基于兩種數據集的全球SST變化趨勢的對比研究＊

鄭崇偉，莊 卉，李訓強，賈本凱，3

（1.92538部隊氣象臺，遼寧 大連116041；2.解放軍理工大學 氣象學院，江蘇 南京211101；3.91967部隊氣象臺，河北 沙河054100）

基于兩種數據集的全球SST變化趨勢的對比研究＊

鄭崇偉1，2，莊 卉2，李訓強2，賈本凱2，3

（1.92538部隊氣象臺，遼寧 大連116041；2.解放軍理工大學 氣象學院，江蘇 南京211101；3.91967部隊氣象臺，河北 沙河054100）

分別利用了來自NOAA和Hadley中心的SST（Sea Surface Temperature）資料，分析了全球海域每個網格點上SST的變化趨勢，并將兩種資料分析的結果進行比較。研究發現：近150a期間，全球大部分海域的SST以0.003℃·a－1左右的速度顯著性逐年線性遞增，僅在格陵蘭南部海域和兩極部分海域呈顯著的逐年線性遞減趨勢；NOAA的SST變化趨勢的區域性差異比Hadley的SST明顯，但后者變化趨勢的強度稍大于前者；不同海域SST的逐年變化趨勢由不同的季節主導；在1910年為近150a來SST的最低點，之后緩慢上升，在1942年附近達到1個相對高點，而后略有下降，但很快又恢復上升趨勢，上升趨勢一直延續至今。

SST；全球海域；變化趨勢

（杜素蘭 編輯）

全球變暖導致的冰川退化、海平面上升、環境危機、資源危機等現象對人類的生存與可持續發展構成了嚴重威脅，在環境和資源嚴重困擾人類、眾多國家和地區都面臨能源危機的當今世界，全球氣候變化越來越成為關注的焦點［1］。IPCC（聯合國政府間氣候變化委員會——Intergovernmental Panel on Climate Change）第四次評估報告［2］指出，在過去的100a（1906—2005年）全球變暖趨勢為0.074℃/10a，張秀芝等［3］利用來自Hadley中心的SST，在渤海、黃海、東海和南海各選擇一個代表區域，研究發現各代表區域的SST在近100多a來呈增溫趨勢，20世紀80年代以后增暖明顯，馮琳等［4］利用來自Hadley中心的SST，發現在1945—2006年期間東中國海的SST平均每年升高0.015℃，潘蔚娟等［5］利用實測月平均海表溫度資料發現華南近海區域年平均SST最近44a的線性增長率為0.12～0.19℃/10a，蔡怡等［6］的研究發現近40 a太平洋最大的增溫發生在赤道中東太平洋（即Ni?o1—Ni?o4區內），最大的降溫在中緯度南北太平洋中部，在北半球西太平洋沿岸除40°N附近外基本上為升溫，太平洋東海岸的升溫幅度要遠大于西海岸。

前人的工作對研究全球變暖作了巨大貢獻，但是以往的研究多是對區域平均后的分析或是EOF（Empirical Orthogonal Function）分析后對時間序列的分析，這種分析方法往往會將某些重點海域的變化特征忽略。本研究則分別利用來自NOAA和Hadley中心的SST，分析150a左右全球海域每個網格點上SST的逐年和逐季變化趨勢，并將兩種資料分析的結果進行比較。另外還分析了全球海域區域平均后SST的逐年變化趨勢，與每個網格點上SST的變化趨勢進行比較研究。

1 SST資料來源

1.1 來自NOAA的SST資料

來自NOAA的SST時間范圍從1854—2009年，每月1次，更新較及時，空間分辨率2°×2°，空間范圍為88°S～88°N，0°～360°E。后面簡稱資料1。

1.2 來自Hadley的SST資料

來自英國氣象局Hadley氣候預測和研究中心的SST時間范圍從1870—2010年，每月1次，更新較及時，空間分辨率1°×1°，空間范圍為89°30′S～89°30′N，0°30′～359°30′E。該數據主要源自 Met Office Marine Bank（MDB），在缺測的地方利用Comprehensive Ocean－Atmosphere Data Set（COADS）的數據進行補充，其中1982年之前的部分還包含了Global Telecommunications System（GTS）。后面簡稱資料2。

