ENSO事件对黑潮流域温度场分布影响研究

蒋雯

(福州市海洋与渔业技术中心 福州 350007)



ENSO事件对黑潮流域温度场分布影响研究

蒋雯

(福州市海洋与渔业技术中心 福州 350007)

海洋对气候的调节主要通过海洋温盐结构的变化、海水的流动以及海洋与大气的交换来实现。海水的温盐场不仅是研究海面水汽和热量交换的重要物理参数，也是海洋环流、水团、海洋锋、上升流和海水混合等海洋学研究的直观指示量。文章利用SODA温度数据资料，绘制1988-2007年黑潮区域的PN断面温度场图，做出多年逐月平均分析、距平分析及EOF分解；通过对主要厄尔尼诺年和多年逐月的图像进行对比，分析黑潮温度特殊变化特征及其与ENSO事件的关系，找到PN断面海洋温度场季节和年际分布变化特征，研究ENSO事件与黑潮的对应关系。

东海黑潮；厄尔尼诺；气候变化；海洋温度场

1 引言

ENSO事件指的是厄尔尼诺和拉尼娜事件，对全球的洋流和大气环流都有巨大影响，从而在世界各地引起极端天气(如洪水和干旱)，尤其是在厄尔尼诺事件发生当年容易在西北太平洋形成威力强大的台风[1]。

中国东海是一个具有倾斜地形特征和开阔陆架的边缘海，在其大陆架边缘终年存在一支高温、高盐、高流速的强大海流——黑潮。黑潮及其分支直接参与东海和黄海的诸多水文现象，是大洋对陆缘浅海区环流的主要驱动力[2]。

研究ENSO事件与黑潮温度场分布变化之间的关系，直观地反映出ENSO事件对中国东海洋流的影响，从海陆热通量交换的角度解释极端天气的发生原因，不仅具有重要的科学价值，而且具有重大的现实意义。

PN 断面从东海西北角长江口起始到东南角琉球群岛结束，呈西北、东南走向(具体位置为西起 27°30′N、128°15′E，东至 30°30′N、124°30′E，与纬线方向成 37°交角)[3]。该断面不但横切冲绳海槽与黑潮主轴垂直，并跨越东海的几个主要水团(包含夏季高温低盐、冬季低温低盐的长江冲淡水，温度介于16.0℃～23.0℃的台湾暖流和温度介于9℃～25℃的陆架混合水)，对研究东海黑潮的水文特征极具代表性[4]。

目前已有的对于ENSO事件和黑潮关系的研究多集中于对海表面温度变化的分析研究，对于黑潮垂向剖面上多个流核的分布变化也仅是单一性的研究，未能与ENSO事件相结合。因此，本文以研究PN断面温度场变化与ENSO事件的关系为目的进行数据处理与分析，得出一些结论。

2 数据与方法

2.1 数据介绍

SODA海洋数据集由全球简单海洋资料同化分析系统产生。该系统是由美国马里兰大学(University of Maryland)自20世纪 90年代初开始开发的，以为气候研究提供一套与大气再分析资料相匹配的海洋再分析资料为目的的分析系统[5]。本文采用的数据版本为 SODA2.0.2/2.0.4的月平均数据资料，全部由CARTON-GIESE的数据站点下载获得，包括1988年 1月-2007年12月的SODA数据；水平覆盖范围为0.25—359.75°E、75.25°S—89.25°N，分辨率为0.5°×0.5°，垂直方向上的分辨率为不等间距共 40 层。

2.2 方法介绍

本文利用PN断面的垂向剖面SODA海温数据，采用多年逐月平均分析、距平分析、EOF分解3种数据处理方法，对剖面的月平均温度场进行规律性季节变化、年度变化和影响因子贡献率的分析研究。

3 对PN断面作多年逐月平均分析、距平分析和EOF分解

3.1 多年平均状态

由1988—2007年PN断面2月的平均温度图可以看出，在127.5°E附近的上层海洋存在一个高温中心，其中心温度高于22oC。由于受冬季盛行风的搅拌作用，海水的对流混合加强，在陆架区温度自海表到海底是均匀的，等值线基本保持垂直状态[5]。在黑潮区温度在150 m以浅也是均匀的，但温度要高于陆架区；150 m以深温度分层，等温线基本保持水平方向，温度随深度的增加自20℃降低至10℃以下。另外在200 m以深的陆坡区，深等温线出现由东南向西北的爬坡现象。

