王慶元，李清泉，李琰，劉一瑋，王亞男

( 1. 天津市海洋氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300074；2. 天津市氣象臺，天津 300074；3. 國家氣候中心 中國氣象局氣候研究開放實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；4. 深圳大學(xué) 生命與海洋科學(xué)學(xué)院，廣東 深圳 518061)

1 引言

政府間氣候變化專門委員會（IPCC）2019年的《氣候變化中的海洋和冰凍圈特別報告》指出，自1993年以來全球海洋變暖加速，其升溫速度增加超過1倍[1]。在持續(xù)升溫背景下，全球大部分海區(qū)出現(xiàn)了更頻繁、強(qiáng)度更強(qiáng)且持續(xù)時間更長的海洋熱浪[2]。海洋熱浪（Marine Heat Wave，MHW）是指海洋表面溫度（Sea Surface Temperature, SST）超過一定閾值的海水高溫事件，最大范圍達(dá)數(shù)千千米，且可以持續(xù)數(shù)天至數(shù)月[3]。海洋熱浪會導(dǎo)致一系列嚴(yán)重的甚至不可逆的海洋生態(tài)災(zāi)難[4]。在過去20年里，海洋生態(tài)系統(tǒng)和服務(wù)都面臨著極大的高溫?zé)崂说臐撛谕{，如珊瑚白化和死亡[5]，底棲生物棲息地和大范圍海洋植物如海草林的喪失[6]，海洋物種遷移、地點(diǎn)的變化以及存在潛在滅絕危險[7]。海洋熱浪還會影響漁業(yè)捕撈量和養(yǎng)殖業(yè)[8-10]。鑒于海洋熱浪的高頻發(fā)性、高影響性和高致災(zāi)性，其形成機(jī)制和變化趨勢研究已成為全球變暖下區(qū)域海洋研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)問題之一[11-12]，也是海洋災(zāi)害風(fēng)險評估和防范的關(guān)鍵點(diǎn)。研究表明中國東部海域（包括渤海、黃海和東海）的SST存在顯著增暖趨勢，其上升速率遠(yuǎn)超全球平均水平[13]。渤、黃海是中國東部海域的一部分，也是海洋熱浪發(fā)生的重災(zāi)區(qū)之一。在SST顯著增暖背景下該海域的海洋熱浪頻次、持續(xù)時間和強(qiáng)度也呈顯著上升趨勢[10]，強(qiáng)海洋熱浪事件也開始頻繁出現(xiàn)，造成的經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)環(huán)境負(fù)面影響也相對更高。因此，了解渤、黃海海洋熱浪的特征顯然具有重要的科學(xué)和社會價值。

以往針對中國大陸鄰近海域和西北太平洋海域的海洋熱浪研究已取得了不少成果[14-16]，上述工作推動了區(qū)域大尺度范圍的海洋熱浪變化的研究，為認(rèn)識極端海洋氣候事件的響應(yīng)特征提供了方法和理論支持。然而，在更小區(qū)域尺度上，海洋熱浪的變化規(guī)律和成因仍需要進(jìn)一步解讀。渤、黃海是典型的內(nèi)陸型淺海，受大陸氣候影響顯著，具有獨(dú)特的氣候和地理特征，對該區(qū)域海洋熱浪的細(xì)致分析相對較少。另外，現(xiàn)有研究多關(guān)注的是海洋熱浪頻次、持續(xù)時間和強(qiáng)度等的變化，而對其他同等重要的指標(biāo)特征研究較少。由于不同等級熱浪事件對海洋生態(tài)環(huán)境的影響不同，Hobday等[17]在2018年針對海洋熱浪進(jìn)行了分級研究，即按日平均SST強(qiáng)度將海洋熱浪分成中等、強(qiáng)、嚴(yán)重和極端4個等級，對已識別的熱浪事件進(jìn)行等級劃分。但目前對渤、黃海區(qū)域不同等級強(qiáng)度海洋熱浪的分布特征和變化趨勢的研究還很鮮見。此外，海洋熱浪具有明顯的季節(jié)差異特征，但對于其季節(jié)差異特征和熱浪多發(fā)季節(jié)的驅(qū)動機(jī)制還不甚清楚。為此，本文將采用國際上常用的海洋熱浪指數(shù)定義[3]，基于1982-2019年的高分辨率日平均SST數(shù)據(jù)，分析渤、黃海海洋熱浪的發(fā)生頻次、持續(xù)時間、平均強(qiáng)度和最大強(qiáng)度等關(guān)鍵指標(biāo)的時空分布特征和變化趨勢，分析熱浪多發(fā)季節(jié)的大尺度環(huán)流背景，以期全面細(xì)致地認(rèn)識半封閉淺海這一典型區(qū)域的海洋熱浪的氣候特征和時空變化規(guī)律，為今后深入探討熱浪發(fā)生的驅(qū)動機(jī)制，為渤、黃海海洋熱浪災(zāi)害防御工作提供科學(xué)支撐。

