21世纪海上丝绸之路海洋上层热含量及热比容海平面异常变化

齐庆华，蔡榕硕

(1.国家海洋局第三海洋研究所 国家海洋局海洋-大气化学与全球变化重点实验室，福建 厦门 361005)

21世纪海上丝绸之路海洋上层热含量及热比容海平面异常变化

齐庆华1，蔡榕硕1

(1.国家海洋局第三海洋研究所 国家海洋局海洋-大气化学与全球变化重点实验室，福建 厦门 361005)

气候变暖背景下，全球平均海洋变暖和海平面上升显著，为人类社会的可持续发展带来巨大挑战。上层海洋热力状况是海平面变化的主导因子之一。本文围绕“21世纪海上丝绸之路”途经海区(文中简称为丝路海区)上层海洋热含量异常的区域性时空特征，分析探讨了丝路海区热比容海平面异常的时空变化、演变特征及可能影响,以期为“21世纪海上丝绸之路”海洋环境安全保障提供服务支撑。结果表明，自20世纪70年代中后期，丝路海区上层(0～700 m)海洋已明显变暖，尤其20世纪90年代中后期增暖幅度显著加大。近60年来，在丝路海区热带海洋中，西太平洋的北赤道流区及以北海域、东海黑潮流域以及南海北部和南部海区、阿拉伯海西北部海域、马来西亚西北部海域及南印度洋部分海域具有长期增暖趋势。热带西太平洋暖池区整体增暖不明显，主要与印度洋中部海域呈反位相变化，且明显受到季节和年际变化的调制。长江口附近沿岸、南海北部沿岸、中南半岛南部沿岸以及阿拉伯海西北部沿岸的近岸海域长期增暖明显，自20世纪90年代中后期，中南半岛东部和西部沿海、澳大利亚西部沿海以及我国东南沿海热比容海平面上升明显。近岸热比容海平面的季节演变对沿海地区社会和经济发展会造成一定影响。此外，东亚夏季风与东海、黄海和渤海热比容海平面的上升显著相关，同时，ENSO、太平洋年代际振荡和印度洋偶极子的发生也均与我国东南沿海和印度洋西部沿海热比容海平面上升明显关联。特别是，气候变暖情形下，各种区域性致灾因子和气候变率的协同影响会对丝路海区海岸带和沿海地区的防灾减灾与社会经济发展带来较大挑战，开展海岸带和沿海地区全球变化综合风险研究成为当前首要任务。

