何恩業(yè)，王丹，黃莉，劉桂梅

（國家海洋環(huán)境預報中心，北京 100081）

1 引言

赤潮是一種復雜的生態(tài)異常現象，發(fā)生的原因比較復雜，是生物、化學和物理等要素綜合作用的結果，其發(fā)生的機理至今尚無定論，因此在選擇赤潮預報因子方面尤為重要。

赤潮監(jiān)測比較隨機，無法形成完整鏈條，針對赤潮全過程的各種生物、化學要素的時間變化資料則更為缺乏，所以很難利用傳統(tǒng)的統(tǒng)計學方法提煉赤潮發(fā)生的規(guī)律。近年來，海洋環(huán)境質量公報顯示近岸海域海水污染嚴重，同時我國的沿海致潮藻類種數繁多，且分布廣泛，海上生物、化學條件已經基本具備。這種情況下，水文氣象條件往往是誘發(fā)赤潮的重要因素。因此轉而利用比較完整的氣象資料的變化來尋找預報赤潮的發(fā)生規(guī)律是一種切實可行的方法。王壽松等[1]通過對赤潮發(fā)生要素的結構分析認為促使上升流和垂直混合增強的大潮流和風速風向是關聯結構系統(tǒng)中最低層次的要素。齊雨藻等[2]認為風海流和潮流的聚集作用是赤潮發(fā)生的最終一環(huán)。謝健等[3]研究發(fā)現赤潮發(fā)生期間，氣溫達到較高的水平，且持續(xù)時間較長；氣壓出現低壓現象；此間的天氣形勢發(fā)展比較穩(wěn)定，同時風速較小，海面較穩(wěn)定；天氣比較潮濕悶熱，這些因素均是赤潮發(fā)生的氣象條件。周遵春等[4]認為赤潮前連續(xù)幾天陰天，突然轉晴并且持續(xù)高溫、強光照、風速小的天氣是影響夜光藻赤潮形成的主要氣象因素。黃長江等[5]認為一個穩(wěn)定發(fā)展的天氣是赤潮形成和維持的重要因素。綜合上述研究，一次穩(wěn)定的由氣旋入海經強度不大的冷空氣演變?yōu)楦邏嚎刂频奶鞖廪D折過程往往是赤潮從醞釀到爆發(fā)所需的天氣過程[6]。低壓系統(tǒng)造成海水涌升、Ekman風生流，由于科氏力的原因，北半球的表層海流在風的作用下，偏向風的右側。在低壓系統(tǒng)前部，中國東海沿岸盛行偏南風，造成海水表層輻散、底層輻合，導致海水涌升。上升流將營養(yǎng)鹽和藻種帶到海水表層，進而誘發(fā)赤潮。因此，根據低壓與近海上升流的關系，確立了通過氣旋的發(fā)生發(fā)展及其路徑和強度，預報赤潮。但是，我國對赤潮發(fā)生的研究主要以單過程為主，很少有赤潮氣候特征分析及年度科學預測，這對政府部門下一年的防災減災部署造成很多困難，因此加強赤潮年度趨勢預測研究也是今后的一個重要方向和內容。

2 材料和方法

2.1 數據來源

赤潮數據來源于與赤潮研究、監(jiān)測相關的著作、科學論文和其他文獻[7-12]。收集到1933—2012年間在中國海區(qū)發(fā)現的赤潮災害事件資料，數據信息包含赤潮發(fā)生的時間、地點、面積和優(yōu)勢藻種等相關信息。

利用國家氣候中心氣候系統(tǒng)診斷預測室收集和整理的1951—2012年（共62年）74項月環(huán)流特征量指數資料作為赤潮預報因子。

2.2 研究方法

利用SPSS13.0統(tǒng)計分析軟件處理分析數據，采用Pearson相關法分析西太平洋副熱帶高壓與赤潮的相關關系。西太副高指數與赤潮發(fā)生次數(或面積)的相關系數：

顯著性檢驗：總體相關系數用ρ表示，樣本相關系數用r表示。

（2）確定顯著性水平α=0.05

如果從相關系數ρ=0的總體中取得某r值的概率P>0.05，我們就接受假設，認為此r值的很可能是從此總體中取得的。因此判斷兩變量間無顯著關系；

如果取得r值的概率P≤0.05或P≤0.01，我們就在α=0.05或α=0.01水準上拒絕檢驗假設，認為該r值不是來自ρ=0的總體，而是來自ρ≠0的另一個總體，因此就判斷兩變量間有顯著關系。根據相關分析，將赤潮和西太副高的相關程度分為5個等級（見表1）。

