1981—2011年間東海赤潮發生與厄爾尼諾關系分析

鄧邦平, 張昊飛, 何彥龍, 王騰, 袁一鳴

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1981—2011年間東海赤潮發生與厄爾尼諾關系分析

鄧邦平1,2,*, 張昊飛1,2, 何彥龍1,2, 王騰1,2, 袁一鳴1,2

1. 國家海洋局東海環境監測中心, 上海 201206 2. 海洋赤潮災害立體監測技術與應用國家海洋局重點實驗室, 上海 201206

分析1981—2011年東海海域赤潮發生次數、赤潮生物種類數以及與El Ni?o關系, 結果表明: 東海的赤潮發生以2000年為界可劃分為2個階段, 1981—2000年為第一階段(初級階段), 赤潮年均8次, 赤潮生物種數年均4種, 總體處于發生頻次較低水平; 2001—2011年為第二階段(高發階段), 赤潮發生的頻次是第一階段的6.4倍, 年均引起赤潮生物種數是第一階段的2.8倍; El Ni?o次年東海赤潮生物種類數相對于El Ni?o年平均增加6.6%, 赤潮生物種類數平均增加56.6%, 對El Ni?o第三年影響小于第二年。El Ni?o年Ni?o 3.4指數與次年赤潮生物的種類數變化率相關系數為0.70, 為中等相關水平, 均高于El Ni?o當年和第三年, 表明El Ni?o將顯著影響次年的赤潮生物種類數量。

赤潮; 厄爾尼諾; 東海

1 引言

我國是世界上深受赤潮災害影響的國家之一。隨著氣候的劇烈異常變化和經濟社會的快速發展, 赤潮在我國近海的發生頻率呈現出明顯的逐漸增多趨勢, 赤潮給海洋生態安全、水產品安全和海洋經濟帶來巨大的風險[1]。我國四個海區中赤潮發生以東海最為嚴重, 赤潮發生的緣由國內外做了很多的研究: 溫度的變化是影響赤潮發生的重要物理條件, 而頻繁活躍在太平洋熱帶海域的厄爾尼諾(El Ni?o)事件核心特點就是會引起海水水溫發生變化, 其與全球氣候異常變化存在著一定的聯系, 對我國近海溫度[2]、流場[3]等變化也將產生重要影響。本文通過我國東海1981-2011 年近30年里赤潮發生特點與El Ni?o關系進行探討, 以期為赤潮發生規律的掌握和El Ni?o的環境影響研究提供科學的參考和借鑒。

2 材料和方法

2.1 數據來源

1981—2011年東海赤潮的次數和赤潮種類數的記錄數據主要來源于國家海洋局東海分局環保處對赤潮的記錄和統計。1981年1月—2011年12月El Ni?o 3.4指數數據來源于美國國家海洋與大氣局氣候預報中心(NOAA Climate Prediction Center) (http:// www.cpc.ncep.noaa.gov/data/indices/)。

2.2 研究方法

2.2.1 厄爾尼諾年確定

El Ni?o現象是指赤道太平洋東部和中部的海水出現大范圍異常偏暖現象。依據El Ni?o現象定義[4-5], El Ni?o開始的年份定義為厄爾尼諾年。El Ni?o事件是由兩個條件來確定的, 一是El Ni?o 3.4 區 (5°N—5°S, 120°W—170°W)的溫度距平值連續6個月超過+0.5 ℃, 二是南方濤動指數SOI(塔希提島與澳大利亞的達爾文的氣壓差)在此期間小于-1.0, 則認為發生了厄爾尼諾事件。

以El Ni?o 3.4區的月平均海表溫度距平值(SSTA)來表示El Ni?o 3.4指數, 對1981—2011 年Ni?o 3.4指數進行分析, 確定1982、1986、1991、1993、1994、1997、2002、2004、2006、2009均為厄爾尼諾年。

本研究中El Ni?o年的下一年稱為El Ni?o次年, 再下一年稱為El Ni?o第三年。

2.2.2 數據分析方法

采用點雙列相關法分析El Ni?o與赤潮的相關關系[6]。El Ni?o與赤潮發生次數(或種類數)的相關系數()見公式(1):

其中,為El Ni?o發生次年赤潮發生次數(種類數)相對于當年的變化率(公式2);

為El Ni?o次年赤潮次數(種類數)增多的次數占全部次數的比值;

為El Ni?o次年赤潮次數(種類數)減少的次數占全部次數(種類數)的比值;

為El Ni?o次年赤潮次數(種類數)增多的變化率的平均值;

為El Ni?o次年赤潮次數(種類數)減少的變化率的平均值;

為統計年份各個變化率的標準差。

根據相關分析, 將厄爾尼諾與赤潮的相關程度分為4個等級, 見表1:

