近百余年来西北太平洋SST长期变化趋势研究

苏勤，郑崇伟，杨艳，陈晓斌

（1.海洋出版社，北京 100081；2.92538部队气象台，辽宁大连 116041）

1 引言

全球气候变化对人类的生产、生活、可持续发展有着重要影响，全球变暖导致的环境危机、资源危机越来越成为众多专家关注的热点。海洋作为全球气候变化的重要调节器，海表温度（SST—Sea Surface Temperature）的变化趋势对全球气候变化影响深远。

前人对于SST的变化趋势做了很多工作，联合国政府间气候变化委员会（IPCC—Intergovernmen⁃tal Panel on Climate Change）第四次评估报告指出在1906—2005年期间全球变暖趋势为0.074℃/10a[1-3]，气候学家们也普遍认为在过去的100年里，全球变暖的趋势约0.53℃/100a[4-5]。张秀芝等[6]利用Hadley中心的SST数据，在渤海、黄海、东海、南海各选择代表区域，分析了中国近海海温的长期变化，研究发现中国海近100多年来各海区呈增温趋势，此外还发现，渤海、黄海、南海的年平均SST存在2—4年的显著性变化周期、准7年的变化周期。潘蔚娟等[7]利用实测月平均SST资料，发现华南近海区域年平均SST最近44年的线性增长率为0.12—0.19℃/10a。冯琳等[8]利用来自Hadley中心的SST，发现在1945—2006年期间东中国海的SST变化趋势为0.015℃/a，在整个62年期间共升高了0.9℃，其中东海升温最为突出，福建和浙江两省沿岸向东北方向扩展的大片海域，是SST递增趋势的大值区。前人对全球变暖研究做了很大贡献，但多是区域平均后SST的整体变化趋势，往往会将某些重点海域的变化特征忽略。不同海域SST的变化趋势存在很大的差异，本文利用来自英国气象局Hadley气候预测和研究中心的SST资料，计算了近百余年来（1870—2010年）西北太平洋海域（0°—60°N，100°—180°E）SST变化趋势的长期变化趋势。主要分析了SST的整体变化趋势、变化趋势的区域性差异、季节性差异、变化周期、突变形势，以期可为研究全球气候变化提供参考。

图1 1870—2010年期间西北太平洋逐年平均的SST及其整体变化趋势

2 资料简介

本文所用的SST资料来自英国气象局Hadley气候预测和研究中心，该SST数据的时间范围从1870年至今，每月1次，更新较及时，空间分辨率1°×1°，空间范围为89.5S°—89.5°N，0.5°—359.5°E。该数据主要源自Met Office Marine Bank(MDB)，在缺测的地方利用Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set(COADS)的数据进行补充，其中1982年之前的部分还包含了Global Telecommunications System(GTS)。该数据具有较高的精度，被广泛运用[6,8-9]。

3 SST长期变化趋势

3.1 近百余年SST的整体变化趋势

为了体现近百余年来（1870—2010年）西北太平洋海域SST的整体变化趋势，本文将该海域的SST从1870—2010年进行逐年区域平均，分析SST的整体变化趋势，见图1。

近百余年来，西北太平洋SST变化趋势的相关系数为0.73，通过了95%（r0.05=0.19）的信度检验，即线性变化趋势显著，回归系数为0.0039，表明近百余年来，西北太平洋海域的SST以3.9×10-3℃/a的速度显著性逐年线性递增。从曲线的走势来看，在1870—1910年期间表现出缓慢的递减趋势，SST基本在22.0—22.5℃之间轻微震荡；1910—1930年期间的SST为近百余年来的波谷，曲线走势也非常平缓；1930年以后，SST震荡递增，趋势一直延续至今，详见图1。

3.2 SST线性趋势的区域性差异

区域平均后再分析SST的变化趋势，可以从整体上把握SST的变化趋势，但这种分析方法往往会将某些重点海域的变化特征忽略。本文将西北太平洋海域1°×1°每个网格点上的SST从1870—2010年进行逐年平均，分析每个网格点上SST的逐年线性变化趋势，具体计算方法如下：

