基于浮標觀測數據的渤海表層溫鹽特征分析

袁本坤，黃蕊，焦艷，郭東琳，商杰，張惠滋

（山東省海洋生態環境與防災減災重點實驗室，國家海洋局北海預報中心，山東青島 266061）

1 引言

海水溫度是量度海水冷熱程度的物理量，常以攝氏度（℃）表示；海水鹽度是海水含鹽量的標度，是個無量綱的量[1]。在諸多海洋水文要素中，海水溫度和鹽度是最基本和最重要的要素[2]。其中，作為海洋學中的一個重要物理量，海水鹽度不僅是海水的最重要理化特性之一，也是整個海洋系統的重要組成部分[3-4]。渤海因其特殊的地理位置和資源優勢，在我國的國防建設和經濟社會發展中具有十分重要的戰略地位。因此，深入研究渤海的海水溫度和鹽度等水文特征，對于保障我國國防建設、促進經濟社會尤其是環渤海地區的經濟社會發展，具有重要的現實意義。

對于渤海的海水溫度和鹽度，國內外已有諸多研究。但大多數研究所用數據主要來源于岸基、船舶以及近年來興起的衛星遙感等觀測方式，這些方式所獲取的數據往往帶有一定的局限性。浮標具有長期、連續和全天候開展海洋環境觀測的獨特優勢。為了全面、深入了解和掌握渤海的海洋環境狀況，自2008年起，我國陸續在渤海不同海區布放了多個大型海洋觀測浮標進行多參數海洋觀測，并獲取了大量海洋環境要素基礎數據。本文主要是基于這些浮標近年來所獲取的渤海表層海水溫度和鹽度（以下簡稱“表層水溫”和“表層鹽度”）數據，分析其分布及變化特征。

2 資料來源與處理

本文所用資料主要來源于布放在渤海不同海區的7個大型多參數海洋資料浮標所獲取的表層水溫和鹽度。此外，還選取了環渤海沿岸11個岸基海洋站觀測的表層水溫和鹽度資料作為參考。

浮標觀測的水溫和鹽度資料的時間分辯率為1 h；海洋站觀測的水溫和鹽度資料時間分辨率為6 h。將不同觀測資料進行統計分析，計算月平均和年平均的水溫和鹽度值。

浮標測站和岸基海洋站名稱（代號）、所在海區以及資料統計年限等詳見表1和表2。

3 表層水溫

3.1 水平分布

3.1.1 年平均表層水溫水平分布

根據2009—2013年各浮標測站表層水溫觀測數據統計，渤海累年平均表層水溫總體呈現東高西低的分布態勢。其中，渤海海峽最高（12.0—13.9℃），中央海區次之（12.9—13.1℃），渤海灣東北部和遼東灣西南部最低（11.7—12.5℃），詳見表3。

3.1.2 月平均表層水溫水平分布

表4是各浮標測站逐月平均表層水溫及年較差統計；圖1是根據表4并結合各岸基海洋站逐月表層水溫統計結果繪制的渤海四季月平均表層水溫分布。

綜合表4和圖1可以看出，渤海月平均表層水溫總體呈現由東向西、由南向北逐漸遞減的分布態勢，但不同季節差異較大。以下分別以冬、春、夏、秋四個季節展開描述。

冬季（以2月為代表），整個渤海表層水溫等溫線分布與等深線分布基本一致，有一高溫水舌由北黃海向西經渤海海峽伸入渤海。渤海表層水溫值由東向西、自中央向南岸逐漸遞減。其中，遼東灣、渤海灣及萊州灣大部分沿岸海區表層水溫在0℃以下。此時，渤海沿岸尤其是3個海灣的灣頂沿岸，均有海冰出現，致使灣頂的水溫低于灣口，近岸低于遠岸。

該季渤海盛行干燥而寒冷的偏北風，使水溫達到全年最低[5]。

春季（以5月為代表），渤海冬季的表層高溫水舌和沿岸的低溫現象消失，形成渤海沿岸水溫高、中央及海峽附近水溫低的現象，等溫線分布較冬季的密集。因地理環境和水動力條件等的不同，渤海增溫速率具有明顯的地區差異：以渤海灣增溫最快，萊州灣次之，遼東灣再次，渤海中央及海峽附近增溫最慢。

