、墨西哥灣流、南美洲及澳洲的東南部沿海等中高緯度區(qū)域；同時(shí)由于溫度梯度的存在，在同等響應(yīng)下(變化幅度相同)，中高緯度地區(qū)的氣候變化速度較小，而低緯度地區(qū)的變化速度較大(圖7(c)中斜線填充區(qū))，進(jìn)而表明溫度梯度在全球氣候變化一致性和氣候變化區(qū)域響應(yīng)的非均勻性上起著關(guān)鍵性作用，尤其是在氣候變化區(qū)域響應(yīng)上充分體現(xiàn)放大器的效用。更重要的是，區(qū)域性和局地氣候因子及其變率不僅交互影響，而且還制約著氣候平均態(tài)的構(gòu)成，從而進(jìn)一步調(diào)控全球變化和氣候區(qū)域響應(yīng)特征。

圖7 1950—2015年間全球(不包括極地及 鄰近區(qū)域)地表溫度氣候特征

鑒于全球氣候變化的一致性和氣候變化區(qū)域響應(yīng)的非均勻性，區(qū)域性氣候和海洋環(huán)境變化研究及其預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)更具現(xiàn)實(shí)意義。加之全球變暖背景下，區(qū)域氣候和海洋變化變率(尤其是急轉(zhuǎn)和突變等)及災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的不確定性(主要指災(zāi)害本身發(fā)生頻次的不確定性，尤其重大災(zāi)害的突發(fā)性和時(shí)空密集性)會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)，從而使氣候和環(huán)境要素的變化、轉(zhuǎn)變更為復(fù)雜，極端天氣氣候事件突發(fā)，這會(huì)給預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和減災(zāi)防災(zāi)工作帶來(lái)很大挑戰(zhàn)，而厘清相關(guān)要素與不同時(shí)空尺度氣候變率的凈相關(guān)性是科學(xué)問題解決及應(yīng)用的重要前提。因此，本研究選取一些典型的海洋和大氣中的氣候變率，從線性系統(tǒng)的角度(不考慮非線性相關(guān))，基于區(qū)域氣候因子(變率)間一定物理意義上的相互影響和作用關(guān)系的認(rèn)識(shí)，在暫不考慮時(shí)滯效應(yīng)的前提下，分析其與絲路海區(qū)海表溫度異常變化的凈相關(guān)性特征，經(jīng)濾除干擾信號(hào)后的主要變率與海表溫度異常變化之間存在顯著相關(guān)。尤其值得提出的是，分析表明各氣候變率對(duì)海表溫度變化可能存在交互或聯(lián)合影響，是否濾除其他變率的干擾對(duì)相關(guān)性有時(shí)會(huì)存在較大程度的影響，而其間的差異很可能是氣候變率與環(huán)境要素之間相關(guān)性時(shí)空和時(shí)頻改變(如二者相關(guān)性空間分布變化尤其是顯著性區(qū)域的轉(zhuǎn)移、強(qiáng)度的改變乃至位相轉(zhuǎn)換和時(shí)間突變等)的重要原因之一，更是氣候因子及其變率指標(biāo)體系構(gòu)建的根本依據(jù)。這一點(diǎn)在研究氣候變率影響機(jī)理及其氣候因子和海洋環(huán)境變化的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)時(shí)應(yīng)予以關(guān)注，需作必要的干擾信號(hào)濾除處理，從而以更清晰的物理圖景認(rèn)識(shí)海表溫度變化和未來(lái)趨勢(shì)，更好地為相關(guān)氣候變化分析評(píng)估和未來(lái)情景預(yù)估提供科學(xué)依據(jù)，并逐步提升科學(xué)應(yīng)對(duì)氣候變化和海洋環(huán)境安全保障水平，最終為我國(guó)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略布局和實(shí)施服務(wù)。

