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(fā)生與厄爾尼諾關(guān)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(huán)境監(jiān)測中心, 上海 201206 2. 海洋赤潮災(zāi)害立體監(jiān)測技術(shù)與應(yīng)用國家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 上海 201206

分析1981—2011年東海海域赤潮發(fā)生次數(shù)、赤潮生物種類數(shù)以及與El Ni?o關(guān)系, 結(jié)果表明: 東海的赤潮發(fā)生以2000年為界可劃分為2個(gè)階段, 1981—2000年為第一階段(初級(jí)階段), 赤潮年均8次, 赤潮生物種數(shù)年均4種, 總體處于發(fā)生頻次較低水平; 2001—2011年為第二階段(高發(fā)階段), 赤潮發(fā)生的頻次是第一階段的6.4倍, 年均引起赤潮生物種數(shù)是第一階段的2.8倍; El Ni?o次年東海赤潮生物種類數(shù)相對(duì)于El Ni?o年平均增加6.6%, 赤潮生物種類數(shù)平均增加56.6%, 對(duì)El Ni?o第三年影響小于第二年。El Ni?o年Ni?o 3.4指數(shù)與次年赤潮生物的種類數(shù)變化率相關(guān)系數(shù)為0.70, 為中等相關(guān)水平, 均高于El Ni?o當(dāng)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(shù)量。

赤潮; 厄爾尼諾; 東海

1 引言

我國是世界上深受赤潮災(zāi)害影響的國家之一。隨著氣候的劇烈異常變化和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展, 赤潮在我國近海的發(fā)生頻率呈現(xiàn)出明顯的逐漸增多趨勢(shì), 赤潮給海洋生態(tài)安全、水產(chǎn)品安全和海洋經(jīng)濟(jì)帶來巨大的風(fēng)險(xiǎn)[1]。我國四個(gè)海區(qū)中赤潮發(fā)生以東海最為嚴(yán)重, 赤潮發(fā)生的緣由國內(nèi)外做了很多的研究: 溫度的變化是影響赤潮發(fā)生的重要物理?xiàng)l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(diǎn)就是會(huì)引起海水水溫發(fā)生變化, 其與全球氣候異常變化存在著一定的聯(lián)系, 對(duì)我國近海溫度[2]、流場[3]等變化也將產(chǎn)生重要影響。本文通過我國東海1981-2011 年近30年里赤潮發(fā)生特點(diǎn)與El Ni?o關(guān)系進(jìn)行探討, 以期為赤潮發(fā)生規(guī)律的掌握和El Ni?o的環(huán)境影響研究提供科學(xué)的參考和借鑒。

2 材料和方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

1981—2011年東海赤潮的次數(shù)和赤潮種類數(shù)的記錄數(shù)據(jù)主要來源于國家海洋局東海分局環(huán)保處對(duì)赤潮的記錄和統(tǒng)計(jì)。1981年1月—2011年12月El Ni?o 3.4指數(shù)數(shù)據(jù)來源于美國國家海洋與大氣局氣候預(yù)報(bào)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(xiàn)象是指赤道太平洋東部和中部的海水出現(xiàn)大范圍異常偏暖現(xiàn)象。依據(jù)El Ni?o現(xiàn)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(gè)條件來確定的, 一是El Ni?o 3.4 區(qū) (5°N—5°S, 120°W—170°W)的溫度距平值連續(xù)6個(gè)月超過+0.5 ℃, 二是南方濤動(dòng)指數(shù)SOI(塔希提島與澳大利亞的達(dá)爾文的氣壓差)在此期間小于-1.0, 則認(rèn)為發(fā)生了厄爾尼諾事件。

以El Ni?o 3.4區(qū)的月平均海表溫度距平值(SSTA)來表示El Ni?o 3.4指數(shù), 對(duì)1981—2011 年Ni?o 3.4指數(shù)進(jìn)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(shù)據(jù)分析方法

采用點(diǎn)雙列相關(guān)法分析El Ni?o與赤潮的相關(guān)關(guān)系[6]。El Ni?o與赤潮發(fā)生次數(shù)(或種類數(shù))的相關(guān)系數(shù)()見公式(1):

其中,為El Ni?o發(fā)生次年赤潮發(fā)生次數(shù)(種類數(shù))相對(duì)于當(dāng)年的變化率(公式2);

為El Ni?o次年赤潮次數(shù)(種類數(shù))增多的次數(shù)占全部次數(shù)的比值;

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

為El Ni?o次年赤潮次數(shù)(種類數(shù))增多的變化率的平均值;

