黃渤海夏季水溫垂直分布的年代際變化*

胡桂坤，王正波，張青田

（天津科技大學(xué) 天津市 300457）

海水溫度的時空分布和變化是海洋學(xué)研究最基本的內(nèi)容之一，與海洋中很多現(xiàn)象有密切的關(guān)系。世界大洋中的水溫因時因地而異，一般借助平面圖、剖面圖等來分析、綜合其時空特征，形成對整個溫度場的認(rèn)識。由于黃海冷水團(tuán)和渤海洼地等的影響，黃渤海夏季的水溫在垂直剖面上有較大的變化[1]。從建國初開始就有人研究該水域水溫的時空變化，一般是某個年代或者航次的結(jié)果分析[2-5]。本文融合1970—1999年的相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)分析年代際的水溫剖面變化，為水文和生物分析等提供幫助。

1 數(shù)據(jù)來源與處理

1.1 數(shù)據(jù)來源

從 World Ocean Database（http：//www.node.noaa.gov） 網(wǎng)站下載CTD、XBT等數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，選擇黃渤海海域從1970年至1999年的夏季（6—8月） 數(shù)據(jù)。由于部分靠岸區(qū)域數(shù)據(jù)缺乏，適當(dāng)補充了一些我國近岸調(diào)查的同期水溫數(shù)據(jù)。文中 1970—1979年數(shù)據(jù)記為 70年代，1980—1989年的為80年代，1990—1999年的為90年代。

1.2 數(shù)據(jù)處理

由于不同調(diào)查的站位設(shè)置、采樣時間和數(shù)據(jù)量等存在差異，造成數(shù)據(jù)分布不規(guī)律，數(shù)據(jù)多少不均勻。在分析前把各類數(shù)據(jù)進(jìn)行融合和求氣候態(tài)平均值。采用空間分辨率為0.5°×0.5°的網(wǎng)格計算溫度數(shù)據(jù)的氣候態(tài)平均值。由于垂直方向是按照標(biāo)準(zhǔn)層次處理的離散型數(shù)據(jù)，為了便于準(zhǔn)確判斷水溫躍層，需要插值運算獲得層次間的缺少數(shù)據(jù)。在垂直方向上用Akima插值法[6]對標(biāo)準(zhǔn)層次間數(shù)據(jù)進(jìn)行每米深度的插值，計算溫度躍層強度。

目前溫度躍層判斷的標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，這里選擇△T/△z≥0.2°C/m作為躍層判斷標(biāo)準(zhǔn)。對各個站位插值后得到的結(jié)果進(jìn)行躍層計算和判斷，連續(xù)滿足條件的合并為一個躍層。對于間隔小的躍層合并后進(jìn)行參數(shù)計算[7-9]。若存在多個躍層，則選取躍層強度大的進(jìn)行繪圖和分析。數(shù)據(jù)的提取、求氣候態(tài)均值，以及繪圖由Ocean Data View（ODV）軟件和MatLab軟件完成。

2 水體溫度的垂直變化

為了便于分析水溫在垂直剖面的變化，進(jìn)行了多個經(jīng)向和緯向斷面的分析。限于篇幅，這里選擇位置大約在124°E的經(jīng)向斷面（圖1） 和35°N的緯向斷面（圖2） 進(jìn)行描述；圖中少量空白處表示缺乏合格數(shù)據(jù)。水溫的垂直分布有較明顯的年代際差異，深層冷水團(tuán)的分布范圍和地理位置也有年代際的變化。

圖1 黃渤海東經(jīng)124°斷面水溫（°C） 分布（a-c依次為70-90年代）

圖2 黃渤海北緯35°斷面夏季水溫分布（a-c依次為70-90年代）

圖1是所計算網(wǎng)格中臨近124°E斷面的水溫剖面情況。在南部海域（32°N以南）基本保持較高水溫，底層水溫相對較高。70年代水體混合性強于北部，上下層溫度差異也小于北部；80年代和90年代也有類似趨勢，而90年代底層冷水（31°N） 上涌趨勢明顯。而在32°N以北的情況不同，深層次水溫下降很多。70年代，夏季的表層和底層水溫差異很大，在33°N附近有一股冷水上涌，對水溫的垂直分布產(chǎn)生了較大影響。在36°N附近海域上層水溫較高，而低溫層出現(xiàn)的深度值大于臨近海域，呈現(xiàn)出了馬鞍的形狀。80年代，冷水區(qū)域的范圍有所增大。以8°C等溫線為參考，冷水區(qū)不再是70年代的馬鞍形狀，冷水向淺水層擴(kuò)散，并且向北延伸。其他經(jīng)向斷面的結(jié)果也顯示冷水團(tuán)在東西方向也有一定擴(kuò)展，說明80年代的冷水團(tuán)分布范圍較大。到了90年代，上層和深層水溫差異較大，尤其是北部海域具有較高的表層溫度。深層冷水區(qū)的范圍稍小于80年代，但是冷水團(tuán)（以8°C為例） 范圍則明顯減小。