式（1）为回归方程，b为线性趋势的回归系数。相关系数为r。

图2 1870—2010年全球海域SST的逐年变化趋势

由图2可看出，西北太平洋大部分海域的SST表现出显著的逐年线性递增趋势，SST在近海的递增趋势明显强于大洋。近海的递增趋势基本都在3×10-3℃/a以上，福建和广东沿岸、台湾周边海域、琉球群岛-日本一带周边海域的递增趋势最为强劲，基本在9×10-3℃/a以上，高值中心可达12×10-3℃/a以上；大洋中部的递增趋势为0—3×10-3℃/a，与全球变暖的大背景吻合。本文计算得到的西北太平洋SST的递增趋势略高于IPCC第四次评估报告指出在1906—2005年期间全球变暖趋势为0.074℃/10a，也就是说西北太平洋尤其是中国近海的SST递增趋势稍强于全球变暖趋势。而与潘蔚娟[7]、冯琳[8]等的结论比较发现，过去百年的SST递增趋势没有近50余年来的递增趋势强劲，这是由于在1870—1910年期间SST变化趋势相对平缓，递增趋势主要体现在1910—2010年期间所致，这一点由图1也可以明显看出。仅在尚塔尔群岛（鄂霍次克海西部近海）海域呈显著的递减趋势，约-15×10-3— -9×10-3℃/a。张秀芝[6]、冯琳[8]等研究也发现中国海的SST呈显著的递增趋势，福建和浙江两省沿岸向东北方向扩展的大片海域的递增趋势尤为强劲，本文的结果与之一致。

图3 1870—2010年期间全球海域SST变化趋势的季节性差异

3.3 SST线性趋势的季节性差异

为了展现西北太平洋海域SST变化趋势的季节性差异，本文还将西北太平洋海域1°×1°每个网格点上的SST从1870—2010年进行逐春季、逐夏季、逐秋季、逐冬季平均，分析每个网格点上SST的逐季节线性变化趋势，并对比变化趋势的季节性差异，见图3。

逐春季：由图3a可见，近百余年来，西北太平洋大部分海域的SST表现出显著性递增趋势，大部分海域的递增趋势在2×10-3℃/a以上，仅低纬度小范围海域的递增趋势稍弱，在0—2×10-3℃/a，高值中心分布于福建和浙江两省沿岸向东北方向扩展的大片海域、台湾周边海域、日本海南部海域、日本南部及东南部近海，递增趋势在8×10-3℃/a以上；鄂霍次克海中西部海域的SST呈显著性逐春季线性递减，约-30×10-3—10×10-3℃/a。

逐夏季：SST变化趋势的分布特征与逐春季相近，只是第一岛链（日本-琉球群岛-台湾-菲律宾一线）以内及附近海域SST的递增趋势稍有增强。值得注意的是：鄂霍次克海西部SST呈递减趋势的海域范围教春季缩小，鄂霍次克海东部的SST在春季无显著变化趋势，但在夏季却呈显著的递增趋势。

逐秋季：SST的递增趋势教春季、夏季更为强劲，整个西北太平洋海域的递增趋势基本都在2×10-3℃/a以上；日本-琉球群岛-台湾一线附近大范围海域SST的递增趋势尤为强劲，可达8×10-3℃/a以上；鄂霍次克海大部分海域的SST转变为显著性逐秋季递增趋势，在2×10-3—8×10-3℃/a。