上层海洋热含量；太平洋；印度洋；海平面上升；比容效应；气候变化

1 引言

历次IPCC气候变化评估报告使人们对气候变化带来的影响更加关注。气候变化已成为影响人类可持续发展的头号问题。气候变化对海洋及沿海和海岸带的影响主要表现为海水日趋变暖和海平面不断上升，同时，随之而来的各种海洋灾害和极端气候事件发生频率和严重程度也持续增加[1-4]。随着我国“21世纪海上丝绸之路”倡议的提出，从气候和减灾防灾的角度对沿途周边海洋环境的变化开展广泛深入的分析探讨，为“21世纪海上丝绸之路”建设提供海洋环境安全保障，是促进海上互联互通，推进海上丝绸之路建设的重要基础和前提。海上丝绸之路沿途及周边海域主要包括西太平洋、中国东部沿海(主要是渤海、黄海和东海)、南海和印度洋等，简便起见，本文称为丝路海区(Silk Road Maritime Region，SRMR)。IPCC第五次气候变化评估报告评估了气候变化对全球海洋区域环境的影响和风险。结果显示，1950-2009年，印度洋和太平洋平均海表温度分别上升了0.65℃和0.31℃(很可能)[5]。最新的分析表明，丝路海区海表温度均出现升高,上升幅度显著[3-4]。同时，随着全球平均海洋的趋暖，海平面也在发生改变，海平面变化作为气候影响海洋的主要表征指标，其主要受制于海水的体积变化和质量变化两个方面。而海水的比容效应则是影响海水体积变化的主要因素[6]。全球变暖背景下，海洋的增温是比容变化的主要贡献者。IPCC第五次评估报告指出，与海水增温相对应的热比容效应导致了海平面显著上升。1971-2010年全球海洋上层700 m海水已增暖，该时段由上层700 m海水引起的海平面上升速率为0.6(0.4～0.8)mm/a，约占同期全球平均海平面上升速率的30%以上，同样，根据验潮站以及卫星高度计资料的结果，全球平均海平面1993-2012年间上升速率为3.2(2.8～3.6)mm/a，其中海水热比容引起的海平面上升速率为1.1(0.8～1.4)mm/a。海平面不断的上升可以导致沿海洪水、风暴潮等高水位事件，危害人们的生活生产以及社会经济的可持续发展。研究还表明，即使风暴的强度没有变化，在海平面上升的背景下，极端高水位事件的频率和强度仍就是上升的[1]。近年来，有关热比容效应在海平面变化中的贡献研究在观测上取得了较大进展，包括深海温度的监测和校正、Argo数据的更新和应用以及基于船舶数据对深海增暖的估算等方面[7]。众所周知，全球平均的热比容海平面变化一般正比于海洋的热含量变化[8]。随着数据的丰富，海洋上层700 m的海洋已被证实显著增暖[2]，由于已往有关海洋热含量的研究主要关注全球或区域(主要是西太平洋暖池区等)的平均状况、特征及其气候效应，上层海洋也主要围绕400 m以浅海域[9-10]，而对700 m以浅和地区性的热含量及热比容海平面的异常变化，尤其是空间格局和演变，以及其与局地海洋-大气系统内部变率的相关性研究甚少，以致于对区域性海平面气候异常变化、机理及其影响(危险性)缺乏相应的深入了解和分析评估，这不利于气候变化区域适应对策研究以及海洋减灾防灾工作和安全与综合风险管理的有效开展。鉴于上层海洋热状况对海平面变化影响的重要性，本文拟基于广泛融合观测资料的最新再分析数据，从分析丝路海区上层(主要为0～700 m)海洋热含量异常变化入手，研究探讨丝路海区热比容海平面异常的区域性时空变化和演变特征，从而为丝路海区海洋环境变化的预测预报及减灾防灾提供科学依据，也为逐步建立21世纪海上丝绸之路海洋环境安全保障服务体系提供必要的科技支撑。同时，本文旨在关注丝路海区海岸带和沿海地区，强调热比容海平面异常变化的危险性，从而为今后结合承载体对致灾性因子的敏感(耐受)性和脆弱性特征，开展海岸带和沿海地区全球变化综合风险研究提供科学基础。

2 资料和方法

文中所用的1955年1月至2015年12月垂向平均(包括0～100 m和0～700 m)海洋温度异常、上层(700 m以浅)海洋热含量异常和热比容海平面异常数据均由美国国家海洋和大气管理局环境信息中心(NOAA-NCEI)提供，该数据分辨率为1°×1°，时间尺度为年平均、5年平均和3个月平均，数据在时空分辨率、序列长度、观测数据融合和质量等方面以及气候变化评估方面的应用均具有先进性和良好优势[2，11-14]。另外，文中采用的海洋和大气变率指数也均源自NOAA气候预测中心(CPC)。本文选取丝路海区作为研究区域，主要采用自然正交函数EOF(Empirical Orthogonal Function)方法分析丝路海区上层海洋热含量及热比容海平面异常的时空变化。同时，为进一步体现季节尺度的时空演变特征，本文应用依赖于季节的EOF(S-EOF)方法[15]作进一步分析。

3 丝路海区上层海洋热含量异常时空特征分析

气候变化背景下，自20世纪70年代中后期，太平洋和印度洋海盆尺度的上层100 m平均海温均呈现显著的升高趋势，特别是自20世纪90年代中后期，海洋升温进一步向深层拓展，上层700 m继而也呈现显著的增暖趋势，由于海表海气耦合作用的影响，与上层700 m情况相比，上层100 m平均的海温异常变化幅度明显较大，同时，数据显示，特别在约2010年后，太平洋和印度洋增温速率均进一步加大(图1)。