2 資料和方法

2.1 研究區(qū)概況

本文研究區(qū)域?yàn)椴?、黃海（31°40′～41°00′N，117°35′～126°50′E），位于東亞季風(fēng)、西北太平洋副熱帶高壓和高空西風(fēng)帶等大尺度大氣系統(tǒng)交互控制下，其三面被大陸包圍，是一個典型的平均水深在18～44 m的半封閉淺海（圖1），具有獨(dú)特的自然和生態(tài)環(huán)境[18-19]。沿岸眾多河川入海、水質(zhì)肥沃，渤、黃海成為漁業(yè)資源優(yōu)良的產(chǎn)卵場和索餌場，擁有我國多個國家級海洋牧場，素有“魚、蝦類搖籃”之稱[20]。受大陸氣候影響顯著，盛夏連晴高溫和酷暑干旱的天氣影響下極易出現(xiàn)高海溫，給海洋漁業(yè)和生態(tài)資源帶來嚴(yán)重甚至不可逆影響。

圖1 研究區(qū)域及水深分布Fig. 1 Bathymetry of the research region

2.2 資料來源和說明

本研究所用SST數(shù)據(jù)源于美國國家海洋和大氣管理局（NOAA），下載地址為http://www.ncdc.noaa.gov/data-access/satellite-data-access-datasets。利用最優(yōu)插值法（Optimal Interpolation, OI）處理元數(shù)據(jù)得到日平均海表溫度資料[21]，時段為1982年1月1日至2019年12月31日，空間分辨率為0.25°×0.25°。該產(chǎn)品充分融合了來自探路者衛(wèi)星的改進(jìn)型超高分辨率輻射計(jì)數(shù)據(jù)（Advanced Very High Resolution Radiometer, AVHRR）與浮標(biāo)數(shù)據(jù)、船舶數(shù)據(jù)等現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)。為了對衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場觀測資料間的偏差進(jìn)行校正，衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)被分為白天和夜間兩類，利用現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)修正白天遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)生的偏差，然后使用最優(yōu)插值算法計(jì)算生成融合產(chǎn)品?；诿糠N數(shù)據(jù)類型的信噪比圖，合并經(jīng)偏差校正的晝間和夜間衛(wèi)星觀測海溫、船舶和浮標(biāo)觀測海溫[22]。由于資料分辨率高，具有很好的一致性和連續(xù)性，因此在海岸帶和沿海地區(qū)的海洋氣候、生態(tài)環(huán)境和海洋災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警等方面得到了廣泛的應(yīng)用[23]。在討論年平均SST變化速率空間分布時，采用Hadley中心的全球海冰和海表溫度逐月格點(diǎn)資料（HadISST）[24]做了對比驗(yàn)證分析，以確定結(jié)論的可靠性。該套數(shù)據(jù)融合了大量海洋站點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)，在1980年后又同化了部分衛(wèi)星數(shù)據(jù)，空間分辨率為1°×1°，下載地址為http://www.metoffice.gov.uk/hadobs/hadisst/data/download.html.