表1 |r|的取值與相關程度

3 結果與分析

3.1 我國赤潮時空分布特征

圖1 1980—2012年中國近海赤潮發(fā)生趨勢

我國的赤潮最早記錄于1933年，發(fā)生在浙江鎮(zhèn)海至臺州-石浦一帶的夜光藻、骨條藻赤潮。20世紀70年代以前記錄赤潮5次；70年代10次；80年代迅速增加到121次；90年代202次；到21世紀，我國逐漸建立了比較完備的赤潮監(jiān)測預警體系，赤潮監(jiān)測資料隨之較為連續(xù)，2000年監(jiān)測到赤潮發(fā)生28次，面積累計超過10×103km2；2001年77次，累計面積達13×103km2；2003年高達119次，累計面積達14.7×103km2；2004年 96次，累計面積約 26.630×103km2。此后赤潮年均發(fā)生逾70次，年均累計面積逾14×103km2。赤潮災害的發(fā)生次數和面積均呈明顯的波動式增長趨勢（見圖1），其中兩大波峰期為80年代末至90年代初和90年代中期至現今。我國赤潮已由偶發(fā)性、短暫性，逐漸發(fā)展為近年來的頻發(fā)性和持續(xù)性。

由于我國海域南北跨3個氣候帶，自然地理差異大，我國近海赤潮呈現出鮮明的年內季節(jié)變化特征（見表2和表3）和空間分布特征。近海赤潮由南向北依次出現，南海赤潮各月發(fā)生頻次較為平均，東海赤潮頻發(fā)期集中在4—9月，渤、黃海海域赤潮頻發(fā)期集中在5—10月，全海域赤潮在5—6月達到鼎盛期，其間每月累計爆發(fā)面積超過5×103km2。赤潮多發(fā)區(qū)主要集中在入海河口和工農業(yè)較發(fā)達的沿海地區(qū)，大面積赤潮事件主要發(fā)生在渤、黃海和東海海域。其中，渤海的赤潮災害主要發(fā)生在遼東灣的中部、西部海域和渤海灣海域；黃海的赤潮災害主要發(fā)生在遼寧省大連市至東港市沿岸、煙臺市至威海市沿岸和膠州灣、海州灣海域；東海區(qū)的赤潮主要發(fā)生在長江口附近海域、浙江沿岸和福建中部至北部沿岸海域；南海的赤潮災害主要集中在珠江口附近海域[11-12]。

3.2 赤潮與副熱帶高壓周期性振蕩的關系

西太平洋副熱帶高壓是向我國大陸輸送水汽的重要系統(tǒng)，對我國天氣、氣候有重要影響[13]。我國降水的水汽來源，雖然主要依靠西南氣流從印度洋輸送來，而西太平洋副高的位置、強度和活動，不僅對西南氣流的水汽輸送有關，而且還影響著它南側的東南季風從太平洋向大陸輸送來的水汽。同時，西太平洋副高的北側是沿副高北上的暖濕空氣與中緯度南下的冷空氣相交綏的地帶，鋒面氣旋活動頻繁，往往形成大范圍的陰雨天氣，是我國大陸地區(qū)的重要降水帶。因而我國降水帶的南北移動同西太平洋副高的季節(jié)活動相一致，通常降雨帶位于副高脊線以北約5—8個緯度[13]。因此可以通過西太副高強度和位置變化預測我國近海鋒面氣旋的發(fā)生狀況，進而利用鋒面氣旋的多發(fā)區(qū)預測赤潮的高發(fā)區(qū)和發(fā)生頻次。

利用2001—2005年海洋災害公報所使用的赤潮官方資料，取每次赤潮發(fā)生區(qū)域的中心位置（°N；°E）表示本次赤潮發(fā)生的地點，經緯度采用四舍五入法取整數，然后統(tǒng)計2001—2005年間各月赤潮發(fā)生位置的平均緯度值作為各月赤潮多發(fā)區(qū)緯度，通過數據分析，中國近海赤潮多發(fā)區(qū)緯度變化與西太副高脊線位置、副高北緣584線具有很好的擬合性（見圖2和表4），赤潮多發(fā)區(qū)集中在西太副高北緣584線一帶海域，而西太副高北側正是地面鋒區(qū)最為活躍的地帶。6月之前，副高脊線穩(wěn)定在20°N以南，赤潮多發(fā)區(qū)也多集中在長江口以南的東海海域；6月份后副高北跳，赤潮多發(fā)區(qū)也向北移至渤、黃海海域；8—9月副高迅速南撤，赤潮多發(fā)區(qū)也隨之南退。赤潮多發(fā)區(qū)位置的變化與西太平洋副熱帶高壓年周期性振蕩的關系，溝通了利用水文氣象條件進行赤潮預報的途徑。

