柳沙沙 趙 騫 王 玉 張煜巾

(1.上海海洋大學(xué)海洋生態(tài)與環(huán)境學(xué)院 上海 201306；2.國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 大連 116023；3.自然資源部第一海洋研究所 青島 266061)

沿岸上升流是一種海洋垂直環(huán)流,具有低溫、高營(yíng)養(yǎng)鹽和低溶解氧的特征,也是近海海洋環(huán)流和物質(zhì)輸運(yùn)的重要組成部分。上升流所在海域的生產(chǎn)力較高,以不到全球海洋3%的總面積提供了全球20%的漁獲量(Ryther,1969；Benazzouzet al,2014)。此外,沿岸上升流可通過(guò)物理過(guò)程(物理泵)和生物過(guò)程(生物泵)影響?！?dú)饨缑娴亩趸冀粨Q,在全球碳循環(huán)中發(fā)揮重要作用(Tsunogaiet al,1999)。受環(huán)境因素如風(fēng)、初級(jí)生產(chǎn)力、氣體交換等條件的影響,沿岸上升流系統(tǒng)對(duì)全球氣候變化比較敏感(Fréonet al,2009)。近百年來(lái),全球氣候正經(jīng)歷著以變暖為主要特征的變化(IPCC,2013；秦大河等,2014)。全球氣候變暖會(huì)使沿岸上升流的強(qiáng)度、范圍及其所在海域的溫度、鹽度等結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,對(duì)局地海區(qū)的海洋環(huán)流和物質(zhì)輸運(yùn)產(chǎn)生影響,進(jìn)而影響沿岸上升流區(qū)域的漁業(yè)資源、生態(tài)環(huán)境及其沿岸的陸地環(huán)境和氣候(Bakun,1990；Bakunet al,2015；Jayaramet al,2018；Oyarzúnet al,2019)。因此,有必要對(duì)全球氣候變暖背景下沿岸上升流的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)開展研究。

Bakun(1990)提出在全球氣候變暖的影響下,?！憸囟忍荻瓤赡軙?huì)增大,從而加劇沿岸風(fēng)應(yīng)力,使風(fēng)生類沿岸上升流增強(qiáng)。學(xué)者們對(duì)此開展了大量的研究工作。部分學(xué)者認(rèn)為,上升流強(qiáng)度的變化趨勢(shì)與其所處的地理環(huán)境有關(guān),其中索馬里—阿曼沿岸上升流和71.25°W以東的南加勒比海沿岸上升流均呈增強(qiáng)的變化趨勢(shì),而肯尼亞北海岸沿岸上升流和 71.25°—76.56°W的南加勒比海沿岸上升流分別呈減弱和無(wú)顯著的變化趨勢(shì)(Varelaet al,2015)；加那利上升流系統(tǒng)、洪堡上升流系統(tǒng)、本格拉上升流系統(tǒng)和加利福尼亞上升流系統(tǒng)在高(低)緯度地區(qū)受加劇(減弱)的沿岸風(fēng)應(yīng)力影響呈增強(qiáng)(減弱)的變化趨勢(shì)(Cropperet al,2014；Rykaczewskiet al,2015；Wanget al,2015)。也有學(xué)者認(rèn)為,在全球氣候變暖的情況下,上升流強(qiáng)度的變化趨勢(shì)與季節(jié)有關(guān),5—8月加那利上升流呈減弱的趨勢(shì),而10月至次年4月呈增強(qiáng)的變化趨勢(shì)(Sousaet al,2017)。而在地理位置跨度較小且研究季節(jié)相同時(shí),由于所用數(shù)據(jù)資料的不同,有學(xué)者認(rèn)為瓊東沿岸上升流在全球氣候變暖的影響下有所增強(qiáng)(劉羿等,2009),也有學(xué)者認(rèn)為該上升流的強(qiáng)度呈減弱的趨勢(shì)(Suet al,2013；謝玲玲等,2016)。另外,全球氣候變暖對(duì)非風(fēng)生類上升流影響的研究也比較匱乏。因此,沿岸上升流在全球氣候變暖背景下的變化特征還有待于進(jìn)一步研究。

