劉喜惠，林霄沛，王麗雙，周舒嵐

（中國海洋大學(xué)海洋環(huán)境學(xué)院，山東青島266100）

北太平洋風(fēng)場變化對東亞陸架海SST的影響＊

劉喜惠，林霄沛＊＊，王麗雙，周舒嵐

（中國海洋大學(xué)海洋環(huán)境學(xué)院，山東青島266100）

太平洋內(nèi)部的氣候變化與東亞陸架海海洋環(huán)境變化密切相關(guān)。本文利用OAflux資料、NCEP再分析資料，分析北太平洋內(nèi)部風(fēng)場的時(shí)空變化特征，將其距平場序列與東亞陸架海SSTA序列進(jìn)行相關(guān)性分析，找出對東亞陸架海SST影響顯著的風(fēng)場關(guān)鍵區(qū)。結(jié)果表明：東亞陸架海SST距平序列與PDO指數(shù)同期相關(guān)系數(shù)接近于0，說明北太平洋內(nèi)部異常信號只能通過斜壓Rossby波調(diào)整影響東亞陸架海SST，不存在正壓調(diào)整過程；北太平洋風(fēng)場“關(guān)鍵區(qū)A、B”對東亞陸架海SST的變化影響最顯著，且1958—2010年，2個(gè)風(fēng)場“關(guān)鍵區(qū)”風(fēng)速異常增強(qiáng)，分別被風(fēng)應(yīng)力旋度偶極子、異常負(fù)風(fēng)應(yīng)力旋度場控制，異常信號從中東太平洋傳遞到東亞陸架海，導(dǎo)致該海區(qū)SST明顯升高，尤其是黑潮海域；“關(guān)鍵區(qū)A、B”風(fēng)場異常信號分別超前東亞陸架海SST變化4a（7a）、4a時(shí)呈顯著正相關(guān)，該時(shí)間基本與斜壓Rossby波從大洋中東部傳遞到西部或副熱帶環(huán)流對風(fēng)場變化通過斜壓Rossby波進(jìn)行調(diào)整所需的時(shí)間一致。

北太平洋；東亞陸架海；SST；風(fēng)應(yīng)力；Rossby波

物理海洋學(xué)研究在最近的十年當(dāng)中已經(jīng)發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變，研究的焦點(diǎn)越來越多地集中到海洋在全球氣候系統(tǒng)中的作用上。以往海洋對氣候變化響應(yīng)的研究主要集中在大洋區(qū)，而人類活動(dòng)影響海洋的研究主要集中在沿岸海區(qū)。事實(shí)上陸架邊緣海與大洋的相互作用是連接深海與近岸海域的關(guān)鍵過程，它將人文活動(dòng)的影響向大洋傳遞，大洋變化的信號也由此影響近海系統(tǒng)。因此突破傳統(tǒng)的研究視角，著力搞清楚大洋與陸架邊緣海相互作用過程及解釋邊緣海所發(fā)生的種種復(fù)雜海洋現(xiàn)象已經(jīng)引起海洋學(xué)界的高度關(guān)注。

