浙南沿岸海表面温度分布特征

韩小燕，潘晓东，马林芳

（温州海洋环境监测中心站，浙江 温州 325013）

浙南沿岸海表面温度分布特征

韩小燕，潘晓东，马林芳

（温州海洋环境监测中心站，浙江 温州 325013）

文章根据浙南沿岸3个海洋观测站大陈、坎门、南麂站51a（1960－2010年）SST观测资料，进行统计分析，得出SST时空分布特征。结果表明，浙南沿岸的SST总体呈现北低南高的趋势，冬季南北差异最小，夏季南北差异最大；51 a年浙南沿岸SST总体呈现上升趋势，上升速率为0.017 ℃/a；SST变化存在3.5 a、5～6 a、2～7 a及11 a左右的振荡周期；SST主要由年循环分量决定，谐波拟合效果良好。

浙南沿岸；SST；均一性；功率谱；谐波

1 概 述

海温，特别是表层海温（SST）是物理海洋的重要要素，是进入国际气象观测网定时观测的少有的海洋要素之一，也是对物理海洋研究以及全球气候异常研究最有参考价值的海洋要素，与厄尔尼诺、拉尼娜现象、海平面上升现象都有着密切联系；对海洋开发而言，SST的观测和研究直接服务于水产养殖和海洋渔业，服务于赤潮和海冰灾害防灾减灾业务。浙南海域东接西北太平洋，经常遭受台风、赤潮、海水入侵等海洋灾害的影响，尤其随着海洋开发活动的日趋频繁，影响愈发严重。因此，研究浙南沿岸海表温度（SST）的变化规律十分必要，对于防灾减灾、更好地促进和保障海洋渔业的发展具有现实意义。

2 资料收集及预处理

为较全面地反映浙南沿岸SST的总体变化特征，自北向南收集了大陈、坎门、南麂3个海洋站的SST观测资料进行研究，资料序列长度大陈站46 a（1960－2001年、2007－2010年），坎门站50 a（1960－2001年、2003－2010年），南麂站46 a（1960－2001年、2007－2010年），资料选用月、年平均值。所有观测资料均按照《海滨观测规范》进行采集与整理，测站位置见表1。

由于资料年限较长，期间经历了站点变迁、观测仪器更换、观测规范改版等，观测数据存在不连续的可能。本文采用U检验法[1,2]对观测资料进行归一性检验，以此对SST数据有无显著差异进行简单判别。

表 1 测站经纬度Tab.1 Latitude and longitude of stations

SST资料收集过程中，有个别年份的数据由于仪器原因缺测，考虑到SST变化的连续性，采用三次样条插值的方法进行数据订正，该方法不仅收敛性、稳定性强，而且方法简单实用，计算量小，其方法为；假设在区间[a,b]上取n+1个节点，三次样条函数s（x）存在，mi为s（x）在点xi处的微商值，则每个小区间上

同时由于坎门站资料序列相对较长，考虑利用大陈、南麂两站与坎门站SST的相关性对缺测数据进行订正。采用相关系数的取值在-1.0～+1.0之间。当r越接近+1.0时，表明两序列正相关越显著；反之，r越接近-1.0，两序列负相关越显著。计算得R南麂-坎门=0.89，R大陈-坎门=0.95，相关性显著。然后剔除重大天气系统影响下的SST，根据南麂和大陈2站与坎门站逐时、逐日、逐月及逐年的SST差值对上述插值结果进行比对订正，最终得到完整的SST时间序列值。

3 浙南沿岸SST分布特征

3.1 SST空间分布特征

浙南地区濒临东海。东海是西北太平洋的边缘海，SST的分布特征主要取决于太阳辐射、暖流、海—气热交换及入海径流、降水等因素的影响。此外，海区地理环境、海岸形态等因素的影响，使得浙南沿岸SST空间分布较为复杂。

年平均SST空间分布3站总体呈南高北低；南麂站最高，为19.0 ℃；坎门站次之，为18.5 ℃；大陈站最低，为17.9 ℃。SST空间分布不仅体现在年平均变化，季节变化也存在差异。根据海洋季节划分[3]，冬季为1－3月，春季为4－6月，夏季为7－9月，秋季为10－12月，以相应月份的SST累年平均分析浙南沿岸SST空间分布特征（表2）。