图1 1955-2015年太平洋(a)和印度洋(b)海域垂直平均温度异常变化Fig.1 The variation of yearly vertical mean temperature anomaly in the Pacific Ocean (a) and Indian Ocean (b) during 1955 to 2015

数据分析表明，就平均状况而言，全球气候变暖自20世纪70年代中后期很可能已影响到了包括西太平洋和印度洋为主的丝路海区上层700 m海洋的热力状况，并使其发生了显著变化，特别是20世纪90年代中期后的近20多年，呈现出明显升温趋势。然而，全球变暖和气候变化区域响应并非一致，只有认识气候变化响应的区域性及相关的显著特征，才能更科学的应对和适应气候变化[3]，因此，本文将重点围绕丝路海区热状况的局地特征作分析。为进一步认识丝路海区上层海洋热状况的地区性典型变化及演变特征，下面主要以上层700 m的海洋热含量为主，分析其时空分布特征和变化。

年平均海洋上层热含量第一模态显示，热带西太平洋暖池区并延伸至澳大利亚西部海域、南海和孟加拉湾南部等东亚海域的中心海区以及黑潮流域和日本海，是丝路海区上层海洋热含量变化主要的正值区，并自20世纪90年代中后期具有较明显的增暖趋势，同时，其与周边海区存在反位相振荡特征(图2a)。第二模态基本与第一模态相反，体现为印度洋全海域基本呈正值分布，与热带西太平洋暖池区的负值分布相对应。正值中心主要位于阿拉伯海和南印度洋中部。此外，高纬度的北太平洋海域也存在正值中心(图2b)。第三模态以印度洋呈正值分布，而西太平洋以正负相间的南北带状分布为主要特征(图2c)。总之，在丝路海区，热带西太平洋暖池及周边、阿拉伯海和南印度洋的中部海域以及北太平洋高纬度海区是热含量异常变化的显著区(局地贡献率约20%～60%)，以上热含量变化的空间分布具有显著的年际和年代际变化特征(图2d)。

从更小时间尺度(3个月平均)来看，丝路海区上层热含量的时空变化表现出相似的特征(图2，图3)。主要是热带西太平洋暖池区以及北太平洋中高纬度海区存在正值中心，其中热带西太平洋暖池区与其他海区基本呈反位相变化，相比年平均(图2)而言，异常变化中心范围有所缩小(图3a)。此外，阿拉伯海和南印度洋的中部海域作为印度洋热含量变化的显著区，主要与热带西太平洋暖池区呈反向变化(图3b)，以上分析可见，热带西太平洋暖池区与印度洋主要海区的反位相变化，基本由年际和季节变率调制(图2d，图3d)。而这种反位相变化与局地的气候变率如ENSO等不无关系，在下文第3节的分析中也可以看出。

5年平均的上层热含量变化主模态显示，在丝路海区的热带海洋中，西太平洋的北赤道流区及以北海域、我国近海区域特别是东海黑潮流域与南海北部和南部海区、阿拉伯海西北部海域、马来西亚西北部海域及南印度洋部分海域具有长期增暖趋势(图4a)，南海、阿拉伯海和北赤道流及以北海区还受到20年左右年代际变率的调制(图4d)。特别是西太平洋(包括南海)年代际的南北经向振荡特征明显(图4b，图4d)。由此可见，热带西太平洋暖池区整体增暖不明显，特别是暖池区域南部海区，这在高频尺度里也有反映，即热带西太平洋暖池区热含量变化受季节和年际变率调制，基本与其他海区呈反向变化(图2，图3)。另外，西太平洋的高纬度海区年代际变化和长期增暖趋势明显(图4a，4b，4d)。

