張守文,王輝,2,姜華,2*,宋春陽(yáng),杜凌

厄爾尼諾和臺(tái)風(fēng)共同影響下的7月份黃、東海海溫變化

張守文1,王輝1,2,姜華1,2*,宋春陽(yáng)1,杜凌3

(1.國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心,北京100081;2.國(guó)家海洋局海洋災(zāi)害預(yù)報(bào)技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100081;3.中國(guó)海洋大學(xué) 海洋與大氣學(xué)院,山東 青島266100)

基于歷史海溫?cái)?shù)據(jù)和臺(tái)風(fēng)路徑數(shù)據(jù),研究了厄爾尼諾/拉尼娜(El Ni?o/La Ni?a)背景下7月份中國(guó)近海海溫變化特征。結(jié)果表明:7月黃、東海海溫異常與El Ni?o/La Ni?a有顯著相關(guān)關(guān)系,OISST和GODAS海溫?cái)?shù)據(jù)與Ni?o3指數(shù)同步相關(guān)系數(shù)分別為-0.32和-0.45。El Ni?o年7月,黃、東海海表溫度異常低于-0.5℃的概率超過(guò)60%;La Ni?a年7月,黃海海溫異常高于0.5℃的概率約有60%;正常年7月,海溫異常的空間分布與El Ni?o年相反,但量值偏低。El Ni?o年7月,中國(guó)近海及鄰近區(qū)域大氣異常能夠給局地帶來(lái)更多降水;同時(shí),受El Ni?o背景場(chǎng)的影響,入侵黃、東海的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度更強(qiáng)、影響時(shí)間更長(zhǎng)。大尺度的降水和臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的影響是導(dǎo)致黃、東海海溫異常降低的重要原因。因此,分析和預(yù)測(cè)7月份中國(guó)近海海溫異常,在充分考慮El Ni?o/La Ni?a背景場(chǎng)的基礎(chǔ)上,需要結(jié)合局地的大尺度降水和臺(tái)風(fēng)的影響同時(shí)分析,這為特定背景下結(jié)合不同時(shí)間尺度上的因素共同分析中國(guó)近海海溫變化提供了一種思路。

黃海;東海;海溫;厄爾尼諾;拉尼娜;臺(tái)風(fēng)

1 引言

海表溫度變化,能夠改變微生浮游植物的數(shù)量,改變水體的含氧量,對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境和漁業(yè)資源起著主宰作用[1]。黃、東海作為西北太平洋的邊緣海和中國(guó)的近海,研究其海溫的變化,不僅是認(rèn)識(shí)在全球變暖大背景下區(qū)域性響應(yīng)的一個(gè)重要問(wèn)題,而且直接關(guān)系到我國(guó)各項(xiàng)海洋經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的順利進(jìn)行。

溫度是赤潮發(fā)生最重要的因子之一,溫度升高有利于赤潮的形成,溫度下降則相反[2]。研究表明我國(guó)近海4個(gè)海域赤潮發(fā)生次數(shù)與海域表溫均有顯著的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)分別為:渤海0.754,黃海0.768,東海0.707,南海0.765[3]。其中,東海赤潮發(fā)生總次數(shù)和總面積皆占我國(guó)海域赤潮總次數(shù)和總面積的半數(shù)以上。夏季,特別是7月份,是赤潮開始多發(fā)的時(shí)期,研究和預(yù)估7月份黃、東海海溫的變化,對(duì)赤潮災(zāi)害預(yù)警有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。溫度同樣是海洋漁業(yè)資源的重要影響因素之一,海溫對(duì)魚類的繁殖、成活、生長(zhǎng)以及洄游都有重要影響,從而影響漁期的時(shí)間、漁場(chǎng)的位置以及魚類集群程度[4]。

中國(guó)近海地理位置特殊,有著復(fù)雜的海底地形和特定的環(huán)流系統(tǒng),并受多時(shí)間尺度要素的影響。通常,中國(guó)近海海溫的高頻特征主要與局地的外強(qiáng)迫有關(guān),如海溫的日變化特征主要與太陽(yáng)輻射和潮流特征有關(guān)[5];季節(jié)內(nèi)特征主要與大氣的季節(jié)內(nèi)振蕩有關(guān)[6];季節(jié)特征則較為復(fù)雜,包含季風(fēng)影響、海洋平流、垂向混合以及地形因素等[7-8]。而低頻特征則與非局地的海洋大氣遙相關(guān)過(guò)程有關(guān),如年際尺度上的ENSO以及年代際尺度上的太平洋年代際振蕩(PDO)[9-10]。

