苏北浅滩位于江苏省琼港以东海域, 其形态似三角洲状^[1], 平均水深小于20 m, 由于水深很浅且靠近大陆, 故苏北浅滩海水的温盐性质主要受到季风及大陆气候的影响。苏北浅滩北部海水主要是由江苏北部的灌河、射阳河、灌溉总渠等入海径流与沿岸海水混合而形成的低盐水^[2-3], 而淮河流域的径流与该区域的降水有重要的关系, 王然等^[4]的研究指出, 2000—2010年, 淮河流域5—6月降水呈现增加趋势, 其中, 太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation, PDO)指数、印度洋偶极子指数(Dipole Mode Index, DMI)对淮河流域5—6月降水异常的年代际、长期变化具有明显的指示作用。另一方面, 长江冲淡水能够影响至33°N以南的苏北浅滩南部海域^{[3, 5-6]}, 周晓英等^[7]的研究发现, 春季, 特别是三四月份, 长江口海域海表面温度(Sea Surface temperature, SST)与长江径流呈现正相关关系, 长江径流量大的年份, 长江口年平均SST亦会偏高。因此, 苏北浅滩的海水性质受陆地径流的影响很大; 近几年的研究认为, 苏北浅滩是黄海浒苔暴发的主要发源地^[8-11], 由于春季是浒苔孢子开始生长繁殖的季节, 而浒苔孢子的繁殖和海水温度、营养盐等具有重要联系, 故在全球变暖的背景下, 研究苏北浅滩春季SST的升温趋势及产生机制对研究近几年浒苔暴发的原因具有重要意义。

作为大陆相接的黄海西南部边缘海, 苏北浅滩及长江口附近海域SST的长期变化既与黄海SST变化息息相关, 又具有其独有的特征。关于黄东海的升温趋势分布特征, 前人已经做了大量的研究工作, Yeh等^[12]利用经验正交函数分析方法(empirical orthogonal function, EOF)发现冬季黄东海的大部分海域呈现出增温趋势, 谭红建等^[13]发现自1958年以来中国近海的升温趋势可分为变暖加速期(1958—1998年)和变暖暂缓期(1998—2014年)。Park等^[14]的研究结果显示中国近海的增温呈现出明显的时间和区域分布特征, 在春夏两季中国东部沿海升温显著, 而在夏秋两季在黄海南部及东海地区升温明显, 蔡榕硕等^[15]结合1955—2006年HadISST等海洋大气再分析资料发现中国近海冬季的主要升温区位于东海, 而夏季则位于黄海, 其中, 冬季升温明显强于夏季。

对于黄东海的升温机制, 前人形成了不同的认识:一类观点从海气相互作用的角度解释, 蔡榕硕等^[16]通过对ERA-40再分析的风场资料以及HadISS和SODA等海洋高分辨率再分析资料进行分析后发现, 1976年之后中国近海和邻近海上空冬、夏季风的减弱, 以及大气环流辐散的增强引起了海表面温度的上升; 谭红建等^[13]认为, 大气可通过海气界面的感热和潜热通量来影响SST的变化。同时, 黄东海上空的大气温度、海表面风速又受到厄尔尼诺及南方涛动(ENSO)、北极涛动(Arctic Oscillation, AO)、北太平洋涛动(North Pacific Oscillation, NPO)及与之对应的太平洋年代际振荡(PDO)的影响: Zhou等^[17]发现不同的时期ENSO与东亚冬季风呈现不同的相关性, 20世纪20年代中期之前为明显的正相关, 20世纪30—40年代转变为负相关, 20世纪50年代前期又重新变为正相关, 20世纪70—80年代为负相关。朱益民等^[18]的研究指出, 对应于PDO暖位相期(即中纬度北太平洋异常冷、热带中东太平洋异常暖), 中国东北、华北和西北地区冬季气温异常显著偏高, 而西南和华南地区气温偏低; 而对应于PDO冷位相期, 上述形势相反。该论文中还指出, 处于不同阶段的ENSO事件对中国夏季气候异常的影响明显受到PDO的调制。PDO在大气方面对应的是NPO, Yeh等^[12]的研究发现, 经9年平滑后的NPO指数与黄东海冬季SST具有很好的对应关系; 董仕等^[19]指出, 冬季AO正位相时东亚大槽减弱, 西伯利亚高压减弱, 低层风场异常偏南, 东亚冬季风减弱, 东亚冬季风区温度升高, 而负位相时情况相反。此结论与Park等^[14]结论一致, 故AO正位相时, 西太平洋海温和东亚表面温度均有所升高, 由于海洋运动和变化具有缓慢性和持续性, 西太平洋海温可以承载长达4个月的AO信号, 西太平洋海温可持续影响东亚地区温度, 导致AO持续影响东亚表面温度。Wang等^[20]的研究提出, 当PDO正相位时, 在年际尺度上ENSO对东亚冬季风的影响不大, 而当PDO负相位时, ENSO对东亚冬季风会产生明显的影响。陈文等^[21]的研究认为, 当El Niño和AO负异常或者La Nina和AO正异常相互配置时, 我国北方气候异常主要受AO影响, 南方气候异常主要受ENSO影响。