表2 2001—2012年中國近海赤潮月均發(fā)生次數（次/月）

表3 2001—2012年中國近海赤潮月均發(fā)生面積（km2/月）

3.3 西太平洋副熱帶高壓與我國赤潮相關性分析

由表2、表3知，渤、黃海在4—10月發(fā)生赤潮的概率較大，在其他月份發(fā)生赤潮概率很低，東海在4—9月發(fā)生赤潮的概率較大，在其他月份發(fā)生的概率大幅降低，因此本研究選擇這兩個時間段分別分析北海區(qū)和東海區(qū)赤潮與西太副高的相關性。利用SPSS13.0軟件進行統(tǒng)計學分析，結果顯示，渤、黃海赤潮發(fā)生次數與西太副高脊線、西太副高北界具有正相關關系，通過了顯著性水平0.05的檢驗（見表5）。東海赤潮發(fā)生次數與西太副高脊線、西太副高北界具有顯著相關性，均通過了顯著性水平0.01的檢驗。南海赤潮發(fā)生次數與西太副高無明顯相關性。

圖2 赤潮與西太平洋副熱帶高壓周期性振蕩關系

從2001—2012年的西太副高脊線、副高北界和赤潮月發(fā)生次數的曲線比較可知（見圖3），西太副高脊線和北界位置與赤潮發(fā)生次數曲線擬合非常好。赤潮多發(fā)生在西太副高北進過程中，當副高南退時，我國赤潮發(fā)生頻率迅速減少。在西太副高脊線處于18°—20°N、副高北界處于19°—25°N之間時，浙江和福建沿海鋒面氣旋活動頻繁、降水充沛的時節(jié)，此時也是東海赤潮重災期（見圖4）。赤潮這種季節(jié)性的爆發(fā)規(guī)律與我國氣候規(guī)律相吻合，即我國降水帶（或鋒面氣旋）的南北移動同西太副高的季節(jié)活動相一致。每年6月以前，副高脊線位于20°N以南，受其影響華南進入雨季；到6月中、下旬，副高脊線北跳，并穩(wěn)定在20°—25°N之間，雨帶隨之北移，長江中下游地區(qū)進入雨季，即梅雨；7月上、中旬，副高脊線再次北跳，擺動在25°—30°N，這時黃河下游地區(qū)進入雨季。長江中下游地區(qū)的梅雨結束，進入盛夏，由于處于高壓脊控制，出現伏旱；7月末至8月初，副高脊線跨越30°N，到達一年中最北位置，雨帶隨之北移，華北北部、東北地區(qū)進入雨季；8月底或9月初，高壓脊開始南退，雨帶隨之南移。10月以后，高壓脊退至20°N以南，大部分地區(qū)雨季結束。這就解釋了我國赤潮由南而北的爆發(fā)原因，5、6月份是東海赤潮的頻發(fā)期，7月東海赤潮迅速減少，渤、黃海海區(qū)成為赤潮的主要爆發(fā)區(qū)，這與氣旋活動區(qū)北移有密切關系。

表4 2001—2005年500 hPa各月西太平洋副熱帶高壓脊線平均位置（單位：°N）

表5 2001—2012年西太平洋副熱帶高壓與我國赤潮發(fā)生次數相關性

上述現象僅僅是西太平洋副高活動對我國天氣影響的一般規(guī)律。實際上，副高的南、北季節(jié)性移動經常出現異常（見圖5），造成我國一些地區(qū)干旱，另外一些地區(qū)水澇的反?，F象[13]，2001—2012年，副高脊線在2002—2003年、2009年偏南，在2001年、2004年和2011年比較偏北。與此相應，我國各大海區(qū)每年發(fā)生赤潮的頻率和規(guī)模也呈現出明顯的年際差異（見圖6）。東海赤潮在2003年達到波峰，在2001年、2004年和2011年處于波谷期；渤、黃海赤潮波峰期出現在2004年和2011年，波谷期出現在2002年。因此根據每年的副高活動特征，就能預測赤潮多發(fā)區(qū)和爆發(fā)期。這為有效預防赤潮帶來的危害具有重要的意義。