本文還采用了美國國家環(huán)境預(yù)報中心（NCEP）的再分析資料[25]中的月平均位勢高度場和輻射通量資料，下載地址為https://psl.noaa.gov/data/gridded/data.ncep.reanalysis.html，空間分辨率為2.5°×2.5°，其中高度場共17層，時段為1948年1月至2019年12月，文中的夏季是指6-8月。

2.3 研究方法

2.3.1基于百分位閾值法的海洋熱浪指標(biāo)

按照Hobday等[3]的定義，海洋熱浪是指在一定海域內(nèi)發(fā)生的一個離散的、持續(xù)的、異常的暖水事件。具體來說，離散意味著海洋熱浪是一個具有明確開始和結(jié)束日期的可識別事件，持續(xù)意味著它至少連續(xù)5 d日平均SST高于其第90百分位閾值；兩個連續(xù)事件之間的間隔小于2 d，被視為一個連續(xù)事件。本研究采用日平均SST的第90百分位數(shù)作為海洋熱浪閾值，而不是第95或第99百分位數(shù)，是為了能夠檢測出更多的異常事件。這個是一個重要的考慮因素，因?yàn)榧词钩^第90百分位閾值的異常暖海溫仍會對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)構(gòu)成威脅[7]。MHWs有一組用于描述其屬性的度量指標(biāo)[3]，本研究主要考慮以下4個度量指標(biāo)：熱浪發(fā)生頻次、持續(xù)時間、平均強(qiáng)度和最大強(qiáng)度（表1）。

本研究在分析渤、黃海海域海洋熱浪（頻次、持續(xù)時間、平均強(qiáng)度和最大強(qiáng)度）的空間分布特征和趨勢分布特征時，對于某日SST，取同期局地SST從低到高排序后的第90百分位數(shù)，這樣確定的閾值隨時間和空間變化，每一個格點(diǎn)和每一個日期都對應(yīng)著不同的閾值。MHWs 4個度量指標(biāo)中，頻次即為每個格點(diǎn)發(fā)生的海洋熱浪的次數(shù)；持續(xù)時間即為每個格點(diǎn)發(fā)生的海洋熱浪的持續(xù)時間；平均強(qiáng)度即為每個格點(diǎn)發(fā)生的海洋熱浪，所有超過閾值部分的SST距平的平均值；最大強(qiáng)度即為每個格點(diǎn)發(fā)生的海洋熱浪，所有超過閾值部分的SST距平的最大值。在分析區(qū)域平均的海洋熱浪的氣候特征和長期趨勢時，頻次、持續(xù)時間、平均強(qiáng)度和最大強(qiáng)度均為該海域SST進(jìn)行區(qū)域平均后計(jì)算得到的數(shù)值。

2.3.2不同強(qiáng)度等級熱浪的確定

按照Hobday等[17]的定義，MHW按日平均SST被分為以下4個強(qiáng)度等級：當(dāng)至少連續(xù)5 d日平均SST高于其第90百分位閾值時記為中等強(qiáng)度海洋熱浪（Moderate MHW, category I）；當(dāng)日平均SST與氣候平均態(tài)的差異超過第90百分位閾值與氣候平均態(tài)之間差異的2倍，記為強(qiáng)海洋熱浪（Strong MHW，category II）；當(dāng)與氣候平均態(tài)的差異超過3倍，為嚴(yán)重?zé)崂耍⊿evere MHW, category III）；當(dāng)差異是4倍時，則為極端熱浪（Extreme MHW, category IV）。