作為在太平洋熱帶海域發(fā)生周期性的海面溫度變化即厄爾尼諾/拉尼娜(El Ni?o/La Ni?a)事件,與全球氣候異常變化存在緊密的遙相關(guān)的聯(lián)系,對(duì)我國(guó)近海溫度變化也產(chǎn)生一定影響。目前,越來(lái)越多的研究?jī)A向探討厄爾尼諾事件對(duì)中國(guó)氣候的影響,包括對(duì)氣溫、降水以及臺(tái)風(fēng)活動(dòng)等的影響[11-14],而對(duì)厄爾尼諾與中國(guó)近海,特別是黃、東海海溫的關(guān)系的研究則相對(duì)較少。曹從華等[15]通過(guò)分析1959-1997年觀測(cè)的海溫?cái)?shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)厄爾尼諾事件發(fā)生當(dāng)年黃、東海海溫偏低,而厄爾尼諾事件次年黃、東海海溫偏高。陳美榕等[16]在長(zhǎng)江口海域發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象,即厄爾尼諾事件發(fā)生當(dāng)年海溫偏低,而次年偏高,至第三年有所下降。王智祖等[17]的研究結(jié)果表明,厄爾尼諾年發(fā)生年黃、東海沿岸海表溫度偏低,并通過(guò)海洋和大氣兩個(gè)通道對(duì)此進(jìn)行了解釋,即受赤道流變異和東亞季風(fēng)變異的共同影響。

夏季是近海臺(tái)風(fēng)多發(fā)季節(jié),在臺(tái)風(fēng)的影響下,近海的海溫、海流以及混合層都會(huì)發(fā)生劇烈變化,還會(huì)在沿海引起強(qiáng)烈的風(fēng)暴潮,對(duì)海洋運(yùn)輸、勘探、水產(chǎn)養(yǎng)殖、人民生命財(cái)產(chǎn)安全等都有影響。本文依據(jù)觀測(cè)事實(shí),利用兩組歷史海溫?cái)?shù)據(jù)集,對(duì)El Ni?o/La Ni?a年份7月份黃、東海海溫變化及可能成因進(jìn)行了分析,提出了研究7月份中國(guó)近海海溫變化,在充分考慮El Ni?o/La Ni?a背景場(chǎng)的基礎(chǔ)上,也需要對(duì)大尺度的局地降水和臺(tái)風(fēng)的影響同時(shí)分析,旨在對(duì)中國(guó)近海海溫的預(yù)報(bào)提供科學(xué)參考。

2 數(shù)據(jù)和方法

選取了兩種歷史海溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析:Optimum Interpolation SST data(OISST)和Global Ocean Data Assi milation System(GODAS)次表層海溫?cái)?shù)據(jù)。OISST數(shù)據(jù)集來(lái)自美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NCEP)最優(yōu)插值海表溫度數(shù)據(jù)集,經(jīng)過(guò)了衛(wèi)星數(shù)據(jù)、浮標(biāo)、船舶等觀測(cè)數(shù)據(jù)校正,結(jié)合數(shù)值模式結(jié)果綜合所得[18]。資料空間分辨率為1°×1°,本文選取了1982-2015年日平均數(shù)據(jù)。GODAS是NCEP業(yè)務(wù)化同化數(shù)據(jù)集,該資料水平分辨率為1°×0.333°,垂向?yàn)?0層,選取了第一層,即5 m層海溫?cái)?shù)據(jù),將其與OISST對(duì)照使用,資料截取時(shí)間段同為1982-2015年。臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)資料取自中國(guó)臺(tái)風(fēng)網(wǎng)(www.typhoon.gov.cn)“CMASTI熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集”,數(shù)據(jù)截取的時(shí)間段為1982-2015年。大氣的三維風(fēng)場(chǎng)、整層大氣的可降水量數(shù)據(jù)來(lái)源于NCEP-DOE Reanalysis 2(NCEP2),本數(shù)據(jù)集是對(duì)1979年以后的資料重新進(jìn)行同化再分析,修正了NCEP1的人為誤差以及更新了物理過(guò)程的參數(shù)化方案(https://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep.reanalysis2.ht ml),截取的時(shí)間段為1982-2015年。

