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全球常年周平均海表温度场构建及其在西北太平洋中的应用

李占强  
【摘要】:海表温度(SST)是海洋生态系统和渔业研究的一个重要因子。利用常年SST平均场可以更好地研究SST长时间的变化趋势及其变化幅度情况,进而开展远洋渔场预报和多年变化研究,SST的变化是人们关心的问题之一。一个可供参考的SST常年平均场是非常有必要的,因此需要构建一个可参照对比的常年周平均SST场,它可用于进行SST异常变化研究及分析的基准。进一步,我们将构建的常年周平均SST场用于西北太平洋海域SST长时间变化的研究,因为西北太平洋具有特殊的海洋环境条件—强大的黑潮暖流与亲潮寒流及形成的广泛交汇,这些条件决定了它是世界海洋中渔业产量最高的水域之一。 现有的常年SST平均参考场主要是为气候学研究服务的,ICOADS(InternationalComprehensive Ocean-Atmosphere Data Set)提供了分辨率为2°×2°的SST月平均场,但是在渔业领域,短期内往往渔场分布范围相对较小,空间尺度远没有气候学上空间尺度那么大,时间基本以周为单位,在渔业研究中对于温度场的时空精度较高,目前的常年SST平均场已经不能满足目前的渔业领域的研究,因此建立空间分辨率更高的SST平均参考场是非常有必要的。 近年来全球已积累了大量不同卫星、不同时段的对地遥感资料,其中NOAA卫星所携带的AVHRR传感器获得的SST数据有着30多年的连续记录,利用这些业务存档的卫星资料可以得到长时间序列SST数据集,为常年SST平均场的构建提供了数据基础。 基于上述情况,本研究利用近31年的NOAA卫星所携带的AVHRR传感器获得的SST反演数据,经过质量控制、插值、算术平均等计算过程,建立1982年-2012年空间分辨率为0.25°×0.25°的周平均数据集,及常年SST周平均场(空间分辨率为0.25°×0.25°),这个常年平均场是目前空间精度和时间精度最高的。在此基础上,本研究还选取我国一个主要的远洋作业渔场—西北太平洋海域(125°-180°E,25°-55°N)作为主要研究区域,以构建的常年周平均场为对比基准,逐周计算了1982-2012年北太平洋海域SST的距平,获得对应的SST距平数据集,分析在此阶段中该海域SST的主要变化型态、变化趋势及其影响因素,利用经验正交分解(EOF)方法对近31年的距平数据集进行时空分解,得到其主要的三个变化模态,结合北太平洋海温年代际振荡气候指数(PDO),对这三个空间模态和时间模态进行分析,分析了近31年西北太平洋海域SST的变化特征及其对全球气候变化的局地响应特点。得到的主要研究结果如下: 1)对AVHRR传感器获得的全球范围内1982年-2012年日平均SST数据集进行逐年逐周的计算,再进一步对31年的同周数据进行算术平均计算,构建了全球常年SST周平均场,空间分辨率为0.25°×0.25°,这是目前较高空间精度和时间精度的常年平均场。与ICOADS提供的常年SST月平均场比较,得到文章所构建的SST周平均场时空分辨率都要高于ICOADS的常年SST平均场,能够满足渔业研究的需要。 2)对近31年间西北太平洋常年SST周平均场进行了方差分析,判断各个地区的52周的变化情况。该海域的平均季节温差变化最大值可达到13℃左右;在局部地区,不同区域的SST变化幅度存在差别,以日本海变化最为剧烈,温度变化可达17.8℃;以55°N,180°E为中心的附近区域SST的变化幅度最小。 3)在近31年中,西北太平洋的SST总体上表现为上升趋势,1998年为近31年的转折期,在1998年以前年平均SST距平值基本处于0℃以下,在1998年以后年平均SST距平值均高于0℃。最高的年平均SST距平出现在2010年,达到了0.5℃左右,表示2008年的SST在近31年中为最暖的一年。 4)利用经验正交分解方法对西北太平洋海域的SST距平进行分解,得到西北太平洋海域的11个主分量,所占比例均在1%以上。可以解释总体50%以上的变化量。前三个主分量所占比例比较大,分别为22.16%、9.59%、5.25%,对前三个主分量的时间模型和空间模型做分析。EOF的第一模态表示的是西北太平洋海域的SST在近31年中呈现为上升趋势,北部海域SST升温幅度比南部的剧烈;第二模态空间表明西北太平洋SST受西风漂流的影响较大;第三模态表明该海域SST变化与北太平洋海温年代际振荡指数(PDO)的变化是比较吻合的,即PDO与该海域SST的变化存在正相关。


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