3 結(jié)果分析

3.1 氣候概況

3.1.1海洋熱浪的頻次、持續(xù)時間、平均強(qiáng)度和最大強(qiáng)度的空間分布

圖2 給出近38年（1982-2019年）平均的渤、黃海年平均熱浪頻次、持續(xù)時間、平均強(qiáng)度和最大強(qiáng)度的空間分布。圖中，渤、黃海年平均海洋熱浪頻次和持續(xù)時間的空間分布形態(tài)較為類似?？傮w而言，高值中心主要出現(xiàn)在渤海（包括遼東灣、萊州灣和渤海灣）和北黃海（34°N以北）。由圖2a可見，渤、黃海海洋熱浪平均每年發(fā)生2～3次，渤海海洋熱浪出現(xiàn)頻次較高，平均每年有2.5次以上的海洋熱浪過程。由圖2b可見，平均每年海洋熱浪的持續(xù)時間為20～35 d，其中渤海和北黃海海域持續(xù)時間較長，在30 d以上。圖2c和圖2d顯示了海洋熱浪平均強(qiáng)度和最大強(qiáng)度的空間分布，反映了熱浪的炎熱程度和危害程度。圖中平均每年海洋熱浪的平均強(qiáng)度為1.5～2.5℃，平均每年海洋熱浪的最大強(qiáng)度為2.0～3.5℃，平均強(qiáng)度和最大強(qiáng)度最大的區(qū)域均集中在山東半島以東海域（34°～39°N，122°～125°E）。

圖2 1982-2019年渤海和黃海平均海洋熱浪頻次（a）、持續(xù)時間（b）、平均強(qiáng)度（c）和最大強(qiáng)度（d）的空間分布Fig. 2 Spatial distributions of mean annual frequency (a), duration (b), mean intensity (c) and the maximum intensity (d) of marine heatwaves in the Bohai Sea and Yellow Sea from 1982 to 2019

3.1.2區(qū)域平均海洋熱浪的頻次、持續(xù)時間、平均強(qiáng)度和最大強(qiáng)度

就渤、黃海區(qū)域平均而言，1982-2019年該地區(qū)共發(fā)生83次海洋熱浪，平均每年2.2次。圖3顯示了區(qū)域平均的海洋熱浪的主要特征。月際尺度上，1982-2019年間，渤、黃海平均每月發(fā)生7次海洋熱浪，其中夏季（6-8月）發(fā)生次數(shù)最多，8月一共出現(xiàn)了15次海洋熱浪，平均每年夏季出現(xiàn)0.8次熱浪過程；秋季中的11月熱浪發(fā)生次數(shù)最少，僅3次（圖3a）。區(qū)域海洋熱浪平均持續(xù)時間為11.2 d（83次熱浪的平均值，下同），其中46次海洋熱浪持續(xù)時間在5～10 d，占55%；持續(xù)時間最長達(dá)45 d，發(fā)生在2017年7月1日至2017年8月14日（圖3b）；相比與全球其他海域的海洋熱浪過程[26-27]，渤、黃海區(qū)域海洋熱浪持續(xù)時間相對較短，沒有出現(xiàn)季節(jié)尺度以上的超長海洋熱浪。平均強(qiáng)度的均值為2.02℃，最大平均強(qiáng)度為3.40℃，大部分海洋熱浪的平均強(qiáng)度在1.50～3.0℃間，占72.3%。最大強(qiáng)度的均值為2.53℃，最大強(qiáng)度的最大值達(dá)5.16℃（發(fā)生在2018年8月7日，當(dāng)日最大強(qiáng)度已超過2個標(biāo)準(zhǔn)差），大部分海洋熱浪的最大強(qiáng)度在1.50～3.50℃間，占77.1%。

圖3 1982-2019年渤、黃海區(qū)域平均海洋熱浪關(guān)鍵指標(biāo)分布直方圖Fig. 3 Histograms of the four key indicators of marine heat waves in the Bohai Sea and Yellow Sea from 1982 to 2019