Ni?o3區(qū)(5°N～5°S,150°W～90°W)和 Ni?o3.4區(qū)(5°N～5°S,170°W～120°W)海表面溫度異常指數(shù)通過(guò)Cli mate Prediction Center網(wǎng)站下載獲得(http://www.cpc.ncep.noaa.gov/data/indices/),數(shù)據(jù)是利用OISST數(shù)據(jù)計(jì)算得到。由于文中主要研究7月海溫情況,我們綜合考慮Ni?o3和Ni?o3.4指數(shù)7月份的量值,任何一個(gè)指數(shù)大于0.5℃,或者前后1個(gè)月明顯大于0.5℃,即選定為一次El Ni?o事件(La Ni?a事件的選定與之相似,標(biāo)準(zhǔn)為-0.5℃)。7月份處于El Ni?o事件的 年份為:1982、1983、1987、1991、1997、2002、2004、2009、2014和2015年,而處于La Ni?a事件的年份為:1984、1985、1988、1999、2000、2007 和2010年,其余年份則為正常年。

3 結(jié)果分析

3.1 El Ni?o/La Ni?a事件的影響

使用OISST和GODAS兩種海溫?cái)?shù)據(jù),利用合成分析的方法,獲得了El Ni?o年、La Ni?a年和正常年7月份中國(guó)近海海溫異常的空間分布結(jié)果(圖1)。圖1a表示利用OISST數(shù)據(jù)得到的El Ni?o年7月的海表面溫度異常空間合成結(jié)果,最顯著的特征為中國(guó)東海大部、黃海南部以及日本南部海域表現(xiàn)為十分顯著的負(fù)異常;此外,黃海北部以及南海西北部表現(xiàn)為暖異常。GODAS數(shù)據(jù)得到的El Ni?o年7月的合成結(jié)果與OISST的結(jié)果相似,但負(fù)異常中心略偏西,黃海北部以及南海西北側(cè)由于數(shù)據(jù)本身的缺失原因,并不能與圖1a形成對(duì)照,但是通過(guò)等值線的位置以及分布的特征,同樣能夠看出這兩個(gè)海域也有明顯的暖異常,且量值相當(dāng)(負(fù)異常最顯著的區(qū)域定義為核心區(qū),27°～33°N,120°～128°E)。結(jié)合圖1b和圖1e,La Ni?a年7月份,黃海大部以及臺(tái)灣島東部海域?yàn)轱@著的暖異常,中國(guó)近海其他海域并不能夠顯示出一致的通過(guò)顯著性檢驗(yàn)的分布特征。正常年7月份東海大部的海溫異常分布與El Ni?o年相反,為較為顯著的正異常,但是正異常的量值明顯比El Ni?o年小;同時(shí),黃海北部以及南海西北部也有較為明顯的負(fù)異常,異常的量值同樣較El Ni?o年略偏小。

整體而言,中國(guó)近海海表面溫度異?？臻g分布在El Ni?o年7月與正常年7月相反,El Ni?o年7月東海大部及黃海南部為顯著負(fù)異常,而黃海北部以及南海西北部為明顯的暖異常;La Ni?a年則表現(xiàn)為黃海大部以及臺(tái)灣島東部部分海域?yàn)槊黠@的暖異常,東海大部并沒(méi)有呈現(xiàn)統(tǒng)一地通過(guò)顯著性檢驗(yàn)的分布特征。

圖1 不同時(shí)期7月份中國(guó)近海海表面溫度異常的合成結(jié)果Fig.1 Composite results of the SSTA in July for different periods in the China coastal seasa、b和c為OISST數(shù)據(jù)結(jié)果;d、e和f為GODAS數(shù)據(jù)結(jié)果;a、d為El Ni?o年合成圖;b、e為L(zhǎng)a Ni?a年合成圖;c、f為正常年合成圖。黑點(diǎn)為利用t-test方法獲得通過(guò)顯著性檢驗(yàn)的區(qū)域,黑線為0等值線a,b and c represent the results of OISST dataset;d,e and f represent the results of GODASdataset;a,d show the resultsin El Ni?o years;b,e show the results in La Ni?a years while c and f show the nor mal years’results.Regions covered wit h dar k dots exceed the confidence level,t he black lines represent zero isolines