為El Ni?o次年赤潮次數(shù)(種類數(shù))減少的變化率的平均值;

為統(tǒng)計(jì)年份各個(gè)變化率的標(biāo)準(zhǔn)差。

根據(jù)相關(guān)分析, 將厄爾尼諾與赤潮的相關(guān)程度分為4個(gè)等級(jí), 見表1:

3 結(jié)果與分析

3.1 赤潮發(fā)生與溫度的關(guān)系

引起赤潮發(fā)生的因素很多, 海水溫度高低及其變化情況, 是誘發(fā)赤潮發(fā)生的最為關(guān)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(diào)查監(jiān)測表明, 4—9月份是東海赤潮暴發(fā)的時(shí)段, 赤潮暴發(fā)的水溫一般高于12 ℃, 低溫時(shí)候很少有赤潮的發(fā)生[7], 5—8月時(shí)東海區(qū)赤潮發(fā)生最為集中的時(shí)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(qiáng)信號(hào)區(qū)[8], 同時(shí)東海區(qū)位于溫帶和副熱帶區(qū)域, 冬季受亞洲大陸高壓控制, 以偏北風(fēng)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(fēng)為主[9], 5—6月正是偏北風(fēng)衰退, 偏南風(fēng)逐漸強(qiáng)盛的轉(zhuǎn)換時(shí)期, 此時(shí)沿海水溫快速上升, 水溫達(dá)到18—26 ℃之間, 適宜赤潮生物繁殖生長, 同時(shí)雨季開始來臨, 徑流為水體輸送大量的營養(yǎng)物質(zhì), 這些因素都為5—6月赤潮開始大量發(fā)生提供了有利的條件。

表1 赤潮與厄爾尼諾相關(guān)程度分級(jí)

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(yīng), 國內(nèi)越來越多的學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了深入探究。研究表明: 在室內(nèi)不同溫度培養(yǎng)條件下, 溫度對(duì)尖刺擬菱形藻、中肋骨條藻[10]、東海原甲藻[11]和小環(huán)藻[12]等生長均有著顯著影響, 溫度對(duì)不同藻類生長影響效應(yīng)存在一定差異, 在 10℃—27 ℃溫度范圍內(nèi), 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(shí), 溫度對(duì)東海原甲藻比生長速率和葉綠素a含量影響最大; 溫度對(duì)小環(huán)藻的影響也得到了類似的結(jié)論, 統(tǒng)計(jì)分析表明溫度對(duì)小環(huán)藻的生長及藻細(xì)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(huì)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(shí)間通常發(fā)生在El Ni?o 位相發(fā)生轉(zhuǎn)變前后。在El Ni?o發(fā)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(diào)制, 黃、東海沿岸海表溫度偏低;在厄爾尼諾發(fā)生次年, 黃、東海沿岸海表溫度偏高[13]。陳美榕等[2]研究發(fā)現(xiàn)El Ni?o發(fā)生期間長江口海域年表溫呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性變化, 即El Ni?o發(fā)生的次年海水水溫一般高于El Ni?o發(fā)生的當(dāng)年和第三年。對(duì)我國近海較大尺度海域如渤海、黃海、東海北部研究也發(fā)現(xiàn)了類似的規(guī)律[14], 并且對(duì)東海北部海域海水溫度影響比黃、渤海區(qū)域表現(xiàn)的更為明顯。綜合相關(guān)研究結(jié)果, 我們可以確定El Ni?o對(duì)東海的水溫有著較大的影響, El Ni?o發(fā)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(fā)生。

3.2 赤潮發(fā)生次數(shù)與El Ni?o關(guān)系

1981—2011 年東海赤潮發(fā)生的次數(shù)與Ni?o 3.4指數(shù)曲線表明, 東海的赤潮發(fā)生以2000年為界可劃分為2個(gè)階段, 1981—2000年為第一階段(初級(jí)階段), 赤潮年均8次, 總體處于發(fā)生頻次較低水平, 在1990年處于一個(gè)高峰期, 達(dá)到27次; 2001—2011年為第二階段(高發(fā)階段), 赤潮發(fā)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(dá)到高峰期, 共發(fā)生了86次(見圖1)。