3 結果與分析

3.1 赤潮發生與溫度的關系

引起赤潮發生的因素很多, 海水溫度高低及其變化情況, 是誘發赤潮發生的最為關鍵的因素之一, 水溫變化直接影響著赤潮生物的生長及其演替過程。幾十年的調查監測表明, 4—9月份是東海赤潮暴發的時段, 赤潮暴發的水溫一般高于12 ℃, 低溫時候很少有赤潮的發生[7], 5—8月時東海區赤潮發生最為集中的時段。東海北部及其鄰近海域還是夏季海陸表面溫度變化的強信號區[8], 同時東海區位于溫帶和副熱帶區域, 冬季受亞洲大陸高壓控制, 以偏北風為主, 夏季主要受中國東南部低壓和太平洋北部高壓影響, 以偏南風為主[9], 5—6月正是偏北風衰退, 偏南風逐漸強盛的轉換時期, 此時沿海水溫快速上升, 水溫達到18—26 ℃之間, 適宜赤潮生物繁殖生長, 同時雨季開始來臨, 徑流為水體輸送大量的營養物質, 這些因素都為5—6月赤潮開始大量發生提供了有利的條件。

表1 赤潮與厄爾尼諾相關程度分級

Tab.1 The correlation level between red tide and El Ni?o

為探究赤潮藻類生長的溫度效應, 國內越來越多的學者對其進行了深入探究。研究表明: 在室內不同溫度培養條件下, 溫度對尖刺擬菱形藻、中肋骨條藻[10]、東海原甲藻[11]和小環藻[12]等生長均有著顯著影響, 溫度對不同藻類生長影響效應存在一定差異, 在 10℃—27 ℃溫度范圍內, 東海原甲藻比生長速率的最大值隨溫度升高而增大[11], 在30—40 ℃范圍時, 溫度對東海原甲藻比生長速率和葉綠素a含量影響最大; 溫度對小環藻的影響也得到了類似的結論, 統計分析表明溫度對小環藻的生長及藻細胞葉綠素a含量影響顯著[12]。大量的研究表明, 東海的水溫會受到El Ni?o的巨大影響: 黃、東海年平均海表溫度(SST)變化較大的時間通常發生在El Ni?o 位相發生轉變前后。在El Ni?o發生年, 東海沿岸海表溫度受到El Ni?o 和PDO(太平洋年代際振蕩)的影響和調制, 黃、東海沿岸海表溫度偏低;在厄爾尼諾發生次年, 黃、東海沿岸海表溫度偏高[13]。陳美榕等[2]研究發現El Ni?o發生期間長江口海域年表溫呈現明顯的規律性變化, 即El Ni?o發生的次年海水水溫一般高于El Ni?o發生的當年和第三年。對我國近海較大尺度海域如渤海、黃海、東海北部研究也發現了類似的規律[14], 并且對東海北部海域海水溫度影響比黃、渤海區域表現的更為明顯。綜合相關研究結果, 我們可以確定El Ni?o對東海的水溫有著較大的影響, El Ni?o發生次年東海的水溫將有所上升, 東海的水溫上升和加快上升, 正好影響著東海的赤潮發生。

3.2 赤潮發生次數與El Ni?o關系

1981—2011 年東海赤潮發生的次數與Ni?o 3.4指數曲線表明, 東海的赤潮發生以2000年為界可劃分為2個階段, 1981—2000年為第一階段(初級階段), 赤潮年均8次, 總體處于發生頻次較低水平, 在1990年處于一個高峰期, 達到27次; 2001—2011年為第二階段(高發階段), 赤潮發生的頻次處于較高水平, 年均51次, 是第一階段的6.4倍, 在2003年達到高峰期, 共發生了86次(見圖1)。

從Ni?o 3.4指數變化與赤潮發生次數曲線波動可以看出, 1981—2000年間赤潮發生次數與Ni?o 3.4指數曲線擬合較差, 二者相關系數僅為0.14; 2000年之后東海海域赤潮次數呈現了明顯的增加并與Nino 3.4區指數波動呈現出一定的規律, 2001—2011年Ni?o 3.4指數曲線與赤潮發生次數曲線擬合非常好, 相關系數為0.51, 達到中等相關水平, 遠高于1981—2000年二者的相關水平。

3.3 赤潮生物種數與El Ni?o關系

東海赤潮發生的生物種類數與赤潮發生次數變化趨勢具有很好的線性關系, 相關系數為0.82, 屬于極顯著相關, 表明赤潮生物種類數可以按照赤潮發生次數的年代劃分進行評價。1981—2011 年間赤潮生物種年均7種, 1981—2000年間年均4種, 2001—2011年間年均引起赤潮種類11種, 是第一階段的2.8倍。

從Ni?o 3.4指數變化與赤潮發生種數曲線波動可以看出(見圖2), 1981—2011年間二者相關性為–0.18, 呈負微相關水平, 2001—2011年相關水平稍高于1981—2000年二者的相關性。