近年來一些研究發(fā)現(xiàn)，東亞陸架海內(nèi)的許多海洋物理環(huán)境變化，比如溫度、鹽度、海面高度、熱含量和海氣熱通量等與太平洋的氣候變化密切相關(guān)，并存在一定時(shí)間的滯后，徐啟春等［1］發(fā)現(xiàn)北太平洋風(fēng)應(yīng)力第一模態(tài)時(shí)間系數(shù)與滯后0～2a的黑潮大彎曲表征量之間具有顯著的關(guān)系，即當(dāng)北太平洋東北部的反氣旋環(huán)流和北赤道信風(fēng)槽型輻聚帶增強(qiáng)時(shí)，在風(fēng)應(yīng)力的驅(qū)動(dòng)下，有利于加利福尼亞海流和北赤道洋流增強(qiáng)，從而使得赤道附近海水質(zhì)量向西輸送，并通過西邊界強(qiáng)化作用，使東海黑潮流量及流速加大。當(dāng)東海黑潮流量達(dá)到峰值時(shí)，黑潮在日本以南易發(fā)生大彎曲。Miller等［2］和Deser等［3］表明20世紀(jì)80年代黑潮延伸體的增強(qiáng)比海盆尺度表面風(fēng)強(qiáng)迫的增強(qiáng)要滯后4～5a，這4～5a的滯后對應(yīng)于海洋第一斜壓模態(tài)的Rossby波從北太平洋東部被激發(fā)出之后傳播到日本以南所需的時(shí)間；BO Qiu［4］依據(jù)對TOPEX／Poseidon SSH（Sea Surface Height）資料的分析發(fā)現(xiàn)：1993—1996年黑潮延伸體海域SSH有逐漸降低的趨勢，1997年以后這一趨勢逆轉(zhuǎn)；用線性渦度動(dòng)力學(xué)所做的模擬，證明對黑潮延伸體這一緯向流的低頻調(diào)制是由東太平洋風(fēng)應(yīng)力旋度異常導(dǎo)致的，他指出風(fēng)應(yīng)力旋度異常在東北太平洋產(chǎn)生SSH異常，SSH異常信號以斜壓Rossby波的形式向西傳播，在黑潮延伸體南北兩側(cè)斜壓Rossby波的傳播速度不同，4～5a后導(dǎo)致黑潮延伸體兩側(cè)出現(xiàn)相反的SSH異常；黑潮延伸體在1993—1996年（1997—2001年）的減弱（增強(qiáng)）是由黑潮延伸體南側(cè)的西傳負(fù)（正）異常SSH和黑潮延伸體北側(cè)的西傳正（負(fù)）異常SSH引起的；Takughi等［5］發(fā)現(xiàn)黑潮及延伸體的變化大約滯后太平洋中部風(fēng)應(yīng)力變化4a左右；劉娜等［6］發(fā)現(xiàn)東中國海潛熱通量發(fā)生躍遷的時(shí)間比阿留申低壓區(qū)風(fēng)場躍遷的時(shí)間延遲了4a左右，風(fēng)場超前4a時(shí)二者的相關(guān)系數(shù)最大，該時(shí)間可能是與副熱帶環(huán)流對風(fēng)場變化通過斜壓Rossby波進(jìn)行調(diào)整所需的時(shí)間一致。

相反，也有研究表明，東亞陸架海海面高度等物理要素與北太平洋年代際振蕩PDO（Pacific Decadal Oscillation）是同期相關(guān)，如Gordon and Giulivi’s［7］認(rèn)為與黑潮地轉(zhuǎn)輸運(yùn)有關(guān)的JPE（Japan／East Sea）SSH在PDO冷位相時(shí)減弱，暖位相時(shí)增強(qiáng)（Kawabe等［8］表明JPE SSH變化與黑潮地轉(zhuǎn)輸運(yùn)變化反位相）；Han and Huang［9］認(rèn)為渤海、黃海和東海的海面高度、溫度、鹽度變化與PDO呈負(fù)相關(guān)，這說明此時(shí)正壓Rossby波比斜壓Rossby波更為重要。Magdalena Andres等［10］結(jié)合前人成果與不足，發(fā)現(xiàn)東海黑潮對北太平洋海盆尺度的風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)迫有正壓和斜壓2種調(diào)整方式，正壓調(diào)整能解釋東海黑潮△SSH 40%的變化。這些結(jié)果都暗示北太平洋內(nèi)部氣候變化信號的確可能通過海洋的內(nèi)部過程影響到東亞陸架海，而正壓變化的特征是垂向流速均一，SSH的變化不會(huì)伴隨溫躍層深度的變化，溫躍層深度不改變，SST（Sea surface temperature）是否有相應(yīng)的變化，目前還沒有人證實(shí)，另外由于長時(shí)間觀測資料的缺乏，現(xiàn)在還無法完全確定通過海洋過程傳播的太平洋內(nèi)部氣候變異信號到底對東亞陸架海SST能產(chǎn)生多大的影響。

另外，雖然自1960年代以來，我國和國外學(xué)者對黑潮延伸區(qū)和中國近海海面高度、溫度、鹽度、江河徑流與北太平洋年代際振蕩PDO之間的關(guān)系作了大量的工作［2－3，9］，并針對北太平洋風(fēng)應(yīng)力與黑潮大彎曲的關(guān)系進(jìn)行了不少研究［1，11］，但是很少學(xué)者探討并確定北太平洋內(nèi)部風(fēng)場的變化對東亞陸架海各物理要素影響顯著的關(guān)鍵區(qū)，僅有張啟龍等［12］認(rèn)為南海南部和黑潮流域上空的經(jīng)向風(fēng)異常對東海黑潮熱輸送變異存在著非常重要的影響，梅世龍等［13］研究了黑潮區(qū)域SSTA（sea surface temperature anomaly）與太平洋風(fēng)場的關(guān)系，表明從SSTA滯后風(fēng)場3月起，與其關(guān)系密切的經(jīng)向風(fēng)關(guān)鍵區(qū)位于赤道西太平洋，緯向風(fēng)關(guān)鍵區(qū)位于赤道中太平洋，兩者對SSTA的影響均可持續(xù)6月左右。