遼東半島頂端海域是渤海與北黃海水交換的重要通道(冀承振等,2019)。北黃海冷水團(tuán)經(jīng)老鐵山水道進(jìn)入渤海時(shí),底層冷水受地形抬升和強(qiáng)潮流繞遼東半島運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心力作用影響向上涌升形成上升流(郭炳火等,1986；賈瑞麗等,2008)。該上升流是海流—地形類上升流,出現(xiàn)位置相對(duì)固定。春、夏季,上升流可涌升到表層海域,在遼東半島頂端鄰近海域形成一處封閉的冷水區(qū)(湯明義等,1989),其中心位置為 38°40′N、121°E,范圍在離岸20km以內(nèi)(顏廷壯,1991)。上升流現(xiàn)象對(duì)遼東半島頂端鄰近海域的動(dòng)力環(huán)境和理化環(huán)境有一定的影響,為夏季海霧的形成創(chuàng)造了有利的條件(孟憲貴等,2012),從而影響了海上航運(yùn)及沿岸陸地的交通。迄今為止,關(guān)于該上升流現(xiàn)象的研究主要集中在基本特征及形成機(jī)制方面,尚未對(duì)全球氣候變暖背景下該上升流的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)進(jìn)行研究。本文利用海表溫度、風(fēng)場(chǎng)、海面凈輻射通量等數(shù)據(jù)資料及Ni?o3.4指數(shù),通過(guò)回歸分析和相關(guān)性分析等方法對(duì)1988—2018年夏季遼東半島頂端鄰近海域上升流強(qiáng)度的變化趨勢(shì)及影響因素進(jìn)行了研究,以確定全球氣候變暖對(duì)該上升流的影響。

表1 本文所用數(shù)據(jù)及來(lái)源Tab.1 Data used in this article and their sources

1 材料和方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究主要采用1988—2018年夏季(6月1日—8月31日)的逐日海表溫度(Sea Surface Temperature,SST)數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)來(lái)自于英國(guó)氣象局(UK Met Office)的全球高分辨率業(yè)務(wù)化海表溫度及海冰分析(Operational Sea Surface Temperature and Sea Ice Analysis,OSTIA)格點(diǎn)數(shù)據(jù)集(表1)。該數(shù)據(jù)集始于1985年4月,融合了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)SST數(shù)據(jù)以及AATSR(Advanced Along-Track Scanning Radiometer)、AVHRR(Advanced Very Hight Resolution Radiometer)等衛(wèi)星遙感SST數(shù)據(jù),2006年起又同化了SEVIRI(Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager)、AMSRE(Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth Observing System)、TMI(TRMM Microwave Imager)等衛(wèi)星數(shù)據(jù),并經(jīng)過(guò)了最優(yōu)插值(Optimal Interpolation,OI)處理,其空間分辨率為0.05°×0.05°。在研究夏季風(fēng)及風(fēng)應(yīng)力旋度對(duì)研究海域上升流現(xiàn)象所產(chǎn)生的影響時(shí),利用了來(lái)自美國(guó)遙感系統(tǒng)(Remote Sensing Systems,RSS)的多平臺(tái)交叉校正風(fēng)矢量分析(Cross-Calibrated Multi-Platform Wind Vector Analysis,CCMP)海面10m風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)集,該數(shù)據(jù)集融合了QuickSCAT(Quick Scatterometer)、ASCAT(Advanced Scatterometer)等微波散射計(jì)和GMI(GPM Microwave Radiometer)、SSM/I(Special Sensor Microwave/Imager)、SSMI/S(Special Sensor Microwave Imager/Sounder)等微波輻射計(jì)以及浮標(biāo)觀測(cè)的海面風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù),其空間分辨率為0.25°×0.25°,時(shí)間間隔為6h(表1)。此外,為了更好地了解全球氣候變暖背景下研究海域上升流產(chǎn)生變化的原因,還分析了ENSO(El Ni?o-Southern Oscillation)和凈輻射通量對(duì)上升流的影響。其中,Ni?o3.4指數(shù)是NOAA利用HadISST1 數(shù)據(jù)集計(jì)算出的 5°S—5°N,170°—120°W區(qū)域內(nèi)的SST矩平平均值；海面凈輻射通量包含感熱通量(Sensible Heat Flux,SH)、潛熱通量(Latent Heat Flux,LH)、凈短波輻射通量(Net Short Wave Radiation Flux,SW)和凈長(zhǎng)波輻射通量(Net Long Wave Radiation Flux,LW)四項(xiàng),均來(lái)自于歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)提供的ERA-Interim再分析數(shù)據(jù)集,其空間分辨率為 0.125°×0.125°,時(shí)間分辨率為12 h(表1)。