逐冬季：大部分海域SST变化趋势的分布特征与逐秋季相近，仅在鄂霍次克海的SST又转变为线性递减，详见图3c、图3d。

整体来看，无论哪个季节，SST在近海的递增趋势明显强于大洋。

3.4 SST的变化周期

将西北太平洋海域的SST从1870—2010年进行逐年区域平均，然后利用功率谱分析方法，分析近百余年来西北太平洋SST的变化周期，见图4。

通过分析不难发现西北太平洋海域的SST存在多种尺度的变化周期：具有显著的2.1—2.3年、2.6—3.0年、3.3—3.8年、4.1—4.3年、4.7—6.0年、6.9—9.0年的显著性变化周期，以及45年以上的长周期震荡。张秀芝等[6]研究发现中国海近100多年来中国各海区的SST存在2—4年的显著性变化周期、准7年的变化周期。陈红霞等[10]指出中国近海及临近海域（15°—25°N，112°—130°E）海浪的年际变化中以5年为周期的变化最为显著，和ENSO事件有着很好的对应关系；郭随平等[11]的研究发现南海的风浪、涌浪、混合浪与厄尔尼诺有着较为密切的关系。本文猜想：中国海的海洋水文要素与厄尔尼诺现象可能存在一定的相关性，在下一步的研究中可重点就厄尔尼诺现象与中国海的海洋水文要素之间的超前、同期、滞后相关进行计算，探索其是否存在联系，为气候预测、全球气候变化提供参考。

3.5 SST的突变形势

将西北太平洋海域的SST从1870—2010年进行逐年区域平均，利用MK（Mann-Kendall）检验分析方法[12]，分析近百余年来该海域SST的突变形势。如果UF与UB线相交，且交点位于两条临界线之间，则说明存在明显的突变形势。

由图5可见，UF与UB线相交于1982年，80年代初期北太平洋发生了一次年代际振荡，PDO位相发生了转变，作者在此猜想西北太平洋海域的SST是否与此存在联系，在以后的工作中需要就此重点展开计算。但交点并不分布于两条检验线之间，表明近百余年来，西北太平洋海域的SST并不存在显著的突变形势。由UF曲线可见，在1870—1910年期间，西北太平洋海域的SST表现出缓慢的递减趋势，1910—1930年期间的SST为近百余年来的波谷，曲线走势也非常平缓；1930年以后，SST震荡递增，趋势一直延续至今，与图1的结论完全吻合。

4 结论

图4 西北太平洋海域SST的功率谱分析

图5 西北太平洋海域SST的突变形势检验

本文利用来自英国气象局Hadley气候预测和研究中心的SST资料，计算了近百余年来（1870—2010年）西北太平洋SST的整体变化趋势、变化趋势的区域性差异、季节性差异、变化周期、突变形势，得到如下主要结论：

（1）近百余年来，西北太平洋的SST整体上以3.9×10-3℃/a的速度显著性逐年线性递增。在1870—1910年期间表现出缓慢的递减趋势，SST基本在22.0—22.5℃之间轻微震荡；1910年—1930年期间的SST为近百余年来的波谷，曲线走势也非常平缓；1930年以后，SST震荡递增，趋势一直延续至今，与全球变暖的大背景相吻合；

（2）西北太平洋大部分海域的SST表现出显著的逐年线性递增趋势，SST在近海的递增趋势明显强于大洋。近海的递增趋势基本都在3×10-3℃/a以上，其中福建和广东沿岸、台湾周边海域、琉球群岛-日本一带周边海域的递增趋势最为强劲，基本在9×10-3℃/a以上，高值中心可达12×10-3℃/a以上；仅在尚塔尔群岛（鄂霍次克海西部近海）海域呈显著的递减趋势，约-15×10-3— -9×10-3℃/a；

（3）西北太平洋SST的变化趋势表现出较大的季节性差异，大部分海域的SST在各个季节均表现出显著的线性递增趋势，秋冬两季的递增趋势强于春夏两季。鄂霍次克海的SST在冬春两季表现出显著性递减趋势，在秋季则表现出显著性递增趋势，夏季为过渡季节；

（4）西北太平洋的SST存在多种尺度的变化周期：具有显著的2.1—2.3年、2.6—3.0年、3.3—3.8年、4.1—4.3年、4.7—6.0年、6.9—9.0年的显著性变化周期，以及45年以上的长周期震荡。近百余年来，西北太平洋的SST并不存在显著的突变现象。

[1]IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change).Climate Change 2007:Synthesis report[R].Cambridge:Cambridge University Press,2007.

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