另一类观点认为, 河流径流及外来流系的平流热输送对黄东海的升温起重要作用, 齐庆华等^[22]通过动力计算方法对1945—2006年源区黑潮热输送进行了估算, 发现源区黑潮具有线性增强的变化趋势, 认为其是影响中国近海SST异常变化的重要因素之一; Wei等^[23]认为冬季黄海SST的长期变化趋势与黄海暖流的平流热输送有关, Park等^[24]通过模式计算后提出, 长江冲淡水对黄东海夏季SST的升温具有重要影响, 长江冲淡水的增加会使海水的层结性加强, 阻止了其垂直混合, 进而促使了夏季黄东海的升温, 另外, 宋德海等^[25]通过对1985—2005年东中国海SST进行EOF分解后认为, 东中国海域SST长期变化趋势主要与该海区的地形和水平环流相关。

在全球变暖的大背景下, 苏北浅滩及长江口附近海域是春季SST升温的大值区, 同时, 该区域也是近几年黄东海浒苔暴发的主要发源地, 研究苏北浅滩及长江口海域春季SST的升温机制对研究近几年浒苔暴发的原因具有重要意义。因此本文在前人工作的基础上, 结合黄渤海海表面温度距平场(SSTA), 经向风速及PDO、AO等大尺度海气指数, 对苏北浅滩及长江口海域春季SST的升温特征及机制进行了分析。

1 数据与方法

SST资料采用美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)的最优插值海表面温度(Optimum Interpolation Sea Surface Temperature, OISST)的月平均数据, OISST数据始于1981年9月, 延续至今, 采用最优插值方法最大程度同化了甚高分辨率扫描辐射计(Advanced Very High Resolution Radiometer, AVHRR)卫星遥感数据, 水平分辨率1/4°×1/4°。本文研究时段为1982至2016年。

净热通量采用的是美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction, NCEP)的气候预报系统再分析资料(Climate Forecast System Reanalysis, CFSR)及客观分析海气热通量项目(Objectively Analyzed Air-Sea Fluxes, OAFlux)的月平均数据。CFSR再分析资料使用了GEOS-5(Goddard Earth Observing System)的大气模式与资料同化系统, 资料同化应用的是NCEP发展的以6 h为周期的格点统计插值系统(GSI), 数据始于1979年延续至2011年, 数据精度为0.312°×0.312°(经度/高斯纬度)。OAFlux数据来自美国伍兹霍尔海洋研究所正在进行的一个项目, 气象参数主要来源于卫星遥感观测资料和再分析资料的融合数据, 将两者按照权重进行了最优插值, 感热与潜热资料始于1958年1月至今, 为了计算得到净热通量, 本数据集采用的海表面向下/向上的太阳辐射和长波辐射来自于国际卫星云气候计划(International Satellite Cloud Climatology Project, ISCCP)海表面辐射场, 全球分辨率为1°×1°, 时间跨度从1983年7月至2009年12月。本文净热通量的研究的时段为从1984—2009年。