基于上述原因，本文利用NCEP再分析風(fēng)場數(shù)據(jù)，OAFlux海表溫度、和風(fēng)速數(shù)據(jù)，分析北太平洋內(nèi)部風(fēng)場的時(shí)空變化特征，將其與對東亞陸架海SSTA進(jìn)行相關(guān)性分析，找出對東亞陸架海SST影響顯著的風(fēng)場關(guān)鍵區(qū)，并分析了東亞陸架海SST的年際變化特征，及其與各“關(guān)鍵區(qū)”風(fēng)速變化、PDO指數(shù)的相關(guān)關(guān)系。

1 資料與方法

本文使用的資料是美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心NCEP10m高度風(fēng)場數(shù)據(jù)，時(shí)間從1958年1月～2010年7月共53a，時(shí)間間隔為1個(gè)月，空間分辨率是2（°）×2（°），空間范圍是20°N～60°N、120°E～110°W。OAF1ux距海表面高度為10m的平均風(fēng)速和海表溫度數(shù)據(jù)，時(shí)間從1958年1月～2010年7月共53a，時(shí)間間隔為1個(gè)月，空間分辨率約為2（°）×2（°），空間范圍是20°N～60°N、115°E～110°W。

文中利用NCEP10m高度處風(fēng)場數(shù)據(jù)得到風(fēng)應(yīng)力，計(jì)算公式如下：

其中，ρa(bǔ)為空氣密度，取為1.2Kg／m－3，CD為風(fēng)拖曳系數(shù)，對于風(fēng)速小于25m／s的采用Large和Pond［14］的公式確定，即：

文中采用自然正交函數(shù)EOF（empirical orthogonal function）分解方法分析北太平洋風(fēng)場的時(shí)空變化特征，同時(shí)還用到連續(xù)功率譜分析、最小二乘線性擬合和相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析等方法。另外，為了研究北太平洋風(fēng)場、東亞陸架海SST等各物理要素的年際變化，對月平均資料進(jìn)行了13個(gè)月高斯低通濾波，或者經(jīng)濾波處理得到逐年數(shù)據(jù)。文中東亞陸架海研究范圍是23.5°N～41.5°N、117.5°E～143.5°E，并將北太平洋風(fēng)場對東亞陸架海SST影響顯著的2個(gè)“關(guān)鍵區(qū)”分別記為A、B，如圖1。

圖1 東亞陸架海、風(fēng)場“關(guān)鍵區(qū)A、B”研究范圍Fig.1 Map of East Asia marginal sea，wind key region A and B

2 北太平洋內(nèi)部風(fēng)場的變化

為了更清楚的揭示北太平洋內(nèi)部風(fēng)場的變化，利用1958年1月～2010年7月OAflux風(fēng)速月資料，經(jīng)13個(gè)月滑動(dòng)平均濾波處理，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)（EOF）分析，由于風(fēng)場變化復(fù)雜，其中前10個(gè)模態(tài)的累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)75.14%（見表1），其后各模態(tài)的方差貢獻(xiàn)較小，都屬于比較次要的模態(tài)。其中第一、二模態(tài)方差貢獻(xiàn)分別是22.42%和14.64%，這2個(gè)模態(tài)的特征向量及時(shí)間系數(shù)可大致反映北太平洋海域風(fēng)速的分布及變化的主要特征，在這里主要分析風(fēng)速第一模態(tài)的時(shí)空變化特征。

表1 EOF1～10模態(tài)方差貢獻(xiàn)率和累計(jì)方差貢獻(xiàn)率（%）Table 1 Variation rate（%）and accumulated variation rate of mode 1～10

圖2 OAflux 1958—2010年北太平洋風(fēng)速EOF第一模態(tài)空間分布（a），其標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間系數(shù)（b）及1958—2010年P(guān)DO指數(shù)距平時(shí)間序列（c）（經(jīng)13月滑動(dòng)平均）Fig.2 First EOF mode of the OAflux wind speed during 1958—2010over the North Pacific Ocean：the spatial（a），its standard weighting function（b）and times series of PDO index anomalies（c）during 1958－2010（all the data have been filtered with a 13month running mean）