由于資料1和資料2的SST的時間范圍相差不大，本研究做的是長時間序列的變化趨勢，近似認為兩種資料的時段相同，沒有取二者的共同時間段。

2 全球海域SST的變化趨勢

2.1 每個網格點上SST的逐年變化趨勢

首先將資料1每個網格點上的SST從1854—2009年進行逐年平均，采用線性回歸方法，分析2°×2°的每個網格點上SST近156a的逐年線性趨勢，見圖1a；再將資料2每個網格點上的SST從1870—2010年進行逐年平均，采用線性回歸方法，分析1°×1°的每個網格點上SST近141a的逐年線性趨勢，并將兩種資料的分析結果進行對比分析，見圖1f。

由圖1a可看出，資料1的SST在全球大部分海域呈顯著的逐年線性遞增趨勢，與全球變暖的大背景吻合，中東太平洋的遞增趨勢強于西太平洋，南大西洋的遞增趨勢強于北大西洋，南印度洋的遞增趨勢強于北印度洋，蔡怡等［6］的研究也曾指出太平洋東海岸的升溫幅度要遠大于西海岸，線性遞增趨勢較強的海域主要集中在低緯中東太平洋（約0.003～0.006℃·a－1）、南大西洋大部分海域（約0.006～0.01℃·a－1）、印度洋西南部的愛德華王子群島附近海域（約0.006～0.009℃·a－1）；僅在格陵蘭南部海域（約－0.006～－0.003℃·a－1）、兩極部分海域呈顯著的逐年線性遞減趨勢，有研究曾指出近200a北極巴羅角的溫度呈下降趨勢［7］。資料2分析的結果與資料1分析的結果大體相似，但資料2大部分海域SST的遞增趨勢偏強，在格陵蘭南部海域的遞減范圍沒有資料1明顯，而在南極的威德爾海的遞減趨勢比資料1更顯著。資料1SST變化趨勢的區域性差異比資料2更為明顯。

2.2 每個網格點上SST的逐季變化趨勢

將資料1的SST從1854—2009年進行逐 MAM（March，April，May）、逐JJA（June，July，August）、逐SON（September，October，November）、逐DJF（December，January，February）平均，分析2°×2°的每個網格點上SST近156a的逐MAM、逐JJA、逐SON、逐DJF的變化趨勢，見圖1b～e；再將資料2的SST從1870—2010年進行逐MAM、逐JJA、逐SON、逐DJF平均，分析1°×1°的每個網格點上SST近141a的逐MAM、逐JJA、逐SON、逐DJF的變化趨勢，并將兩種資料的分析結果進行對比分析，見圖1g～j，圖1中彩色區表示相關系數｜r｜＞r0.5＝0.19，趨勢顯著。

由圖1a～e可見，資料1逐季的變化趨勢與逐年變化趨勢大體一致，對比逐季和逐年變化趨勢不難看出，格陵蘭島南部SST的逐年遞增趨勢主要體現在MAM和DJF，也就是說格陵蘭南部近岸的逐年遞增趨勢主要由MAM和DJF主導，南極SST的逐年遞減趨勢由DJF主導，北極SST的逐年遞減趨勢由JJA主導，各逐年遞增的海域在四季皆有不同程度的體現，值得注意的是：MAM期間，南大洋SST的遞增趨勢明顯強于北大洋。

由圖1f～j可見，資料2陵蘭島南部SST的逐年遞增趨勢主要體現在MAM和DJF，與資料1相同，南極SST的逐年遞減趨勢在四季皆有體現，北極SST的逐年遞減趨勢由MAM和DJF主導，各逐年遞增的海域在四季皆有不同程度的體現。