经向风速采用美国国家环境预报中心的NCEP- DOE Reanalysis 2的日平均数据及欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, 简称ECMWF)的ERA-interm的月平均数据。NCEP-DOE Reanalysis 2数据始于1979年1月, 采用的是全球T62高斯格点(192×94)。ERA-interm数据起始于1979年并由欧洲中期天气预报中心进行实时更新, 空间分辨率约为1/8°, 该资料的同化基于2006年发布的IFS系统, 包含了4维变分模式以及12小时的分析窗。本文经向风速的研究时段为1982至2016年。

两米处的大气温度采用NCEP及OAFlux的月平均数据, NCEP的大气温度数据始于1979年至2016年, 采用的是全球T62高斯格点(192×94)。OAFlux的大气温度数据始于1958年至今, 全球分辨率为1°×1°, 本文大气温度的研究时段为1982至2016年。

PDO指数定义为20°N以北太平洋海温的EOF第一模态及其时间系数, AO指数反映的是极区与中纬度地区气压的反相位变化, 是北半球热带外大气低频变率的主要模态。PDO, AO指数的下载地址为https://www.esrl.noaa.gov/psd/gcos_wgsp/Timeseries/。

长江径流以大通水文站的径流资料代替, 数据主要来自中华人民共和国水利部提供的水情年报, 研究时段为1982至2016年, 下载地址为http://www.mwr.gov.cn/sj/tjgb/sqnb/。

本文选取30°~41°N, 117°~127°E为研究区域, 其中重点研究区域为苏北浅滩及长江口附近海域(30°~35°N, 119°~124°E), 本文采用回归分析研究数据的长期变化趋势, 采用滞后相关系数研究两变量之间的相关程度。

2 苏北浅滩及长江口SST升温趋势分析

采用线性回归的方法, 对黄渤海春季SSTA长期变化趋势作整体分析, 得到图 1a所示分布, 其中, 点状阴影部分代表回归系数通过了置信度为95%的显著性检验。结果表明, 黄渤海春季SSTA整体呈现从南至北、从近岸至离岸升温趋势逐渐减小的特征, 升温的大值区域分布在苏北浅滩及长江口附近, 最大超过了0.07℃/a, 而朝鲜半岛西岸海域升温趋势很小, 甚至出现降温的现象, 且未通过置信度为95%的显著性检验。

对苏北浅滩及长江口附近海域(30°~35°N, 118°~ 124°E)SSTA作空间平均, 得到如图 1b所示时间序列, 由图中可以看出, 该海域春季整体升温趋势超过0.04℃/a, 为全球近表层海温上升速率(0.011℃/a)^[26]的近4倍。由此可以看出, 苏北浅滩特别是长江口附近海域, 在全球变暖的大背景下, 其升温速率比其他海域明显得多, 同时, 由图中还可以发现, 1982—2000年期间升温较快, 而2000年以后升温速率减缓甚至出现降温趋势, 在整体升温的同时也呈现出年代际振荡的特征, 该结果与谭红建等^[12]的研究所得结论一致。

3 苏北浅滩及长江口海域升温机制分析

苏北浅滩作为陆架边缘海所具有的独特的自然条件, 由于其靠近大陆, 且水深较浅, 其受水深, 季风, 水平平流等因素得影响很大, 故在考虑其SST升温机制时, 应综合考虑多种因素的综合影响, 考虑上层海洋的热收支方程(来自文献[27]):

$ \frac{\partial t_{\mathrm{m}}}{\partial t}=\frac{1}{\rho C_{\mathrm{p}} h_{\mathrm{mld}}} Q_{\mathrm{net}}-\overrightarrow{u_{\mathrm{m}}} \nabla t_{\mathrm{m}}-w \frac{\Delta t}{h_{\mathrm{mld}}}, $

(1)

