基于浮标观测数据的渤海表层温盐特征分析

袁本坤，黄蕊，焦艳，郭东琳，商杰，张惠滋

（山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室，国家海洋局北海预报中心，山东青岛 266061）

1 引言

海水温度是量度海水冷热程度的物理量，常以摄氏度（℃）表示；海水盐度是海水含盐量的标度，是个无量纲的量[1]。在诸多海洋水文要素中，海水温度和盐度是最基本和最重要的要素[2]。其中，作为海洋学中的一个重要物理量，海水盐度不仅是海水的最重要理化特性之一，也是整个海洋系统的重要组成部分[3-4]。渤海因其特殊的地理位置和资源优势，在我国的国防建设和经济社会发展中具有十分重要的战略地位。因此，深入研究渤海的海水温度和盐度等水文特征，对于保障我国国防建设、促进经济社会尤其是环渤海地区的经济社会发展，具有重要的现实意义。

对于渤海的海水温度和盐度，国内外已有诸多研究。但大多数研究所用数据主要来源于岸基、船舶以及近年来兴起的卫星遥感等观测方式，这些方式所获取的数据往往带有一定的局限性。浮标具有长期、连续和全天候开展海洋环境观测的独特优势。为了全面、深入了解和掌握渤海的海洋环境状况，自2008年起，我国陆续在渤海不同海区布放了多个大型海洋观测浮标进行多参数海洋观测，并获取了大量海洋环境要素基础数据。本文主要是基于这些浮标近年来所获取的渤海表层海水温度和盐度（以下简称“表层水温”和“表层盐度”）数据，分析其分布及变化特征。

2 资料来源与处理

本文所用资料主要来源于布放在渤海不同海区的7个大型多参数海洋资料浮标所获取的表层水温和盐度。此外，还选取了环渤海沿岸11个岸基海洋站观测的表层水温和盐度资料作为参考。

浮标观测的水温和盐度资料的时间分辩率为1 h；海洋站观测的水温和盐度资料时间分辨率为6 h。将不同观测资料进行统计分析，计算月平均和年平均的水温和盐度值。

浮标测站和岸基海洋站名称（代号）、所在海区以及资料统计年限等详见表1和表2。

3 表层水温

3.1 水平分布

3.1.1 年平均表层水温水平分布

根据2009—2013年各浮标测站表层水温观测数据统计，渤海累年平均表层水温总体呈现东高西低的分布态势。其中，渤海海峡最高（12.0—13.9℃），中央海区次之（12.9—13.1℃），渤海湾东北部和辽东湾西南部最低（11.7—12.5℃），详见表3。

3.1.2 月平均表层水温水平分布

表4是各浮标测站逐月平均表层水温及年较差统计；图1是根据表4并结合各岸基海洋站逐月表层水温统计结果绘制的渤海四季月平均表层水温分布。

综合表4和图1可以看出，渤海月平均表层水温总体呈现由东向西、由南向北逐渐递减的分布态势，但不同季节差异较大。以下分别以冬、春、夏、秋四个季节展开描述。

冬季（以2月为代表），整个渤海表层水温等温线分布与等深线分布基本一致，有一高温水舌由北黄海向西经渤海海峡伸入渤海。渤海表层水温值由东向西、自中央向南岸逐渐递减。其中，辽东湾、渤海湾及莱州湾大部分沿岸海区表层水温在0℃以下。此时，渤海沿岸尤其是3个海湾的湾顶沿岸，均有海冰出现，致使湾顶的水温低于湾口，近岸低于远岸。

该季渤海盛行干燥而寒冷的偏北风，使水温达到全年最低[5]。

春季（以5月为代表），渤海冬季的表层高温水舌和沿岸的低温现象消失，形成渤海沿岸水温高、中央及海峡附近水温低的现象，等温线分布较冬季的密集。因地理环境和水动力条件等的不同，渤海增温速率具有明显的地区差异：以渤海湾增温最快，莱州湾次之，辽东湾再次，渤海中央及海峡附近增温最慢。