圖1 基于 NOAA（a～e）和 Hadley（f～j）資料的全球SST線性趨勢的回歸系數（10－3℃·a－1）Fig.1 Regression coefficients of the linear tendency of SST in the world oceans based on the data sets from NOAA （a～e）and from Hadley（f～j）（10－3℃·a－1）

2.3 區域平均后SST的逐年線性趨勢

將資料1從1854—2009年進行逐年區域平均，分析其區域平均后的逐年線性趨勢，見圖2a；將資料2從1870—2010年進行逐年區域平均，分析其區域平均后的逐年線性趨勢（圖2b）。

資料1SST線性趨勢回歸系數為0.003 1，相關系數為0.91，通過了95%（r0.05＝0.19）的信度檢驗，即近150a期間，全球的SST以0.003 1℃·a－1的速度顯著性逐年線性遞增；資料2的SST線性趨勢回歸系數為0.003 5，相關系數為0.83，通過了95%（r0.05＝0.19）的信度檢驗，即近150a期間，全球的SST以0.003 5℃·a－1的速度顯著性逐年線性遞增；無論資料1還是資料2，整體來看，近150a來全球海域的SST呈顯著性逐年線性遞增的趨勢，與Jones［8］、蔡榕碩等［9］的結論一致。兩種資料的分析結果都能很明顯地看出，在1910年為近150a的SST的最低點，之后緩慢上升，在1942年附近達到一個相對高點，而后略有下降，但很快又恢復上升趨勢，上升趨勢一直延續至今，與Jones［8］、蔡榕碩等［9］的結論一致。區域平均后再分析變化趨勢這種分析方法將全球很多海域的信息都掩蓋掉了，但是卻能從整體上把握變化趨勢。

圖2 全球區域平均后的SST及其線性趨勢Fig.2 The SST and its linear tendency after averaging for world oceans

對比兩種分析方法發現，兩種方法得到的結論基本一致。分析每個網格點上能流密度的逐年線性趨勢，能夠清楚的反映出變化趨勢的區域性差異。如果區域平均后再求變化趨勢，可以從整體上把握變化趨勢，雖然容易將一些重點海域的信息漏掉，卻能夠分析出整個區域隨時間變化的規律。結合兩種分析方法，即能從整體上把握變化趨勢隨時間的變化規律，也能夠分析出變化趨勢的區域性差異。

3 結 論

1）近150a期間，全球大部分海域的SST以0.003℃·a－1左右的速度顯著性逐年線性遞增，中東太平洋的遞增趨勢強于西太平洋，南大西洋的遞增趨勢強于北大西洋，南印度洋的遞增趨勢強于北印度洋，MAM期間，南大洋SST的遞增趨勢明顯強于北大洋；格陵蘭南部海域和兩極部分海域的SST呈顯著的逐年線性遞減趨勢；來自NOAA的SST變化趨勢的區域性差異比來自Hadley的SST明顯，但是后者變化趨勢的強度稍大于前者。

2）不同海域SST的逐年變化趨勢由不同的季節主導。

3）近150a全球海域區域平均后的SST呈顯著的逐年線性遞增的趨勢，在1910年為近150a的SST的最低點，之后緩慢上升，在1942年附近達到一個相對高點，而后略有下降，但很快又恢復上升趨勢，上升趨勢一直延續至今。

（References）：

［1］ZHENG C W，ZHOU L，ZHOU L J.Wave and wave energy characteristics analysis in Xisha and Nansha during the last 45years［J］.Periodical of Ocean University of China，2011，29（4）：419－426.鄭崇偉，周林，周立佳.西沙、南沙海域波浪及波浪能季節變化特征［J］.海洋科學進展，2011，29（4）：419－426.

［2］ZHENG C W，ZHUANG H，LI X，et al.Wind energy and wave energy resources assessment in the East China Sea and South China Sea［J］.Sci China Tech Sci，2012，55（1）：163－173.

［3］ZHANG X Z，QIU Y F，WU X Y.The long－term change for sea surface temperature in the last 100years in the Offshore Sea of China［J］.Climatic and Environmental Research，2005，10（4）：799－807.張秀芝，裘越芳，吳迅英.近百年中國近海海溫變化［J］.氣候與環境研究，2005，10（4）：799－807.