1.2 分析方法

20世紀(jì)末全球氣候變暖開始進(jìn)入暫緩期(Knightet al,2009),故以此為時(shí)間節(jié)點(diǎn)可將1988—2018年分成1988—1997年和1998—2018年兩個(gè)階段,分別對(duì)應(yīng)變暖加速期和變暖暫緩期(譚紅建等,2016)。在這兩個(gè)階段,遼東半島頂端海域上升流的變化趨勢(shì)及其影響因素可能會(huì)有所不同。因此,本文首先計(jì)算出夏季(6—8月)渤海及北黃海部分海域1988—2018年的平均SST,分析研究海域上升流的空間分布特征；其次,分析全球變暖加速期和變暖暫緩期研究海域上升流的時(shí)空分布特征及其變化情況,并利用回歸分析的方法對(duì)各要素的時(shí)間序列進(jìn)行分析,確定該上升流在全球變暖加速期、變暖暫緩期和整個(gè)研究時(shí)間段內(nèi)的變化趨勢(shì)；最后,利用相關(guān)性分析等方法探討了全球氣候變暖背景下研究海域上升流長(zhǎng)期變化的影響因素。

1.2.1 海表溫度上升流指數(shù) 上升流向上涌升時(shí)可將深層冷水帶至表層,使上升流區(qū)的海表溫度低于周圍海域。因此,可用沿岸海域與離岸海域同一緯度的SST之差來(lái)表征上升流的強(qiáng)度,該強(qiáng)度指標(biāo)稱為海表溫度上升流指數(shù)(Sea Surface Temperature Upwelling Index,UIΔSST)。其計(jì)算公式為：

式中,UIΔSST是海表溫度上升流指數(shù),單位為°C；SSTocean代表離岸海域SST,SSTcoast代表沿岸海域SST(Santoset al,2012)。當(dāng) UIΔSST為正值時(shí),表明研究海域存在上升流現(xiàn)象；當(dāng)UIΔSST為負(fù)值時(shí),則表明研究海域存在下降流現(xiàn)象；當(dāng)UIΔSST增大時(shí),研究海域上升流現(xiàn)象增強(qiáng)；反之則減弱。該方法在沿岸上升流的研究中得到了廣泛應(yīng)用(Suet al,2013；Cropperet al,2014；謝玲玲等,2016；Jayaramet al,2018)。

由于研究海域位于半封閉淺海區(qū),同緯度離岸海域的SST存在一定程度的差異,因此,本研究用上升流區(qū)SST的平均值表示SSTcoast,上升流區(qū)以外海域SST的平均值表示SSTocean,再通過(guò)公式(1)計(jì)算出夏季平均 UIΔSST。

1.2.2 沿岸風(fēng)應(yīng)力和風(fēng)應(yīng)力旋度 風(fēng)應(yīng)力計(jì)算公式為：

式中,τx和τy分別表示緯向風(fēng)應(yīng)力和經(jīng)向風(fēng)應(yīng)力,單位為N/m2；ρa(bǔ)是空氣密度(本文取1.22 kg/m3)；Cd是無(wú)量綱拖曳系數(shù)(1.4×10-3)；Wx和Wy分別是緯向風(fēng)速和經(jīng)向風(fēng)速。風(fēng)應(yīng)力旋度計(jì)算公式為：

curlzτ表示風(fēng)應(yīng)力旋度,單位為N/m3；當(dāng)curlzτ為正值時(shí),表示氣旋性風(fēng)應(yīng)力旋度,其作用下的Ekman抽吸可引起深層冷水上涌,有利于上升流現(xiàn)象的形成；當(dāng)curlzτ為負(fù)值時(shí),則表示反氣旋性風(fēng)應(yīng)力旋度,可使表層海水向下運(yùn)動(dòng)從而抑制上升流現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2 結(jié)果