該季渤海表層水溫變化的主要特征是明顯增溫[6]。

夏季（以8月為代表），渤海表層水溫分布比較均勻，等溫線分布自東向西遞增，分布趨勢正好與冬季的相反，出現近岸高于遠岸、灣頂高于灣口，渤海三大海灣水溫高于中央及海峽附近的格局。

表1 浮標測站代號、所在海區及資料統計年限

表2 岸基海洋站名稱、所在海區及資料統計年限

表3 渤海各海區年累年平均表層水溫統計（單位：℃）

表4 渤海各浮標測站逐月平均表層水溫及年較差（單位：℃）

圖1 渤海四季月平均表層水溫分布（單位：℃）

該季由于太陽輻射最強，水溫升至全年最高[5]。

秋季（以11月為代表），渤海表層水溫明顯下降。就下降速率而言，遼東灣降溫最快，其次是渤海灣和萊州灣，渤海中央海區及海峽附近最慢。由于沿岸降溫比海區中央降溫快，導致渤海表層水溫又出現沿岸水溫低、海區中央水溫高的形勢。

該季渤海表層水溫開始向冬季型轉換[7]。

圖2是文獻[5]給出的各個季節渤海（黃海和東海）表層水溫分布圖。與前人的研究成果相比，冬季（2月）和夏季（8月）的水溫分布特征和溫度值具有較高的一致性；春季中央海區的冷水團水溫略偏低，遼東灣沿岸水溫略偏高；秋季中央海區的冷水團水溫、遼東灣和渤海灣水溫均略偏低。究其原因，其一是春秋季處于季節轉換的過渡期，水溫分布特征復雜而多變；其二是隨著觀測點增多和觀測手段多樣化，對渤海表面水溫的觀測更為精確。

3.2 月平均表層水溫季節變化

渤海表層水溫具有明顯的季節性變化特征[5]。圖3是各浮標測站月平均表層水溫季節變化過程。綜合圖3和表4可以看出，渤海月平均表層水溫季節性變化總的特征是：從2月中旬前后各海區開始逐步增溫，3—7月增溫速率最大，8月份平均水溫達到最高。此后，各海區很快進入降溫期，至翌年1或2月降至全年最低。

3.3 溫差變化

根據表4、圖3并綜合各岸基海洋站統計資料，渤海月平均表層水溫月際變化幅度，總體上呈現由東向西、由南向北、由岸邊向遠岸逐漸遞減的分布態勢，但不同月份差異較大；渤海月平均表層水溫年較差的分布特征與月際分布大致相似，其變化幅度在20.4—25.3℃之間。

圖2 渤海（黃海、東海）四季代表月平均表層水溫分布[5]

圖3 渤海各浮標測站月平均表層水溫季節變化

4 表層鹽度

4.1 水平分布

4.1.1 年平均表層鹽度水平分布

根據渤海各浮標測站表層鹽度資料統計，渤海的年平均表層鹽度，大致呈現東高、西低的分布態勢。其中東部的渤海海峽最高，其值為30.7—31.1，詳見表5。

4.1.2 月平均表層鹽度水平分布

表6為渤海各浮標測站逐月平均表層鹽度統計；圖4是根據表6并結合沿岸各岸基海洋站統計結果繪制的渤海冬季（以2月為代表）和夏季（以8月為代表）月平均表層鹽度分布。

綜合表6和圖4可以看出：

冬季，渤海表層海水鹽度水平分布總的趨勢與渤海冬季表層水溫分布相對應。此時，31.0等鹽線的高鹽水分布范圍達到最大，西伸勢力也達到最強。其中北自老鐵山角經遼東灣南部至秦皇島以南、南自海峽南部經萊州灣外至曹妃甸附近均為一片高鹽區。就渤海3大海灣比較，遼東灣鹽度最高，其次為渤海灣，萊州灣鹽度最低。

