北黃海冷水團溫度年際變化研究

李昂，于非，刁新源，司廣成

（1.中國科學院海洋研究所，山東青島266071；2.中國科學院大學，北京100039）

北黃海冷水團溫度年際變化研究

李昂1，2，于非1*，刁新源1，司廣成1

（1.中國科學院海洋研究所，山東青島266071；2.中國科學院大學，北京100039）

本文基于1976—2006年國家標準斷面（大連—成山頭）調查資料，結合ECMWF氣溫、風速以及輻射等再分析資料，研究了北黃海冷水團的低溫中心以及北部鋒面的年際變化規律，并對其與氣候年際變化信號的關系做了相關性分析以及EOF分析，研究了影響北黃海冷水團的諸多因素。研究結果表明，北黃海冷水團及其北部鋒面強度存在明顯的年際變化特征，北黃海冷水團中心最低溫度具有升溫趨勢，北部鋒面強度具有減弱趨勢。分析發現，前冬海溫，當地氣溫，經向風場以及輻射通量都對來年北黃海冷水團的強度存在影響，東亞冬季風的年際變異是影響北黃海冷水團溫度年際變化的主要機制，El Ni?o、La Ni?a事件成熟期滯后于北黃海冷水團最低溫度的相對低值、高值出現，ENSO通過與東亞冬季風的相互作用與北黃海冷水團相聯系。

北黃海冷水團；年際變化；相關性分析

李昂，于非，刁新源，等.北黃海冷水團溫度年際變化研究［J］.海洋學報，2015，37（1）：30—42，doi.10.3969/j.issn.0253-4193.2015.01.004

Yu Ang，Yu Fei，Diao Xinyuan，et al.Interannual variabi l ity of temperature of the northern Yellow Sea Cold Water Mass［J］.Haiyang Xuebao，2015，37（1）：30—42，doi.10.3969/j.issn.0235-4193.2015.01.004

1　引言

黃海冷水團是我國陸架淺海上的一個突出而重要的海洋現象，也是中國近海淺海水文特征的重要組成部分，一直為國內外海洋學者尤其是中國海洋學家所關注。黃海冷水團是位于黃海中部洼地的深層和底部的低溫高鹽季節性水團。夏季，黃海冷水團幾乎控制著整個黃海遼闊的海域，對生物群落的分布，漁業資源的獲取有著重要的影響。20世紀50年代末，赫崇本等［1］最先對黃海冷水團的形成機制及其性質進行了研究，提出了“黃海冷水團是冬季在黃海本地形成的”的重要觀點。在這之后管秉賢［2］發現黃海冷水團的溫度與本地氣溫存在較為密切的關系。繆經榜等［3—4］利用理論模式解分析了黃海冷水團的形成機制，得出北黃海冷水團形成是北黃海洼地之上的過冬水，入春后海表升溫熱量向下傳播的結果。任慧軍和詹杰民［5］利用POM模式分析發現溫躍層、潮混合、暖流和地形對黃海冷水團的形成起著重要作用。有關黃海冷水團季節變化以及季節內變化的研究目前已有很多，邱道立等［6］、任慧軍和詹杰民［5］、于非等［7］、Zhang等［8］利用不同調查資料或模式結果，對黃海冷水團的季節變化及其消長過程進行了分析，基本確定了黃海冷水團春季形成、發展，夏季成熟，秋季衰退，冬季消失的觀點。Chu等［9］發現黃海熱結構的季節變化受到表面強迫的季節變化影響。黃海冷水團年際變化研究方面，Hu和Wang［10］利用EOF分析了南黃海冷水團溫度的年際變化特征，發現溫躍層深度的變化主要受表面加熱的影響而鋒面強度的年際變異將影響垂直環流。王輝武［11］利用同樣方法發現黃海暖流的殘留水存在4—7年的年際變化周期。Park等［12］通過EOF分析發現了南黃海冷水團西側部分的三次冷事件和兩次暖事件，黃海冷水團的變化受到冬季表面強迫（如西伯利亞高壓、阿留申低壓、東亞急流、PDO、北極濤動等）和夏季表面強迫（如黑潮SST，亞洲大陸SLP，阿留申群島SLP等）的影響。Wei等［13］提出降溫期（9—2月）黃海熱含量主要受表面感熱和潛熱影響，這兩者變化與東亞冬季風和北極濤動的變異相聯系。另外，Park和Oh［14］發現東亞邊緣海SST與赤道中部太平洋海溫存在年際尺度上的相關。