该季渤海表层水温变化的主要特征是明显增温[6]。

夏季（以8月为代表），渤海表层水温分布比较均匀，等温线分布自东向西递增，分布趋势正好与冬季的相反，出现近岸高于远岸、湾顶高于湾口，渤海三大海湾水温高于中央及海峡附近的格局。

表1 浮标测站代号、所在海区及资料统计年限

表2 岸基海洋站名称、所在海区及资料统计年限

表3 渤海各海区年累年平均表层水温统计（单位：℃）

表4 渤海各浮标测站逐月平均表层水温及年较差（单位：℃）

图1 渤海四季月平均表层水温分布（单位：℃）

该季由于太阳辐射最强，水温升至全年最高[5]。

秋季（以11月为代表），渤海表层水温明显下降。就下降速率而言，辽东湾降温最快，其次是渤海湾和莱州湾，渤海中央海区及海峡附近最慢。由于沿岸降温比海区中央降温快，导致渤海表层水温又出现沿岸水温低、海区中央水温高的形势。

该季渤海表层水温开始向冬季型转换[7]。

图2是文献[5]给出的各个季节渤海（黄海和东海）表层水温分布图。与前人的研究成果相比，冬季（2月）和夏季（8月）的水温分布特征和温度值具有较高的一致性；春季中央海区的冷水团水温略偏低，辽东湾沿岸水温略偏高；秋季中央海区的冷水团水温、辽东湾和渤海湾水温均略偏低。究其原因，其一是春秋季处于季节转换的过渡期，水温分布特征复杂而多变；其二是随着观测点增多和观测手段多样化，对渤海表面水温的观测更为精确。

3.2 月平均表层水温季节变化

渤海表层水温具有明显的季节性变化特征[5]。图3是各浮标测站月平均表层水温季节变化过程。综合图3和表4可以看出，渤海月平均表层水温季节性变化总的特征是：从2月中旬前后各海区开始逐步增温，3—7月增温速率最大，8月份平均水温达到最高。此后，各海区很快进入降温期，至翌年1或2月降至全年最低。

3.3 温差变化

根据表4、图3并综合各岸基海洋站统计资料，渤海月平均表层水温月际变化幅度，总体上呈现由东向西、由南向北、由岸边向远岸逐渐递减的分布态势，但不同月份差异较大；渤海月平均表层水温年较差的分布特征与月际分布大致相似，其变化幅度在20.4—25.3℃之间。

图2 渤海（黄海、东海）四季代表月平均表层水温分布[5]

图3 渤海各浮标测站月平均表层水温季节变化

4 表层盐度

4.1 水平分布

4.1.1 年平均表层盐度水平分布

根据渤海各浮标测站表层盐度资料统计，渤海的年平均表层盐度，大致呈现东高、西低的分布态势。其中东部的渤海海峡最高，其值为30.7—31.1，详见表5。

4.1.2 月平均表层盐度水平分布

表6为渤海各浮标测站逐月平均表层盐度统计；图4是根据表6并结合沿岸各岸基海洋站统计结果绘制的渤海冬季（以2月为代表）和夏季（以8月为代表）月平均表层盐度分布。

综合表6和图4可以看出：

冬季，渤海表层海水盐度水平分布总的趋势与渤海冬季表层水温分布相对应。此时，31.0等盐线的高盐水分布范围达到最大，西伸势力也达到最强。其中北自老铁山角经辽东湾南部至秦皇岛以南、南自海峡南部经莱州湾外至曹妃甸附近均为一片高盐区。就渤海3大海湾比较，辽东湾盐度最高，其次为渤海湾，莱州湾盐度最低。