图2 丝路海区上层(0～700 m)年平均热含量时空变化主模态(a～c)和标准化时间系数(d)Fig.2 The dominant modes (a-c) and corresponding standardized coefficients (d) of yearly thermosteric sea level anomalies in 0-700 m upper ocean of SRMR during 1955 to 2015 a、b、c分别为第一模态、第二模态和第三模态；等值线值为该模态与原始场的局地相关性，其平方值为其对原始场的局地贡献率a, b, c are the first pattern, the second pattern, and the third pattern of the dominant modes, respectively; the contour value R denotes the local relationship between the EOF-mode and the origin field, and R2 is the local rate of the mode contribution to the origin field

图3 丝路海区上层(0～700 m)3个月平均热含量时空变化主模态(a～c)和标准化时间系数(d)Fig.3 The dominant modes (a-c) and corresponding standardized coefficients (d) of 3-month thermosteric sea level anomalies in 0-700 m upper ocean of SRMR during 1955 to 2015a、b、c分别为第一模态、第二模态和第三模态；等值线值为该模态与原始场的局地相关性，其平方值为其对原始场的局地贡献率a, b, c are the first pattern, the second pattern, and the third pattern of the dominant modes, respectively; the contour value R denotes the local relationship between the EOF-mode and the origin field, and R2 is the local rate of the mode contribution to the origin field

图4 丝路海区上层(0～700 m)5年平均热含量时空变化主模态(a～c)和标准化时间系数(d)Fig.4 The dominant modes (a-c) and corresponding standardized coefficients (d) of 5-year pentadal thermosteric sea level anomalies in 0-700 m upper ocean of SRMR during 1955 to 2015a、b、c分别为第一模态、第二模态和第三模态；等值线值为该模态与原始场的局地相关性，其平方值为其对原始场的局地贡献率a, b, c are the first pattern, the second pattern, and the third pattern of the dominant modes, respectively; the contour value R denotes the local relationship between the EOF-mode and the origin field, and R2 is the local rate of the mode contribution to the origin field

图5 1955-2015年太平洋(红色)和印度洋(蓝色)海盆尺度上层700 m热比容海平面异常年变化Fig.5 The Pacific Ocean (red) and Indian Ocean (blue) yearly thermosteric sea level anomaly during 1955 to 2015

5年平均的上层热含量变化第一模态(图4a)还显示，近岸海区包括东海的长江口附近沿岸、南海北部沿岸、中南半岛南部沿岸以及阿拉伯海西北部沿岸和附近海域的海洋长期增暖趋势明显(局地贡献率50%以上)，对海平面上升的贡献可能较大。气候变暖情形下，对沿岸的基础设施建设和防灾减灾会带来较大挑战。这一点尤其值得关注。

4 热比容海平面异常演变分析

上层海洋热状况的变化会对海平面的改变起主要作用，近几十年来，特别是自20世纪90年代中后期太平洋和印度洋海盆尺度的热比容海平面异常均呈现显著上升趋势(图5)，尤以印度洋的变化幅度更为显著。这很可能与印度洋海盆一致性的增暖密切相关(图2b,c和图3b,c)。由于热比容海平面与上层海洋热含量紧密关联，这里将不再探讨热比容海平面在季节、年际/年代际及更长尺度的时空变化特征，可参考图2至图4，它们的空间型分布和变率特征一致(图略)，下面围绕热比容海平面季节尺度的演变特征作进一步分析。从而较全面把握热比容海平面异常的时空特征和演变。