同時(shí)，本研究對(duì)海表溫度與氣候變率之間相互作用關(guān)系的認(rèn)識(shí)還不是很透徹，尚待進(jìn)一步圍繞某一變率對(duì)海洋環(huán)境要素的影響進(jìn)行細(xì)致分析，進(jìn)而明確其間的關(guān)聯(lián)性以及相互作用關(guān)系和影響過(guò)程機(jī)理等。此外，本研究沒有采用偏相關(guān)分析，主要考慮要素空間分布及與變率相關(guān)的區(qū)域特征和復(fù)雜度，其可操作性較差；與控制變量的偏相關(guān)分析相比較，本研究首先提出分類型的相關(guān)分析和信號(hào)濾除更能了解變量間的相關(guān)性，尤其是相互作用關(guān)系、影響途徑和通道及其貢獻(xiàn)等，同時(shí)結(jié)合一定的物理意義可更清楚地認(rèn)識(shí)要素變化的機(jī)制機(jī)理；即使使用偏相關(guān)分析，仍需對(duì)偏相關(guān)中的相關(guān)性進(jìn)行信號(hào)濾除處理，而一般的偏相關(guān)缺乏這一步驟。

6 結(jié)語(yǔ)

本研究側(cè)重于相關(guān)性分析技術(shù)方法與應(yīng)用，旨在辨識(shí)氣候變化背景下各變率對(duì)包括我國(guó)及周邊等絲路海區(qū)海洋環(huán)境變化的交互影響，經(jīng)一定程度地(有限但必要)濾除干擾信號(hào)，探討絲路海區(qū)海表溫度異常變化與各氣候變率之間的凈相關(guān)特征和顯著差異，以期為提高我國(guó)海洋環(huán)境變化的診斷和預(yù)報(bào)水平提供必要的參考依據(jù)，進(jìn)而提升我國(guó)海洋領(lǐng)域科學(xué)應(yīng)對(duì)氣候變化以及海洋環(huán)境安全保障水平。主要結(jié)論如下：

(1)南海夏季風(fēng)主要與中國(guó)近海(尤其是南海)和澳洲北部海域呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與日本及以東的北太平洋海域呈正相關(guān)關(guān)系。由于南亞季風(fēng)的影響，可能會(huì)增強(qiáng)南海夏季風(fēng)與我國(guó)近海海表溫度的正相關(guān)關(guān)系(主要包括相關(guān)關(guān)系的范圍、強(qiáng)度和位相等)，并可能使我國(guó)海域與南海夏季風(fēng)呈現(xiàn)反位相的相關(guān)關(guān)系。前期大致以20°N為界，絲路海區(qū)海表溫度對(duì)南海夏季風(fēng)呈南北反位相的相關(guān)影響，尤其是20°N以北海域存在明顯的正相關(guān)關(guān)系；而南海夏季風(fēng)對(duì)后期我國(guó)近海和澳洲北部海域海表溫度的降低可能存在明顯影響，這可能與季風(fēng)引起的海氣相互作用及熱通量交換增強(qiáng)有關(guān)，尚待進(jìn)一步深入分析。

(2)ENSO(暖事件)主要與印度洋和包括我國(guó)近海的西北太平洋呈正相關(guān)關(guān)系，而與熱帶西太平洋呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系；由于其他變率的影響，可能會(huì)明顯減弱ENSO對(duì)包括我國(guó)近海的西北太平洋海域海表溫度的正相關(guān)關(guān)系。前期印度洋和熱帶西太平洋對(duì)ENSO可能主要呈反位相的相關(guān)影響，而ENSO主要對(duì)后期印度洋偶極子式的海表溫度異常變化以及包括我國(guó)近海的西太平洋海域海表溫度異常反位相變化產(chǎn)生影響。PDO與絲路海區(qū)海表溫度主要呈現(xiàn)南北正負(fù)相間的帶狀相關(guān)性分布，ENSO信號(hào)在PDO與絲路海區(qū)海表溫度相關(guān)性中的影響可能較大。前期西太平洋海表溫度南北正負(fù)相間的帶狀分布對(duì)PDO可能存在主要影響，PDO對(duì)后期印度洋海盆尺度的海表溫度異常變化可能主要存在一致的正相關(guān)影響，同樣對(duì)我國(guó)南海也存在正相關(guān)影響，而西太平洋仍以正負(fù)相間的海表溫度變化作為對(duì)PDO的主要響應(yīng)特征。此外，我國(guó)渤海、黃海和東海對(duì)PDO的后期響應(yīng)不明顯，也可能與信號(hào)未被捕捉有關(guān)。