3.1.3不同等級強(qiáng)度海洋熱浪發(fā)生情況

過去盡管對海洋熱浪問題進(jìn)行了一系列的研究，但缺乏對不同等級強(qiáng)度熱浪的細(xì)致分析和區(qū)域間差異的比較。強(qiáng)海洋熱浪可對海洋生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定產(chǎn)生更嚴(yán)重的影響，甚至導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)變。因此本節(jié)對中等、強(qiáng)、嚴(yán)重和極端4種不同等級海洋熱浪的發(fā)生頻率的特點(diǎn)進(jìn)行分析。圖4給出了不同等級海洋熱浪發(fā)生頻次的空間分布。由圖4可見，1982-2019年，渤、黃海所有區(qū)域中等海洋熱浪發(fā)生頻次最多，平均在1次/a到2.2次/a之間（圖4a）；強(qiáng)海洋熱浪發(fā)生頻次次之，在0.2次/a到1次/a之間（圖4b）；嚴(yán)重海洋熱浪和極端海洋熱浪發(fā)生頻次均偏少，其中極端海洋熱浪最少，幾乎可以忽略不記（圖4c，圖4d）。除極端海洋熱浪外，其他3種等級海洋熱浪發(fā)生次數(shù)存在顯著的地理差異，中等強(qiáng)度海洋熱浪在渤、黃海所有區(qū)域均有發(fā)生且頻次偏多，而強(qiáng)和嚴(yán)重等級海洋熱浪主要集中在渤海海域。

圖4 1982-2019年渤、黃海區(qū)域4種等級海洋熱浪年平均發(fā)生頻次分布Fig. 4 Spatial distributions of mean annual frequency of 4 marine heat wave categories in the Bohai Sea and Yellow Sea from 1982 to 2019

就渤、黃海區(qū)域平均而言，該地區(qū)共發(fā)生的83次海洋熱浪中，主要為中等強(qiáng)度海洋熱浪，占81.9%，強(qiáng)海洋熱浪占16.8%，僅發(fā)生了1次嚴(yán)重海洋熱浪，沒有極端海洋熱浪發(fā)生（圖5）。從月際尺度上看，不同等級海洋熱浪均集中在夏季和夏秋轉(zhuǎn)換月份（6-9月），以8月最為顯著，可見夏季是渤、黃海地區(qū)不同強(qiáng)度等級海洋熱浪頻發(fā)的季節(jié)。

圖5 1982-2019年渤、黃海區(qū)域3種等級海洋熱浪各月發(fā)生頻次分布Fig. 5 Monthly occurrence frequency of the three level marine heat waves in the Bohai Sea and Yellow Sea from 1982 to 2019

3.2 海洋熱浪趨勢

3.2.1海洋熱浪頻次、持續(xù)時間、平均強(qiáng)度和最大強(qiáng)度趨勢空間分布

從圖6中可見，渤、黃海海洋熱浪頻次、持續(xù)時間、平均強(qiáng)度和最大強(qiáng)度4項(xiàng)指標(biāo)的年際變化趨勢空間分布特征極為相似。在全球變暖的大背景下，渤、黃海大部分地區(qū)海洋熱浪頻次、持續(xù)時間、平均強(qiáng)度和最大強(qiáng)度出現(xiàn)了顯著性的增多、更長和增強(qiáng)的特征，整體呈現(xiàn)渤海高于黃海，西部高于東部的分布特征，其中朝鮮半島沿海各指標(biāo)的變化趨勢不明顯，沒有超過0.05的信度檢驗(yàn)，而渤海近岸區(qū)域，如渤海灣和萊州灣各指標(biāo)變化趨勢最為明顯，海洋熱浪發(fā)生頻次的增加速率超過1.2次/（10 a），持續(xù)時間增長速率超過10 d/（10 a），平均強(qiáng)度和最大強(qiáng)度的增強(qiáng)速率分別超過0.4℃/（10 a）和0.6℃/（10 a）。