［4］FENG L，LIN X P.Long－term trend of the East China Sea surface temperature during 1945—2006［J］.Periodical of Ocean University of China，2009，39（1）：13－18.馮琳，林霄沛.1945—2006年東中國海海表溫度的長期變化趨勢［J］.中國海洋大學學報，2009，39（1）：13－18.

［5］PAN W J，QIAN G M，YU K F，et al.Study on variation characteristics of SST observed in the past 40years in the coastal region of South China［J］.Journal of Tropical Meteorology，2007，23（3）：271－276.潘蔚娟，錢光明，余克服，等.華南近海近40年的實測SST變化特征［J］.熱帶氣象學報，2007，23（3）：271－276.

［6］CAI Y，WANG Z G，QIAO F L.The simulation of Pacific Ocean temperature with the global warming during 1960－1999［J］.Acta Ooceanological Sinica，2008，30（5）：9－16.蔡怡，王彰貴，喬方利.全球變暖背景下最近40年太平洋海溫變化數值模擬［J］.海洋學報，2008，30（5）：9－16.

［7］WANG G，ZHANG Q S.Features of temperature change over the last 400years at Barrow，Arctic［J］.Chinese Journal of Polar Research，1998，10（1）：11－16.王國，張青松.400年來北極巴羅角的溫度變化特征［J］.極地研究，1998，10（1）：11－16.

［8］JONES P D.Hemispheric surface air temperature variations：A reanalysis and an update to l993［J］.J.Climate，l994，（7）：l794－1802.

［9］CAI R S，CHEN J L，HUANG R H.The response of marine environment in the offshore area of China and its adjacent ocean to recent global climate change［J］.Chinese Journal of Atmospheric Sciences，2006，30（5）：1019－1033.蔡榕碩，陳際龍，黃榮輝.我國近海和鄰近海的海洋環境對最近全球氣候變化的響應［J］.大氣科學，2006，30（5）：1019－1033.

A Comparison Study on the Global Change Trend of SST Analyzed Based on Two Data Sets

ZHENG Chong－wei1，2，ZHUANG Hui2，LI Xun－qiang2，JIA Ben－kai2，3
（1.NO.92538ArmyofPLA，Dalian 116041，China；2.InstituteofMeteorology，PLAUniv.ofSci.＆Tech.，Nanjing 211101，China；3.NO.91967ArmyofPLA，Shahe 054100，China）

The changing trend of SST （Sea Surface Temperature）at individual grids of world oceans has been analyzed based on the SST data from NOAA and on those from the Hadley Center，and the results from these two data sets are compared.It has been found that during the last 150years the SST in most of the oceans tends to increase evidently and linearly year by year at a rate of about 0.003℃·a－1，with a trend of decreasing evidently and linearly year by year in the southern sea area of Greenland and part sea areas of Arctic and Antarctica.The changing trend of SST based on the data set from NOAA has more clear regional differences than that based on the data set from Hadley，but the latter is stronger in its intensity than the former.The year－by－year changing tendency of SST in different sea areas is mainly governed by seasons.The lowest SST in the last 150years occurred in 1910.Afterwards，the SST went up slowly and reached to a relatively high point around 1942.Then，after a slightly going down，it returned quickly to go up again.At the present the SST is still in a going－up trend.

SST；world oceans；changing tendency

March 16，2011

P731

A

1671－6647（2012）02－0171－06

2011－03－16

國家重點基礎研究發展規劃項目——天文與地球因子對氣候變化的影響（2012CB957803），亞洲區域海陸氣相互作用機理及其在全球變化中的作用（2010CB950400）；中科院知識創新工程重要方向項目——氣溶膠和季風相互作用及其對季風年際變化和年代際轉型的潛在貢獻（KZCX2－YW－Q11－03）

鄭崇偉（1983－），男，四川宜賓人，碩士，主要從事波候及波浪能資源方面研究.E－mail：zhengzhang.xia＠163.com