為了形象的刻畫3個(gè)時(shí)期7月份中國(guó)近海海溫異常的量值,我們使用了OISST數(shù)據(jù),將±0.5℃作為閾值,區(qū)分海溫異常大于等于0.5℃,小于等于-0.5℃以及介于-0.5℃與0.5℃的百分率。由圖2a可以發(fā)現(xiàn),El Ni?o年7月黃海南部、東海海域有超過(guò)60%的可能性其海溫負(fù)異常變化會(huì)超出-0.5℃,特別是日本南部海域,其可能性超過(guò)70%,而同期中國(guó)近海海溫異常大于0.5℃的概率非常低;南海大部以及黃海中北部海溫異常幾乎都介于-0.5℃到0.5℃。La Ni?a年7月,黃海大部有60%左右的概率海溫異常超過(guò)0.5℃,位置與圖1b中黃海暖異常位置一致,且通過(guò)了顯著性檢驗(yàn);低于-0.5℃的海域概率普遍偏低,東海中部以及海南島附近海域,其概率均低于40%,且沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)(圖1b)。正常年間,東海南部以及南海大部,海表面溫度異常介于-0.5℃到0.5℃,只是在黃海北部部分海域有約50%可能性,海溫異常低于-0.5℃。

將核心區(qū)月平均的海溫異常時(shí)間序列與Ni?o3指數(shù)做相關(guān)性分析(圖3a),可以發(fā)現(xiàn)7月份核心區(qū)海溫異常與同期的Ni?o3指數(shù)存在很好的相關(guān)性,其中OISST海溫?cái)?shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)為-0.32,而GODAS海溫?cái)?shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)更是高達(dá)-0.45,表現(xiàn)出十分顯著的負(fù)相關(guān)特征。特別是當(dāng)Ni?o3指數(shù)超前核心區(qū)海溫異常1個(gè)月時(shí),兩者的相關(guān)性更為顯著,OISST海溫?cái)?shù)據(jù)得到的相關(guān)系數(shù)為-0.37,而GODAS海溫?cái)?shù)據(jù)得到的相關(guān)系數(shù)為-0.47(圖3b)。東太平洋海溫的變化通過(guò)海洋輸送的途徑影響到中國(guó)近海海洋環(huán)境需要半年的時(shí)間,顯然無(wú)法對(duì)黃、東海海溫造成直接的影響;而通過(guò)西太平洋海洋背景場(chǎng)來(lái)看,El Ni?o年7月,西太平洋海溫異常偏低,水體熱含量降低,加之西邊界流減弱,北向的熱平流效應(yīng)減弱,造成北向傳輸?shù)臒崃繙p少,是導(dǎo)致東海黑潮及其延伸體海域的海溫負(fù)異常的重要原因。然而,由于熱平流的滯后效應(yīng),研究El Ni?o年7月黃、東海海溫異常降低的原因更應(yīng)該考慮大氣背景場(chǎng)的影響。