由1988—2007年PN断面夏季的平均温度图可以看出，随着太阳辐射的增强，表层水温比冬季要高，最高可达29℃以上。陆架区的50 m左右出现温跃层，整个断面的温度随深度的增加从表层的29℃降低至800 m的6℃；在150 m以浅，断面上的等温线呈中部下凹、两端上翘的曲线状分布。在黑潮区的200 m以深处，等温线由东南向西北倾斜，到陆坡区也出现等温线由东南向西北的爬坡现象。

3.2 基于多年逐月距平的研究

通过对1988—2007年的PN断面温度资料进行逐月距平场计算，并且绘制逐月距平图。可以明显发现以下现象。

3.2.1 温度偏高现象

1988年1—4月黑潮主轴温度较平均温度高0.5℃～1.5℃，出现深度较小。5月起这一现象消失。

1991年9月、10月和1992年12月—1993年2月主轴较平均温度高0.5℃～1℃。从1990年开始赤道中太平洋海温一直持续偏高长达5年之久，在此期间连续发生1991年5月—1992年 7月、1993年3—11月、1994年9月—1995年2月等3次厄尔尼诺事件[6]。可以得出，在厄尔尼诺事件发生前1～5个月内PN断面温度场图都显示黑潮主轴及其周围有温度较多年平均偏高现象，但并不是黑潮水温偏高后一定会发生厄尔尼诺事件。

2004年11月—2005年1月黑潮区域水温都稍有偏高。2005年9月-2006年1月一直出现一个温度偏高2℃、位置偏西、深度较浅的轴区。这一现象正好对应2006年初夏酝酿、8月形成、2007年2月结束的弱厄尔尼诺事件，也属于厄尔尼诺事件发生前黑潮水温升高[7]的情况。

3.2.2 温度偏低现象

1993年10月黑潮主轴温度比平均温度低1.5℃～2℃[8]，1993年 3—11月发生厄尔尼诺事件，这次水温偏低的现象与厄尔尼诺事件同期发生，比厄尔尼诺晚开始6个月。

2000年10—12月和2002年10月-2002年12月黑潮主轴温度明显比同期平均温度低2oC左右。2002年5月厄尔尼诺事件暴发、11月达到峰值，到12月热带大气、海洋状况仍表现为厄尔尼诺盛期特征，2003年1月起迅速减弱[9]。此次黑潮区域水温较平均偏低的现象，晚于厄尔尼诺5个月开始并与其同时结束。

2006年8—10月黑潮核区温度偏低1.5℃～2℃。这次黑潮区水温偏低现象又与2006年初夏酝酿、8月形成、2007年2月结束的弱厄尔尼诺事件对应，几乎与厄尔尼诺同时开始但比其结束要早[10]。

3.2.3 黑潮流核异常现象

1993年9—10月，1994年8—10月，2006年1月、6月、9月、10月黑潮双核结构非常明显，且明显可以看出西侧流核温度偏高、东侧流核温度偏低。

2002年8—9月黑潮双核结构十分明显，西侧轴温度偏低、东侧流核温度偏高。

2000年10—11月、2005年8—9月黑潮都出现明显的双核结构，前者两核温度都比平均偏低，而后者两核温度都比平均偏高[11]。

3.3 基于EOF分解的研究

通过对1988—2007年的PN断面温度资料进行EOF分解，并且绘制第一至第五模态图。其中第一、第二模态反映黑潮的季节变化特征，有明显的规律性；第三、第四和第五模态则反映特殊年份黑潮温度的变化特征。

3.3.1 第三模态

第三模态的方差贡献是0.427%，时间变化周期并不规律，但基本为每年一次。表层海水升温特别明显的年份有1990年冬、1995年、2001年、2003年、2005年，与厄尔尼诺来临时表层海水的升温现象在时间上大体对应[12]；100～150 m层有2个流核，温度都偏低且位置较浅。

3.3.2 第四模态

第四模态的方差贡献是0.204%，时间特征不规律，特别突出的是黑潮西侧流核温度偏高，东侧流核温度偏低年份是1994—1995年、2001年、2002年。在125.5—126°E有一个影响深度不足50 m的高温表层流。