夏季，整个渤海表层31.0等盐线消失，相对高盐区由30.0等盐线所包络的范围代替。此外，该季外海进入渤海的高盐水也由原先的西伸转变成北伸进入辽东湾。由于该季是渤海全年中降雨量和大陆径流量最大的季节，导致渤海沿岸海域盐度迅速下降，其中河口区沿岸海域下降最为显著。

表5 渤海各浮标测站年平均表层盐度

表6 渤海各浮标测站月平均表层盐度统计

图4 渤海月平均表层盐度分布

图5 渤海（黄海、东海）2月和8月平均表层盐度分布[5]

春季和秋季是2个过渡型季节[7]。

与前人的研究成果相比（见图5），冬季（2月）渤海表面盐度分布具有较高的一致性；夏季辽东湾、渤海湾和莱州湾沿岸海域盐度值略偏高。其原因除观测手段发生变化外，主要考虑夏季降水量和入海径流量的年代际变化。有研究表明[5]，近几十年来渤海沿岸的主要大河（如黄河、海河、辽河等）入海的年径流量都有减少的趋势，导致渤海（尤其是沿岸海域）表面盐度存在逐年升高的趋势。

4.2 月平均表层盐度季节变化

由于影响盐度变化的降水、径流以及结冰、融冰等因子均具季节性，使得渤海表层盐度变化特征亦具有明显的季节性变化特征，并且不同海区的盐度季节性变化存在一定差异。图6是渤海各浮标测站月平均表层盐度季节变化过程。根据图6并结合表6可以看出，渤海月平均表层盐度总体上呈冬季高、夏季低的变化趋势。春、秋则为过渡季节。其中，大多数海区均从4月开始到9月为降盐期，10月至翌年3月为增盐期。年内，多数海区的月平均表层盐度最高值出现在2月，最低值出现在8月，年较差在1.5—2.5之间。

图6 渤海各浮标测站月平均表层盐度季节变化

总体而言，渤海表层盐度的季节性变化不如水温那么规则，但总的变化趋势与水温的季节性变化相反[5]。

5 结论与不足

本文使用近年来陆续布放在渤海的7个大型多参数海洋浮标的观测数据，并结合11个沿岸岸基海洋站的观测资料，统计、分析并给出了渤海表层水温和盐度的水平分布、季节变化以及温差变化等基本特征。得出如下结论：

（1）分析结果较为全面、真实地反映出了渤海表层温盐的基本特征。这些特征与已有诸多研究结论[5-8]基本一致。说明这些浮标观测数据较为真实、可靠；

（2）海洋环境瞬息万变。浮标是无人值守的自动海洋观测站，可以进行长期、连续和全天候海洋观测，并提供实时海洋环境要素观测数据。因此，浮标观测具有其他观测方式所无法替代的优势，可以为海洋开发、管理和海洋防灾减灾等提供有效的技术支撑；

（3）我国渤海开展浮标观测起步相对较晚，其观测数据的时间序列相对较短；另一方面，由于浮标观测系统本身尚有不足，以至于观测数据偶有中断或异常现象发生，不同程度地影响了观测数据的连续性和可信度等。

[1]沈文周.中国近海空间地理[M].北京:海洋出版社,2006.

[2]陈则实,王文海,吴桑云,等.中国海湾引论[M].北京:海洋出版社,2007.

[3]侍茂崇.物理海洋学[M].济南:山东教育出版社,2004.

[4]Mao X Y,Jiang W S,Zhao P,et al.A 3-D numerical study of salinity variations in the Bohai Sea during the recent years[J].Continental Shelf Research,2008,28(19):2689-2699.

[5]乔方利.中国区域海洋学—物理海洋学[M].北京:海洋出版社,2012.

[6]孙相平.中国近海区域海洋[M].北京:海洋出版社,2006.

[7]苏纪兰,袁业立.中国近海水文[M].北京:海洋出版社,2005.

[8]陈达熙.渤海、黄海、东海海洋图集—水文分册[M].北京:海洋出版社,1992.