其中, ρ为海水的密度, C_p为海水的定压比热容, h_mld为混合层厚度, t_m为混合层温度, $\left|\overrightarrow{u_{\mathrm{m}}}\right| $为混合层水平速度的垂向平均, w为混合层垂向夹卷速度, ∇为水平平流算子$(\nabla \equiv \partial / \partial x, \partial / \partial y) $, Δt为混合层与混合层以下海水的温度差; Q_net为净热通量, 其表示为Q_net= Q_sw+Q_lw+Q_l+Q_s, 其中, Q_sw为净短波辐射通量, Q_lw为净长波辐射通量, Q_l为潜热通量, Q_s为感热通量, 这里规定向下为正, 表示海洋吸热。由热收支方程可以看出, 表层海水温度随时间的变化主要受到净热通量Q_net, 水平平流$ \overrightarrow{u_{m}} \nabla t_{m}$, 及垂直夹卷$ w \frac{\Delta t}{h_{\mathrm{mld}}}$影响, 其中第三项相对于前两项为小量, 可以忽略, 故表层海水温度主要由净热通量和水平热输送的控制。同时, 前冬海温也会对其产生重要影响, 因此, 在考虑苏北浅滩及长江口海域春季SST长期变化趋势的机制研究时, 主要分析此三项因素的影响。

3.1 前冬海温的影响

利用OISST资料, 对1983—2016年春季与前冬SST作相关系数分布(图 2a), 发现黄东海的大部分海域春季SST均与前冬海温呈现非常明显的正相关, 且通过了置信度为95%的显著性检验, 只有苏北浅滩南部, 长江及黄河口附近部分海域相关性较小, 考虑到该区域水深较浅, 加之有长江、黄河等大型水系的注入, 因此该区域SST的年际变率可能受到大气, 热平流及河流径流的影响较大, 以至于抵消了前冬海温的影响。

对苏北浅滩及长江口附近海域春季及前冬SST作空间平均后得到如图 2b所示时间序列, 可以看出无论是年际还是年代际尺度, 春季与前冬SST均存在非常好的对应关系。其中1983—2000年存在一个非常明显的升温过程, 而2000—2016年呈现较为明显的降温, 说明该海域春季SST的这种年代际振荡来源于前冬SST的信号。而整体来看, 苏北浅滩及长江口附近海域冬季SST并未表现出明显的长期变化趋势, 说明该海域春季SST的长期升温趋势不是来自于前一年冬季, 而是可能由同期净热通量、平流热输送等因素导致。

3.2 净热通量的影响

为了解净热通量对苏北浅滩及长江口SST升温趋势的影响, 首先分析春季黄渤海净热通量的分布特征, 对1984—2010年OAFlux及CFSR春季的净热通量作年际平均(如图 3), 发现两套数据净热通量分布状态相似, 春季黄渤海净热通量整体为正, 说明该海域在春季整体吸热; 近岸海域向下的净热通量大于黄渤海中部海域, 说明近岸海域春季吸热较多, 而黄渤海中部吸热较少, 这可能是因为, 受黄海暖流的影响, 黄海海槽区域SST较高, 海气温差较小, 导致向下的净热通量较小。

由公式1可以看出净热通量的长期变化趋势会对海水温度的年际变率产生直接的影响, 当向上的净热通量年际增加时, 海洋得热减小, 失热增加, 此时净热通量起到降温的作用, 反之亦然。

利用OAFlux及CFSR数据, 对1984—2009年黄渤海春季距平化后的净热通量分别作回归分析, 得到其净热通量长期变化趋势分布及全域平均时间序列(如图 4, 图 5)。结果发现黄渤海全域基本表现为净热通量逐渐减小的特征, 且均通过了置信度为95%的显著性检验, 说明在年际尺度上春季黄渤海大部分区域的得热在减小, 失热在增加, 即净热通量对黄渤海特别是苏北浅滩及长江口海域SST的长期升温趋势起到降温的作用。