黃海冷水團包括北黃海冷水團和南黃海冷水團。與南黃海冷水團相比，北黃海冷水團冷中心最早出現，且位置最穩定，中心穩定在渤海海峽口東側38°15′N，122°30′E附近［7］。北黃海冷水團具有低溫高鹽，溫差大、鹽差小，較長時間幾乎恒定不變的性質。北黃海冷水團的研究開展比較早，目前已有很多研究成果。鮑獻文等［15］、姚志剛等［16］分析了北黃海冷水團四季的溫鹽特征及北黃海冷水團的消長過程，發現鹽躍層的生成和消亡均滯后于溫躍層。但目前對于北黃海冷水團年際變化的研究較少，翁學傳等［17］利用“相似系數”法，分析出黃海冷水團的分布范圍有明顯年間變化，北黃海冷水團中心位置以及溫鹽性質均較穩定。張以懇和楊玉玲［18］利用同樣方法，利用冷水團分布范圍、厚度、體積以及低溫中心溫度4個指標，將北黃海冷水團分為了強、弱、平年3種情況。江蓓潔等［19］根據橫貫北黃海冷水團的斷面觀測資料，分析出北黃海冷水團主要受冬季氣溫的影響，個別年份的溫度異常可能受厄爾尼諾以及黑潮大彎曲的影響。宋新等［20］基于ROMS模式，分析指出夏季黃海冷水團范圍存在5年的周期變化特征，與冬季風速存在正相關，并滯后于ENSO17個月。有關北黃海冷水團冷暖年推算的研究，張元奎和賀先明［21］建立了利用前冬水氣溫預報北黃海冷水團強弱的方程，預報方程F檢驗效果顯著，與實際情況基本相符。孫湘平［22］發現北黃海冷水團強弱主要取決于冬季氣候的冷暖程度。杜兵等［23］分析了北黃海冷水團的多年變化特征及其與氣溫的關系，發現老虎灘以及小長山冬季氣溫與扇貝死亡率存在顯著負相關。李坤平［24］分析出黑潮大彎曲第二年黃海冷水團為暖年，黃海冷水團冷年會伴隨厄爾尼諾事件出現。

本文主要研究北黃海冷水團溫度及其相關變量的年際變化特征，基于31年（1976—2006年）的標準斷面的調查資料、ECMWF再分析資料，分析北黃海冷水團中心最低溫度、北部鋒面的年際變化并利用相關性分析研究北黃海冷水團年際變化的影響因素。文章使用的斷面調查資料與前人的研究中使用的資料相比，在時間序列的長度以及連續性方面有一定提高，對北黃海冷水團中心最低溫度的研究考慮了低溫中心在各站之間的擺動，還研究了北黃海冷水團鋒面強度的年際變化，較之前的年際變化研究考慮了如冬季海溫、冬季氣溫、冬季風、冬季凈輻射通量、黃海暖流以及ENSO等因素在內的多種可能對北黃海冷水團產生影響的因素。

2　數據資料與方法介紹

本文所使用的數據包括：

（1）1976-2006年國家標準斷面調查資料（大連—成山頭斷面），站位如圖1所示，個別年份站位由于走航原因站位位置會有細微的差別，但不影響斷面資料質量。溫度觀測統一使用顛倒溫度計進行測量，測量精度達0.01℃。資料連續性較好，夏季（8月）資料僅有1993年缺測，冬季（2月）資料1976、1984、1996年缺測，冬夏均未出現連續兩年缺測的情況，空間分辨率方面，斷面緯度跨度約1.3°，經度跨度約1°，各站水平距離平均相隔約22～25 k m，垂直方向分辨率為5 m，具體層次為5 m、10 m、15 m、20 m、25 m、30 m、35 m、底層（個別站位有50 m層）；

（2）1976—2006年ECMWF再分析資料，包括10 m高度經向風場、2 m高度溫度場、表面凈太陽（短波）輻射、表面凈熱（長波）輻射、表面感熱通量、表面潛熱通量，資料空間分辨率為0.75°×0.75°，其中溫度場選取37.5°～42.5°N，120°～125°E代表北黃海區域，資料來源：http：//apps.ecm wf.int/datasets/；

