近百余年來西北太平洋SST長期變化趨勢研究

蘇勤，鄭崇偉，楊艷，陳曉斌

（1.海洋出版社，北京 100081；2.92538部隊氣象臺，遼寧大連 116041）

1 引言

全球氣候變化對人類的生產、生活、可持續發展有著重要影響，全球變暖導致的環境危機、資源危機越來越成為眾多專家關注的熱點。海洋作為全球氣候變化的重要調節器，海表溫度（SST—Sea Surface Temperature）的變化趨勢對全球氣候變化影響深遠。

前人對于SST的變化趨勢做了很多工作，聯合國政府間氣候變化委員會（IPCC—Intergovernmen?tal Panel on Climate Change）第四次評估報告指出在1906—2005年期間全球變暖趨勢為0.074℃/10a[1-3]，氣候學家們也普遍認為在過去的100年里，全球變暖的趨勢約0.53℃/100a[4-5]。張秀芝等[6]利用Hadley中心的SST數據，在渤海、黃海、東海、南海各選擇代表區域，分析了中國近海海溫的長期變化，研究發現中國海近100多年來各海區呈增溫趨勢，此外還發現，渤海、黃海、南海的年平均SST存在2—4年的顯著性變化周期、準7年的變化周期。潘蔚娟等[7]利用實測月平均SST資料，發現華南近海區域年平均SST最近44年的線性增長率為0.12—0.19℃/10a。馮琳等[8]利用來自Hadley中心的SST，發現在1945—2006年期間東中國海的SST變化趨勢為0.015℃/a，在整個62年期間共升高了0.9℃，其中東海升溫最為突出，福建和浙江兩省沿岸向東北方向擴展的大片海域，是SST遞增趨勢的大值區。前人對全球變暖研究做了很大貢獻，但多是區域平均后SST的整體變化趨勢，往往會將某些重點海域的變化特征忽略。不同海域SST的變化趨勢存在很大的差異，本文利用來自英國氣象局Hadley氣候預測和研究中心的SST資料，計算了近百余年來（1870—2010年）西北太平洋海域（0°—60°N，100°—180°E）SST變化趨勢的長期變化趨勢。主要分析了SST的整體變化趨勢、變化趨勢的區域性差異、季節性差異、變化周期、突變形勢，以期可為研究全球氣候變化提供參考。

圖1 1870—2010年期間西北太平洋逐年平均的SST及其整體變化趨勢

2 資料簡介

本文所用的SST資料來自英國氣象局Hadley氣候預測和研究中心，該SST數據的時間范圍從1870年至今，每月1次，更新較及時，空間分辨率1°×1°，空間范圍為89.5S°—89.5°N，0.5°—359.5°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)。該數據具有較高的精度，被廣泛運用[6,8-9]。

3 SST長期變化趨勢

3.1 近百余年SST的整體變化趨勢

為了體現近百余年來（1870—2010年）西北太平洋海域SST的整體變化趨勢，本文將該海域的SST從1870—2010年進行逐年區域平均，分析SST的整體變化趨勢，見圖1。

近百余年來，西北太平洋SST變化趨勢的相關系數為0.73，通過了95%（r0.05=0.19）的信度檢驗，即線性變化趨勢顯著，回歸系數為0.0039，表明近百余年來，西北太平洋海域的SST以3.9×10-3℃/a的速度顯著性逐年線性遞增。從曲線的走勢來看，在1870—1910年期間表現出緩慢的遞減趨勢，SST基本在22.0—22.5℃之間輕微震蕩；1910—1930年期間的SST為近百余年來的波谷，曲線走勢也非常平緩；1930年以后，SST震蕩遞增，趨勢一直延續至今，詳見圖1。

3.2 SST線性趨勢的區域性差異

區域平均后再分析SST的變化趨勢，可以從整體上把握SST的變化趨勢，但這種分析方法往往會將某些重點海域的變化特征忽略。本文將西北太平洋海域1°×1°每個網格點上的SST從1870—2010年進行逐年平均，分析每個網格點上SST的逐年線性變化趨勢，具體計算方法如下：