丝路海区热比容海平面异常的第一S-EOF模态显著特征为，热带西太平洋暖池区为正值中心，其热含量与其他海区基本呈反位相变化。同时，在印度洋中部海域存在显著的负值中心(主要位于赤道以南)。在季节(非严格气候学意义上的季节)演变上，春季(1-3月，JFM)，存在较大范围的以热带西太平洋暖池为中心的正值区域，外围包括东海和南海以及孟加拉湾(图6a)。夏季(4-6月，AMJ)孟加拉湾和东海正值区减弱并转以负值变化为主。同时正值范围还向澳大利亚西部海区扩展(图6b)。秋季(7-9月，JAS)，暖池区域正值中心略向南扩(图6c)。冬季(10-12月，OND)，除原有正值区域的强度加强外，东海和日本海也呈现出正值分布(图6d)。季节尺度上，印度洋的负中心区域也作出相应调整，春季范围最广，夏季向东和向南集中，秋季范围进一步减小，冬季基本向西向南推进扩展(图6)。

图6 丝路海区上层(0～700 m)热比容海平面季节演变第一模态Fig.6 The first pattern of the seasonal evolution of thermosteric sea level anomalies in 0-700 m upper ocean of SRMR during 1955 to 2015

该演变模态除具有显著的年际变化外，20世纪90年代中后期，正负异常中心均有明显增强(图7)。这与海盆尺度平均的情形相一致(图5)。只是丝路海区在2000年以后整体的平均变化幅度不大。其差异主要在于所分析的区域范围和时间尺度有关。尤其是这里更多反映季节演变的信息，至于其显著的变化趋势，可以参见图4d中的红色曲线(与热比容海平面变化趋势一致)。与此同时，中南半岛东、西沿海、澳大利亚西部沿海以及我国东南沿海热比容海平面上升明显。针对我国近海沿岸，春季、夏季和秋季主要以南部沿海热比容海平面上升为主，而冬季，则以东部沿海热比容海平面上升为主(图6)，这在不同季节沿海基础设施建设等经济发展活动中不容忽视。

图7 1955-2015年丝路海区上层(0～700 m)热比容海平面时空变化主模态标准化时间系数Fig.7 The standardized coefficients corresponding to dominant modes of seasonal evolution of thermosteric sea level anomalies in 0-700 m upper ocean of SRMR during 1955 to 2015

图8 丝路海区上层(0～700 m)热比容海平面季节演变第二模态Fig.8 The second pattern of the seasonal evolution of thermosteric sea level anomalies in 0-700 m upper ocean of SRMR during 1955 to 2015

丝路海区热比容海平面异常变化的第二S-EOF模态(图8)中进一步体现赤道西太平洋暖池区和其他海域的反位相变化，春季正值中心最弱,并随着季节推移，范围和强度增强，冬季达到最强；而印度洋呈一致的负值分布，负值中心主要位于阿拉伯海及南印度洋中部，其变化幅度随季节推移而增强。该演变模态主要以年际变化为主(图7)。

丝路海区热比容海平面异常季节演变的第三S-EOF模态空间特征较复杂，春季正值中心主要位于孟加拉湾、赤道以南的西太平洋暖池区和澳大利亚以西海域(图9a)。夏季正值范围明显缩小(图9b)。秋季暖池区和澳大利亚西部海区的正值中心分别向南和向西推移，其中澳大利亚西部海区正值中心已抵达印度洋中部(图9c)，并最终在冬季发展出大范围的正值中心，此时，太平洋为一致的负值分布，负值中心主要位于热带西太平洋暖池的北部海区(图9d)。从时间变化上来看，该演变模态除了年际变化外，20世纪90年代中后期会出现减弱趋势，即印度洋中部发展出的正值中心会进一步减弱。需指出的是，由于正负分布互为变化，文中主要从一个侧面探讨演变特征，同时，限于篇幅，本文仅对前3个模态作简要分析。

图9 丝路海区上层(0～700 m)热比容海平面季节演变第三模态Fig.9 The third pattern of the seasonal evolution of thermosteric sea level anomalies in 0-700 m upper ocean of SRMR during 1955 to 2015