（3）由NOAA氣候預報中心發布的1950—2012年Ni?o3.4指數資料，時間分辨率為1個月，資料來源：http：//w w w.cpc.ncep.noaa.gov/data/indices/。

本文所用到的資料分析方法：（1）線性插值法：由于各站均為標準層數據分辨率不高，對各個站的資料進行了垂向的插值處理；（2）相關性分析：相關系數

式中，cov（x，y）為兩時間序列的協方差，Sx，Sy為數據標準差，文中相關系數都通過了檢驗95%的信度檢驗，檢驗公式：

圖1　大連—成山頭斷面調查站位Fig.1 Survey stations of Dal ian-Chengshantou section

式中，n-2為數據的自由度［25］；（3）小波分析：選取Morlet母小波函數，對時間序列進行小波變換，將時間序列信號在時域和頻域上進行展開，本文使用了Torrence和Compo［26］提供的小波分析matlab工具包；（4）擬合分析：利用線性擬合分析時間序列的年際變化趨勢；（5）EOF分析：將原始資料的矩陣X進行標準化處理，計算其協方差陣S=XX′，（3），求出S陣的值∧和特征向量V，其中V，再利用T=V′X，（4），求時間系數矩陣T，最后計算各個向量的方差貢獻［25］，特征值通過了95%的顯著性檢驗。

3　冷水團相關要素的年際變化特征

由圖1中站位位置以及圖2北黃海冷水團底層的溫度分布可以發現，大連—成山頭斷面橫跨北黃海冷水團的中心，可較好的代表北黃海冷水團的狀態。由于黃海冷水團夏季處于強盛期，8月份的調查資料能夠體現當年夏季北黃海冷水團的特征。

3.1北黃海冷水團中心的年際變化

北黃海冷水團的最低溫度和熱含量是代表北黃海冷水團強度以及熱狀況特征的重要物理量。對北黃海冷水團的最低溫度和熱含量的研究可以有效的分析出北黃海冷水團強度的年際變化特征。因而下文將主要通過這兩者對北黃海冷水團進行分析。

3.1.1北黃海冷水團中心位置年際變化

圖2　北黃海冷水團底層溫度分布［15］Fig.2 Bottom temperature distribution of the northern Yellow Sea Cold Water Mass［15］

表1中顯示北黃海冷水團中心位置主要在4～ 6號站之間變動，擺動空間范圍大約45.6 k m，且大多數時間，尤其是20世紀80年代初到90年代初這段時間，冷中心位置位于5號站，即38.22°N，122.12°E附近，為了更好的研究北黃海冷水團中心強度的年際變化，本文選取斷面最低溫度作為北黃海冷水團中心溫度，與江蓓潔等［19］利用斷面中部站的底層最低溫度來對北黃海冷水團的年際變化進行研究有所不同。

表1　北黃海冷水團中心各年位置Tab.1 Northern Yellow Sea Cold Water Mass center position in each of the years

3.1.2北黃海冷水團中心最低溫度年際變化

圖3是北黃海冷水團的中心最低溫度的時間序列，最高值出現在1990年，達7.18℃，最低溫出現在1984年，僅為4.44℃。北黃海冷水團中心最低溫度存在明顯的波動上升趨勢，利用線性趨勢分析發現，北黃海冷水團存在約0.026℃/a的升溫趨勢，升溫幅度大于江蓓潔［19］的研究結果（0.005℃/a），對時間序列進行小波分析（見圖4）發現，北黃海冷水團最低溫度時間序列的小波功率譜4年左右的周期信號最強，分析結果通過了95%的置信度檢驗。這一周期與東亞冬季風3～5年的年際變化周期也

圖3　北黃海冷水團中心最低溫度變化（實心圓實線）及其線性變化趨勢（實線）Fig.3 Variation of lowest center temperature of northern Yellow Sea Cold Water Mass（sol id l ine with sol id dots）and its l inear trend（sol id l ine）

