熱帶太平洋與印度洋海溫資料對比分析

黃旭輝，謝俊駒，鄭學華，秦榮顯

（廣東省連平縣氣象局， 廣東 河源517100）

海洋面積廣，數據收集器布置困難，監控以及維護困難等問題，前人對海洋研究參考的數據準確度具有一定的局限性，也會影響海氣作用的研究，如：影響氣候的重要事件——厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）事件等［1］.要繼續深入了解海洋與大氣的影響關系，首要條件就是海洋資料要盡可能的準確.海洋觀測裝備可以劃分為海洋表面裝備，潛水器和空中作業裝備3 種［2］.作為海洋表面裝備的浮標具有重量輕、尺寸小的特點［3］.當Argo 計劃成功實施，海洋科學的觀測和研究進入了一個全新的高度［4］.截至2016 年，全球投放的浮標數量已超過12 000 個，為人類對海洋與大氣的研究提供了更充足的依據.我國累積在太平洋、印度洋等海域也投放了超過350 個Argo 剖面浮標［5-7］.但由于Argo 資料是利用可自由漂流的浮標進行觀測，使得Argo 浮標的傳感器無法進行實驗室標定.國內學者對Argo 的相關問題也展開了研究，陳鹿［8］等提出整個Argo 計劃中浮標的穩定性是非常不均勻的.陳帥［9］與孫朝輝［10］等進行了WOD09 的PFL 數據和Argo 數據的比較.HadlSST（Hadley Center Sea Ice and Sea Surface Temperature Date）的海溫數據被廣泛應用［11］，而將Hadley 海溫資料與Argo 資料進行對比分析可使后人選擇海溫數據時有更可靠的科學依據， 故將進行不同條件、多方面的對比分析.

1 資料與方法

筆者采用的資料為英國的Hadley 氣候預測和研究中心格點分辨率為1°×1°的Hadley 海溫資料，其包括從1870 年至今的海表溫度［12］.以及格點分辨率為1°×1°的Argo 全球海洋觀測網的剖面浮標資料，資料年限為2005—2016 年［13］.Hadley 海溫資料選定1960—2009 年的數據.Argo 資料的年份較短，故選取2005—2016 年的數據，并取1 月、4 月、7 月、10 月作為冬、春、夏、秋季的代表月份.兩份資料均可能受全球變暖的因素影響.

（1）區域平均.選取熱帶太平洋海區（120°W~170°W，10°N~10°S）與熱帶印度洋海區（50°E~120°E，10°N~10°S）的海表面溫度資料作區域平均.

（2）時間平均.根據不同的年份條件需要，對50 年Hadley 海溫資料與12 年Argo 資料做時間平均.

（3）一元線性回歸.對Hadley 海溫資料和Argo 資料提取出海溫與年份，根據一元線性回歸公式進行線性回歸，即：y=bt+a.其中y 為海表溫度，t 為具體年份，b 和a 均為方程參數.

2 Hadley 海溫資料與Argo 資料空間特征對比

2.1 Hadley 海溫資料與Argo 資料不同年份空間特征對比

選取熱帶印度洋和太平洋兩份資料作年平均處理后進行空間特征對比.同時年平均處理也使厄爾尼諾等氣候事件的影響盡可能的減少，故應能較好的體現兩份資料的代表性.

在Hadley 海溫資料減去Argo 資料后結果顯示 （見圖1）：1 月在熱帶印度洋經度50°E~120°E、 緯度10°N~10°S 海區（以下簡稱“熱帶印度洋”）、熱帶太平洋經度120°W~170°W，緯度10°N~10°S 海區（以下簡稱“熱帶太平洋”）的西部、東部以及沿岸海域海表溫度方面，Argo 資料數據大于Hadley 海溫資料，大部分地區差值為-0.3℃，其中熱帶太平洋東部及海岸海域可達-1.2℃以下，熱帶太平洋中部及東部的大部分地區Argo 資料小于Hadley 海溫資料.4 月在熱帶印度洋、 熱帶太平洋西部及東部的海表溫度方面，Argo資料大于Hadley 海溫資料，其中太平洋東部及海岸海域差值可達-1.2℃以下，在熱帶太平洋中部兩份資料有很好的一致性.7 月在熱帶印度洋有較為明顯的差異，差值在-0.8~-0.3℃左右，Argo 資料較Hadley 海溫資料大；在熱帶太平洋西部兩份資料的差值為-0.3℃，Argo 資料大于Hadley 海溫資料，在熱帶太平洋中部兩份資料有較好的一致性， 大部分地區差值為0℃， 而在熱帶太平洋東部及沿岸海域海表溫度差呈負值，差值可達到-1.2℃以下.10 月在熱帶印度洋與太平洋西部兩份資料的海表溫度差為負值，有較為明顯的差異，在熱帶太平洋東部以及東部沿岸海域出現了明顯的差異，差異可達-1.2℃以上，但在熱帶太平洋中部兩份資料有較好的一致性.