從Ni?o 3.4指數(shù)變化與赤潮發(fā)生次數(shù)曲線波動(dòng)可以看出, 1981—2000年間赤潮發(fā)生次數(shù)與Ni?o 3.4指數(shù)曲線擬合較差, 二者相關(guān)系數(shù)僅為0.14; 2000年之后東海海域赤潮次數(shù)呈現(xiàn)了明顯的增加并與Nino 3.4區(qū)指數(shù)波動(dòng)呈現(xiàn)出一定的規(guī)律, 2001—2011年Ni?o 3.4指數(shù)曲線與赤潮發(fā)生次數(shù)曲線擬合非常好, 相關(guān)系數(shù)為0.51, 達(dá)到中等相關(guān)水平, 遠(yuǎn)高于1981—2000年二者的相關(guān)水平。

3.3 赤潮生物種數(shù)與El Ni?o關(guān)系

東海赤潮發(fā)生的生物種類數(shù)與赤潮發(fā)生次數(shù)變化趨勢(shì)具有很好的線性關(guān)系, 相關(guān)系數(shù)為0.82, 屬于極顯著相關(guān), 表明赤潮生物種類數(shù)可以按照赤潮發(fā)生次數(shù)的年代劃分進(jìn)行評(píng)價(jià)。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(shù)變化與赤潮發(fā)生種數(shù)曲線波動(dòng)可以看出(見圖2), 1981—2011年間二者相關(guān)性為–0.18, 呈負(fù)微相關(guān)水平, 2001—2011年相關(guān)水平稍高于1981—2000年二者的相關(guān)性。

圖1 1981—2011年東海赤潮發(fā)生的次數(shù)與Nino 3.4區(qū)指數(shù)曲線

圖2 1981—2011年引起東海赤潮發(fā)生的種數(shù)與Ni?o 3.4指數(shù)曲線

3.4 El Ni?o對(duì)東海赤潮的影響

El Ni?o對(duì)我國近海海域赤潮的發(fā)生有著較大的影響。有研究顯示, 1977—2007年發(fā)生的10次厄爾尼諾事件對(duì)El Ni?o年的次年赤潮發(fā)生的次數(shù)均有明顯的相關(guān)性, 東海是我國4個(gè)海域赤潮發(fā)生次數(shù)與El Ni?o的相關(guān)程度最高的海域[15]。

對(duì)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(fā)生次數(shù)及赤潮生物種類數(shù)統(tǒng)計(jì)表明, 東海El Ni?o年赤潮次數(shù)年均26次, 赤潮生物種數(shù)6種, El Ni?o次年赤潮發(fā)生次數(shù)平均增加6.6%, 赤潮生物種類數(shù)增加56.6%; El Ni?o第三年相對(duì)于El Ni?o年赤潮次數(shù)降低15.2%, 赤潮生物種類數(shù)增加33.2%, 低于El Ni?o次年。表明El Ni?o次年赤潮發(fā)生次數(shù)和種類數(shù)均會(huì)增加, 赤潮生物種類數(shù)增加比例明顯(圖3)。

通過點(diǎn)雙列相關(guān)法對(duì)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(fā)生次數(shù)及赤潮生物種類數(shù)變化率進(jìn)行分析, 結(jié)果表明: El Ni?o年Ni?o 3.4指數(shù)與當(dāng)年、次年及第三年的赤潮發(fā)生次數(shù)變化率均小于0.5, 為弱相關(guān), 次年的相關(guān)性高于El Ni?o年(相關(guān)系數(shù)為0.05)。El Ni?o年與次年赤潮生物的種類數(shù)變化率相關(guān)系數(shù)為0.70, 為中等相關(guān)水平, 均高于El Ni?o當(dāng)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(shù)量。

4 結(jié)論

(1)東海的赤潮發(fā)生以2000年為界可劃分為2個(gè)階段, 1981—2000年為第一階段, 赤潮年均8次,赤潮生物種數(shù)年均4種, 總體處于發(fā)生頻率較低水平; 2001—2011年為第二階段, 赤潮發(fā)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(fā)生次數(shù)及赤潮生物種類數(shù)均值統(tǒng)計(jì)

(2) 1981—2011 年間, El Ni?o次年東海赤潮發(fā)生次數(shù)相對(duì)于El Ni?o年平均增加6.6%, 赤潮生物種類數(shù)平均增加56.6%, 對(duì)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(shù)變化率相關(guān)系數(shù)為0.70, 為中等相關(guān)水平, 均高于El Ni?o當(dāng)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(shù)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(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201305027,201505008), 863赤潮重點(diǎn)項(xiàng)目(2007AA0920)

鄧邦平(1983—), 男, 湖北十堰人, 碩士, 從事海洋生態(tài)監(jiān)測評(píng)價(jià)和海洋保護(hù)區(qū)監(jiān)測管理研究, E-mail: dengbp@eastsea.gov.cn

鄧邦平