3.1.3北黃海冷水團25 m以下區域平均熱含量

圖4　北黃海冷水團中心最低溫度小波功率譜Fig.4 Wavelet power spectrum of lowest center temperature of Northern Yellow Sea Cold Water Mass

圖5　大連—成山頭斷面的平均溫度Fig.5 The mean temperature of Dal ian-Chengshantou section

觀察北黃海冷水團的平均熱含量發現，最高值出現在1982年，達9.74℃，最低溫出現在1996年，僅為5.43℃。由圖6觀察發現北黃海冷水團平均熱含量存在明顯的波動上升趨勢，利用線性趨勢分析發現，北黃海冷水團熱含量存在約0.049℃/a的升溫趨勢。

圖6　北黃海冷水團25 m以下區域平均熱含量變化（實心圓實線）及其線性變化趨勢（實線）Fig.6 Variation of below 25 m area mean heat content of northern Yellow Sea Cold Water Mass（sol id l ine with sol id dots）and its l inear trend（sol id l ine）

3.1.4海區平均熱含量

計算夏季整個斷面平均熱含量，以代表整個北黃海海區的熱狀況（圖7），斷面平均熱含量的計算方法與3.1.3中北黃海冷水團25 m以下區域平均熱含量的計算方法公式（5）相同。觀察發現，斷面熱含量最大值出現在1983年，最小值出現在1996年，與北黃海冷水團25 m以下區域平均熱含量最小值出現年份一致，2001年后波動振幅減小，發現整個斷面亦存在輕微上升的趨勢，升溫幅度約為0.007℃/a，升溫幅度小于北黃海冷水團的升溫幅度，說明北黃海冷水團升溫幅度較高，相對于整個北黃海海區是升溫的。

3.1.5小于8℃的數據點的個數

管秉賢［2］在研究中提出，采用8℃等溫線作為黃海冷水團范圍年際變化的指標較10℃為宜。因而選取小于8℃的數據點的個數來描述北黃海冷水團所占據的空間（圖8），發現小于8℃的數據點呈波動減少的趨勢，同時整個斷面的測點基本穩定在65～70之間，總測點沒有減少的趨勢，因而說明小于8℃的數據點的減少是由于北黃海冷水團的范圍在變小造成的，進而反映出北黃海冷水團有升溫的趨勢。同時還可以發現時間序列在1997年后振幅明顯減小。小波分析功率譜在5年左右周期上達到峰值（圖略）。

3.1.6斷面溫度的線性變化趨勢以及EOF分析

圖7　大連—成山頭斷面平均熱含量（實心圓實線）及其線性變化趨勢（實線）Fig.7 Mean heat content of Dal ian-Chengshantou section（sol id l ine with sol id dots）and its l inear trend（sol id l ine）

圖8　小于8℃測點個數變化（實心圓實線）及其線性變化趨勢（實線）Fig.8 Variation of the number of measuring point less than 8℃（sol id l ine with sol id dots）and its l inear trend（sol id l ine）

對斷面各層各點溫度時間序列進行線性趨勢的分析（見圖9），北黃海冷水團中心區域各點都表現出升溫趨勢，而溫躍層附近溫度則反映出降溫的趨勢，這可能與溫躍層的年際振蕩有關。北黃海冷水團與周圍水體表現出了相反的溫度變化趨勢，這可能導致冷水團水體與周圍水體的溫度差異變小，使得北黃海冷水團的鋒面減弱。利用EOF分析同樣發現，在第一模態（見圖10a）主要顯示的是溫度躍層區域的強變化，方差貢獻率達38%，時間序列的小波功率譜發現5年周期信號較強（圖略）；第二模態（見圖10c）呈現偶極子的狀態，顯示躍層區溫度與斷面中北部冷水團區域溫度存在反位相的變化，第二模態的時間序列顯示二者的變化趨勢不明顯，方差貢獻率為13%；第三模態（圖10e）變率大值區出現在冷水團中心區，主要反映出北黃海冷水團與溫躍層相反的變化，與時間序列（圖10f）相結合分析主要表現了北黃海冷水團中心的升溫，與斷面溫度線性趨勢分析的結果相一致，方差貢獻率10%，第三模態的結果也進一步驗證了上文分析出的溫度上升趨勢。