PDO指數(shù)為正時(shí)，伴隨著很強(qiáng)的阿留申低壓和西風(fēng)異常［3，15－16］，尤其是1977—1988年；而在1968—1976年P(guān)DO指數(shù)為負(fù)，阿留申低壓減弱。圖2是北太平洋OAflux風(fēng)速第一模態(tài)的空間分布和標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間系數(shù)，因?yàn)镺Aflux數(shù)據(jù)沒有風(fēng)向資料，為確定1958—2010北太平洋矢量風(fēng)場的變化，利用NCEP矢量風(fēng)場數(shù)據(jù)（時(shí)間長度與OAflux一致），得到北太平洋10m高度處平均風(fēng)場、及其線性變化（見圖3a），平均風(fēng)應(yīng)力旋度場及其線性變化（見圖3b）。從圖2a中可以看出，北太平洋風(fēng)速第一模態(tài)空間分布上主要表現(xiàn)為大約以40°N為中心［4，15，17］，從東太平洋延伸至西太平洋的正距平，另外20°N～27°N、130°E～150°E和加利福尼亞附近海區(qū)也為正距平，北太平洋20°N～30°N、150°W～130°W為負(fù)距平，該模態(tài)的變化與阿留申低壓的強(qiáng)弱和位置有關(guān)［3，18－19］，其中Deser等［3］對北太平洋風(fēng)應(yīng)力旋度逐年數(shù)據(jù)做EOF分析，得出第一模態(tài)方差貢獻(xiàn)48%，并將其時(shí)間系數(shù)與阿留申低壓區(qū)冬季SLP做相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)是0.92。當(dāng)時(shí)間系數(shù)為正時(shí)，以40°N為中心的阿留申低壓區(qū)風(fēng)速增大（見圖2a），西風(fēng)異常增強(qiáng)（見圖3a，b），阿留申低壓區(qū)為一強(qiáng)大的氣旋性系統(tǒng)控制［17］，北太平洋中緯度為一異常增強(qiáng)反氣旋系統(tǒng)控制，根據(jù)Sverdrup［20］理論，可知北太平洋內(nèi)部為一增強(qiáng)的南向流動(dòng)，導(dǎo)致其SST降低，PDO指數(shù)為正。由圖2（a）、（b）可看出北太平洋風(fēng)速第一模態(tài)時(shí)間系數(shù)PC1與PDO指數(shù)吻合較好，且二者同期相關(guān)系數(shù)為0.616 5，超過95%置信水平。

為了進(jìn)一步分析北太平洋風(fēng)場的變化特征，對其第一模態(tài)時(shí)間系數(shù)做了連續(xù)功率譜分析，結(jié)果表明，北太平洋風(fēng)速具有25.7、5.1和3.2a的變化周期（≥5%信度，圖略）。齊慶華等［21］對源區(qū)黑潮熱輸送距平序列做FFT（fast fourier transform）分析，表明除年內(nèi)變化外，熱輸送異常序列還存在年際（2～7a）、年代際（10～20a）和更長時(shí)間尺度（主要為30a）的變化，翁學(xué)傳等［22］對東海黑潮冬季熱輸送做最大熵譜分析，顯示其具有23.4，3.5和2.6a這3個(gè)顯著（≥5%信度）周期，與北太平洋風(fēng)速第一模態(tài)時(shí)間系數(shù)的變化周期基本一致。

3 北太平洋風(fēng)場異常與東亞陸架海SSTA相關(guān)顯著區(qū)域的確定

3.1 相關(guān)顯著區(qū)域的確定

Magdalena Andres等［10］發(fā)現(xiàn)黑潮海區(qū)SSHA與PDO指數(shù)同期相關(guān)系數(shù)為0.63（通過99%信度檢驗(yàn)），前者滯后后者7a時(shí)，相關(guān)系數(shù)為－0.43（通過90%信度檢驗(yàn)），2種結(jié)果分別可以由Rossby波正壓調(diào)整和斜壓調(diào)整給予解釋。正壓模態(tài)Rossby波，它的水平速度與深度無關(guān)，傳播得很快，一般在1個(gè)星期～1個(gè)月內(nèi)就能穿越大洋海盆；而斜壓Rossby波最主要的模態(tài)是第一階斜壓模，在北太平洋10°N～50°N的范圍內(nèi)，第一階斜壓Rossby波的變形半徑從80～20km，相速度變化的范圍為20～1cm／s，穿越北太平洋海盆需要2～20a不等的時(shí)間［23］。為探求東亞陸架海SSTA是否與北太平洋異常信號有顯著的同期相關(guān)關(guān)系，本文對東亞陸架海SST距平序列與PDO指數(shù)做相關(guān)性分析（見圖3a），二者同期相關(guān)系數(shù)接近于0，表明東亞陸架海SSTA與PDO指數(shù)之間不存在同期相關(guān)性，說明北太平洋內(nèi)部異常信號只能通過Rossby波斜壓調(diào)整影響東亞陸架海。