根據Argo 浮標資料與Hadley 海溫資料的對比結果發現： 在熱帶印度洋以及熱帶太平洋的西部有一定的差異存在，Argo 資料的數據普遍比Hadley 海溫資料的大0.3℃，10 月的部分海域的差值可達-0.6℃；在熱帶太平洋東部以及東部沿岸海域Hadley 海溫資料與Argo 的差異比較明顯，最高值可達-1.2℃以下，說明在該海域Argo 資料數據普遍大于Hadley 海溫資料的數據； 在熱帶太平洋中部兩份資料具有較好的一致性，僅1 月兩份資料的差值為-0.3℃，其余3 個月的差值在大部分地區都為0℃.根據經緯度可發現，兩份資料差異較明顯區域與Ni?o3.4 區相近，而Ni?o3.4 區為ENSO 事件海溫變化的主要區域.

圖1 近50 年Hadley 海溫資料與12 年Argo 資料空間差異（單位℃）

2.2 Hadley 海溫資料與Argo 資料相同年份空間特征對比

經不同年份對比后，考慮氣象事件（如厄爾尼諾［14］、印度洋偶極子事件［15］等）可能會影響對比結果.故現取兩份資料相同年份做相同處理，并進行空間特征對比.

由圖2 可得：4 月、7 月的兩份資料在熱帶印度洋、熱帶太平洋西部一致性很好，熱帶太平洋中部一致性較好，僅少數海域差值為-0.5℃，東部及東部沿岸海域有較明顯差異，差值達-0.9℃以下.而1 月、10 月相較于4 月、7 月，熱帶太平洋中部的差異海域明顯西伸.而10 月熱帶太平洋東部及東部沿岸海域的差異性則顯得更為突出.

Argo 資料與Hadley 海溫資料相同的年份下的對比的結果顯示，兩份資料在熱帶印度洋、熱帶太平洋西部都表現出了很好的一致性；在熱帶太平洋的中部則出現了不同程度的差異，熱帶太平洋的東部以及東部沿岸海域出現較大差值，差值可達-1.2℃以下.根據經緯度可發現，兩份資料差異較明顯區域與Ni?o3.4區相比于兩份資料在不同年份的條件下作對比時更為相近，所以兩份資料的空間差異很可能與ENSO 事件相關.

圖2 相同年份Hadley 海溫資料與Argo 資料間差異（單位℃）

3 Hadley 海溫資料與Argo 資料時間特征對比

3.1 Hadley 海溫資料在熱帶太平洋與熱帶印度洋的對比分析

選取Hadley 海溫資料對熱帶太平洋、印度洋地區的海表溫度作區域平均，得到1960—2009 年熱帶太平洋與印度洋地區的海表溫度變化. 熱帶太平洋與熱帶印度洋海表溫度平均值均為4 月最大，1 月最小.通過一元線性回歸公式計算其50 年變化趨勢可得：熱帶太平洋海表溫度均呈正增長，且4 月、7 月、10月斜率較相近，1 月斜率明顯較小.熱帶印度洋海表溫度呈正增長，斜率在7 月最大，1 月最小.且熱帶太平洋的變化率均小于熱帶印度洋.