圖9　大連—成山頭斷面夏季平均溫度和各點線性變化趨勢（等值線）Fig.9 The mean temperature of Dal ian-Chengshantou section and l inear trend of every points of Dal ian-Chengshantou section（contour l ine）in sum mer

圖10　夏季大連—成山頭斷面溫度EOF分析第一、第二和第三模態（a、c、e）空間分布以及（b、d、f）時間序列（實心圓實線）及其線性變化趨勢（虛線）Fig.10 Spatial distribution（a、c、e）and time series（a、c、e）of sum mer temperature first EOFmode of Dal ian-Chengshantou section（sol id l ine with sol id dots）and its l inear trend（dash l ine）

綜合以上分析發現，利用對北黃海冷水團中心最低溫度、熱含量、小于8℃測點個數3者時間序列、斷面各點溫度線性傾向以及斷面溫度的EOF分析，確定了北黃海冷水團的升溫趨勢，同時也發現了北黃海冷水團中心最低溫度和熱含量存在明顯的年際變化特征。

3.2北黃海冷水團北部鋒面的年際變化

鋒面強度是北黃海冷水團的主要示性特征，鋒面的年際變化能很好的體現出北黃海冷水團中心與沿岸水的差異。鋒面的年際變化也可以反映北黃海冷水團強度的年際變化特征。本文選取斷面各層中水平溫度梯度最大值以及底層溫度梯度的最大值來研究北黃海冷水團鋒面的年際變化。

圖11　北黃海冷水團北部鋒面水平溫度梯度變化（實心圓實線）及其線性變化趨勢（實線）Fig.11 Horizontal temperature gradient variation of north front of northern Yellow Sea Cold Water Mass（sol id l ine with sol id dots）and its l inear trend（sol id l ine）

比較斷面每年各站底層溫度，并計算其溫度梯度，計算方法與水平溫度梯度的計算方法類似，溫差為斷面相鄰兩站的底層溫度之差，距離仍取兩側站距離。結果（圖12）發現1982—1995年期間底層溫度梯度的變化幅度明顯比其他年份大，1987和1988年分別出現了溫度梯度的最小值（0.058 0℃/k m）和最大值（0.388 9℃/k m），此外與溫度水平梯度相似的是，1995年以后的底層溫度梯度也均在低值震蕩。小波功率譜（圖13）發現底層溫度梯度3年左右的年際變化周期的信號較強，強周期信號主要集中在1982—1997年之間。

圖12　北黃海冷水團底層溫度梯度變化Fig.12 Gradient variation of bottom temperature of northern Yellow Sea Cold Water Mass

圖13　北黃海冷水團底層溫度梯度小波功率譜Fig.13 Wavelet power spectrum of bottom temperature gradient of Northern Yellow Sea Cold Water Mass實線：95%置信度檢驗曲線，虛線：未受小波變換邊界效應影響的邊界Sol id l ine is the curve of 95%confidence level test，dash l ine is boundary of the area which was not affected by edge effects

底層溫度梯度與最大水平溫度梯度的研究結果表明1995年以后北黃海冷水團北部鋒面存在一定的減弱趨勢，鋒面強度存在明顯的年際變化。北黃海冷水團鋒面減弱趨勢與之前對斷面各點溫度的線性變化趨勢（見圖9）相對應，驗證了之前的推測，北黃海冷水團鋒面的減弱反映出北黃海冷水團與周圍水團的溫度差異變小了。

4　影響北黃海冷水團的因素及相關性分析

北黃海冷水團強弱受到多種因素的綜合作用。基于“黃海冷水團水是在冬季黃海本地形成的觀點”［1］，因而前冬的海溫、氣溫的高低，冬季風強弱，海區的輻射通量以及黃海暖流等諸多要素都會影響北黃海冷水團。另外，由于上文分析出北黃海冷水團溫度存在年際變化特征，而ENSO是全球氣候變化中最強的年際變化信號，因而文章也分析了北黃海冷水團與ENSO變異的關系。

