全球海洋變暖下的海水溫度變化研究

孫鈺婷 易天灝 肖菥

摘要：全球變暖引起的海洋變暖改變了海洋生物的棲息地，迫使它們?nèi)ふ沂煜さ牡胤缴?。小型漁業(yè)公司的利潤取決于海洋生物物種的穩(wěn)定性，因此可能會(huì)受到嚴(yán)重干擾。如果不采取有效的措施，這些魚群將面臨巨大的損失，經(jīng)過分析，我們認(rèn)為海水溫度是未來影響魚群位置的關(guān)鍵因素。我們分兩步建立了海洋水溫預(yù)測(cè)模型。首先，在三維空間中研究北大西洋溫度的差異，建立海洋溫度場模型。然后，進(jìn)一步研究北大西洋氣溫隨時(shí)間的變化，建立氣溫時(shí)間預(yù)測(cè)模型。根據(jù)緯度-溫度曲線，在高緯度地區(qū)，5°緯度的變化很可能導(dǎo)致10°C左右的溫度變化，海水溫度隨深度的變化也非常明顯，季節(jié)間的變化也不盡相同。以GDP、世界總?cè)丝?、CO2排放量三個(gè)指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)為預(yù)測(cè)指標(biāo)，利用鹽度和堿度的預(yù)測(cè)間接反映了海水溫度的變化。

關(guān)鍵詞：海洋變暖;溫度場模型;線性模型;資產(chǎn)重新配置

1 引言

氣候變暖是當(dāng)今世界面臨的環(huán)境危機(jī)。全球變暖引起的全球海洋溫度升高將影響許多海洋生物的棲息地質(zhì)量[1]。當(dāng)溫度變化足夠大時(shí)，這些物種將遷移到適合它們生活的新棲息地。如果未來全球海洋溫度繼續(xù)上升，將導(dǎo)致海洋生物滅絕、海洋風(fēng)暴加劇等更嚴(yán)重的后果[2]。

在美國，由于全球海洋溫度上升，緬因州龍蝦種群呈現(xiàn)出明顯的棲息地北移趨勢(shì)。我們相信，這種地理種群的變化也將在更多海洋物種中廣泛存在。鯖魚和鯡魚是蘇格蘭主要的經(jīng)濟(jì)魚類。它們主要生活在10℃左右的水域[3]，在這個(gè)季節(jié)遷徙。一旦它們的季節(jié)性棲息地或遷徙路線因全球海洋溫度升高而改變，它們可能會(huì)嚴(yán)重?cái)_亂依賴于這些物種穩(wěn)定性的公司的生計(jì)。因此，蘇格蘭北大西洋漁業(yè)管理聯(lián)盟有必要更好地了解蘇格蘭附近鯡魚和鯖魚種群的位置變化。

2 海水溫度預(yù)測(cè)模型

2.1 海水溫度帶來的影響

由于環(huán)境變化，鯡魚和鯖魚的地理種群發(fā)生了變化。最重要的可測(cè)量指標(biāo)是海水溫度。因此，分析海水溫度的變化以及變化的來源，將有助于我們進(jìn)一步探索魚類的未來位置。建立模型用來識(shí)別這兩個(gè)物種最有可能被發(fā)現(xiàn)的地方。位置主要取決于海水溫度，海水溫度由許多因素決定，如溫室氣體排放量和氧飽和度百分比。

首先，我們簡單地認(rèn)為海水吸收釋放的熱量。我們?cè)贜OAA官方網(wǎng)站上選擇全球海洋水溫?cái)?shù)據(jù)，并用類似時(shí)間的數(shù)據(jù)補(bǔ)充缺失的歷史數(shù)據(jù)。然后，確定研究區(qū)域?yàn)楸贝笪餮?，緯度?°N-75°N之間，經(jīng)度在90°W-10°E之間。在此期間提取海面溫度，將其分為四個(gè)季節(jié)，每十年計(jì)算一次。結(jié)果表明，近60年來，海溫總體呈明顯上升趨勢(shì)，幾乎上升了1℃。其中，氣溫變化最為明顯的是春夏季，增幅為2℃。

眾所周知，隨著緯度的升高，溫度會(huì)降低。因此，我們擬合了1955-2017年海面溫度隨緯度的變化，擬合曲線均呈現(xiàn)收斂性。圖2是2005-2017年平均海水溫度擬合的曲線，根據(jù)緯度-溫度曲線，在高緯度地區(qū)，5°緯度的變化很可能導(dǎo)致10°C左右的溫度變化，因?yàn)檫@兩種魚都是遠(yuǎn)洋魚類，所以水深不容忽視。我們選擇200米深的海水溫度。結(jié)果表明，海水溫度隨深度的變化也非常明顯，季節(jié)間的變化也不盡相同。