研究El Ni?o年7月份黃、東海海溫異常同期大氣環(huán)流的異常情況,利用NCEP2再分析資料,對(duì)El Ni?o年7月東亞地區(qū)的緯向和經(jīng)向環(huán)流情況、整層大氣的可降水量以及850 hPa風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行合成分析(圖4)。圖4a為120°～128°E平均經(jīng)向環(huán)流異常高度-緯度剖面圖,可以發(fā)現(xiàn)大氣在10°～30°N范圍內(nèi)為負(fù)異常,而在30°N以北的區(qū)域?yàn)檎惓?表明大氣在10°～30°N范圍內(nèi)有異常的上升運(yùn)動(dòng),而在30°N以北的區(qū)域有下沉運(yùn)動(dòng)。27°～33°N的平均緯向環(huán)流異常剖面圖能夠看出以110°E為界,東側(cè)區(qū)域大氣異常上升,而西側(cè)異常下降(圖4b)。環(huán)流的這種異常變化與整層大氣可降水量異常一致,大氣異常上升能夠帶來(lái)更多的可降水量,而大氣異常下降則會(huì)使局地干旱(圖4c)。進(jìn)一步觀察整層大氣可降水量異常,東海大部、黃海南部整層大氣的可降水量異常偏多,其空間分布與黃、東海海溫異常的空間分布較為一致。黃、東海海域可降水量異常偏多,會(huì)造成局地海洋海溫偏低,是El Ni?o背景下大氣影響局地海洋的表現(xiàn)形式之一。通過(guò)850 hPa的風(fēng)場(chǎng)異常分布可以發(fā)現(xiàn),16°N以南的低緯度海域?yàn)轱@著的西風(fēng)異常,日本南側(cè)存在一個(gè)南北跨度超過(guò)20°的反氣旋式異常環(huán)流,而在臺(tái)灣島東南、西南兩側(cè)分別存在一個(gè)氣旋式異常環(huán)流,黃海大部為偏北風(fēng)。臺(tái)灣島兩側(cè)的氣旋式異常環(huán)流能給局地帶來(lái)更多降水(圖4c),異常多的降水會(huì)使海溫降低,并通過(guò)水體的熱平流效應(yīng)影響東中國(guó)海的海溫狀況。然而研究發(fā)現(xiàn),臺(tái)灣島兩側(cè)的異常降水核心區(qū)域滯后1個(gè)月才會(huì)對(duì)黃、東海大部造成顯著影響。因此,El Ni?o年7月份,黃、東海海域局地降水異常,是造成其海溫負(fù)異常的重要原因。

圖3 核心區(qū)海溫異常與Ni?o3指數(shù)12個(gè)月相關(guān)(a)和Ni?o3指數(shù)超前7月份核心區(qū)海溫異常相關(guān)(b)Fig.3 Correlation relationship bet ween the key region sea surfacetemperature anomalies and the Ni?o3 index(a)and correlation of the Ni?o3 index that leads the key region sea surface temperature(b)

3.2 臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的影響

單純考慮氣候背景的原因,不能完全解釋黃、東海海溫的月異常現(xiàn)象。7月是臺(tái)風(fēng)活躍的月份,同時(shí)也是臺(tái)風(fēng)登陸的強(qiáng)盛期。臺(tái)風(fēng)的生命周期可分為生成、成熟和消亡3個(gè)階段,生命期平均為1周,短的只有2～3 d,最長(zhǎng)可達(dá)1個(gè)月。臺(tái)風(fēng)與海表面溫度有十分重要的關(guān)系,臺(tái)風(fēng)形成后,中心氣壓非常低且風(fēng)應(yīng)力巨大,會(huì)在海洋上層形成強(qiáng)烈的混合和流輻散,同時(shí),風(fēng)場(chǎng)的夾卷作用使混合層深度加深,使得海表面溫度下降;海表面溫度的下降會(huì)導(dǎo)致海洋向大氣熱量輸送的減少,從而影響臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度。海表面降溫有較大的不對(duì)稱性,最大的降溫一般出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)路徑右側(cè),降溫幅度一般為2～4℃,極端條件下降溫能夠達(dá)到10℃[19-20]。

圖4 東海及鄰近海域El Ni?o年7月份合成結(jié)果:120°～128°E的平均經(jīng)向環(huán)流異常的高度-緯度剖面(a);27°～33°N的平均緯向環(huán)流異常的高度-經(jīng)度剖面(b);整層大氣的可降水量異常(c);850 hPa風(fēng)場(chǎng)異常(d)Fig.4 Altitude-latitude cross sections of the at mosphere circulation ano malies averaged for 120°-128°Ein the July of the selected El Ni?o years(a);altitude-longitude cross sections of the at mosphere circulation ano malies averaged for 27°-33°Nin the July of the selected El Ni?o years(b);precipitable water anomalies for the entire at mosphere(c);850 hPa wind anomalies(d)of the East China Sea and its adjacent seas in the July of the selected El Ni?o years