3.3.3 第五模态

第五模态的方差贡献是0.126%，在2007年夏季黑潮西侧流核温度偏高而东侧流核温度偏低且东侧流核向内陆靠近的现象尤为突出，在远离陆地的东侧100 m深及周围区域有一个不太明显的高温核。该模态应反映黑潮的三核结构，但并非每年都会出现，2007年最为明显，其次是2003年、1999年[13]。

4 结论

本文利用多年逐月平均分析、距平分析、EOF分解3种方法，分析PN断面垂直剖面温度场的变化，并对3种方法做出比较，结果表明：

(1)黑潮在东海的途径终年比较稳定，大致位于100 m或200 m层上的温度水平梯度最大的地带。黑潮年平均水温在24℃～26℃，其中冬季为18℃～24℃，夏季可达22℃～30℃。由EOF分解的结果可以看出，对于PN断面温度场，太阳辐射和地形是最大的影响因素，黑潮的影响反而不足5% 。

(2)在厄尔尼诺暴发前1～5个月黑潮温度较平均偏高，而在厄尔尼诺时期黑潮温度较平均偏低，并且常常与厄尔尼诺同时开始出现却提前结束。但并不是每次黑潮温度升高后都会对应一次厄尔尼诺事件发生，不能把其作为预报厄尔尼诺的标准参量。

(3)统计平均、距平分析与EOF分解都能反映出PN断面上黑潮区域的温度分布，如200 m以深的海水等温线会在地形的胁迫下与大陆坡平行分布和黑潮的多核结构等。EOF分解更加智能化，能够用模态的形式分析出对PN断面温度场不同要素的影响程度(即方差贡献)；同时，有些在距平温度场图中反映不出的要素，如太阳辐射对表层水的影响、黑潮主要流核的常年影响范围等，都能够从EOF分解中反映出来。但是在分析PN断面温度场的多年平均状态时，EOF分解得出的只是一种模态、不能反映季节性的变化，而距平分析就得到12个月的多年平均温度图，从而得到黑潮的季节性变化特征；此外，距平分析更直观地反映黑潮双核结构自出现至结束的时间，而且不同年份温度变化的大小也不同，从而可以和厄尔尼诺事件的发生时间进行联系，这一点单凭EOF分解的模态很难全面反映。

[1] 刘兴泉.东海PN断面夏季温盐及化学要素的分布特征[J].海洋与湖沼，2001，32(2)：204-212.

[2] 余帆，王启，刘玉龙.东海黑潮上层环流季节、年际变化与局地风应力关系[J].中国海洋大学学报，2008，38：533-538.

[3] 张媛，吴德星，林霄沛.东海PN断面水团分布的季节变化[J].中国海洋大学学报，2009，39(3)：369-374.

[4] 任惠茹，康建成，王甜甜，等.东海黑潮热核的时空变化[J].海洋地质与第四纪地质，2008，28(5)：77-84.

[5] Columbia University in the City of New York.CARTON-GIESE SODA Version 2.0.2-4[DB/OL].[2015-04-15].http：//iridl.ldeo.columbia.edu/SOURCES/.CARTON-GIESE/.SODA/.v2p0p2-4.

[6] 刘勇刚，袁耀初.苏纪兰.1997-1998年EL-Nino至La-Nina期间东海黑潮的变异[J].地球物理学报，2001，44(2)：199-210.

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[8] 孙湘平.137°E经向断面上的黑潮与黑潮逆流[J].黄渤海海洋，1999(3)：1-9.

[9] 邓丽静，魏皓，汪嘉宁.PN 断面黑潮流速垂直分布特征及机制分析[J].海洋通报，2014，33(5)：519-526.

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[13] 魏艳州，黄大吉，朱小华.1987-2010年PN、TK断面黑潮流场的时空变化[J].海洋与湖沼，2013，44(1)：30-37.

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

JIANG Wen

(Fuzhou ocean and Fishery Technology Center，Fuzhou 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

蒋雯，助理工程师，研究方向为物理海洋，电子信箱：mxtwen@126.com

P7

A

1005-9857(2016)10-0055-04