为进一步探讨苏北浅滩及长江口附近海域春季净热通量减小的形成机制, 我们对黄渤海海气温差的长期变化趋势及其时间序列进行了分析。利用1982—2010年OAFlux与NCEP的大气温度数据(距海面以上2 m, 在本文中记为temp2m)及NOAA的OISST数据, 两者相减得到该海域海气温差: ΔT= SST-temp2m的时间序列。对其作回归分析, 得到如图 6所示分布, 发现在苏北浅滩南部特别是长江口附近海域春季海气温差呈现逐渐增大的长期变化趋势。对苏北浅滩及长江口附近海域的ΔT作空间平均后得到如图 7所示时间序列, 由图中可以看出该海域春季海气温差在1982—2000年表现为负异常, 而2000—2016年表现为正异常, 整体表现为上升趋势, 说明该海域海洋的升温速率大于大气的升温速率, 海气温差逐渐增大使得向上的感热通量与潜热通量增加, 进而使得向下的净热通量减小, 海区得热减小, 失热增加, 从而解释了该海域春季净热通量逐渐减小的形成机制。

3.3 经向热输送的影响

苏北浅滩平均水深小于20 m, 由于水深很浅且靠近大陆, 故苏北浅滩海水的温盐性质受到季风及大陆气候的影响很大, 风应力主要通过三种方式影响苏北浅滩SST:一是通过影响净热通量, 进而对SST产生影响; 二是通过产生平流热输送对SST产生影响; 三是通过加强垂向混合而影响到该海域的SST。由于苏北浅滩深度很浅, 加之潮汐混合严重, 因此可以认为该海域在春季时海水垂向混合均匀, 故由风应力的年际变率而产生的垂向混合的变化可以忽略不计; 同时经前述的分析看出净热通量对春季苏北浅滩SST的年际升温起到了抑制作用, 因此该小节主要考虑风应力产生的热平流对苏北浅滩及长江口海域春季SST长期趋势的的影响。

由风速计算平流热输送的方法如下:

首先, 利用欧洲中心的ERA-interm的风速资料计算相应的风应力:

$ \left(\tau_{x}, \tau_{y}\right)=\rho_{\mathrm{a}} C_{\mathrm{d}} \sqrt{W_{x}+W_{y}}\left(W_{x}, W_{y}\right), $

(2)

其中, ρ_a为空气密度, 取为1.2 kg/m³, C_d为风拖曳系数, 采用Large和Pond^[28]的公式确定:

$ {C_{\rm{d}}} = \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}} {1.2 \times {{10}^{ - 3}}}&{|\vec W| < 11{\rm{m}}/{\rm{s}}}\\ {(0.49 + 0.065|\vec W|) \times {{10}^{ - 3}}}&{11m/s \le |\vec W| < 25{\rm{m}}/{\rm{s}}}\\ {2.115 \times {{10}^{ - 3}}}&{|\vec W| \ge 25{\rm{m}}/{\rm{s}}} \end{array}} \right., $

(3)

其中, $ |\vec{W}|$为风速大小。

其次, 由风应力计算的Ekman层中表层流速可由如下公式获得:

$ V_{0}=\frac{\tau}{\sqrt{\rho_{\mathrm{w}}^{2} f A_{z}}}, $

(4)

其中, τ为风应力, ρ_w为表层海水密度, 此处取1.025× 10³ kg/m³, f为科氏参数(f=2Ωsinψ), Ω为地球自转角速度, 此处取7.292×10^–5 rad/s, ψ为纬度, 此处取苏北浅滩所在的33°N, A_z为涡黏性系数, 此处取0.02 m²/s。

最后, 平流热输送项由如下公式计算:

$ T_{\mathrm{adv}}=\rho_{\mathrm{w}} C_{\mathrm{p}} \overrightarrow{V_{0}} \cdot \nabla T, $

(5)

其中, C_p为定压比热容, ρ_wC_p取常数398 7250 J/(℃·m³)。

由此计算出的该海域经向热输送与SST的相关系数分布如图 8所示, 从图中可以看出:在苏北浅滩南部特别是长江口附近海域, 经向热输送与春季SST存在较为明显的正相关关系, 最大相关系数超过了0.7, 而黄渤海其他部分相关系数较小, 说明北向热输送的增强能够使得苏北浅滩特别是长江口附近海域温度升高。图 8b显示的为该海域春季经向热输送及SST的时间序列, 可以看出, 在1982—2016年, 经向热输送呈现出明显的增强趋势, 增强趋势为0.0116 W/(m²·a), 且与春季SST时间序列吻合度较好, 说明经向热输送的增强是造成该海域春季SST年际升温的重要原因之一。