式（1）為回歸方程，b為線性趨勢的回歸系數。相關系數為r。

圖2 1870—2010年全球海域SST的逐年變化趨勢

由圖2可看出，西北太平洋大部分海域的SST表現出顯著的逐年線性遞增趨勢，SST在近海的遞增趨勢明顯強于大洋。近海的遞增趨勢基本都在3×10-3℃/a以上，福建和廣東沿岸、臺灣周邊海域、琉球群島-日本一帶周邊海域的遞增趨勢最為強勁，基本在9×10-3℃/a以上，高值中心可達12×10-3℃/a以上；大洋中部的遞增趨勢為0—3×10-3℃/a，與全球變暖的大背景吻合。本文計算得到的西北太平洋SST的遞增趨勢略高于IPCC第四次評估報告指出在1906—2005年期間全球變暖趨勢為0.074℃/10a，也就是說西北太平洋尤其是中國近海的SST遞增趨勢稍強于全球變暖趨勢。而與潘蔚娟[7]、馮琳[8]等的結論比較發現，過去百年的SST遞增趨勢沒有近50余年來的遞增趨勢強勁，這是由于在1870—1910年期間SST變化趨勢相對平緩，遞增趨勢主要體現在1910—2010年期間所致，這一點由圖1也可以明顯看出。僅在尚塔爾群島（鄂霍次克海西部近海）海域呈顯著的遞減趨勢，約-15×10-3— -9×10-3℃/a。張秀芝[6]、馮琳[8]等研究也發現中國海的SST呈顯著的遞增趨勢，福建和浙江兩省沿岸向東北方向擴展的大片海域的遞增趨勢尤為強勁，本文的結果與之一致。

圖3 1870—2010年期間全球海域SST變化趨勢的季節性差異

3.3 SST線性趨勢的季節性差異

為了展現西北太平洋海域SST變化趨勢的季節性差異，本文還將西北太平洋海域1°×1°每個網格點上的SST從1870—2010年進行逐春季、逐夏季、逐秋季、逐冬季平均，分析每個網格點上SST的逐季節線性變化趨勢，并對比變化趨勢的季節性差異，見圖3。

逐春季：由圖3a可見，近百余年來，西北太平洋大部分海域的SST表現出顯著性遞增趨勢，大部分海域的遞增趨勢在2×10-3℃/a以上，僅低緯度小范圍海域的遞增趨勢稍弱，在0—2×10-3℃/a，高值中心分布于福建和浙江兩省沿岸向東北方向擴展的大片海域、臺灣周邊海域、日本海南部海域、日本南部及東南部近海，遞增趨勢在8×10-3℃/a以上；鄂霍次克海中西部海域的SST呈顯著性逐春季線性遞減，約-30×10-3—10×10-3℃/a。

逐夏季：SST變化趨勢的分布特征與逐春季相近，只是第一島鏈（日本-琉球群島-臺灣-菲律賓一線）以內及附近海域SST的遞增趨勢稍有增強。值得注意的是：鄂霍次克海西部SST呈遞減趨勢的海域范圍教春季縮小，鄂霍次克海東部的SST在春季無顯著變化趨勢，但在夏季卻呈顯著的遞增趨勢。

逐秋季：SST的遞增趨勢教春季、夏季更為強勁，整個西北太平洋海域的遞增趨勢基本都在2×10-3℃/a以上；日本-琉球群島-臺灣一線附近大范圍海域SST的遞增趨勢尤為強勁，可達8×10-3℃/a以上；鄂霍次克海大部分海域的SST轉變為顯著性逐秋季遞增趨勢，在2×10-3—8×10-3℃/a。