圖6 1982-2019年渤、黃海海洋熱浪發(fā)生頻次（a）、持續(xù)時間（b）、平均強(qiáng)度（c）和最大強(qiáng)度（d）的變化趨勢Fig. 6 Trends of the marine heat wave frequency (a), duration (b), mean intensity (c) and maximum intensity (d) in the Bohai Sea and Yellow Sea from 1982 to 2019

渤、黃海海域海洋熱浪變化趨勢表現(xiàn)出明顯的空間不均一性特征。IPCC《管理極端事件和災(zāi)害風(fēng)險推進(jìn)氣候變化適應(yīng)特別報告》指出，不斷變化的氣候可導(dǎo)致極端氣候事件在頻率、強(qiáng)度、空間范圍、持續(xù)時間和發(fā)生時間上的變化，并能夠?qū)е虑八从械臉O端氣候事件。最新的研究也表明平均海水增暖是導(dǎo)致全球范圍海洋熱浪頻發(fā)和增強(qiáng)等的主要原因[28]。因此，我們給出渤、黃海區(qū)域1982-2019年間年平均海表溫度變化趨勢（圖7）。結(jié)果表明，兩套SST資料都呈現(xiàn)出一致的增暖趨勢空間不均一性，即渤、黃海近岸海域增暖顯著，而朝鮮半島沿海增暖趨勢不明顯，沒有超過顯著性檢驗(yàn)。OISST數(shù)據(jù)的結(jié)果與HadISST的結(jié)果基本一致，只是HadISST變化幅度略小。本文的結(jié)果與前人的研究基本一致，即MHW頻次和強(qiáng)度的增加趨勢很可能是平均溫度的長期增暖趨勢造成的。渤、黃海西部海溫均值上升幅度大，海溫變率也較大，因此更容易發(fā)生高強(qiáng)度、高頻次的海洋熱浪，海洋熱浪變化趨勢的分布型也受長期增暖趨勢的分布型決定。朝鮮半島沿海海溫增暖不顯著的結(jié)果與前人發(fā)表的結(jié)果一致[14,29]。

圖7 1982-2019年渤、黃海年平均海表溫度的變化趨勢Fig. 7 Trends of the annual mean sea surface temperature in the Bohai Sea and Yellow Sea from 1982 to 2019

3.2.2不同等級強(qiáng)度海洋熱浪變化趨勢

由于極端海洋熱浪在渤、黃海海域幾乎沒有發(fā)生，圖8只給出了1982-2019年渤、黃海海域3種不同強(qiáng)度海洋熱浪年發(fā)生頻次變化趨勢的空間分布。從圖8可見，近38年渤、黃海海區(qū)3種等級海洋熱浪均呈上升趨勢，但不同區(qū)域增長速率顯著不同。中等強(qiáng)度海洋熱浪在渤、黃海海區(qū)的大部分區(qū)域增長趨勢顯著且通過95%顯著性檢驗(yàn)，增長趨勢最快的區(qū)域位于渤、黃海西部；強(qiáng)和嚴(yán)重海洋熱浪過程在渤海海域增長較快，且通過95%的顯著性檢驗(yàn)，但在其他區(qū)域變化趨勢較弱，沒有通過顯著性檢驗(yàn)。

圖8 1982-2019年渤、黃海區(qū)域3種等級海洋熱浪年平均發(fā)生頻次變化趨勢Fig. 8 Trends of 3 marine heat wave categories frequence in the Bohai Sea and Yellow Sea from 1982 to 2019