圖3 東亞陸架海年平均SST距平與PDO指數(shù)（a）、“關(guān)鍵區(qū)A”（b）風(fēng)速距平和“關(guān)鍵區(qū)B”（c）風(fēng)速距平相關(guān)系數(shù)Fig.3 Correlation of yearly－mean SST anomaly in East Asia marginal sea with PDO index（a），key region A wind speed anomaly（b）and key region B wind speed anomaly（c）

為尋求北太平洋風(fēng)場異常信號對東亞陸架海SSTA影響顯著的“關(guān)鍵區(qū)”，計(jì)算東亞陸架海逐年SST距平序列與北太平洋風(fēng)速距平場序列的滯后相關(guān)系數(shù)（見圖4（陰影區(qū)域信度超過99%））?？梢钥闯觯碧窖髢?nèi)部風(fēng)場異常信號對東亞陸架海SST變化影響顯著的海區(qū)主要是2個(gè)，1個(gè)是在阿留申低壓區(qū)附近，具體時(shí)間演變關(guān)系表現(xiàn)為，當(dāng)東亞陸架海逐年SST變化滯后北太平洋風(fēng)場異常信號8a時(shí)，基本沒有相關(guān)性顯著的海區(qū)，滯后年數(shù)為7a時(shí)，正高值區(qū)在以170°W為中心的阿留申低壓區(qū)，滯后年數(shù)為6a時(shí)，正高值區(qū)西移至以160°E為中心的海區(qū)，滯后5a時(shí)，正高值區(qū)有繼續(xù)西移趨勢，而當(dāng)滯后年數(shù)為4a時(shí)，阿留申低壓區(qū)的正高值區(qū)變強(qiáng)，西移范圍也變大，滯后3a時(shí)該正相關(guān)區(qū)進(jìn)一步向西移動(dòng)，且范圍增大增強(qiáng)，滯后2a、1a時(shí)該正高值區(qū)逐漸減小。由以上東亞陸架海SSTA與北太平洋風(fēng)速距平相關(guān)系數(shù)場的演變可以發(fā)現(xiàn)，正相關(guān)區(qū)域首先在阿留申低壓區(qū)產(chǎn)生，逐漸向西移動(dòng)，并有加強(qiáng)趨勢，由相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)阿留申低壓區(qū)風(fēng)場異常信號超前東亞陸架海SST變化4a或7a時(shí)，相關(guān)性都很顯著，下面將從物理角度給予解釋并進(jìn)一步確定該海區(qū)風(fēng)場異常信號超前東亞陸架海SST變化的時(shí)間。另外1個(gè)對東亞陸架海SST變化影響顯著的海區(qū)是在加利福尼亞附近，具體演變關(guān)系是，當(dāng)滯后年數(shù)是4a時(shí)，該海區(qū)正相關(guān)性最強(qiáng)，滯后年數(shù)為3a時(shí)，此正高值區(qū)消失，滯后年數(shù)為2a、1a時(shí)，該相關(guān)區(qū)又出現(xiàn)，不過相關(guān)性減弱?？傊?，從圖4中可以看出東亞陸架海SSTA與阿留申低壓區(qū)、加利福尼亞風(fēng)速異常信號相關(guān)性最顯著，故將阿留申低壓區(qū)（約40°N～50°N）、加利福尼亞海區(qū)分別記為風(fēng)場”關(guān)鍵區(qū)A、B”（見圖1）。

圖4 東亞陸架海年平均SST距平滯后北太平洋風(fēng)速距平1～8a相關(guān)系數(shù)分布Fig.4 Correlations distribution of yearly－mean SST anomaly in East Asia marginal sea with wind speed anomaly in North Pacific at each location with 1～8year lag