此外，海洋热力变化受到大尺度海洋与大气变率的影响，从而会进一步引起热比容海平面的改变，利用ENSO指数、太平洋年代际振荡(PDO)指数、印度洋偶极子(IOD)指数和东亚季风(EASM)指数与热比容海平面异常变化间的相关性，简要探讨丝路海区热比容海平面异常变化与印度洋-太平洋地区海洋和大气变率的关联性。相关统计表明(图10)，东亚夏季风与印度洋北部海区，包括阿拉伯海、孟加拉湾和南海及近岸海区基本呈现负相关关系。而与中国东部近海热比容海平面异常变化呈现正相关关系(图10a)，这可能与东亚夏季风的风速、风向和路径及相关的热动力过程(强风速下的潜热释放和夏季风影响下的黑潮热输送增强等)存在一定关联[16-17]；ENSO变化与丝路海区热比容海平面异常的相关性主要体现在，西太平洋与印度洋呈反位相关系(图2a和图3a)，从而表明区域性海平面变化更多的受制于局地气候变率的调控。此外，ENSO的发生可能会增强包括我国东南沿海、中南半岛沿岸以及印度洋西北部沿岸热比容海平面的上升，同时，澳大利亚的东北部海域，如珊瑚海的热比容海平面也会相应升高(图10b)。PDO的发生也对应丝路海区几乎所有沿岸海域热比容海平面的上升，如南海、澳大利亚珊瑚海、孟加拉湾和印度洋西部沿岸等海域(图10c)。而IOD在印度洋的热比容海平面变化中也呈现出东西反位相的相关分布，同时，IOD的发生主要对应我国近海沿岸热比容海平面的上升(图10d)。值得注意的是，从相关性可以看出，海洋变率ENSO和IOD这些信号明显的存在于相关分布中(图10b,d)，它们或更容易通过热力效应引起水体的振荡(海平面的升降)，而PDO的信号则比较弱，关联性较不直接，也很可能说明，前两者的变化更容易与海洋上层的热状况相关联，这对有关它们不同的发生机制、机理和联系提供了一定的线索。总之，相比于全球平均状况，地区的海洋热力变化及热比容效应主要受到局地大尺度海洋和大气变率的调控而呈现出显著的区域性特征。此外，这些变率对上层海洋热比容海平面异常变化的叠加影响，可能会进一步加剧全球变暖情形下的海平面上升，并极易使海岸带和低洼地带发生极端高水位事件，从而引起海水入侵和风暴潮等灾害，对沿海地区经济建设和社会生活以及相关的管理(如水资源管理)带来极大威胁[3-4]。

图10 1955-2015年丝路海区上层(0～700 m)热比容海平面异常变化与EASM(a),ENSO(b)，PDO(c)和IOD(d)的相关场Fig.10 The correlation field of the thermosteric sea level anomalies in 0-700 m upper ocean of SRMR with the EASM (a), ENSO (b), PDO (c), IOD (d) during 1955 to 2015

5 讨论与结论

气候变化背景下，全球海洋海平面上升主要由热比容效应引起，对于区域海洋和近海海域海平面变化，影响因素较多，时空变化不一。沿海极端高水位事件频发，除了直接的比容效应，还主要由潮汐以及风强迫下海流、海洋波动(如Rossby波等)、风暴等动力过程叠加引起[16-17]。而且，观测和海洋再分析数据同样表明，比容的时空变化特征也会因海洋大气耦合系统以及海洋气候变率(如风系、ENSO、PDO等)的影响而发生改变。有分析发现，1993-2010年热带西太平洋高速率的海平面上升与东太平洋海平面的下降就对应于热带中东太平洋信风的增强[18]。而本文相关分析也表明，东亚季风对东中国近海沿岸热比容海平面的上升具有较大贡献。特别近20年来，丝路海区热比容效应在海平面变化中贡献较大。已有研究指出，南海由于热通量的变化引起的上层热比容海平面变化显著[19]。卫星资料分析发现，1993-2011年间的东海平均海平面和比容海平面平均增长速率分别为每年3.3 mm和1.8 mm，比容海平面的贡献达到55%[20]，而2003年前则高达64.5%，且总比容海平面的变化主要来自热比容[21]。北太平洋1993—2006年比容海平面的线性上升速率为1.4 mm/a，比容变化对海平面上升速率的贡献约为47.5%[22]。1993-2012太平洋和印度洋比容海平面也存在较强的上升趋势，其中，热比容对西太暖池海平面的长期上升贡献很大[23-24]。季节变化尺度上，特别是在北半球中纬度海区，热膨胀引起的比容海平面变化占海平面变化的86%[25]；卫星高度计和验潮站数据显示，1993-2012年北印度洋沿海平均海平面上升速率约为3.2 mm/a[26]。根据本文统计估算，北印度洋0～700 m上层热比容海平面上升对总海平面上升的贡献至少约为50%。总之，丝路海区海平面变化受热比容效应影响显著。鉴于热比容效应在海平面变化中的重要作用，本文利用最新的海洋再分析数据，对丝路海区上层700 m海洋热含量异常时空特征作了系统揭示，并进一步分析和探讨了热比容海平面的异常变化及演变特征，得到的主要结论如下：