2.1 上升流的分布特征

為了確定夏季遼東半島頂端海域上升流的空間分布特征,對(duì)1988—2018年夏季(6—8月)渤海及北黃海部分海域的SST進(jìn)行時(shí)間平均(圖1)。可以看出,夏季研究海域SST的基本特征為：遼東灣頂、渤海灣及萊州灣的溫度相對(duì)較高且均高于23°C；其他海域的溫度相對(duì)較低,其值介于20.55—23°C之間,并在遼東半島頂端海域出現(xiàn)了一個(gè)溫度低于21°C的冷水區(qū)。根據(jù)以往的研究可知,該冷水區(qū)主要是由上升流現(xiàn)象產(chǎn)生的(夏綜萬(wàn)等,1983),此外潮混合對(duì)冷水區(qū)的影響也不可忽視(呂新剛,2010)?；诖?本研究將多年夏季平均SST＜21°C的海域定義為上升流區(qū),SST≥21°C的海域定義為非上升流區(qū)。經(jīng)計(jì)算得出,該上升流的海表溫度上升流指數(shù)為1.75°C,上升流區(qū)SST的最低值為20.55°C,比同緯度非上升流區(qū)低1—2°C,同瓊東上升流與外海背景場(chǎng)溫度的差值(謝玲玲等,2016)相當(dāng),表明該上升流現(xiàn)象較為顯著。在空間上,此處上升流以 38°52′N、120°55′E 為中心,呈非對(duì)稱的紡錘狀分布在遼東半島頂端西側(cè)海域；緯向上,上升流區(qū)東側(cè)基本以遼東半島頂端為界,向西最遠(yuǎn)伸展至120°30′E附近海域；經(jīng)向上,其向北伸展到復(fù)州灣海域,向南則伸展至北砣磯水道；與歷史觀測(cè)結(jié)果證實(shí)的上升流位置(夏綜萬(wàn)等,1983)基本吻合。

圖1 1988—2018年夏季(6—8月)渤海及北黃海部分海域的平均海表面溫度(sea surface temperature,SST)分布Fig.1 Distribution of the average SST in summer(June—August)from 1988—2018 in the Bohai Sea and part of the northern Yellow Sea

2.2 上升流的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)

1988—1997年和1998—2018年夏季渤海及北黃海部分海域平均SST及其差值的空間分布情況如圖2所示?？梢钥闯?1988—1997年夏季,非上升流區(qū)大部分區(qū)域平均SST在21—23°C之間,個(gè)別海域高于23°C；上升流區(qū)平均SST均低于21°C,其最低值為20.47°C,比同緯度非上升流區(qū)低1.5°C左右；海表溫度上升流指數(shù)為1.48°C。1998—2018年夏季,非上升流區(qū)大部分海域SST在21.5—24°C之間,渤海灣及萊州灣頂?shù)臏囟壬踔粮哂?5°C；上升流區(qū)大部分海域SST低于21°C,其溫度最低值為20.59°C,比同緯度的非上升流區(qū)低2°C左右；海表溫度上升流指數(shù)為1.88°C。與1988—1997年相比,1998—2018年研究海域夏季平均SST均有所升高,但上升流區(qū)的升溫速度慢于非上升流區(qū),海表溫度上升流指數(shù)增大。此外,對(duì)這兩個(gè)時(shí)間段的海表溫度上升流指數(shù)分別進(jìn)行線性變化趨勢(shì)分析也可發(fā)現(xiàn),1998—2018年上升流指數(shù)呈顯著增加的變化趨勢(shì)(通過(guò)95%的信度檢驗(yàn))(圖3)。

圖2 1988—1997年(a)和1998—2018年(b)夏季研究海域平均SST及其海表溫度差(c)分布Fig.2 Distribution of the average SST in summer from 1988—1997(a)and 1998—2018(b)and their difference in the research area