3.4 长江径流的影响

从第3.1节的讨论中可以看出, 在长江、黄河、淮河等入海口处, 春季SST较冬季SST变异较大, 由于河流深度浅, 长度大, 故受其流域上空的大气温度影响更为明显; 同时, 由于受海陆差异的影响, 在冬季时, 海上气温高于陆地气温, 而在夏季时, 陆地气温高于海洋上空气温, 因此, 河流径流在冬季时往往以冷源的形式输入到海中, 而在夏季时则以热源的形式输入, 故河流径流在把大量的泥沙, 无机盐等输入到海洋的同时, 其对河流入海口附近的海水温度也能产生重要的影响。周晓英等^[7]的研究发现, 长江口春季SST与大通水文站春季流量呈现明显的正相关, 说明长江径流对春季长江口海域SST具有重要的影响。因此, 在讨论该海域春季SST长期变化趋势的机制时, 需考虑长江径流的影响。

河流径流产生的热输送通过如下公式计算:

$ Q_{\mathrm{t}}=C_{\mathrm{w}} \cdot \rho_{0} \cdot T \cdot Q_{\mathrm{v}}, $

(6)

其单位为J/s, C_w为淡水的定压比热, 此处取4 180 J/(kg·℃), ρ₀为河水密度, 此处取1 000 kg/m³, T为入海口处长江水的温度, 由于缺少相应的观测数据, 此处用河流入海口处的SST代替, 为河流径流, 单位为m³/s。

图 9为计算得出的春季由长江径流而产生的平流热输送时间序列, 可以看出其整体亦表现出长期增加的趋势, 长江平流热输送的增强会使长江口附近海域温度升高。另外一方面, Wu等^[29]的研究指出, 长江冲淡水能够在潮致Stokes漂流的作用下向北伸展至苏北浅滩南部(~33.5°N), 因此, 长江径流对该区域春期长期升温的影响主要是局限于33.5°N以南的海域。

4 讨论

经向热输送的增加是苏北浅滩特别是长江口海域春季SST长期升温趋势的主要原因之一, 而经向热输送又与经向风速的大小密切相关, 本节将在前文的基础上, 从大气环流及PDO, AO指数等海气因子的角度, 探究经向热输送变化的原因。

4.1 经向热输送的影响因素分析

利用NCEP及欧洲中心ERA-interm的风速资料, 做出春季的风速矢量分布图(图 10), 可以看出春季渤海及黄海西岸基本盛行偏南风, 而黄海东岸盛行偏北风, 整体呈现出一个反气旋式环流, 其中苏北浅滩海域盛行东南风, 风速约为1 m/s, 由于苏北浅滩水深很浅, 偏南风会使水体向北流动, 进而将南部的暖水带到苏北浅滩, 使其SST升高。

同时, 做出1982—2016年风速的长期变化趋势, 然后乘以年数34, 得到其在此34年见风速异常的变化总量(如图 11), 由图中可以看出1982—2016年, 黄海大部分海域整体表现为偏南风异常, 其中, 大值区分布在长江口及苏北浅滩海域, 最大变率超过了1 m/s, 南风增强使北向的平流热输送增强, 从而使苏北浅滩及长江口海域春季SST呈现出长期升温的趋势。另一方面, 经向风速的增强也使得该海域向上的感热及潜热增加, 亦使该海区向下的净热通量减小, 得热减小, 这也是该海域净热通量呈现长期减小趋势的一个原因。

综上所述, 苏北浅滩及长江口附近海域春季SST的升温趋势主要与春季经向风速长期的增强趋势有关:南风异常的出现使南向的冷平流减弱, 北向的热平流增强, 从而使该海域SST温度升高, 在此过程中, 风速的增强与海气温差的增大使向下的净热通量减小, 故净热通量抑制了SST的升温过程, 而前冬海温主要是对春季SST的年代际振荡产生重要影响。

