渤海灣海表溫度的變化特征及變化趨勢研究

1、渤海灣海表溫度的變化特征及變化趨勢研究代長波(天津科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457) 摘要:海水溫度是度量海水熱量的重要理化指標(biāo)。表層水溫的每日變化的最高值和最低值出現(xiàn)的時(shí)間與太陽的輻射強(qiáng)度有直接的關(guān)系。每天中午12點(diǎn)左右是每天太陽輻射最強(qiáng)的時(shí)候，海水的最高溫度一般會(huì)在午后2點(diǎn)左右出現(xiàn)；每天夜間海水的溫度都會(huì)降低，到凌晨4點(diǎn)海水的溫度會(huì)下降到全天最低點(diǎn)。每年海洋表層水溫總是受到太陽輻射、海流和盛行風(fēng)變化的影響，有日、月，年、多年等周期性變化和不規(guī)則變化。海水溫度常作為研究水團(tuán)性質(zhì)、鑒別洋流的基本指標(biāo)。研究海水溫度的時(shí)空分布及其變化規(guī)律，不僅是海洋地理學(xué)的重要內(nèi)容，而且對(duì)漁業(yè)、航海

2、、氣象和水聲等學(xué)科也有重要價(jià)值。 關(guān)鍵詞： 海表溫度； 太陽輻射； 海流； 盛行風(fēng)；中圖分類號(hào)： P731.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A The change of the temperature range of bohai bay characteristics and trend of researchDAI changbo(tianjin science and technology university Marine science and engineering college, tianjin 300457)AbstractAbstract:The Sea water temperat

3、ure is the important measure heat water chemical index. The surface temperature of the water of the daily change of the highest and lowest of time and the sun appears the radiation intensity are directly related. The daily noon twelve o 'clock every day the sun radiation is the strongest. The hi

4、ghest temperature will generally about 2:00 in the afternoon there; At night the temperature of the water every day will be lower, at 4 am to water temperatures fall to lowest point all day. Sea surface temperature of the water is always held each year the sun radiation, current and the influence of

5、 the prevailing winds change, look, months, years, many years and periodical change and irregular change. Sea water temperature often as a research ShuiTuan properties, identification of ocean currents basic indicators. Study of the temporal and spatial distribution of water temperature and its chan

6、ge rule, is not only the important content of oceanography, but also to the fishery, navigation, weather and water, and other disciplines have an important value.Keywords: surface temperature; The sun radiation; Current; In the wind;引言渤海灣（Bohaiwan）渤海西部的淺水海灣，京津的海上門戶，華北海運(yùn)樞紐。三面環(huán)陸，與河北、天津、山東的陸岸相鄰，東以灤河口至黃

7、河口的連線為界與渤海相通。面積1.59萬平方公里，約占渤海1/5，為渤海三大海灣之一，平均水深12.5米。渤海灣有豐富的油氣資源，生油凹陷面積大，第三系沉積厚，含油前景很大，為中國油氣資源較豐富的海域之一。地下熱水、曬鹽產(chǎn)業(yè)、煤成氣藏資源也豐富。另外，渤海灣，尤其在河口附近，浮游生物和底棲生物多，為魚蝦洄游、索餌、產(chǎn)卵的良好場所，出產(chǎn)多種魚、蝦、蟹、貝。所以研究渤海灣海表溫度變化特征及趨勢對(duì)于掌握渤海灣生態(tài)環(huán)境變化和綜合利用海洋資源有著重要意義1 影響海表溫度的因素11.1 太陽輻射強(qiáng)度太陽輻射是太陽以電磁波的形式向太空輻射巨大的能量，也是地球最主要的能量源泉。射達(dá)海面的太陽輻射是太陽直達(dá)輻射

8、和散射輻射兩部分之和，與太陽高度有關(guān)。太陽輻射總量在一個(gè)月或一年中的分布變化，對(duì)整個(gè)世界大洋水溫的分布與變化有極大的影響。以6月份代表北半球夏季，太陽高度隨緯度的增加而變低，因此海洋所接受的太陽輻射能隨緯度的增高而減少，但其日照時(shí)間卻隨緯度的增加而增加，兩者對(duì)太陽輻射量的作用是相反的，因此總輻射量隨緯度的分布差異不明顯。12月份可以代表北半球的冬季，太陽高度隨緯度的增高迅速變低，甚至在北極圈內(nèi)出現(xiàn)24小時(shí)黑夜，從赤道到高緯度之間輻射量的梯度很大。輻射量的這種冬夏變化是導(dǎo)致北半球大洋水溫南北方向的梯度冬季大于夏季的主要原因。1.2 海洋內(nèi)部熱交換 海洋內(nèi)部的熱交換分為在鉛直方向上和水平方向上的熱