表 2 SST累年季平均、年平均统计（温度/℃）Tab.2 Statistics of seasonal and annual average

冬季太阳辐射为一年中最弱，主要受到北方陆地冷空气南下影响，同时还受到黑潮与台湾暖流的影响[4]，为浙南沿岸SST最低的季节。与年平均SST变化规律略有不同，南麂站最高为10.6 ℃，坎门站SST最低为9.4 ℃；冬季平均SST各站相差最大为1.2 ℃，为一年中浙南地区南北差异最小的季节。

春季是冬季向夏季过渡的季节，随着海域东北季风的减弱和太阳辐射的加强，浙南沿岸SST逐步升高。坎门站由于受基岩、水动力环境的影响升温较快，升幅为9.9 ℃；大陈、南麂两站升温较慢，且基本持平，其中大陈站8.4℃，南麂站8.5℃；春季平均SST坎门站最高为19.3 ℃，大陈站最低为18.0 ℃；各站相差最大为1.3 ℃。

夏季太阳辐射为一年中最强，强烈的太阳辐射使得浙南沿岸水温进一步大幅上升；坎门站升温8.4 ℃，大陈、南麂两站升温基本持平，大陈站7.9℃，南麂站8.0℃；空间分布与春季相似，坎门站最高为27.7 ℃，大陈站最低为25.9 ℃；各站相差最大为1.8 ℃，为一年中浙南地区南北差异最大的季节。

秋季是海域温度由夏季型分布向冬季型分布过渡的季节，夏季所存在的某些水文学现象基本消失[5]，同时随着太阳辐射的逐渐减弱，冷空气影响的逐渐增强，浙南沿岸水温呈现下降趋势；坎门站降温幅度最大为10.4 ℃，大陈站降温最小为7.8 ℃；空间分布与冬季相似，南麂站最高为19.0 ℃，坎门站最低为17.3 ℃；各站相差最大为1.7 ℃。

3.2 SST年平均变化特征

浙南沿岸年平均SST长期变化不仅受到高空气候系统（如西太副高和东亚大槽的面积及强度）的影响，还受到厄尔尼诺、拉尼娜现象等因素的作用。通过对浙南地区3个测站年平均SST的趋势分析可以看出（图1），50 a年SST总体呈现上升趋势，上升速率为0.017 ℃/a。其中南麂站上升速率为0.014 ℃/a，坎门、大陈两站上升速率相近，分别为0.017 ℃/a 和0.019 ℃/a（表3）。

浙南地区年平均SST除了明显的长期趋势变化，还具有阶段性变化特征。文章采用6阶多项式进行趋势拟合，拟合结果见图1。具体表现为：3个测站变化趋势基本接近，20世纪60年代中后期之前，SST呈现下降现象；60年代中后期到70年代中期，SST呈现缓慢上升；70年代中期到80年代中期，SST开始又一轮下降过程；之后到2005年，SST一直呈现上升，且上升幅度明显比前个上升过程大；2005年前后至2010年，呈现下降。

不同的是，坎门、南麂2站上世纪60年代中后期到80年代中期SST的变化趋势明显比大陈站缓慢；且坎门站80年代中期开始的SST上升事件中，拟合线曲率明显比大陈、南麂两站小，升温缓慢，导致随后的下降趋势略有延迟。经过对3个测站地理位置、观测仪器使用情况的了解，产生上述现象的原因估计与各站不同观测仪器使用的时间差、仪器布放海域的开阔度等因素有关。

表 3 年均SST变化速率统计（速率/℃·a-1）Tab.3 Statistics of annual mean SST variation rate

图 1 年平均SST变化曲线Fig.1 Variation curve of annual mean SST

图2为浙南沿岸年平均SST距平变化曲线，可以看出上世纪80年代末期之前，SST变化基本处于常态（△T≤∣±0.2 ℃∣）或偏冷（△T≤-0.5 ℃）、略偏冷（-0.5 ℃＜△T＜-0.2 ℃）状态，浙南沿岸各测站年平均SST距平概率统计见表4。