4.1前冬海溫

由于北黃海冷水團水為前冬殘留水的說法被普遍接受，掌握前冬本地海溫的情況對研究北黃海冷水團的年際變化十分重要。對1977—2006年2月的大連—成山頭斷面的溫度調查資料進行EOF分析（圖14）。發現冬季斷面溫度的EOF第一模態方差貢獻率達到90%，空間模態的分布差別不大，而時間序列存在明顯的增長趨勢，顯示了斷面冬季海溫明顯的升溫趨勢，時間序列的小波功率譜在3年周期存在較強信號。冬季北黃海海溫的升溫也對應了夏季北黃海冷水團的升溫。由于強冬季風的作用以及冷卻作用使得整個北黃海海區海水上下混合均勻，對冬季北黃海冷水團中心區站位熱含量、整個斷面的平均熱含量進行計算并統計發現，兩者的年際變化規律基本是一致的（見圖15），從側面表現了海區冬季的海溫特征，趨勢分析發現冬季海溫也存在升溫的趨勢。對斷面各點溫度的線性變趨勢分析（見圖16）同樣證明冬季北黃海海區海水整體升溫，斷面升溫在量級上與北黃海冷水團中心一致。

由于冬季北黃海冷水團中心區站位熱含量與斷面的平均熱含量的年際變化規律基本一致，而冬季北黃海冷水團中心區站位基本位于斷面中部一定程度上代表了冬季到達北黃海的黃海暖流的溫度特征，取冬季北黃海冷水團中心區站位的熱含量代表冬季海溫，利用相關性分析發現前冬海溫與北黃海冷水團中心最低溫度存在正相關（見圖17a），相關系數為0.36。說明冬季海溫越低，北黃海冷水團溫度也越低。此相關性也側面證明了冬季的存留水是夏季北黃海冷水團的重要來源。

圖14　冬季大連—成山頭斷面溫度EOF分析第一模態（a）空間分布以及（b）時間序列（實心圓實線）及其線性變化趨勢（虛線）Fig.14 Spatial distribution（a）and time series（b）of winter temperature first EOFmode of Dal ian-Chengshantou section（sol id l ine with sol id dots）and its l inear trend（dash l ine）

圖15　冬季北黃海冷水團中心區站位熱含量（實心圓實線）以及斷面熱含量（實心三角形實線）Fig.15 Winter heat content of the station in center area of northern Yellow Sea Cold Water Mass（sol id l ine with sol id dots）and winter heat content of whole section（sol id l ine with sol id triangle marks）

圖16　大連—成山頭斷面冬季平均溫度和各點線性變化趨勢（等值線）Fig.16 The mean temperature of Dal ian-Chengshantou section and l inear trend of every points of Dal ian-Chengshantou section（contour l ine）in winter

圖17　北黃海冷水團中心最低溫度（實線）與大連—成山頭斷面冬季海溫（a）、冬季本地氣溫（b）、冬季凈輻射（c）和東亞冬季風指數（d）（虛線）Fig.17 Lowest center temperature of Northern Yel low Sea Cold Water Mass（sol id l ine）and winter sea temperature of Dal ian-Chengshantou section（a），winter local air temperature（b），winter net heat flux（c）andEast Asain winter monsoon index（dash l ine）（d）

4.2前冬氣溫

利用ECMFW再分析資料2 m高度處氣溫，對北黃海區域的氣溫場進行平均，用12、1、2月的平均值以代表海區的冬季氣溫（圖17b）。將北黃海冷水團中心最低溫度與冬季本地氣溫做相關性分析發現相關性為正，相關系數為0.40。冬季氣溫的高低也將影響北黃海冷水團強度。較低的溫度會導致冬季海區進一步失去熱量因而導致北黃海冷水團溫度偏低。

4.3輻射通量

輻射通量反映了海區整體的得失熱狀況。利用ECMWF再分析資料中的表面凈熱（長波）輻射、表面凈太陽（短波）輻射、表面感熱以及表面潛熱四個輻射通量資料。其中負值為海區失去熱量，正值為獲得熱量，海區凈輻射通量=凈太陽（短波）輻射通量+凈熱（長波）輻射通量+感熱通量+潛熱通量，（7）。將整個海區的標準化平均冬季凈輻射通量與北黃海冷水團最低溫度（見圖17c）做相關性分析得到相關系數為0.43，即冬季北黃海失熱越多，下一年的北黃海冷水團將越強。凈輻射通量與北黃海冷水團的關系進一步印證了前冬海區的得失熱狀況對北黃海冷水團的影響。