3.2 分析討論

圖5a是NCEP北太平洋10m高度處平均風(fēng)場和平均風(fēng)應(yīng)力旋度場，可看出北太平洋風(fēng)場呈現(xiàn)中緯度盛行東北信風(fēng)，較高緯度盛行西、西南風(fēng)，風(fēng)應(yīng)力旋度0等值線呈東北－西南走向，跨越整個(gè)北太平洋（Deser等［3］），在夏威夷群島附近風(fēng)應(yīng)力旋度為正值。圖3b是1958—2010年北太平洋風(fēng)場和其應(yīng)力旋度場線性變化，發(fā)現(xiàn)風(fēng)應(yīng)力旋度0等值線向北向南移動(dòng)，向北移動(dòng)遠(yuǎn)至50°N，向南移動(dòng)遠(yuǎn)至20°N。北太平洋被一強(qiáng)風(fēng)應(yīng)力旋度偶極子控制，阿留申低壓區(qū)北部（約45°N～60°N）被異常正風(fēng)應(yīng)力旋度控制，而北太平洋中部海區(qū)（25°N～45°N，150°E～150°W和22°N～50°N、130°E～160°E）、加利福尼亞海區(qū)都被異常負(fù)風(fēng)應(yīng)力旋度控制，Deser等［3］指出緯向延伸的風(fēng)應(yīng)力旋度偶極子對Sverdrup輸運(yùn)有重要的作用，并發(fā)現(xiàn)這種偶極子分布導(dǎo)致北太平洋地轉(zhuǎn)輸運(yùn)（Sverdrup輸運(yùn)減去Ekman輸運(yùn)），在被異常增強(qiáng)的負(fù)風(fēng)應(yīng)力旋度控制的北太平洋中緯度海區(qū)增加。所以根據(jù)此研究成果，表明阿留申低壓區(qū)南北風(fēng)應(yīng)力旋度偶極子分布、北太平洋中部海區(qū)、加利福尼亞海區(qū)負(fù)風(fēng)應(yīng)力旋度異常都將導(dǎo)致北太平洋中緯度海區(qū)地轉(zhuǎn)輸運(yùn)增加，源區(qū)黑潮（菲律賓的呂宋島以東至中國臺(tái)灣島以東之間海域）海水體積輸運(yùn)增加，在年際尺度上，相對于水溫來說黑潮體積輸運(yùn)對平流熱輸送的貢獻(xiàn)是第一位的［22］，則源區(qū)黑潮熱輸送增加，又在年際尺度上，源區(qū)黑潮熱輸送異常與黑潮源區(qū)的SST異常變化呈顯著的正相關(guān)關(guān)系［12］，進(jìn)而黑潮源區(qū)SST會(huì)增加，黑潮流經(jīng)東海，且其分支（臺(tái)灣暖流、黃海暖流及其余脈）進(jìn)入中國陸架海域，將大量的熱能從低緯度輸送至東亞陸架海，進(jìn)而導(dǎo)致該海區(qū)SST升高（見圖6），圖6b是東亞陸架海SSTA距平序列，對其進(jìn)行最小二乘線性擬合，擬合方程是y＝0.011 53x－0.311 53，可見從1958—2010年該海區(qū)SST平均每年升高0.011 53℃，圖5a是東亞陸架海SST的線性變化，可見從1958—2010年黑潮流域SST升高趨勢最顯著，約升高0.9～2.1℃，臺(tái)灣以東和琉球群島主軸升溫高達(dá)2.1℃，而渤海、黃海SST增幅較小，黃海北部甚至出現(xiàn)SST降低，總體上東亞陸架海SST從1958—2010年呈增溫趨勢。

圖5 （a）1958—2010年北太平洋平均風(fēng)場（單位：m·s－1）和風(fēng)應(yīng)力旋度平均場（單位：10－8 N·m－3）（b）1958—2010年北太平洋風(fēng)場（單位：m·s－1）和應(yīng)力旋度（單位：10－8 N·m－3）線性變化Fig.5 （a）Mean wind（unit：m·s－1）and its stress curl（unit：10－8 N·m－3）over North Pacific during 1958—2010；（b）Linear anomaly of wind（unit：m·s－1）and its stress curl（unit：10－8 N·m－3）over North Pacific during 1958—2010