9、量輸送。鉛直方向主要通過湍流進(jìn)行是通過海面上的風(fēng)、浪和流等引起的渦動(dòng)混合，把海面的熱量向下輸送。在水平方向上的熱輸送主要通過海流來完成，整個(gè)世界大洋的海面熱平衡呈緯度向帶狀分布，從而水溫分布亦相似。海洋正是由于具有這樣的內(nèi)部熱交換系統(tǒng)使得其海水溫度趨于穩(wěn)定而不至于畸形分化。另外由于內(nèi)部熱交換，一天中的水溫最高值出現(xiàn)的時(shí)間不是中午太陽高度最大的時(shí)刻，而是出現(xiàn)在午后13時(shí)左右，在一年中水溫極大值同樣不是出現(xiàn)在太陽高度最大的月份（北半球?yàn)?月），而是8月份左右，最低值則出現(xiàn)在12月份。研究海洋熱平衡的重要意義在于使我們分析海洋水溫的時(shí)空變化時(shí)，能把握主要矛盾。1.3 海域地形分布及海流的影響4分析海

10、域地處太平洋西部邊緣，三面環(huán)陸，為典型的半封閉陸架淺海，其中渤海封閉性最大，海底地勢自西北向東南傾斜。此水陸分布和底形特點(diǎn)，通過海路影響及動(dòng)力效應(yīng)，明顯制約著表面海溫的大面分布和變化。分析海域地處中緯度，氣候季節(jié)分明.冬季盛行偏北風(fēng)，冷空氣頻繁人侵，極有利于水溫急劇降低(尤其是淺海區(qū));夏季盛行偏南風(fēng)，有利于表面海水增溫.上述氣候因素與水陸分布、底形等因素的綜合效應(yīng)造成了分析海域冬、夏表面水溫分布和變化的特定型式.另外在分析海域，其東側(cè)有北向流動(dòng)的對(duì)馬暖分支黃海暖流及其延伸部分，在朝鮮半島西岸外也有一支向南的沿岸流.分析海域上述環(huán)流形勢，得出冬、夏季的變動(dòng)不大。2 渤海灣海表溫度的季節(jié)性變化6

11、 根據(jù)中國近海溫度分布的特點(diǎn)，可將渤海灣海域的溫度特征歸納為冬季型(12 月至翌年3 月)、夏季型（68 月）和過渡型（45 月和911 月）三種類型。 如圖1 所示，春季（4 月）水溫逐漸升高，水溫分布正向夏季型演變。表層水溫分布形勢為沿岸水溫高（1112 左右），外海水溫低（78 左右）的格局。這是由于沿岸海水受陸地?zé)彷椛涞挠绊?，增溫速度比外?？斓木壒省８邷貐^(qū)主要集中在TJ09 站和TJX-3 站的附近海域， 調(diào)查的最高水溫為12.19 , 低溫區(qū)出現(xiàn)在ZD-TJ088 站的附近海域，調(diào)查的最低水溫為7.41 。表層海水溫度是沿岸高、外海低的格局，但是在調(diào)查區(qū)域的南部，高溫水區(qū)域表層相比覆

12、蓋面積較深層水溫大。 夏季（7 月）是全年水溫最高的季節(jié)，表層海水溫度分布趨勢基本是沿岸高、外海低， 但分布較為均勻(2528 左右)，平均水溫為26.7 ，普遍比春季升高1617 。高溫區(qū)集中在TJ02 站附近海域，調(diào)查的最高水溫為28.23 。 秋季（10 月）水溫逐漸下降，水溫分布正向冬季的特征轉(zhuǎn)化。這是由于太陽輻射逐漸減弱，氣溫下降，海水向大氣的回輻射加強(qiáng)，海水處于降溫過程，近岸由于陸地降溫迅速，海水向陸地的熱量輸送加強(qiáng)，使近岸海水降溫較外?？?。由于沿岸降溫比海區(qū)中央要快， 使表層水溫又恢復(fù)到沿岸低、外海高的格局。平均水溫為14.5 ,普遍比夏季降低1214 。在沿岸低溫區(qū)中，調(diào)查的最