4.4冬季風

冬季風的強弱也是反映冬季天氣狀況的重要指標。本文選用了Wen等［28］定義的東亞冬季風指數：即利用25°～40°N，120°～140°N與10°～25°N，110°～130°N兩區域10 m經向風場的平均值代表東亞冬季風的強度（見圖17），與北黃海冷水團中心最低溫度為正相關，相關系數為0.38。北黃海冷水團溫度與季風指數的相關性分析說明冬季北風越強，北黃海冷水團溫度較低。較強的北風加劇了海區的熱量交換也帶來了北方的更強冷空氣進一步加劇了海水冬季的失熱情況。王輝武等［29］發現黃海暖流與經向風存在相關，冬季風增強會導致黃海暖流增強。增強的黃海暖流使得到達北黃海的暖水增多，一定程度使北黃海海區增溫。

總結以上研究發現，夏季北黃海冷水團溫度與冬季海溫、冬季海區平均氣溫、冬季海區凈輻射以及冬季風在年際變化時間尺度上均存在一定相關，充分說明前冬北黃海區域的海氣相互作用對來年的北黃海冷水團的強度存在著重要的影響，海區的氣溫、輻射通量、北風風速均從一定程度上反映了東亞冬季風的強度，或者說均受到東亞冬季風的控制，因而可以說東亞冬季風的年際變異是來年夏季北黃海冷水團年際變異的主要影響機制，東亞冬季風通過改變冬季的氣溫，輻射通量以及北風強度改變了海區的海溫，最終改變了第二年夏季北黃海冷水團的強弱。東亞冬季風的減弱趨勢被眾多學者所證實［30—32］，減弱的東亞冬季風使得北黃海冬季海溫升高，致使北黃海冷水團出現了升溫的趨勢。

4.5北黃海冷水團與ENSO的關系

比較NINO3.4指數與夏季北黃海冷水團溫度的時間序列（圖18）發現，厄爾尼諾年（1982—1983、1986—1987、1991—1992、1997—1998、2002年）之前，北黃海冷水團會有相對的溫度低值出現（1981、1986、1991、1996、2001年）；同樣，在拉尼娜年（1984—1985、1988、1995—1996、1999—2000年）之前，北黃海冷水團會有相對的高值（1983、1987、1995、1999年）出現，北黃海冷水團的相對低值、高值一般提前厄爾尼諾、拉尼娜現象的成熟期幾個月到一年的時間不等。

圖18　Ni?o3.4指數（實線）與北黃海冷水團中心最低溫度（虛線）的時間序列Fig.18 Time series of lowest center temperature of northern Yellow Sea Cold WaterMass（dash l ine）and time series of Ni?o3.4 index（sol id l ine）

李崇銀［33］曾提出持續強的東亞冬季風對激發El Ni?o起著重要作用。李躍清和童文林［34］同樣發現了ENSO與東亞冬季風的非同步性，El Ni?o（La Ni?a）事件前期對應強（弱）東亞冬季風。強（弱）的東亞冬季風會在赤道太平洋海區激發出西（東）風異常以及強（弱）對流活動，前者激發出暖（冷）的kelvin波東傳影響赤道東太平洋海溫，后者產生了強（弱）的季節內振蕩，兩者都會導致El Ni?o（La Ni?a）事件的爆發，El Ni?o（La Ni?a）事件會加強（減弱）中緯度西風帶以及費雷爾環流并且在東亞以及西北太平洋激發反氣旋（氣旋）式環流，不利于（有利于）東亞地區冷空氣的爆發，進而減弱（加強）東亞冬季季風，形成大氣遙響應的負反饋機制［27，35］。近期研究發現ENSO與東亞冬季風在年代際尺度上也存在相關關系［36］，在PDO低位相期間，ENSO對東亞冬季風的作用更明顯［37］。東亞冬季風的信號在傳到赤道太平洋地區前首先影響并作用于北黃海地區，北黃海海區水團先于赤道太平洋受到東亞冬季風的影響且海溫異常在赤道東太平洋海區的積累及發展同樣需要時間，這會導致El Ni?o、La Ni?a事件強盛期滯后北黃海冷水團溫度信號。ENSO通過與東亞冬季風的相互作用與北黃海冷水團建立起了聯系。