參考2015年第9號(hào)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”,其運(yùn)行軌跡為轉(zhuǎn)向路徑,受其影響核心區(qū)于7月5日開始降溫,至12日時(shí)核心區(qū)降溫達(dá)到最大,之后臺(tái)風(fēng)停止編號(hào),溫度緩慢回升,并于27日前后達(dá)到正常態(tài),即臺(tái)風(fēng)過(guò)后兩周還存在與臺(tái)風(fēng)過(guò)境類似的冷軌跡。觀察同期核心區(qū)的海溫變化,其空間模態(tài)表現(xiàn)與臺(tái)風(fēng)模態(tài)一致。極強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)造成十分顯著的降溫,而由于恢復(fù)的時(shí)間比較緩慢,極端情況下會(huì)對(duì)月均的海溫產(chǎn)生一定的影響。

臺(tái)風(fēng)的生成時(shí)間、位置、強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間都受ENSO的影響。為研究臺(tái)風(fēng)的氣候態(tài)特征,選取了1982-2015年間7月份所有臺(tái)風(fēng),依據(jù)劃定好的El Ni?o年、La Ni?a年和正常年,分析不同時(shí)期臺(tái)風(fēng)路徑以及強(qiáng)度和位置的特征。經(jīng)統(tǒng)計(jì),在選取的時(shí)間段內(nèi),El Ni?o年一共有10年,共發(fā)生了39次臺(tái)風(fēng),平均每年約3.9次;La Ni?a年一共7年,共發(fā)生了27次臺(tái)風(fēng),平均每年3.86次;正常年一共16年,共有67次臺(tái)風(fēng)發(fā)生,平均每年4.19次。采用合成分析方法,分別刻畫了不同時(shí)期臺(tái)風(fēng)生成位置、壓強(qiáng)最小位置、臺(tái)風(fēng)中間時(shí)刻位置以及消亡時(shí)刻位置(圖5d)。據(jù)統(tǒng)計(jì),El Ni?o年,臺(tái)風(fēng)的生命周期約有8.44 d;而在La Ni?a年和正常年,臺(tái)風(fēng)的生命周期皆為6.68 d。同樣,El Ni?o年,平均的最低氣壓約為955 hPa,遠(yuǎn)低于La Ni?a年的973.6 hPa和正常年的1 002 hPa。可以發(fā)現(xiàn)El Ni?o年臺(tái)風(fēng)生成地偏東南,路徑最長(zhǎng),且臺(tái)風(fēng)最小壓強(qiáng)的位置出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)生命周期中間時(shí)刻之前,表明臺(tái)風(fēng)作用的周期更長(zhǎng),破壞性更大。El Ni?o年,由于生成位置偏東南,熱帶氣旋在西移直至登陸的過(guò)程中,有更充分的發(fā)展時(shí)間,有利于熱帶氣旋加強(qiáng)成為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)[21]。通過(guò)觀察不同時(shí)期臺(tái)風(fēng)路徑(圖5a,b,c)可以發(fā)現(xiàn),El Ni?o年分布較為規(guī)律,大致為西移路徑和轉(zhuǎn)向路徑;相比而言,La Ni?a年則較為混亂,而正常年雖然臺(tái)風(fēng)總數(shù)最多,但是平均入侵東海的臺(tái)風(fēng)卻不如El Ni?o年多。

圖5 不同時(shí)期7月份臺(tái)風(fēng)路徑圖及路徑合成Fig.5 Typhoon track graph in July for different periodsa為El Ni?o年;b為L(zhǎng)a Ni?a年;c為正常年;d為臺(tái)風(fēng)路徑合成,紅色表示El Ni?o年臺(tái)風(fēng)路徑合成,從東向西,紅點(diǎn)和紅圈依次表示為臺(tái)風(fēng)生成地、最小壓強(qiáng)位置、中間時(shí)刻位置和臺(tái)風(fēng)消亡位置,其他顏色依次類推a represents the El Ni?o years;b represents t he La Ni?a years;c shows t he nor mal years;d shows the composite results,red line are t he composite results of the El Ni?o years,the red dots and circle are the places when the typhoon begins,has t he mini mu m pressure,comes into the middle ti me and vanishes,other colors show si milar indications