夏季，整個渤海表層31.0等鹽線消失，相對高鹽區由30.0等鹽線所包絡的范圍代替。此外，該季外海進入渤海的高鹽水也由原先的西伸轉變成北伸進入遼東灣。由于該季是渤海全年中降雨量和大陸徑流量最大的季節，導致渤海沿岸海域鹽度迅速下降，其中河口區沿岸海域下降最為顯著。

表5 渤海各浮標測站年平均表層鹽度

表6 渤海各浮標測站月平均表層鹽度統計

圖4 渤海月平均表層鹽度分布

圖5 渤海（黃海、東海）2月和8月平均表層鹽度分布[5]

春季和秋季是2個過渡型季節[7]。

與前人的研究成果相比（見圖5），冬季（2月）渤海表面鹽度分布具有較高的一致性；夏季遼東灣、渤海灣和萊州灣沿岸海域鹽度值略偏高。其原因除觀測手段發生變化外，主要考慮夏季降水量和入海徑流量的年代際變化。有研究表明[5]，近幾十年來渤海沿岸的主要大河（如黃河、海河、遼河等）入海的年徑流量都有減少的趨勢，導致渤海（尤其是沿岸海域）表面鹽度存在逐年升高的趨勢。

4.2 月平均表層鹽度季節變化

由于影響鹽度變化的降水、徑流以及結冰、融冰等因子均具季節性，使得渤海表層鹽度變化特征亦具有明顯的季節性變化特征，并且不同海區的鹽度季節性變化存在一定差異。圖6是渤海各浮標測站月平均表層鹽度季節變化過程。根據圖6并結合表6可以看出，渤海月平均表層鹽度總體上呈冬季高、夏季低的變化趨勢。春、秋則為過渡季節。其中，大多數海區均從4月開始到9月為降鹽期，10月至翌年3月為增鹽期。年內，多數海區的月平均表層鹽度最高值出現在2月，最低值出現在8月，年較差在1.5—2.5之間。

圖6 渤海各浮標測站月平均表層鹽度季節變化

總體而言，渤海表層鹽度的季節性變化不如水溫那么規則，但總的變化趨勢與水溫的季節性變化相反[5]。

5 結論與不足

本文使用近年來陸續布放在渤海的7個大型多參數海洋浮標的觀測數據，并結合11個沿岸岸基海洋站的觀測資料，統計、分析并給出了渤海表層水溫和鹽度的水平分布、季節變化以及溫差變化等基本特征。得出如下結論：

（1）分析結果較為全面、真實地反映出了渤海表層溫鹽的基本特征。這些特征與已有諸多研究結論[5-8]基本一致。說明這些浮標觀測數據較為真實、可靠；

（2）海洋環境瞬息萬變。浮標是無人值守的自動海洋觀測站，可以進行長期、連續和全天候海洋觀測，并提供實時海洋環境要素觀測數據。因此，浮標觀測具有其他觀測方式所無法替代的優勢，可以為海洋開發、管理和海洋防災減災等提供有效的技術支撐；

（3）我國渤海開展浮標觀測起步相對較晚，其觀測數據的時間序列相對較短；另一方面，由于浮標觀測系統本身尚有不足，以至于觀測數據偶有中斷或異常現象發生，不同程度地影響了觀測數據的連續性和可信度等。

[1]沈文周.中國近海空間地理[M].北京:海洋出版社,2006.

[2]陳則實,王文海,吳桑云,等.中國海灣引論[M].北京:海洋出版社,2007.

[3]侍茂崇.物理海洋學[M].濟南:山東教育出版社,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]喬方利.中國區域海洋學—物理海洋學[M].北京:海洋出版社,2012.

[6]孫相平.中國近海區域海洋[M].北京:海洋出版社,2006.

[7]蘇紀蘭,袁業立.中國近海水文[M].北京:海洋出版社,2005.

[8]陳達熙.渤海、黃海、東海海洋圖集—水文分冊[M].北京:海洋出版社,1992.