為進(jìn)一步確定遼東半島頂端海域上升流強(qiáng)度在1988—2018年的變化趨勢(shì),分別對(duì)上升流區(qū)及非上升流區(qū)的夏季平均SST和海表溫度上升流指數(shù)進(jìn)行趨勢(shì)分析(圖4和表2)。結(jié)果表明,在整個(gè)研究時(shí)間段上,非上升流區(qū)SST呈增加的變化趨勢(shì)(通過(guò)95%的信度檢驗(yàn)),溫度升高了1.32°C,增長(zhǎng)速率為0.43°C/10a；上升流區(qū)SST卻無(wú)明顯的變化趨勢(shì)；此外,海表溫度上升流指數(shù)也呈顯著增加的變化趨勢(shì),其速率為0.27°C/10a(通過(guò)95%的信度檢驗(yàn))。上升流指數(shù)的增加是由非上升流區(qū)與上升流區(qū)溫差增大引起的,其增加速率小于非上升流區(qū)SST的增加速率,但二者均高于0.11[0.09—0.13]°C/10a的全球平均SST增長(zhǎng)速率(IPCC,2013；秦大河等,2014)。因此,遼東半島頂端海域上升流在整個(gè)研究時(shí)段上一直呈顯著增強(qiáng)的變化趨勢(shì)。

圖3 1988—1997年和1998—2018年海表溫度上升流指數(shù)UIΔSST時(shí)間序列(實(shí)線)及其線性變化趨勢(shì)(虛線)Fig.3 Time series of UIΔSST(solid line)and its linear variation trend(dotted line)from 1988—1997 and 1998— 2018

圖4 夏季非上升流區(qū)(a,黑色)、上升流區(qū)(a,灰色)平均SST和UIΔSST(b)的時(shí)間序列(b,實(shí)線)及其線性變化趨勢(shì)(虛線)Fig.4 Time series of average SST(solid line)in the non-upwelling region(a,black line)and upwelling region(a,gray line)and UIΔSST(b)and their linear trend(dashed line)in summer

表2 各變量線性趨勢(shì)分析的相關(guān)系數(shù)R2Tab.2 Correlation coefficient R2of linear trend analysisof all variables

3 討論

3.1 凈輻射通量對(duì)上升流長(zhǎng)期變化趨勢(shì)的影響

凈輻射通量反映研究海域的熱量得失情況,當(dāng)凈輻射通量為正值時(shí)表示海區(qū)獲得熱量,反之則表示海區(qū)失去熱量。對(duì)研究海域夏季凈輻射通量的時(shí)間序列(圖5b)進(jìn)行分析可發(fā)現(xiàn),1988—2018年夏季研究海域凈輻射通量為正值并呈增加的變化趨勢(shì)(通過(guò)95%的信度檢驗(yàn)),表明在全球氣候變暖的影響下研究海域獲得的熱量持續(xù)增加。近30年研究海域SST增加的變化趨勢(shì)(圖6)也證明了這一點(diǎn)。其中,1998—2018年研究海域所獲熱量增加的顯著性較為明顯(通過(guò)95%的信度檢驗(yàn))(圖5a)。凈輻射通量與非上升流區(qū)SST及海表溫度上升流指數(shù)均呈現(xiàn)一定的正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為0.40和0.45(通過(guò)95%的信度檢驗(yàn)),但與上升流區(qū)SST無(wú)明顯的相關(guān)關(guān)系。這主要是上升流區(qū)SST在受凈輻射通量影響的同時(shí)還受到底層冷水的影響,但凈輻射通量對(duì)底層海水溫度的影響較為有限,其增溫較慢。如作為研究海域上升流區(qū)深層冷水源的北黃海冷水團(tuán)有升溫的變化趨勢(shì),但其速率僅為0.26°C/10a(李昂等,2015),明顯小于非上升流區(qū)SST的增長(zhǎng)速率。因此,升溫速率較慢的底層冷水涌升至表層后抑制了上升流區(qū)SST的增加,從而加大了上升流區(qū)與非上升流區(qū)SST的差異。

圖5 1988—1997年(a)、1998—2018年(a)和 1988—2018年(b)夏季研究海域凈輻射通量時(shí)間序列(實(shí)線)及其線性變化趨勢(shì)(虛線)Fig.5 Time series of net radiation flux(solid line)and its linear variation trend(dotted line)in the research area in 1988—1997(a),1998—2018(a)and 1988—2018(b)

圖6 1988—2018年夏季研究海域SST時(shí)間序列(實(shí)線)及其線性變化趨勢(shì)(虛線)Fig.6 Time series of SST(solid line)and its linear variation trend(dotted line)in the research area in 1988—2018