4 東亞陸架海SSTA與“關(guān)鍵區(qū)A、B”風(fēng)場變化的滯后相關(guān)性

前人很多研究成果已經(jīng)發(fā)現(xiàn)東亞陸架海諸多物理要素與北太平洋內(nèi)部異常信號存在顯著的滯后相關(guān)關(guān)系，如劉娜等［5］發(fā)現(xiàn)東中國海潛熱通量發(fā)生躍遷的時(shí)間比阿留申低壓區(qū)風(fēng)場躍遷的時(shí)間延遲了4a左右，風(fēng)場超前4a時(shí)二者的相關(guān)系數(shù)最大，該時(shí)間可能是與副熱帶環(huán)流對風(fēng)場變化通過斜壓Rossby波進(jìn)行調(diào)整所需的時(shí)間一致。為確定“關(guān)鍵區(qū)A、B”風(fēng)場異常信號超前東亞陸架海SST變化的時(shí)間，分別計(jì)算東亞陸架海SST距平序列與“關(guān)鍵區(qū)A、B”風(fēng)速距平時(shí)間序列的相關(guān)系數(shù)（見圖3b、c）?？梢钥闯觥瓣P(guān)鍵區(qū)A”風(fēng)速異常信號超前東亞陸架海SST變化4a時(shí)，相關(guān)性最好，相關(guān)系數(shù)是0.491 3（圖6中虛線是99.9%置信限），由此時(shí)間長度求得第一模態(tài)斜壓Rossby波緯向傳播速度為0.026m／s，比Bo Qiu［4］結(jié)果稍大，此時(shí)應(yīng)是第一斜壓Rossby波沿緯向傳播將“關(guān)鍵區(qū)A”風(fēng)場異常信號傳遞到東亞陸架海［2－4］；同樣，“關(guān)鍵區(qū)B”風(fēng)速異常信號超前東亞陸架海SST變化4a時(shí)，相關(guān)性最顯著，相關(guān)系數(shù)是0.517 2，由此時(shí)間長度求得第一斜壓Rossby波緯向傳播速度為0.064m／s，與Bo Qiu［4］計(jì)算結(jié)果基本一致。另外，圖6b顯示當(dāng)滯后年數(shù)為7a時(shí)，“關(guān)鍵區(qū)A”風(fēng)場變化與東亞陸架海SSTA同樣存在顯著的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)是0.458 8，相對于滯后年數(shù)為4a來說，是次要的，但是仍是比較顯著的信號，與Magdalena Andres等［10］黑潮海區(qū)SSH變化滯后PDO 7a的時(shí)間一致，此時(shí)應(yīng)該是當(dāng)“關(guān)鍵區(qū)A”風(fēng)速異常時(shí)，異常風(fēng)應(yīng)力驅(qū)動(dòng)的加利福尼亞海流和北赤道洋流，將異常信號傳遞到東亞陸架海，即副熱帶環(huán)流對風(fēng)場變化通過斜壓Rossby波進(jìn)行調(diào)整。另外，如果將“關(guān)鍵區(qū)A”與“關(guān)鍵區(qū)B”風(fēng)速距平相加，再將其與東亞陸架海SSTA序列做相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)滯后年數(shù)為4a時(shí)相關(guān)系數(shù)為0.585 4，滯后年數(shù)為7a時(shí)相關(guān)系數(shù)為0.487 9，比分開考慮2個(gè)“關(guān)鍵區(qū)”時(shí)的相關(guān)系數(shù)值大，說明對東亞陸架海SST變化的影響是“關(guān)鍵區(qū)A、B”的綜合作用。

圖6 1958—2010年東亞陸架海SST線性變化（a）和其SST距平時(shí)間序列（b）（單位：℃）Fig.6 Linear SST anomaly（a）and the times series of SST anomaly（b）in East Asia marginal sea during 1958—2010（units：℃）

為對“關(guān)鍵區(qū)A、B”風(fēng)速異常信號超前東亞陸架海SSTA的顯著相關(guān)性，進(jìn)一步做出解釋，計(jì)算“關(guān)鍵區(qū)A、B”風(fēng)速距平時(shí)間序列分別超前東亞陸架海年平均SST距平序列場序列4a時(shí)的相關(guān)系數(shù)（見圖7）。圖7a、b 2個(gè)相關(guān)系數(shù)場中黑潮海區(qū)都呈現(xiàn)顯著的相關(guān)性，沿岸海區(qū)和靠近大洋海區(qū)相關(guān)系數(shù)也是正值，表明“關(guān)鍵區(qū)A、B”風(fēng)速異常信號通過第一斜壓Rossby波進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)過4a時(shí)間，異常增強(qiáng)（減弱）信號將導(dǎo)致東亞陸架海SST升高（降低）。

圖7 “關(guān)鍵區(qū)A”（a）、“關(guān)鍵區(qū)B”（b）年平均風(fēng)速變化分別超前東亞陸架海年平均SST距平4a時(shí)相關(guān)系數(shù)分布Fig.7 Correlations distribution of variations of the yearly mean wind speed in Key region A（a）and B（b）with yearly－mean SST anomaly in East Asia marginal sea with a four year lead separately

5 結(jié)語

本文利用NCEP再分析風(fēng)場數(shù)據(jù)，OAFlux海表溫度、和風(fēng)速數(shù)據(jù)，分析北太平洋內(nèi)部風(fēng)場的時(shí)空變化特征，并將其與對東亞陸架海SSTA進(jìn)行相關(guān)性分析，找出對東亞陸架海SST影響顯著的風(fēng)場關(guān)鍵區(qū)，并分析了東亞陸架海SST的年際變化特征，及其與各“關(guān)鍵區(qū)”風(fēng)速變化、PDO指數(shù)的相關(guān)關(guān)系，結(jié)論如下：