3.3 大尺度大氣環(huán)流背景的影響

海表溫度變化的影響因子通常包括海氣相互作用和海洋動力作用兩類，前者包括非絕熱加熱（輻射、感熱輸送和潛熱釋放）和大氣環(huán)流場變化等，后者包括海流變化及厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）、印度洋偶極子（IOD）和北太平洋年代際振蕩（PDO）等海洋內(nèi)部振蕩作用[19,30-33]。盡管中國近海海流中東海黑潮的動力過程對海洋熱浪的形成和持續(xù)有較大的影響[16]，由于渤、黃海為水深較淺的邊緣海，受大陸氣候影響顯著，海洋表面溫度與大氣環(huán)流狀況關(guān)系最為密切，同時考慮到海洋熱浪多發(fā)生在夏季，因此，我們利用NCEP/美國國家大氣研究中心（NCAR）再分析位勢高度場資料重點(diǎn)分析北半球歐亞大陸夏季環(huán)流異常特征及其對應(yīng)的輻射通量場特征。

圖9 給出1984-1993年（海洋熱浪低頻時期）和2001-2010年（海洋熱浪高頻時期）合成得到的高-中-低層位勢高度場及其距平場，距平場的計(jì)算是相對于1982-2011年氣候態(tài)進(jìn)行的。從圖9可見，在早期的低頻時段（圖9a, 圖9c, 圖9e），貝加爾湖區(qū)域（40°～55°N ，100°～130°E）表現(xiàn)為大范圍的相當(dāng)正壓結(jié)構(gòu)的低壓異常。而在后期的高頻時段（圖9b, 圖9d, 圖9e）貝加爾湖區(qū)域表現(xiàn)為大范圍的相當(dāng)正壓結(jié)構(gòu)的暖性高壓距平（500 hPa最大距平中心為16 gpm），500～1 000 hPa以異常下沉氣流為主，高-中-低層環(huán)流配置對渤、黃海海洋熱浪非常有利。受這種環(huán)流型的影響，渤、黃海位于加深的東亞大槽之后，貝加爾湖脊增強(qiáng)之前，因此盛行下沉運(yùn)動和高空西北氣流，阻擋了高緯冷空氣的南下，帶來了晴朗的天氣和更多的地面凈太陽短波輻射（圖9h），這些條件有利于該區(qū)域海洋熱浪的形成。圖10給出了1982-2019年夏季500 hPa位勢高度場的變化趨勢。夏季500 hPa位勢高度在貝加爾湖周圍表現(xiàn)出明顯的增強(qiáng)趨勢，這種趨勢可以看作是對全球增暖的響應(yīng)，表明貝加爾湖高壓脊在過去幾十年中一直在增強(qiáng)，這也可能是渤、黃海海洋熱浪的增長趨勢的原因之一。

圖9 海洋熱浪低頻時期（1984-1993年）（a，c，e）和海洋熱浪高頻時期（2001-2010年）（b，d，f）合成得到的高層（500 hPa）-中層（850 hPa）-低層（1 000 hPa）位勢高度（等值線，單位：gpm）和位勢高度距平場（陰影，單位：gpm）及低頻時期（g）和高頻時期（h）的地面太陽短波輻射通量距平（藍(lán)色陰影為小于-2 W/（m2·s）的區(qū)域；黃色陰影為大于2 W/（m2·s）的區(qū)域；等值線間隔為2 W/（m2·s））Fig. 9 Composite circulation of 500 hPa, 850 hPa, 1 000 hPa geopotential height and anomalies for summer of the years of low-frequency (1984-1993) (a, c, e) and for summer of the years of high-frequency (2001-2010) (b, d, f) (unit: gpm);ground solar shortwave radiation flux anomalies for summer of the years of low-frequency (g) (blue shaded area: lower than-2 W/(m2·s)) and high-frequency (h) (yellow shaded area: higher than 2 W/(m2·s))

圖10 1982-2019年夏季500 hPa位勢高度場的變化趨勢Fig. 10 Spatial Trends of 500 hPa geopotential height in summer from 1982 to 2019

4 結(jié)論和討論

本文對1982-2019年渤、黃海海域海洋熱浪時空分布和變化規(guī)律進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了海洋熱浪的多發(fā)季節(jié)，分析了夏季渤、黃海海洋熱浪發(fā)生的大氣環(huán)流背景。具體結(jié)論概括如下:

（1） 渤、黃海海洋熱浪的年發(fā)生頻次、年平均持續(xù)時間、年平均平均強(qiáng)度和最大強(qiáng)度存在一定區(qū)域性差異，其中渤海是海洋熱浪區(qū)高發(fā)區(qū)域，其持續(xù)時間和最大強(qiáng)度也相對其他區(qū)域偏長、偏強(qiáng)。

（2） 近38 年來，渤、黃海海區(qū)海洋熱浪的年頻次、年平均持續(xù)時間、年平均平均強(qiáng)度和最大強(qiáng)度總體呈增多、增強(qiáng)趨勢，但也表現(xiàn)出顯著的區(qū)域差異，即朝鮮半島沿岸區(qū)域沒有明顯的變化趨勢，沒有通過95%信度性檢驗(yàn)。渤、黃海海洋熱浪的線性增加趨勢主要與該區(qū)域平均海溫的上升有關(guān)。

（3） 近38年來，渤、黃海區(qū)域中等、強(qiáng)和嚴(yán)重等級的海洋熱浪發(fā)生頻次均呈上升趨勢但顯著上升的區(qū)域存在較大差異。中等程度海洋熱浪在整個海域都有發(fā)生且上升趨勢顯著，而強(qiáng)和嚴(yán)重等級的海洋熱浪多發(fā)生在渤海和黃海西部區(qū)域。就渤、黃海區(qū)域平均而言，1982-2019年共出現(xiàn)83次熱浪，熱浪頻次具有明顯的季節(jié)差異，不同等級強(qiáng)度海洋熱浪的多發(fā)季節(jié)都在夏季。而極端等級海洋熱浪在渤、黃海區(qū)域幾乎沒有發(fā)生。

（4） 從大氣環(huán)流特征來看，夏季該地區(qū)海洋熱浪的發(fā)生與貝加爾湖區(qū)域的正位勢高度距平場密切相關(guān)。當(dāng)從高層到低層貝加爾湖區(qū)域上空表現(xiàn)為大范圍的相當(dāng)正壓結(jié)構(gòu)的暖性高壓異常時，盛行的下沉運(yùn)動和高空西北氣流，阻擋了高緯冷空氣的南下，帶來了晴朗的天氣和更多的地面凈太陽短波輻射，這些條件有利于渤、黃海海洋熱浪的形成。

目前，全球升溫已經(jīng)對全球氣候變化產(chǎn)生嚴(yán)重甚至不可逆的影響，而在進(jìn)一步增暖條件下，一些極端天氣事件，如極端暖事件、強(qiáng)降水、強(qiáng)臺風(fēng)等頻次和幅度將會明顯增多和加大，一些百年一遇的極端事件可能會變成五十年一遇甚至一年一遇，暖水珊瑚、南極冰蓋、亞馬遜雨林等一些易受威脅的系統(tǒng)將受到很大的沖擊[1]。本文的研究表明進(jìn)入21世紀(jì)后渤、黃海海洋熱浪發(fā)生頻率越來越高，持續(xù)時間越來越長，強(qiáng)度越來越強(qiáng)。因此，建立全球及區(qū)域范圍的海洋熱浪預(yù)警應(yīng)急體系，包括建立區(qū)域定性概念模型和定量數(shù)值模式方法開展海洋熱浪季節(jié)氣候預(yù)測；建立提高天氣尺度海洋熱浪預(yù)報技術(shù)；積極開展海洋熱浪的預(yù)測和預(yù)警的發(fā)布；建立高溫?zé)崂说谋O(jiān)測、風(fēng)險評估和區(qū)化、對策制定制度；建立統(tǒng)一指揮系統(tǒng)和相關(guān)部門的協(xié)同應(yīng)急預(yù)案等一系列工作是十分必要和緊迫的，也是我們減緩、適應(yīng)和應(yīng)對氣候變化的重中之重。