臺(tái)風(fēng)對(duì)經(jīng)過(guò)的海域能夠產(chǎn)生劇烈的降溫,但是其影響范圍以及對(duì)月均海溫的影響,仍然是需要探討的話題。選取出El Ni?o年7月所有經(jīng)過(guò)核心區(qū)的臺(tái)風(fēng),獲得其經(jīng)過(guò)核心區(qū)的準(zhǔn)確時(shí)間,同時(shí)獲得沒(méi)有臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)核心區(qū)的時(shí)間。使用OISST日均海溫異常數(shù)據(jù),利用合成分析的方法,獲得臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)核心區(qū)和無(wú)臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)核心區(qū)期間的海表面溫度差的空間分布,用以表征臺(tái)風(fēng)活動(dòng)對(duì)海盆平均態(tài)海溫的貢獻(xiàn)情況(單次臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)核心區(qū)的時(shí)間較短,無(wú)臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)核心區(qū)期間的平均海溫異常值與月均海溫異常值區(qū)別十分小,即臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)核心區(qū)和無(wú)臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)核心區(qū)期間的海表面溫度差與臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)核心區(qū)和月均海表面溫度差十分一致)。圖6b可以看出臺(tái)風(fēng)過(guò)境給黃、東海海域造成直接的降溫影響。通過(guò)圖6a可以看出,黃海南部、東海大部為負(fù)值,對(duì)照?qǐng)D1a厄爾尼諾年7月合成結(jié)果,表明臺(tái)風(fēng)活動(dòng)對(duì)黃海南部、東海大部海域月尺度上海表面溫度負(fù)異常有貢獻(xiàn)。綜上,El Ni?o年7月,臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度偏強(qiáng),持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng),其路徑更易影響黃、東海海域,是造成其降溫的重要原因。

4 討論

本文利用OISST、GODAS海溫?cái)?shù)據(jù)和臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)資料,研究了7月份黃、東海海溫與El Ni?o/La Ni?a事件的關(guān)系,并對(duì)El Ni?o年7月份中國(guó)近海大氣環(huán)流異常以及特定背景下臺(tái)風(fēng)的作用進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:

(1)7月份黃、東海海溫與El Ni?o/La Ni?a事件有密切關(guān)系,OISST的海溫?cái)?shù)據(jù)與Ni?o3指數(shù)同步相關(guān)系數(shù)為-0.32,而GODAS的海溫?cái)?shù)據(jù)與Ni?o3指數(shù)同步相關(guān)系數(shù)更是高達(dá)-0.45。

圖6 El Ni?o年7月臺(tái)風(fēng)對(duì)海表面溫度影響Fig.6 Typhoon’s effect on the SSTin the July of the El Ni?o yearsa為臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)(核心區(qū))和無(wú)臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)(核心區(qū))期間海表面溫度差合成結(jié)果;b為臺(tái)風(fēng)過(guò)境(核心區(qū))前后溫度差a is composite result of sea surface temperature differences bet ween the periods when typhoon passes t he key region and the periods when no typhoon passes the key region;b is co mposite result of sea surface temperature differences when the typhoon passes through the key region

(2)El Ni?o年7月,中國(guó)近海海溫異常合成結(jié)果表明:黃、東海海域海溫異常超過(guò)-0.5℃的概率大于60%;La Ni?a年7月,黃海大部有約60%的可能性海溫異常超過(guò)0.5℃;正常年海溫異常的空間分布與El Ni?o年相反,但量值明顯偏低。

(3)El Ni?o年7月,中國(guó)近海及鄰近區(qū)域大氣異常能夠給局地帶來(lái)更多降水,是直接導(dǎo)致黃、東海海溫降低的一個(gè)重要原因。

(4)El Ni?o年7月臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度更強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng),路徑多為轉(zhuǎn)向路徑,更傾向于入侵黃、東海海域。臺(tái)風(fēng)過(guò)境,上層海洋環(huán)境最顯著的響應(yīng)是海表面降溫,其對(duì)黃、東海大部月均海表面溫度負(fù)異常有明顯貢獻(xiàn)。