表1 1960—2009 年Hadley 海溫資料及一元線性回歸參數

3.2 Argo 資料在熱帶太平洋與熱帶印度洋對比分析

選取Argo 資料對熱帶太平洋地區、熱帶印度洋地區的海表溫度作區域平均，得到2005—2016 年熱帶太平洋與熱帶印度洋的海表溫度變化情況.熱帶太平洋與熱帶印度洋海表溫度平均值均為4 月最大，1月最小.并通過一元線性回歸公式計算其斜率均為正值，且在1 月為最大，7 月最小，海表溫度均呈正增長趨勢.根據Argo 資料統計結果顯示，熱帶太平洋在1 月、4 月、10 月的海表溫度增長率均大于熱帶印度洋，在7 月略小于熱帶印度洋.

表2 2005—2016 年Argo 資料的平均值以及一元線性回歸參數

由于Argo 資料的年份較短， 無法選取充足的年份與Hadley 海溫資料進行詳盡的對比分析. 通過對Hadley 海溫資料與Argo 資料分別比較分析海表溫度增長率，結果表明：Argo 資料7 月的斜率為負，表示熱帶太平洋的增長率小于熱帶印度洋，但在1 月、4 月、10 月Argo 資料的斜率為正，表示熱帶太平洋海表溫度增長率均大于熱帶印度洋.在相同區域Hadley 海溫資料顯示1 月、4 月的斜率為正，表示熱帶太平洋海溫增長率大于熱帶印度洋，7 月、10 月則相反.Hadley 海溫資料與Argo 資料在對應地區的斜率在7 月較為接近.

3.3 Hadley 海溫資料與Argo 資料相同年份時間特征分析

經過Hadley 海溫資料與Argo 資料在不同年份的對比，發現了兩份資料存在不同的差異，但考慮氣象事件（如厄爾尼諾［14］、印度洋偶極子事件［15］等）可能會影響對比結果，故選取Hadley 海溫資料與Argo 資料重疊年份進行對比.

通過一元線性回歸公式，得到Hadley 海溫資料與Argo 資料在熱帶太平洋地區1 月、4 月的斜率均為負值，海表溫度為負增長趨勢；7 月、10 月為正值，海表溫度呈正增長趨勢，并通過計算得出其平均值在4月最大，1 月最小. 在熱帶印度洋地區1 月、4 月的斜率為負值， 海表溫度為負增長趨勢；7 月、10 月為正值，海表溫度呈正增長趨勢.并通過計算得出其平均值在4 月最大，1 月最小.Hadley 海溫資料顯示1 月、4月熱帶太平洋海溫增長率大于熱帶印度洋，7 月、10 月則相反.而Argo 資料在4 個月均顯示熱帶太平洋的海溫增長率大于熱帶印度洋.對比相對應月份發現：在相同年份Hadley 海溫資料與Argo 資料在熱帶太平洋的海表溫度變化的斜率對比結果在1 月、4 月、10 月較為接近，7 月差異較大； 熱帶印度洋相同年份下的海表溫度的變化的一元線性相關方程參數在1 月、4 月、10 月較為接近，7 月差異較大（表3、表4）.

表3 Hadley 海溫資料平均值以及一元線性回歸參數

表4 Argo 資料平均值以及一元線性回歸參數

4 結論

根據不同的年份條件， 分析Hadley 海溫資料與Argo 資料在熱帶太平洋與熱帶印度洋時間特征對比結果，以及空間特征對比結果，得到結論.

（1）熱帶印度洋及熱帶太平洋西部Argo 資料普遍比Hadley 海溫資料大；在熱帶太平洋東部以及東部沿岸海域Hadley 海溫資料與Argo 資料差值明顯大于其他地區；熱帶太平洋中部兩份資料一致性較好.相同的年份條件下，Hadley 海溫資料與Argo 資料在熱帶印度洋、熱帶太平洋西部一致性較好；在熱帶太平洋中部及東部則出現了不同程度的差異.

（2）Argo 資料數據普遍大于Hadley 海溫資料數據，在熱帶印度洋以及熱帶太平洋西部兩份資料一致性變好；而在熱帶太平洋中部兩份資料的差值變大；熱帶太平洋東部地區沒有太大的改變.Hadley 海溫資料與Argo 資料的差異主要表現在Ni?o3.4 區以及太平洋東部沿海地區.

（3）Hadley 海溫資料與Argo 資料在7 月較為接近，1 月、4 月、10 月差異較大.在相同年份的條件下，兩份資料在熱帶太平洋海區與印度洋海區海表溫度變化在1 月、4 月、10 月較為接近，在7 月差異較大.