根據(jù)世界銀行的統(tǒng)計(jì)，在過去的60年里，世界總?cè)丝诔示€性增長。與此同時(shí)，人類活動(dòng)加劇，全球經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展。接下來是對(duì)地球資源的逐步消耗，以及植被覆蓋率持續(xù)下降。所有這些變化都將加劇全球變暖，海水溫度將受到顯著影響。我們認(rèn)為，造成海洋水溫上升的大多數(shù)原因都受到人類活動(dòng)的影響。因此，我們使用一些指標(biāo)來衡量人類活動(dòng)。評(píng)價(jià)指標(biāo)如下：CO2排放量：CO2排放量直接反映了大氣保溫的效果。世界人口：世界人口是人類活動(dòng)的數(shù)量反映?？偟膩碚f，總?cè)丝谠蕉?，環(huán)境負(fù)擔(dān)就越大，人口越多可能導(dǎo)致全球變暖。

GDP：GDP反映了人類的整體發(fā)展?fàn)顩r，影響著海洋水溫。在一定程度上，人類社會(huì)的發(fā)展會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。例如，工業(yè)化發(fā)展導(dǎo)致的碳排放增加導(dǎo)致全球變暖，進(jìn)而影響海洋溫度。

2.2 海水溫度預(yù)測(cè)模型

在明確了海水溫度的影響因素和溫度變化趨勢(shì)后，開始建立預(yù)測(cè)模型。以GDP、世界總?cè)丝凇O2排放量三個(gè)指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)為預(yù)測(cè)指標(biāo)，同時(shí)以全平面海域的平均溫度為時(shí)段的基準(zhǔn)溫度。利用線性回歸得到四季和全年的溫度回歸方程。那么，我們可以看到，除了主要原因在于時(shí)間線本身，時(shí)間線沒有明顯的上升趨勢(shì)，而這三個(gè)指標(biāo)都有明顯的上升趨勢(shì)，所以我們?cè)诙簝杉驹黾恿他}度和堿度指標(biāo)，利用鹽度和堿度的預(yù)測(cè)間接反映了海水溫度的變化。然后，我們對(duì)未來50年進(jìn)行預(yù)測(cè)。由于這些特征本身傾向于線性增長，因此得到的預(yù)測(cè)溫度也基本上呈線性增長。結(jié)果如下：

之后，我們根據(jù)60年的資料，反復(fù)修正整個(gè)海平面的溫差，得到最終的不規(guī)則海面溫度網(wǎng)格。以海域平均溫度為基準(zhǔn)溫度，計(jì)算基準(zhǔn)溫度與未來溫度預(yù)測(cè)值之差。接下來，將差值分配到網(wǎng)格中該海域存在的位置，繪制未來海域的溫度平面圖。在此圖的基礎(chǔ)上，加入不同季節(jié)的深度溫度公式，得到每1°（緯度）×1°（經(jīng)度）200米范圍內(nèi)每米的溫度，得到總海溫立方。

3 小結(jié)

20世紀(jì)，地球一直處于高燒階段。據(jù)IPCC報(bào)道，全球地表氣溫平均上升了0.4℃至0.8℃。同時(shí)，全球變暖對(duì)海洋環(huán)境有著重要的影響。北大西洋的海水溫度在過去60年里上升了1℃。更糟的是，夏季氣溫上升了2℃，年溫差也增加了。這些變化對(duì)北大西洋的中上層冷水魚造成了致命的打擊。夏天，成群結(jié)隊(duì)地打魚。這是人類釣魚的最佳時(shí)機(jī)。不幸的是，氣候變暖對(duì)夏季海洋水溫的影響尤其嚴(yán)重。對(duì)蘇格蘭漁區(qū)的分析表明，大型魚群聚集在漁區(qū)的最低溫度，這表明魚類偏愛較低溫度的海水，它們對(duì)海洋溫度非常敏感。一旦溫度繼續(xù)升高，這將是魚類向北移動(dòng)的唯一選擇。對(duì)于東北大西洋依賴漁業(yè)作為重要經(jīng)濟(jì)來源的國家來說，這無疑是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。有限的海洋資源已經(jīng)引起了一些國際爭端。魚類北移將增加相關(guān)國家對(duì)捕撈配額的攫取。

參考文獻(xiàn)

[1]周德秀.威海市海水入侵災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)研究[D].山東師范大學(xué)，2011.

[2]楊曉瑱.環(huán)膠州灣地區(qū)海水入侵災(zāi)害評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)[D].青島大學(xué)，2010.

[3]代進(jìn)鋒.烏梁素海水環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)與趨勢(shì)預(yù)測(cè)的研究[D].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.