圖1 1981—2011年東海赤潮發生的次數與Nino 3.4區指數曲線

圖2 1981—2011年引起東海赤潮發生的種數與Ni?o 3.4指數曲線

3.4 El Ni?o對東海赤潮的影響

El Ni?o對我國近海海域赤潮的發生有著較大的影響。有研究顯示, 1977—2007年發生的10次厄爾尼諾事件對El Ni?o年的次年赤潮發生的次數均有明顯的相關性, 東海是我國4個海域赤潮發生次數與El Ni?o的相關程度最高的海域[15]。

對1981—2011年期間El Ni?o年、El Ni?o次年及El Ni?o第三年東海赤潮發生次數及赤潮生物種類數統計表明, 東海El Ni?o年赤潮次數年均26次, 赤潮生物種數6種, El Ni?o次年赤潮發生次數平均增加6.6%, 赤潮生物種類數增加56.6%; El Ni?o第三年相對于El Ni?o年赤潮次數降低15.2%, 赤潮生物種類數增加33.2%, 低于El Ni?o次年。表明El Ni?o次年赤潮發生次數和種類數均會增加, 赤潮生物種類數增加比例明顯(圖3)。

通過點雙列相關法對1981—2011年期間El Ni?o年、El Ni?o次年及El Ni?o第三年的赤潮發生次數及赤潮生物種類數變化率進行分析, 結果表明: El Ni?o年Ni?o 3.4指數與當年、次年及第三年的赤潮發生次數變化率均小于0.5, 為弱相關, 次年的相關性高于El Ni?o年(相關系數為0.05)。El Ni?o年與次年赤潮生物的種類數變化率相關系數為0.70, 為中等相關水平, 均高于El Ni?o當年和第三年, 表明El Ni?o將顯著影響次年的赤潮生物種類數量。

4 結論

(1)東海的赤潮發生以2000年為界可劃分為2個階段, 1981—2000年為第一階段, 赤潮年均8次,赤潮生物種數年均4種, 總體處于發生頻率較低水平; 2001—2011年為第二階段, 赤潮發生的頻次處于較高水平, 年均51次, 是第一階段的6.4倍, 年均引起赤潮種類11種, 是第一階段的2.8倍。

圖3 1981—2011年期間東海赤潮發生次數及赤潮生物種類數均值統計

(2) 1981—2011 年間, El Ni?o次年東海赤潮發生次數相對于El Ni?o年平均增加6.6%, 赤潮生物種類數平均增加56.6%, 對El Ni?o第三年影響小于第二年。El Ni?o年與次年赤潮生物的種類數變化率相關系數為0.70, 為中等相關水平, 均高于El Ni?o當年和第三年, 表明El Ni?o將顯著影響次年的赤潮生物種類數量。

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DENG Bangping,ZHANG Haofei, HE Yanlong, et al. Analysis on the relationship between the red tide events and El Nino in the East China Sea from 1981 to 2011[J]. Ecological Science, 2017, 36(6): 161-164.

Analysis on the relationship between the red tide events and El Nino in the East China Sea from 1981 to 2011

DENG Bangping1,2,*,ZHANG Haofei1,2, HE Yanlong1,2,WANG Teng1,2, YUAN Yiming1,2

1. East China Sea Environmental Monitoring Center, SOA, Shanghai 201206, China 2. Key Laboratory of Integrated Monitoring and Applied Technology for Marine Harmful Algal Blooms, SOA, Shanghai 201206, China

The relationships between water temperature, the records of red tide and red tide creatures in the East China Sea with El Nino phenomenon were analyzed from 1981 to 2011. The results show that the occurrence of red tide in the East China Sea could be divided into 2 stages. The primary stage was from 1981 to 2000. The average annual red tide occurred 8 times, and the average species of red tide creature was 4. The second phase was from 2001 to 2011. The frequency of occurrence of red tide in this phase was 6.4 times than the first stage, and the average annual number of red tide species was 2.8 times than the first stage. The records of red tide in the next year of El Nino event increased by 6.6% compared the year of El Nino event in the East China Sea, and the number of red tide species increased by 56.6%. Effect of El Nino on the species of red tide creature in the third year of El Nino event was less than second year of El Nino event. The correlation coefficient between Nino3.4 index in El Nino year and the change rate of species of red tide creature in the next year of El Nino event was 0.70. It suggested that El Nino event significantly impacted on the species of red tide creature in the next year of El Nino event.

red tide; El Ni?o; East China Sea

10.14108/j.cnki.1008-8873.2017.06.022

X145

A

1008-8873(2017)06-161-04

2016-10-06;

2017-10-30

海洋公益性行業科研專項經費項目(201305027,201505008), 863赤潮重點項目(2007AA0920)

鄧邦平(1983—), 男, 湖北十堰人, 碩士, 從事海洋生態監測評價和海洋保護區監測管理研究, E-mail: dengbp@eastsea.gov.cn

鄧邦平