(3)北極濤動(dòng)與絲路海區(qū)海表溫度的關(guān)系較不明顯，由于其他變率的聯(lián)合影響，包括我國(guó)渤海、黃海和東海以及30°N以北的北太平洋海域海表溫度異常與AO呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系。前期40°N以北的北太平洋海域?qū)O可能存在主要的正相關(guān)影響，而AO對(duì)我國(guó)南海、印度洋全海域海表溫度后期的異常變化可能存在正相關(guān)影響。

(4)除極地區(qū)域外，就全球熱力狀況的平均態(tài)及其基礎(chǔ)要素本身變化而言，熱力要素的空間梯度則體現(xiàn)為其對(duì)氣候變化區(qū)域響應(yīng)的放大器，其中溫度梯度在全球氣候變化一致性和氣候變化區(qū)域響應(yīng)的非均勻性上很可能起著關(guān)鍵性作用。尤其是梯度的大值區(qū)成為對(duì)氣候變暖響應(yīng)的最顯著區(qū)，在海洋中主要位于我國(guó)東海和日本海、墨西哥灣流、南美洲和非洲以至澳洲的東南部沿海等中高緯度區(qū)域。而溫度梯度的分布和變化與區(qū)域性和局地氣候因子及變率具有直接關(guān)系(如海溫梯度與季風(fēng)等)，具體機(jī)制機(jī)理將進(jìn)一步分析研究。

鑒于海-陸-氣系統(tǒng)內(nèi)各要素和變率相關(guān)性異常復(fù)雜，本研究并非驗(yàn)證氣候變率相關(guān)指標(biāo)指數(shù)的適用性和正確性以及其被用于有關(guān)機(jī)制機(jī)理研究的合理性，今后將致力于從聚類分析的角度，重點(diǎn)辨識(shí)全球和區(qū)域性海洋、陸地和大氣中的系統(tǒng)性結(jié)構(gòu)，著眼于純粹相關(guān)性構(gòu)建氣候變率指標(biāo)體系，綜合分析研究各體系間的(包括非線性)相互作用關(guān)系和機(jī)制，以豐富海-陸-氣相互作用與氣候環(huán)境變化和異常演變的機(jī)理研究，尤其為氣候和海洋變化的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及適應(yīng)和對(duì)策研究提供必要的科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐，也為我國(guó)21世紀(jì)海上絲綢之路建設(shè)和海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略實(shí)施提供環(huán)境安全保障服務(wù)。

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Spatio-Temporal Change of Sea Surface Temperature Anomalies in Seas of 21st Century Maritime Silk Road and Its Net Correlation to Climate Variability

QI Qinghua1,2，CAI Rongshuo1,2

(1.Third Institute of Oceanography，SOA，Xiamen 361005，China；2.Key Laboratory of Global Change and Marine-Atmospheric Chemistry,SOA，Xiamen 361005，China)

Regional ocean system and its thermal environmental elements are affected reciprocally by local and other teleconnected climate variability on different spatio-temporal scales.Analysis of the net relationship between them is one of the important aspects for the research of mechanisms and predictability on changes of marine environmental elements.This paper chose the main oceanic and atmospheric variability and teleconnection patterns with filtering interference signals to a certain degree，and analyzed the main correlation characteristics and difference between the climate variability and sea surface temperature (SST) anomalies in seas of 21st Century Maritime Silk Road (MSRS).The analysis provides a new basis and technical support services for the research on the ocean and climate changes and the marine environment security of China.

Sea surface temperature，Climate variability，Temperature gradient，Marine environment security，21st Century Maritime Silk Road

2016-08-31；

2017-03-11

中國(guó)清潔生產(chǎn)發(fā)展機(jī)制基金項(xiàng)目(2014112)；福建省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(2017J01076)；國(guó)家海洋局第三海洋研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(海三科20015030).

齊慶華，助理研究員，博士，研究方向?yàn)楹ｊ憵庀嗷プ饔门c氣候、環(huán)境變化及災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與適應(yīng)對(duì)策，電子信箱：qqh_2002@163.com

P7

A

1005-9857(2017)04-0041-09