3.2 夏季風(fēng)對(duì)上升流長(zhǎng)期變化趨勢(shì)的影響

在全球變暖加速期和暫緩期,研究海域都盛行偏南風(fēng),其風(fēng)速介于0.67—2.20m/s之間(圖7)。老鐵山西側(cè)海域的風(fēng)幾乎與岸線平行,在科氏力的作用下表層海水向岸運(yùn)動(dòng)并在遼東半島頂端產(chǎn)生堆積,從而阻礙底層冷水向上涌升,不利于研究海域上升流現(xiàn)象的形成(顏廷壯,1991)。此外,老鐵山水道附近海域一直為氣旋性風(fēng)應(yīng)力旋度,其產(chǎn)生的Ekman抽吸可能會(huì)促進(jìn)底層冷水向上涌升。與變暖加速期相比,在全球氣候變暖暫緩期,研究海域的風(fēng)向無(wú)明顯變化,風(fēng)速稍有減小,風(fēng)應(yīng)力旋度增強(qiáng)了7.94×10-9N/m3,均有利于研究海域上升流的增強(qiáng)(圖3)。

圖7 1988—1997年(a)和1998—2018年(b)夏季研究海域風(fēng)場(chǎng)、風(fēng)應(yīng)力旋度及其風(fēng)應(yīng)力旋度差值(c)分布Fig.7 Distribution of summer monsoon and wind stress curl in summer in 1988—1997(a)and 1998—2018(b)and wind stress curl difference(c)in the research area

在整個(gè)研究時(shí)間段內(nèi),研究海域經(jīng)向風(fēng)v分量有所減弱,緯向風(fēng)u分量由西風(fēng)逐漸轉(zhuǎn)化為東風(fēng)(圖8、圖9和表3)。緯向風(fēng)(東風(fēng))有利于遼東半島頂端西側(cè)海域底層冷水的上涌,經(jīng)向風(fēng)(南風(fēng))的減弱也減小了表層海水的向岸運(yùn)動(dòng)對(duì)底層冷水上涌產(chǎn)生的抑制作用。此外,相關(guān)性分析的結(jié)果也表明,緯向風(fēng)u分量分別與海表溫度上升流指數(shù)和上升流區(qū)SST呈負(fù)相關(guān)和正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為-0.38和0.35(通過(guò)95%的信度檢驗(yàn)),經(jīng)向風(fēng)v分量亦與海表溫度上升流指數(shù)和上升流區(qū)SST呈負(fù)相關(guān)和正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為-0.34和0.22(通過(guò)95%的信度檢驗(yàn))。

圖8 1988—1997年和1998—2018年夏季研究海域緯向風(fēng)u分量、經(jīng)向風(fēng)v分量(a)及老鐵山水道附近風(fēng)應(yīng)力旋度(b)的時(shí)間序列(實(shí)線)及其線性變化趨勢(shì)(虛線)Fig.8 Time series(solid line)of zonal wind component(a,blue line),meridional wind component(a,red line)and wind tress curl near Laotieshan channel(c)and their linear variation trends(dashed line)jn 1988—1997 and 1998—2018

圖9 夏季渤海緯向風(fēng)u分量(a)、經(jīng)向風(fēng)v分量(a)和老鐵山水道附近風(fēng)應(yīng)力旋度(b)的時(shí)間序列(實(shí)線)及其線性變化趨勢(shì)(虛線)Fig.9 Time series(solid line)of zonal wind component(a,black line),meridional wind component(a,gray line)and wind tress curl near Laotieshan channel(c)and their linear variation trends(dashed line)

3.3 ENSO對(duì)上升流長(zhǎng)期變化趨勢(shì)的影響

ENSO可通過(guò)大氣遙相關(guān)作用影響全球氣候的變化,進(jìn)而對(duì)上升流的強(qiáng)度產(chǎn)生影響。1988—2018年夏季,Ni?o3.4指數(shù)無(wú)顯著的增長(zhǎng)趨勢(shì)(R2=0.17)(圖10)；此外,海表溫度上升流指數(shù)與夏季Ni?o3.4指數(shù)也無(wú)顯著的相關(guān)關(guān)系(R=0.06,P=0.76)。因此,從統(tǒng)計(jì)意義而言ENSO并不會(huì)影響上升流強(qiáng)度的長(zhǎng)期變化趨勢(shì),但在某些年份,ENSO可通過(guò)影響緯向風(fēng)u分量來(lái)影響研究海域上升流的強(qiáng)度。夏季Ni?o3.4指數(shù)與緯向風(fēng)u分量呈正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.34(通過(guò)95%的信度檢驗(yàn))；而緯向風(fēng)u分量又與海表溫度上升流指數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為-0.38(通過(guò)95%的信度檢驗(yàn))。1997年和2014年夏季分別為1997—1998年和2014—2016年這兩次強(qiáng)厄爾尼諾事件的發(fā)展階段,研究海域緯向風(fēng)(西風(fēng))有所增強(qiáng),推動(dòng)表層海水向遼東半島頂端海域流動(dòng),并在沿岸處形成堆積,抑制底層冷水上涌,不利于研究海域上升流的形成。海表溫度上升流指數(shù)在1997年和2014年較臨近年份有所減小也證明了這一結(jié)論(圖4b)。