由于中國(guó)近海特定的地理位置,其海溫的影響因素研究十分復(fù)雜。黃、東海海溫異常與Ni?o3指數(shù)顯著相關(guān),但El Ni?o/La Ni?a事件的氣候背景并不能夠完全解釋黃、東海海溫異常變化。我們定量的分析了7月臺(tái)風(fēng)的特征,無(wú)論其強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間以及路徑,都更易影響黃、東海海域;而通過(guò)計(jì)算有無(wú)臺(tái)風(fēng)影響核心區(qū)的平均海表面溫度差可以定性的得知,臺(tái)風(fēng)活動(dòng)對(duì)黃、東海海溫負(fù)異常存在直接的貢獻(xiàn)。本文綜合El Ni?o/La Ni?a事件和臺(tái)風(fēng)兩個(gè)不同時(shí)間尺度上的因子,從氣候尺度和天氣尺度,定量定性的分析了兩者共同作用下對(duì)7月份中國(guó)近海海溫變化的影響,旨在為預(yù)報(bào)特定月份下中國(guó)近海海溫變化提供一種思路,而不是通過(guò)簡(jiǎn)單地進(jìn)行相關(guān)系數(shù)的統(tǒng)計(jì)來(lái)總結(jié)某種規(guī)律。不同時(shí)間尺度不同的物理過(guò)程對(duì)黃、東海海溫異?，F(xiàn)象的貢獻(xiàn)仍是下一步需要研究的重點(diǎn)。

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Sea surface temperature variations of the Yellow Sea and East China Sea influenced by both ENSOand typhoons in July

Zhang Shouwen1,Wang Hui1,2,Jiang Hua1,2,Song Chunyang1,Du Ling3

(1.National Marine Environ mental Forecasting Center,State Oceanic Ad ministration,Beijing 100081,China;2.Key Laborator y of Research on Marine Hazar ds Forecasting,State Oceanic Ad ministration,Beijing 100081,China;3.College of Oceanic and Atmospheric Science,Ocean University of China,Qingdao 266100,China)

Historical sea temperature and typhoon track datasets are used to study the SST variations of the Yellow Sea and East China Sea influenced by ENSOin the July.The results show that SST anomalies of the Yellow Sea and the East China Sea correlate well with the Ni?o3 index,the correlation coefficient bet ween the OISST dataset and Ni?o3 index is-0.32 in July,while it’s-0.45 when we use the GODASdataset.There are more than 60%probability that SST anomalies would below-0.5℃of the Yellow Sea and the East China Sea in July in the El Ni?o years.While in La Ni?a years,most part of the Yellow Sea has al most 60%probability the SST anomalies would surpass 0.5℃in July.Spatial distributions of SST anomalies in nor mal years are opposite to that in El Ni?o years in July,but with low magnitudes.The at mospheric circulation anomalies on the China adjacent seas could bring more precipitation to local area in the July of El Ni?o years.Meanwhile,the typhoon intensities tend to be stronger,the duration ti me tends to be longer and the typhoon tracks tend to pass the Yellow Sea and East China Sea in July in the El Ni?o years.Large-scale precipitation and the typhoon activities are the reasons that result in the negative SSTA of the Yellow Sea and East China Sea.Therefore,based on the El Ni?o/La Ni?a background analysis,the effect of large-scale precipitation and typhoon activities should also be taken into consideration when we analyze and forecast the SST anomalies of China adjacent seas in July.This proves us a new mind to analyze the SST anomalies of China adjacent seas by considering different factors with different ti me-scales under certain background.

Yellow Sea;East China Sea;sea surface temperature;El Ni?o;La Ni?a;typhoon

P731.11;P732.6

A

0253-4193(2017)12-0032-10

張守文,王輝,姜華,等.厄爾尼諾和臺(tái)風(fēng)共同影響下的7月份黃、東海海溫變化[J].海洋學(xué)報(bào),2017,39(12):32-41,

10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.004

Zhang Shouwen,Wang Hui,Jiang Hua,et al.Sea surface temperature variations of the Yellow Sea and East China Sea influenced by both ENSO and typhoons in July[J].Haiyang Xuebao,2017,39(12):32-41,doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.004

2017-01-23;

2017-03-16。

國(guó)家海洋局海洋公益性專項(xiàng)(201505013);國(guó)家自然科學(xué)基金(41376008,41376016)。

張守文(1987—),男,山東省日照市人,博士,主要從事海洋氣候變化和預(yù)測(cè)研究。E-mail:zhangsw@n mefc.gov.cn

*通信作者:姜華,研究員,主要從事厄爾尼諾預(yù)測(cè)及影響研究。E-mail:hjiang@n mefc.gov.cn