逐冬季：大部分海域SST變化趨勢的分布特征與逐秋季相近，僅在鄂霍次克海的SST又轉變為線性遞減，詳見圖3c、圖3d。

整體來看，無論哪個季節，SST在近海的遞增趨勢明顯強于大洋。

3.4 SST的變化周期

將西北太平洋海域的SST從1870—2010年進行逐年區域平均，然后利用功率譜分析方法，分析近百余年來西北太平洋SST的變化周期，見圖4。

通過分析不難發現西北太平洋海域的SST存在多種尺度的變化周期：具有顯著的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年的顯著性變化周期，以及45年以上的長周期震蕩。張秀芝等[6]研究發現中國海近100多年來中國各海區的SST存在2—4年的顯著性變化周期、準7年的變化周期。陳紅霞等[10]指出中國近海及臨近海域（15°—25°N，112°—130°E）海浪的年際變化中以5年為周期的變化最為顯著，和ENSO事件有著很好的對應關系；郭隨平等[11]的研究發現南海的風浪、涌浪、混合浪與厄爾尼諾有著較為密切的關系。本文猜想：中國海的海洋水文要素與厄爾尼諾現象可能存在一定的相關性，在下一步的研究中可重點就厄爾尼諾現象與中國海的海洋水文要素之間的超前、同期、滯后相關進行計算，探索其是否存在聯系，為氣候預測、全球氣候變化提供參考。

3.5 SST的突變形勢

將西北太平洋海域的SST從1870—2010年進行逐年區域平均，利用MK（Mann-Kendall）檢驗分析方法[12]，分析近百余年來該海域SST的突變形勢。如果UF與UB線相交，且交點位于兩條臨界線之間，則說明存在明顯的突變形勢。

由圖5可見，UF與UB線相交于1982年，80年代初期北太平洋發生了一次年代際振蕩，PDO位相發生了轉變，作者在此猜想西北太平洋海域的SST是否與此存在聯系，在以后的工作中需要就此重點展開計算。但交點并不分布于兩條檢驗線之間，表明近百余年來，西北太平洋海域的SST并不存在顯著的突變形勢。由UF曲線可見，在1870—1910年期間，西北太平洋海域的SST表現出緩慢的遞減趨勢，1910—1930年期間的SST為近百余年來的波谷，曲線走勢也非常平緩；1930年以后，SST震蕩遞增，趨勢一直延續至今，與圖1的結論完全吻合。

4 結論

圖4 西北太平洋海域SST的功率譜分析

圖5 西北太平洋海域SST的突變形勢檢驗

本文利用來自英國氣象局Hadley氣候預測和研究中心的SST資料，計算了近百余年來（1870—2010年）西北太平洋SST的整體變化趨勢、變化趨勢的區域性差異、季節性差異、變化周期、突變形勢，得到如下主要結論：

（1）近百余年來，西北太平洋的SST整體上以3.9×10-3℃/a的速度顯著性逐年線性遞增。在1870—1910年期間表現出緩慢的遞減趨勢，SST基本在22.0—22.5℃之間輕微震蕩；1910年—1930年期間的SST為近百余年來的波谷，曲線走勢也非常平緩；1930年以后，SST震蕩遞增，趨勢一直延續至今，與全球變暖的大背景相吻合；

（2）西北太平洋大部分海域的SST表現出顯著的逐年線性遞增趨勢，SST在近海的遞增趨勢明顯強于大洋。近海的遞增趨勢基本都在3×10-3℃/a以上，其中福建和廣東沿岸、臺灣周邊海域、琉球群島-日本一帶周邊海域的遞增趨勢最為強勁，基本在9×10-3℃/a以上，高值中心可達12×10-3℃/a以上；僅在尚塔爾群島（鄂霍次克海西部近海）海域呈顯著的遞減趨勢，約-15×10-3— -9×10-3℃/a；

（3）西北太平洋SST的變化趨勢表現出較大的季節性差異，大部分海域的SST在各個季節均表現出顯著的線性遞增趨勢，秋冬兩季的遞增趨勢強于春夏兩季。鄂霍次克海的SST在冬春兩季表現出顯著性遞減趨勢，在秋季則表現出顯著性遞增趨勢，夏季為過渡季節；

（4）西北太平洋的SST存在多種尺度的變化周期：具有顯著的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年的顯著性變化周期，以及45年以上的長周期震蕩。近百余年來，西北太平洋的SST并不存在顯著的突變現象。

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

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