(1)在丝路海区，印度洋的热含量变化较为一致，变化显著区主要位于阿拉伯海及印度洋中部(东西向)一线，而太平洋则主要存在热带西太平洋暖池-北赤道流-东海黑潮流域和高纬度部分海区等显著变化区，其中热带西太平洋暖池区热含量变化基本与其他海区呈反位相变化，并主要受到季节和年际变化的调制，其中与局地的气候变率如ENSO等密切相关。长期变化上，西太平洋的北赤道流区及以北海域、东海黑潮流域和南海以及阿拉伯海具有长期增暖趋势，而热带西太平洋暖池区整体增暖不明显，特别是暖池区域南部海区。丝路海区海洋上层热含量的改变引起了热比容海平面相应的变化。在全球变化及应对研究中值得关注的是，包括长江口附近沿岸、南海北部沿岸、中南半岛南部沿岸以及阿拉伯海西北部沿岸的近岸海域长期增暖明显，对海平面上升的贡献可能较大。特别是气候变暖情形下，会对海岸带生态系统、渔业资源以及沿海地区港口、基础设施建设和社会经济等的防灾减灾和风险管理带来较大挑战。

(2)丝路海区热比容海平面，尤其是热带西太平洋暖池区和印度洋中部海区热比容海平面异常具有较明显的季节演变特征，而自20世纪90年代中后期，中南半岛东部和西部沿海、澳大利亚西部沿海以及我国近海沿岸热比容海平面上升明显。值得关注的是丝路海区近岸热比容海平面的季节演变对沿海地区社会和经济发展会造成一定影响。

(3)此外，由于东亚夏季风的风速、风向和路径及引起的相关热动力过程变化(强风速下的潜热释放和夏季风影响下的黑潮热输送等)，其可能会引起印度洋北部海区,包括阿拉伯海、孟加拉湾和南海及近岸海区热比容海平面的下降，并可能造成中国东部近海热比容海平面上升(显著相关)，同时，ENSO、PDO和IOD的发生也均可能与我国近海沿岸和印度洋西部沿海热比容海平面上升存在相关，特别以ENSO和IOD较为明显，相比于全球平均状况，气候变化背景下区域性海洋响应和变化还主要受局地气候变率的调控而呈现显著的非均一性特征。

需要指出的是，由于观测资料的限制，本文采用了最新的海洋再分析数据，对海洋上层热含量和热比容海平面的异常变化作了分析，以期为丝路海区上层海洋热状况及相应热比容海平面的气候变化分析提供必要的更新，也为全球气候变暖背景下区域海洋海平面变化和影响的危险性分析评估以及风险管理和适应决策提供必要的科学依据和科技支撑。鉴于再分析数据结果仍有待进一步验证，而进一步加强地区性海洋观测系统建设，提高气候模式对历史海洋气候变化的模拟水平[27]，是深入分析和研究海洋环境变化及气候区域影响和适应问题的基础。由于全球气候变化的一致性和气候变化区域响应的非均一性[3]，近海和沿岸海平面的异常变化更为复杂，今后将综合考虑各影响因素及贡献，进而能达到对海平面变化正确的预测预报，提高海平面变化预估水平，提升海岸带和沿海地区全球变化综合风险应对能力，为沿海和海岸带的开发和建设服务，为“21世纪海上丝绸之路”倡议实施和发展提供海洋环境安全保障服务和科技支撑。