表3 各變量線性趨勢(shì)分析的相關(guān)系數(shù)R2Tab.3 Correlation coefficient R2of linear trend analysis ofall variables

圖10 夏季研究海域緯向風(fēng)分量(藍(lán)色)、經(jīng)向風(fēng)分量(紅色)及Ni?o3.4指數(shù)(灰色)時(shí)間序列(實(shí)線)及其變化趨勢(shì)(虛線)Fig.10 Time series of zonal wind component(blue),meridional wind component(red)and Nino3.4 index(gray)in the Bohai Sea in summer(solid line)and their linear variation trend(dashed line)

4 結(jié)論

本文利用1988—2018年夏季渤海及北黃海部分海域的SST、風(fēng)場(chǎng)、海氣界面凈輻射通量以及Ni?o3.4指數(shù)等數(shù)據(jù)資料,對(duì)全球氣候變暖背景下遼東半島頂端海域上升流的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)及其影響因素進(jìn)行了分析,主要結(jié)論如下：

(1)夏季,遼東半島頂端海域上升流以38°52′N、120°55′E為中心,分布在38°—40°N,120°30′—121°30′E海域內(nèi),其中心位置較為固定。1988—2018年,海表溫度上升流指數(shù)呈顯著增加的變化趨勢(shì),其變化速率為0.27°C/10a,快于全球平均SST增長(zhǎng)的速率,研究海域上升流顯著增強(qiáng)；其中,1998—2018年全球變暖暫緩階段上升流增強(qiáng)更為顯著。

(2)在全球氣候變暖背景下,渤海及北黃海部分海域的凈輻射通量和夏季風(fēng)場(chǎng)是遼東半島頂端海域上升流長(zhǎng)期變化趨勢(shì)的兩個(gè)影響因素。在整個(gè)研究時(shí)間段上,凈輻射通量增加可使研究海域SST增加,上升流區(qū)SST的升溫速率慢于非上升流區(qū)SST的升溫速率,使上升流區(qū)與非上升流區(qū)SST的溫差增大,研究海域上升流增強(qiáng)。夏季風(fēng)緯向風(fēng)u分量由西風(fēng)轉(zhuǎn)化為東風(fēng)及經(jīng)向風(fēng)v分量(南風(fēng))的減弱有利于底層冷水上涌,進(jìn)而使研究海域上升流增強(qiáng)。

(3)遼東半島頂端海域上升流的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)不受ENSO的影響,但在某些年份ENSO可通過(guò)影響緯向風(fēng)u分量對(duì)研究海域上升流的強(qiáng)度產(chǎn)生影響。在強(qiáng)厄爾尼諾發(fā)展階段(1997年和2014年),研究海域緯向風(fēng)(西風(fēng))有所增強(qiáng),對(duì)底層冷水的抑制作用增加,導(dǎo)致研究海域上升流減弱。

本文主要對(duì)全球氣候變暖背景下遼東半島頂端海域上升流的變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析,但未考慮渤黃海大規(guī)模圍填?；顒?dòng)導(dǎo)致的潮汐、潮流變化(林磊等,2016；侯慶志等,2017)對(duì)其產(chǎn)生的可能影響；此外,關(guān)于渤黃海底層冷水團(tuán)的強(qiáng)弱對(duì)上升流影響的研究還不夠深入。因此,今后將主要從這兩個(gè)角度出發(fā),對(duì)遼東半島頂端海域上升流的變化趨勢(shì)作進(jìn)一步的研究。