13、低溫度為11.11 ；外海的高溫區(qū)中，調(diào)查的最高溫度為17.46 。 冬季（12 月）是全年太陽輻射最弱，水溫最低的季節(jié)。表層水溫分布是沿岸水溫低，外海水溫高，表層水溫高于氣溫，等溫線分布大體與岸線平行。平均水溫為4.4 ，在沿岸低溫區(qū)中，調(diào)查的最低溫度為0.16 。 （1） 春季 （2） 夏季 （3） 秋季 （4） 冬季3 渤海灣海表溫度的年際變化特征3.1 近年來渤海灣海表溫度總體變化5 利用線性回歸方法對(duì)渤海灣1965-1997 年實(shí)測海洋表層水溫長期變化趨勢作了分析,得出渤海在這32 年期間海表溫度年變率為0.015/a,由此推算得出32 年升高0. 48，這里我們選著19901999

14、年的數(shù)據(jù)值進(jìn)行研究分析渤海灣海表溫度的變化特征及趨勢。3.2 19901999年與19591982年間夏、冬季平均SST結(jié)構(gòu)比較2 對(duì)所得到的渤海SST的月平均資料進(jìn)行10年平均,對(duì)比19591982年的23年平均資料(見渤黃東海圖集)可知,兩時(shí)間段夏季平均SST場結(jié)構(gòu)基本類似,但海峽口鄰近區(qū)域19901999年間的平均SST略高于19591982年間的平均SST,渤海灣19901999年間的平均SST略低于19591982年間的平均SST;而冬季差較大,全渤海19901999年間平均SST高出19591982年間平均SST約1以上,且19901999年間平均SST的分布顯示黃海沿南側(cè)影響渤海

15、SST更甚。 但總體來說,20世紀(jì)90年代的渤海灣平均SST結(jié)構(gòu)和19591982年間平均SST結(jié)構(gòu)沒有根本性的變化。3.3 19901999年渤海灣SSTa的年際變化2 為進(jìn)一步了解渤海SST年際變化的時(shí)空特征,對(duì)19901999共10年月平均海溫距平序列進(jìn)行12個(gè)月的低通濾波(消除季節(jié)變化的影響),再對(duì)得到的年際分量進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(EOF)分解。 表1是前3個(gè)模態(tài)的特征值及其百分比，前3個(gè)模態(tài)累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到97%,可以代表原始場的主要特征,是渤海SST距平場的3個(gè)基本形態(tài)。圖2a是第一模態(tài)的時(shí)間變化曲線,解釋了總方差的82.4%,是渤海SST距平場的主要形態(tài)。從第一模態(tài)的時(shí)間變化曲線

16、看可知,在19901993年期間以1年變化周期為主,1994年后,變化周期明顯加長。另外渤海SSTa第一模態(tài)的變化主要和氣溫變化相依。圖2b是渤海SSTa第一模態(tài)的空間分布,第一模態(tài)量值在整個(gè)海區(qū)均為正值,說明整個(gè)海區(qū)的增溫、降溫趨勢是同步的,即渤海海區(qū)SST的同時(shí)升溫,或者同時(shí)降溫,而不會(huì)出現(xiàn)大洋中互有正負(fù)的“蹺蹺板”式的振蕩結(jié)構(gòu)，渤海灣是其最小值之一。渤海第一模態(tài)SST變化振幅最大區(qū)域?qū)?yīng)渤海與黃海水交換強(qiáng)盛區(qū),此對(duì)應(yīng)性表明,在海峽附近海區(qū)SST的空間變化與氣溫變化的相依性可能不再起主導(dǎo)作用,起主導(dǎo)作用的因素可能應(yīng)是北黃海SST的變化。圖4為第二模態(tài)的時(shí)間和空間變化,解釋了總方差的9.4%

17、。其空間分布的經(jīng)向分布特征明顯,大致沿120°E,呈現(xiàn)東西反位相振蕩的結(jié)構(gòu),渤海的3個(gè)海灣:渤海灣、萊州灣和遼東灣與渤海海峽SSTa的符號(hào)相反。第二模態(tài)隨時(shí)間的變化在19901999年前后期也有不同的特征,前期SSTa以正異常為主,而在后期,則以負(fù)異常為主。即在上世紀(jì)90年代初,3個(gè)海灣有明顯的升溫趨勢,而到了后期則是降溫趨勢。結(jié)論 渤海灣海表溫度由于其所處緯度、海域地形分布、盛行風(fēng)以及海流的影響，呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化趨勢。另外通過分析近年來渤海灣海表溫度的年際變化可得出，在過去的幾十年里平均SST有一定的升高,但其空間結(jié)構(gòu)沒有根本性變化。參考文獻(xiàn)1馮士筰，李鳳岐，等. 海洋科學(xué)導(dǎo)論M. 北京：高等教育出版社，19992吳德星, 李 強(qiáng), 林霄沛, 鮑獻(xiàn)文.1990 1999 渤海SST a 年際變化的特征J.中國海洋大