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The variations of the upper ocean heat content and thermostatic sea level around 21st century Marine Silk Road

Qi Qinghua1, Cai Rongshuo1

(1.KeyLaboratoryofGlobalChangeandMarine-AtmosphericChemistry,ThirdInstituteofOceanography,StateOceanicAdministration,Xiamen361005,China)

Under the background of climatic warming, the global ocean temperature increased and the sea level rose significantly, imposing enormous challenges to the sustainable development of human society. The upper ocean heat condition is one of the dominant factors of sea level change. Focusing on the 21st century Silk Road Maritime Region (SRMR), the local spatial and temporal characteristics of the upper ocean heat content were analyzed, furthermore, the change and evolution characteristics of thermosteric sea level and associated impaction were discussed, in order to give the services supporting for marine environment security of “21st century Maritime Silk Road”. The analysis results show that, since the 1970s, the upper layer (0-700 m) ocean of SRMR began to warm obviously, and especially presented significant larger warming from the middle of 1990s. Recently 60 years, in tropical oceans of the SRMR, the North Equatorial Current and its north sea area in the western Pacific, the China seas including the north and the south of the South China Sea (SCS) and the Kuroshio valley in East China Sea, the northwest coastal waters in Arabian sea, the sea area of northwest of Malaysia and south part of the Indian Ocean had a long-term heating trend. The warming of the whole region of tropical western Pacific warm pool was not obvious, and presented mainly anti-phase change with the central Indian Ocean, which were modulated by seasonal and interannual variability. The coastal zones of the eastern China seas near the Changjiang River Estuary, the north of the SCS, the southern of Indo-China Peninsula, the northwestern of Arabian Sea had an obviously long-term warming. Since the middle of the 1990s, the thermosteric sea level in costal zones of the east and west of Indo-China Peninsula, the west of Australia and the China seas have rose obviously. The seasonal evolution of thermosteric sea level rising can cause a certain degree of impact on social and economic development in coastal zones. In addition, the East Asian summer monsoon was significantly associated with the thermosteric sea level rising in eastern China seas, at the same time, the ENSO, the PDO and the IOD also related distinctly to the thermosteric sea level rising in coastal zones in China seas and the western Indian Ocean. Particularly, in climate warming scenario, due to the synergy impaction of regional disaster-causing factors and climate variability, the social and economic development and the disaster prevention and mitigation in coastal zones in SRMR would be subject to huge challenges. The study of comprehensive risk of coastal zones by global change has become the top priority.

heat content in upper ocean; Pacific Ocean; Indian Ocean;sea level rising; steric effect; climate change

P731.11

A

0253-4193(2017)11-0037-12

齐庆华，蔡榕硕. 21世纪海上丝绸之路海洋上层热含量及热比容海平面异常变化[J]. 海洋学报, 2017, 39(11):37-48,

10.3969/j.issn.0253-4193.2017.11.004

Qi Qinghua, Cai Rongshuo. The variations of the upper ocean heat content and thermostatic sea level around 21st century Maritime Silk Road[J]. Haiyang Xuebao, 2017, 39(11):37-48, doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2017.11.004

2016-07-16；

2017-04-26。

国家重点研发计划“全球变化及应对”重点专项(2017YFA0604901);中国清洁发展机制基金项目(2014112); 福建省自然科学基金面上项目(2017J01076)。

齐庆华(1978—), 男, 河北省保定市人，博士, 主要从事海陆气相互作用与气候、环境变化及灾害风险评估与对策研究。E-mail: qqh_2002@163.com