4.2 大尺度海气指数的影响

黄渤海的经向风速受到大尺度海气指数的调控, 其中, 影响欧亚大陆最重要的海气指数之一是PDO。对春季黄渤海经向风速与PDO指数做滞后相关, 发现PDO指数超前春季经向风速5个月(即11月份PDO指数与来年春季SST)达到了最大负相关(如图 12), 最大负相关系数小于–0.4, 且通过置信度为95%的显著性检验, 说明当PDO负相位时, 对应黄海西岸经向风速增强; 对1981—2016年11月份PDO指数作时间序列发现(图 13), 在1981—2016年, 11月PDO指数存在长期降低的变化趋势, 说明PDO指数的降低导致了春季经向风速的增强, 从而增强了北向的平流热输送, 使苏北浅滩及长江口海域SST温度升高。

同时, 将1981—2016年春季经向风速与AO指数作滞后相关后发现(图 14), AO指数超前春季经向风速5个月(即11月份PDO指数与来年春季SST)达到最大正相关, 最大相关系数超过了0.4, 且通过置信度为95%的显著性检验, 说明当AO正相位时, 对应黄海西岸经向风速的增强; 做出1981—2016年AO指数的时间序列(如图 15), 发现期间AO指数表现出线性增加的趋势, 说明促使苏北浅滩及长江口海域春季SST年际升温的另一重要因素是AO指数, AO指数的增加导致了春季经向风速的增强, 从而增强了北向的平流热输送, 使该区域SST温度升高。

5 总结

在1982—2016年, 苏北浅滩及长江口海域春季SST主要呈现出从南至北、从近岸至离岸升温趋势逐渐减小的特征, 其中长江口附近海域升温速率最大。进一步研究发现, 苏北浅滩及长江口附近海域春季SST的长期升温趋势主要与该海域春季南风的增强有关:南风增强使南向的冷平流减弱, 北向的热平流增强, 从而使该海域SST升温; 同时, 由长江径流所产生的平流热输送亦呈现出长期增加的趋势, 其可通过潮致Stokes漂流影响至33.5°N以南海域, 故长江径流对该海域春季SST长期变化趋势的影响主要局限在长江口附近海域及苏北浅滩南部部分海域。

进一步的研究发现, 春季经向风速的年际及年代际变率又与PDO、AO指数有关, 其中, PDO指数与经向风速呈现为负相关, AO指数与经向风速呈现正相关, AO指数的增加及PDO指数的降低趋势使得春季南风增强。

对苏北浅滩及长江口附近海域的净热通量进行分析后发现, 在1984—2010年, 净热通量表现为逐渐降低的趋势, 即海洋得热趋于减少, 失热趋于增加, 故其对该海域的长期升温趋势起到了抑制作用; 进一步的分析后认为, 经向风速的增加主要是通过两种方式影响该区域净热通量的长期变化趋势, 一是风速的增强使得向上的潜热通量增加, 造成向下的净热通量减少, 海洋得热减少; 二是经向风速的增加使北向的平流热输送增强, 造成该海域SST升高, 海气温差增大, 从而造成向上的潜热通量增加, 向下的净热通量减小, 海洋得热减少。此外, 对该海域前冬海温进行分析后发现, 其主要是对春季SST的年代际振荡产生重要影响, 主要体现为1982— 1999年的升温及2000—2016年的降温过程, 然而, 其对来年春季的长期升温过程并未产生明显的影响。

本文选取1982年至2016年作为研究苏北浅滩及长江口海域SST长期变化趋势的时间窗口, 在该时间段内该海域呈现出明显的升温趋势, 由于研究时段较短, 故并不代表其在更长的时间窗口内亦呈现出如此明显的升温特征, 其有可能只是某一年代际振荡的某一组成部分, 而更长时间尺度的升温趋势特征还需要结合更长时间序列的SST数据进行分析。

由于缺少苏北浅滩及长江口附近海域海流长时间序列的记录数据, 本文只能基于风应力计算出对应的海流, 进而计算出该海域的平流热输送, 由于在此计算过程中应用了很多经验公式, 因此其对于平流热输送的估算必定存在较大误差, 关于该区域海流具体的长期变化特征, 还需要在以后的工作中加强该海域海流的长期观测, 进而对本文的结论加以分析验证。