5　總結與討論

（1）北黃海冷水團溫度存在較明顯的年際變化特征。其中北黃海冷水團中心最低溫度、北黃海冷水團區域熱含量以及小于8℃測點的個數均存在明顯的年際變化特征，波動周期約為3～5年。北黃海冷水團北部鋒面也存在年際變化的特征，周期約為3年左右。

（2）北黃海冷水團存在升溫趨勢，冷水團北部鋒面存在減弱趨勢。1976—2006年，北黃海冷水團溫度整體呈上升趨勢，其中冷中心最低溫度升溫幅度約為0.026℃/a，此外北黃海冷水團區域熱含量以及小于8℃測點的個數也反映出了海區的升溫趨勢。北黃海冷水團北部鋒面，水平溫度梯度存在減弱趨勢趨勢，1982—1995年期間北黃海冷水團的底部溫度梯度存在較大波動，1995年以后底層溫度梯度也明顯減弱。線性趨勢分析同樣顯示北黃海冷水團中心水體與沿岸水團的差異在變小。

（3）北黃海冷水團年際變化特征和長期變化趨勢受到多種因素的綜合作用。相關性分析說明，前冬的水溫越低，氣溫越低，海區失熱越多，經向風場北風越強，都可能導致來年的北黃海冷水團的低溫。反之，則北黃海冷水團強度變弱。前冬的海氣相互作用是北黃海冷水團強弱的重要影響因素，東亞冬季風的年際變異是來年夏季北黃海冷水團年際變異的主要影響機制，通過氣溫、輻射、北風強度影響冬季海溫，進而改變第二年北黃海冷水團溫度，這與王輝武，Wei等研究結論也是一致的。研究發現El Ni?o及La Ni?a事件的強盛期分別滯后于北黃海冷水團的低值和高值，ENSO通過與東亞冬季風的相互作用，與北黃海冷水團年際變化建立聯系，時間的滯后與ENSO以及北黃海冷水團對東亞冬季風的響應時間的差異有關。

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Interannual variability of temperature of the northern Yellow Sea Cold Water Mass

Li Ang1，2，Yu Fei1，Diao Xinyuan1，Si Guangcheng1

（1.Institute of Oceanology，Chinese Academy of Sciences，Qingdao266071，China；2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing100039，China）

Based on national standard section（Dal ian-Chengshatou）survey data from 1976 to 2006 and combined with the ECMWFreanalysis data such as temperature，wind speed and radiation，this paper studied interannual variation of thelow temperature center and the northern front of Northern Yellow Sea Cold Water Mass，did some correlation analysis aboutthe relationship between Northern Yellow Sea Cold Water Mass and interannualcl imate signals，and studied the factors affecting the temperature of Northern Yellow Sea Cold Water Mass.The results show that the lowest center temperature and the northern front of Northern Yellow Sea Cold Water Mass both have obvious interannual variation characteristics.The lowest center temperature Northern Yellow Sea Cold Water Mass has a warming trend，and the northern front existsinterannual variabi l ity of weakening trend.The winter sea temperature，winter air temperature，meridional wind field and radiation flux has certain influence on the strength ofthe cold water mass ofthe next year.Influence ofinterannual variation of East Asian winter monsoon is a main mechanism ofinterannual variabil ity of northern Yellow Sea Cold Water Mass temperature.Mature periods of El Ni?o and La Ni?a events occur behind events of the relative low and high center temperature of northern Yellow Sea Cold Water Mass.By interaction with East Asian winter monsoon，ENSOassociated with northern Yellow Sea Cold Water Mass.

northern Yellow Sea；Cold Water Mass；interannual variabi l ity；correlation analysis

P731.16

A

0253-4193（2015）01-0030-13

2013-08-19；

2014-07-04。

黃海冷水團的形成機制與演變過程研究（41176018）；中國科學院戰略性先導科技專項（XDA11020301）；國家自然科學基金委員會——山東省人民政府聯合資助海洋科學研究中心項目（U1406401）。

李昂（1988—），男，山東省濟南市人，主要從事近海環流研究。E-mai l：1988l iang@gmai l.com

于非，研究員，博士，主要從事近海環流研究和大洋環流研究。E-mai l：yuf@qdio.ac.cn