80年代后期开始，浙南沿岸SST距平逐步上升，偏暖（△T≥0.5 ℃）年份明显增加，2000－2010年间，南麂、坎门、大陈3站偏暖年数分别为6 a、8 a和7 a。通过分析3站年平均SST及年平均气温之间相互关系，发现两者变化趋势非常接近，且相关性很高，相关系数分别为0.77（大陈）、0.92（坎门）、0.81（南麂），均通过显著性检验。因此一般情况下，人们常把气候变暖作为引起SST长序列线性升高的主要因素。

3.3 年平均SST变化周期分析

为具体了解浙南沿岸SST变化的周期分布特征，文章采用功率谱分析方法[6]对SST的主要振动周期进行分析。首先，考虑到SST序列中包含多种时间尺度变化，采用9阶递归滤波器对SST观测数据进行5年滤波处理；计算自相关系数R（i）（i=0,1,2,…,m），考虑到功率谱估计的真实性，最大滞后长度m取51/3；采用Hanning系数对得到的功率谱估计进行平滑处理，得到连续的谱值；对谱估计进行显著性检验，由于自相关系数R（1）为较大正值，表明谱估计序列具有持续性，因此采用红噪声标准谱进行显著性检验，根据显著性水平0.05的红噪声标准谱限值检验得出谱估计的显著周期（表5）。其中，3个测站SST同时具有15 a 、6 a、5 a、4.3 a和3.8 a时间尺度的变化周期。除此以外，大陈、南麂2个测站具有30 a时间尺度的变化，坎门、南麂2个测站具有7.5 a时间尺度的变化，南麂站具有10 a时间尺度的变化。

图 2 年平均SST距平变化曲线Fig.2 Anomaly variation curve of annual mean SST

表 4 年平均SST距平概率统计Tab.4 Anomaly probability statistics of annual mean SST

可以看出，浙南沿岸3个测站的周期变化与郭伟其等[7]、汤明义等[8]、阎俊岳等[9]、丁非等[10]对东海海域SST变化分析结果相近，表明浙南沿岸SST的周期变化主要与厄尔尼诺、南方涛动现象及太阳活动等密切相关。

大陈、南麂2站存在30 a的周期振荡，与黄海仁等[11]提出的Nino区SST存在30 a以上时间尺度变化结论一致，分析原因可能与大陈、南麂2站均布设在海岛，比坎门站更靠近外海，受大陆影响较小有关。

汤明义等[8]分析结果表明，黑潮途径海域SST存在10～11 a、6～7 a周期变化，南麂站的10 a周期变化及坎门、南麂2站的7.5 a周期变化与此接近，可能与黑潮流经区域有关。

3.4 累年月平均SST分布特征

一年之中，浙南沿岸SST变化受到太阳辐射、台湾暖流、浙江沿岸流及海陆性质的影响，趋势接近余弦曲线（图3），呈一峰一谷的年分布特征；夏季月平均SST坎门站＞南麂站＞大陈站，估计与各站不同的下垫面环境有关。具体为2月为峰谷，此时浙南沿岸SST最低，随着纬度的变化，总体表现为南高北低，其中南麂站SST为9.8 ℃，但由于站位布设受陆地气候的影响及海水热容量的不同，坎门站低于大陈站，为8.4 ℃， SST南北相差最大为1.4 ℃。从3月份开始，浙南沿岸SST进入快速升温期，到8月份SST达到最高，此时月平均SST坎门站最高，为28.8 ℃，大陈站最低，为26.7 ℃, SST南北相差最大为2.1 ℃。

表 5 显著周期统计Tab.5 Statistics of remarkable cycles

通过对3个测站累年月平均SST进行谐波分析，得到较为显著的年循环及半年循环，其振幅及初始位相见表6，其中，A1、φ1分别表示年循环的振幅和位相，A2、φ2分别表示半年循环的振幅和位相。谐波分析中，振幅决定大小，位相决定时间。可以看出，年循环分量A1坎门站最高，半年循环分量A2南麂站最高；浙南沿岸SST变化主要由年循环分量决定。