北太平洋風(fēng)速第一模態(tài)時(shí)間系數(shù)PC1與PDO指數(shù)吻合較好，且二者同期相關(guān)系數(shù)為0.616 5，超過95%置信水平；對PC1做功率譜分析，結(jié)果表明北太平洋風(fēng)速具有25.7a、5.1a和3.2a的變化周期。前人研究表明［7，9－10］，黑潮區(qū)流量、SSH與PDO同期相關(guān)顯著，此時(shí)黑潮海區(qū)對北太平洋海盆尺度的風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)迫的響應(yīng)是正壓調(diào)整過程，而正壓變化的特征是垂向流速均一，SSH的變化不會(huì)伴隨溫躍層深度的變化，本論文指出東亞陸架海SSTA與PDO之間不存在同期相關(guān)性，即在正壓調(diào)整過程中溫躍層深度不改變的情況下，SST也不會(huì)有變化，說明北太平洋內(nèi)部異常信號只能通過Rossby波斜壓調(diào)整影響東亞陸架海SST，而不存在正壓調(diào)整過程。阿留申低壓區(qū)、加利福尼亞附近的北太平洋風(fēng)場“關(guān)鍵區(qū)A、B”對東亞陸架海SST的變化影響最顯著，且1958—2010年2個(gè)風(fēng)場“關(guān)鍵區(qū)”風(fēng)速異常增強(qiáng)，分別被風(fēng)應(yīng)力旋度偶極子、異常負(fù)風(fēng)應(yīng)力旋度場控制，異常信號從中東太平洋傳遞到東亞陸架海，導(dǎo)致該海區(qū)SST明顯升高，尤其是黑潮海域?！瓣P(guān)鍵區(qū)A、B”風(fēng)場異常信號分別超前東亞陸架海SST變化4a時(shí)呈顯著正相關(guān)，該時(shí)間基本與斜壓Rossby波從大洋中東部傳遞到西部所需時(shí)間一致，另外，“關(guān)鍵區(qū)A”風(fēng)場變化超前SST變化7a時(shí)也為顯著正相關(guān)，該時(shí)間與副熱帶環(huán)流對風(fēng)場變化通過斜壓Rossby波進(jìn)行調(diào)整所需的時(shí)間基本相同。

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Pacific Wind Change and Its Influence on SST in East Asia Marginal Sea

LIU Xi－Hui，LIN Xiao－Pei，WANG Li－Shuang，ZHOU Shu－Lan
（College of Physical and Environmental Oceanography，Ocean University of China，Qingdao 266100，China）

Pacific internal climate change is closely related to changes of the marine environment in East Asia marginal sea.OAflux and NCEpreanalysis data were used to study the wind spatial and temporal variation within the North Pacific.Correlation analyses between the wind speed anomalies in North Pacific and the times series of SST anomaly in East Asia marginal sea were made to find out the wind key region influencing on East Asia marginal sea signally.The results showed that，correlation coefficient between the SSTA in East Asia marginal sea and the PDO index with a zero－lag is close to 0，which showed that abnormal signals within North Pacific affected SST in East Asia marginal sea only by baroclinic Rossby waves adjustments，not the barotropic change.The wind key region A and B over North Pacific influenced on East Asia marginal sea signally，and during 1958—2010，wind speed in the two key regions increased abnormally，meanwhile，they were controlled by the curl dipole，abnormal negative wind stress curl separately，so the abnormal signals propagated from the Middle and East Pacific to East Asia marginal sea，causing SST increased significantly，especially in the Kuroshio.Wind variations over the key region A，B leaded SST changes in East Asia marginal sea by 4a（7a），4aseparately，which were in consistent with the time needed of Rossby waves propagating from the middle，east ocean to the west or subtropical circulation adjustment by Rossby waves.

the North Pacific；East Asia marginal sea；SST；wind stress curl；rossby waves

P732.6

A

1672－5174（2012）1－2－023－09

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（40930844，40976004）；引智計(jì)劃項(xiàng)目（B07036）；國家重點(diǎn)基礎(chǔ)發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目計(jì)劃（2007CB411804）資助

2010－12－20；

2011－01－25

劉喜惠（1986－），女，碩士生。

＊＊通訊作者：E－mail：linxiaop＠ouc.edu.cn

責(zé)任編輯 龐 旻