為了解水溫剖面在東西方向的變化，選擇若干緯向斷面進(jìn)行分析年代際變化。結(jié)果表明，上層和下層水的溫度有較大差異。深層冷水團(tuán)的范圍有年代際變化，80年代的范圍較大。圖2是35°N斷面的水溫剖面圖。70年代時，低于10°C的冷水基本位于30 m水深以下；8°C等溫線所圍區(qū)域并不連續(xù)，出現(xiàn)兩個核心。而80年代時，較大范圍出現(xiàn)8℃水溫。10-30 m水深的溫度變化較大，但在各個經(jīng)度的變化趨勢基本一致，等溫線表現(xiàn)出基本平直的狀態(tài)，這和70年代、90年代的情形不同。90年代冷水團(tuán)范圍不大，若以8°C為標(biāo)準(zhǔn)，在本斷面出現(xiàn)了2個不連續(xù)的冷水核心，西側(cè)冷核位置較以往年代明顯西移。8℃等溫線所圍冷水團(tuán)的水體很小，而9℃等溫線的連續(xù)性較好，延伸范圍廣。

3 溫度躍層特征

溫度躍層是表示水溫垂直變化的常用參數(shù)。計算每個網(wǎng)格內(nèi)的躍層強度值，繪制其平面分布圖（圖3）來比較黃渤海夏季溫度躍層強度的區(qū)域變化。渤海區(qū)域的躍層強度存在年代際的變化，但是變化幅度不大，明顯小于黃海。80年代在遼東灣西南部小范圍內(nèi)出現(xiàn)了大于0.6°C/m的強度變化；其他大部分海域基本保持0.4°C/m。70年代時，大部分渤海海域保持0.4°C/m的強度。

圖3 黃渤海夏季水溫躍層強度（°C/m） 分布（a-c依次為70-90年代）

黃海溫度躍層強度的變化要復(fù)雜一些。70年代時，北黃海中西部，靠近渤海海峽處可達(dá)0.6℃/m，東部較大區(qū)域也可達(dá)0.2℃/m，達(dá)到躍層判斷標(biāo)準(zhǔn)。說明在北黃海的絕大多數(shù)區(qū)域均存在躍層，但躍層強度較弱，一般不超過1℃/m。南黃海躍層強度達(dá)0.2℃/m的區(qū)域增多，幾個區(qū)域的躍層強度大于1℃/m，與東海相鄰區(qū)域可達(dá)到1.5℃/m以上。到了80年代，北黃海躍層強度比70年代的有所升高。北黃海中南部至南、北黃海交界處，多數(shù)區(qū)域出現(xiàn)高于1℃/m的強度值。這部分區(qū)域由于南黃海有0.6℃/m強度的水舌插入而呈半環(huán)狀。山東半島東側(cè)近海躍層強度一般為1℃/m以上。自青島外海向南海域也形成一個高強度區(qū)域，最高可達(dá)1.5℃/m以上。朝鮮半島一側(cè)的躍層強度一般在0.5℃/m以下，一些在70年代出現(xiàn)強躍層的區(qū)域，其強度也有所減弱。90年代躍層強度的分布情況比70年代的簡單，強度較弱通常弱于80年代，且高躍層強度的位置發(fā)生偏移。北黃海的高強度值區(qū)北移，南黃海的則東移。北黃海躍層強度值基本在0.2～0.6℃/m。在山東半島東緣出現(xiàn)1℃/m以上的高強度值，并向南方延伸，約在35°N附近出現(xiàn)大于1.2℃/m的強度值，成為南黃海的高值區(qū)。江蘇沿海躍層強度很弱，大部分海域沒有達(dá)到躍層標(biāo)準(zhǔn)。朝鮮半島一側(cè)躍層較明顯，盡管強度并不大。

4 總結(jié)與討論

黃渤海的夏季水溫垂直剖面顯示水溫垂直分布有年代際的變化，上層和下層水溫差異有增大的趨勢。深層冷水區(qū)出現(xiàn)的位置和范圍大小也存在變化，以80年代的范圍最大。以8℃水溫為標(biāo)準(zhǔn)，冷水團(tuán)在北黃海通常存在1個冷核心，而在南黃海可能存在2個冷核心。若以底層8℃等溫線包圍的連續(xù)水體判斷，冷水團(tuán)南北向跨度以80年代最大，70年代的稍大于90年代；東西向跨度是70年代稍小，80年代和90年代基本相同。證明黃海冷水團(tuán)位置等發(fā)生變化的報道越來越多，其原因可能和季風(fēng)、潮汐、黑潮，以及ENSO等有關(guān)[11-14]。目前可利用數(shù)據(jù)很少，共享數(shù)據(jù)將有利于冷水團(tuán)研究。長期、連續(xù)開展氣象、水文等多學(xué)科聯(lián)合調(diào)查和分析是很有必要的。

溫度躍層強度在不同海域有較大的差異，也存在年代際的變化。渤海的溫度躍層強度變化較小，基本維持在較低的水平，而黃海的溫度躍層強度變化范圍明顯增大。70年代黃海的躍層強度變化較復(fù)雜，高強度值基本出現(xiàn)在臨近東海區(qū)域；80年代在青島外海及其南部有較高的躍層強度值，南北黃海的交界處是高強度區(qū)；90年代的躍層強度稍微減弱，高強度值區(qū)域發(fā)生轉(zhuǎn)移。本研究的躍層分析僅考慮每個區(qū)域的最強躍層，但實際上個別區(qū)域存在雙躍層或逆躍層的情形，綜合考慮躍層深度和厚度等參數(shù)有助于全面了解溫度的垂直變化，為水文分析和生物分布研究提供參考。

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