由于初始位相决定SST极值出现时间，浙南沿岸φ1变化范围为233°～241°，根据各月年循环相角大小初步判断，一年中浙南沿岸SST极值出现时间为8月中旬（最高）和 2月中旬（最低）左右，各站出现时间前后相差约7天，分析结果与SST实测数据吻合。

表 6 SST主要谐波分析统计Tab.6 Statistics of SST major harmonic analysis

图 3 累年月平均SST变化曲线Fig.3 Curve of monthly mean SST

图 4 南麂站谐波拟合曲线Fig.4 Harmonic fitting curve of Nanji station

以南麂观测站为例，分别对年循环、年循环＋半年循环的谐波分析结果与观测数据进行拟合（图4），可以看出，拟合效果良好。 但是由于半年循环与年循环初始位相相差达111°，对年循环振幅有削弱的作用，使得年循环+半年循环拟合曲线极值减小。

4 小 结

（1）浙南沿岸SST总体受太阳辐射影响，呈现北低南高的地理分布特征。各站布设的地理环境、海水热容量、不同流系等因素的影响，使得浙南沿岸SST分布各有特点；

（2）浙南沿岸SST总体呈现上升趋势，上升速率为0.017℃/a；浙南沿岸北部测站上升速率大于南部；3个测站变化趋势基本接近，20世纪60年代中后期之前，SST呈现下降趋势；60年代中后期到70年代中期，SST呈现缓慢上升；70年代中期到80年代中期，SST开始又一轮下降过程；之后到2005年，SST一直呈现上升，且上升幅度明显比前个上升过程大；2005年前后至2010年，呈现下降。

（3）浙南沿岸SST前30 a基本处于偏冷期，由北往南各站偏冷年份比例分别为64%、60%和61%；2000－2010年间，大陈、坎门、南麂3站偏暖年数大幅上升，分别为7 a、8 a和6 a。

（4）功率谱分析结果表明，浙南沿岸SST同时具有15 a 、6 a、5 a、4.3 a和3.8 a时间尺度的变化，主要与厄尔尼诺、南方涛动现象及太阳活动等密切相关；大陈、南麂2个测站具有30 a时间尺度的变化，坎门、南麂2个测站具有7.5 a时间尺度的变化，南麂站具有10 a时间尺度的变化，可能与测站的选址、黑潮的流经区域有关。

（5）浙南沿岸SST年变化趋势近似余弦曲线，其变化主要受年循环分量决定；年循环分量振幅坎门站最高，半年循环分量振幅南麂站最高；年循环、半年循环谐波拟合效果良好；南麂站半年循环分量对年循环分量有削弱的作用。

致谢：感谢国家海洋局东海分局预报减灾处沙伟高级工程师对本文的大力指导！

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Sea surface temperature distribution characteristics along the southern coastal region of Zhejiang Province

HAN Xiao-yan, PAN Xiao-dong, MA Lin-fang

( Wenzhou Oceanic Situation Monitoring Station, Wenzhou 325013, China)

The SST temporal and spatial distribution in southern Zhejiang coast is presented as a result of statistical analysis based on 51 years observation data from Dachen, Kanmen and Nanji gauge stations.It shows that the overall SST along the coast is higher in the southern part and lower in the northern part, and the discrepancy between south and north parts becomes smallest in winter and largest in summer.Along the southern coast of Zhejiang, SST as a whole generally has a uptrend at rising rate of 0.017 ℃/a in last 51 years.In addition, there are oscillation periods of 3.5 a, 5-6 a and 11 a stay with SST changes.Mainly, the annual cyclical variation determines SST with a good match of harmonic fitting effect.

the southern coastal region of Zhejiang; SST; homogeneous; power spectrum; harmonic

P731.11

A

1001-6932(2011)06-0619-06

2010-10-28；

2011-06-08

韩小燕（1977－），女，工程师，研究生在读，主要从事海洋预报及观测数据分析，电子邮箱：xiaoyong0728@163.com。