3.4 西太平洋副熱帶高壓年際變化對我國赤潮發(fā)生狀況的影響分析

2003年東海赤潮發(fā)現次數達歷史最高86次，在赤潮高發(fā)期的4、5和6月分別為12次、33次和27次占到了東海赤潮全年的84%，赤潮發(fā)現次數最少的年份是2011年為23次，5、6月分別為11次、2次。2003年西太副高脊線笫二次季節(jié)性北跳異常偏晚（見圖6），維持梅雨的副高脊線位置時間異常偏長，以及副高位置異常偏西是2003年副高活動的異常特征。2003年4—6月西太副高脊線較常年位置偏南，維持在14°—19°N度之間，副高北界維持在19°—24°N之間，4—5月長江流域及華南地區(qū)氣旋活躍、降水頻繁，同時長江中下游及其以南大部出現持續(xù)高溫天氣，這種天氣形勢容易引起赤潮頻發(fā)。2011年副高脊線笫2次季節(jié)性北跳偏早，維持梅雨的副高脊線位置時間偏短，以及副高位置異常偏北、偏東是2011年副高活動的異常特征。2011年5月之前西太副高脊線異常偏弱、偏東，氣旋活動及降水主要集中在華南沿海，致使長江中下游出現近60年來最重冬春連旱，5月副高北跳至北緯20°附近，但是維持時間不長，6月又迅速北跳，副高北界到達28°N附近，且副高位置異常偏東，對我國東南沿海氣旋生成以及降水造成不利影響，因此5、6月份東海赤潮爆發(fā)次數和規(guī)模均降到了近10年來最低水平。6—7月副高北界維持在28°—30°N之間，8月副高北界到達36°，副高偏北位置造成中高緯度氣旋活動階段性活躍、降水異常偏多利于北部海區(qū)赤潮頻發(fā)。

圖3 赤潮與西太平洋副熱帶高壓周期性振蕩關系

圖4 1933—2012年西太副高北界位于不同緯度時發(fā)生的赤潮次數

圖5 2001—2012西太副高脊線距平（以1971—2000年30年為平均值）和我國3大海區(qū)赤潮發(fā)生次數

圖6 2003和2011年東海赤潮發(fā)生次數距平與西太副高脊線、副高北界曲線

4 結論

（1）我國赤潮呈現出發(fā)生頻率大、爆發(fā)規(guī)模廣和危害加重的發(fā)展趨勢。赤潮災害呈明顯的波動式增長年際變化趨勢，并呈現出赤潮高發(fā)期由南向北依次出現的年內變化特征。赤潮重災區(qū)主要集中遼東灣的中部、西部海域和渤海灣海域，黃海北部、煙臺市至威海市沿岸和膠州灣、海州灣海域，長江口附近海域、浙江沿岸和福建中部至北部沿岸海域以及珠江口海域；

（2）赤赤潮與鋒面氣旋的關系確立了通過氣旋的發(fā)生發(fā)展及其路徑和強度來預報赤潮的方法。西太平洋副高的北側是沿副高北上的暖濕空氣與中緯度南下的冷空氣相交綏的地帶，鋒面氣旋活動頻繁，往往形成大范圍的陰雨天氣，是我國大陸地區(qū)的重要降水帶。本研究通過西太副高強度和位置變化來預測我國近海鋒面氣旋的發(fā)生狀況，進而利用鋒面氣旋的多發(fā)區(qū)預測赤潮的高發(fā)區(qū)和發(fā)生頻次；

（3）赤潮多發(fā)區(qū)位置的變化與西太平洋副熱帶高壓年周期性振蕩具有較好的相關性，東海赤潮發(fā)生次數與西太副高脊線、西太副高北界的相關性>渤、黃海>南海。赤潮多發(fā)生在西太副高北進過程中，而當副高南退時，我國赤潮發(fā)生頻率迅速減少。西太副高的南、北季節(jié)性移動經常出現年際異常，與此相應，我國各大海區(qū)每年發(fā)生赤潮的頻率和規(guī)模也呈現出明顯的年際差異。西太副高偏強、位置異常偏西、偏南年份東海赤潮發(fā)生次數會增多，爆發(fā)規(guī)模會擴大；副高偏弱、位置異常偏北、偏東的年份往往造成中高緯度氣旋活動階段性活躍、降水異常偏多則利于北部海區(qū)赤潮頻發(fā)。因此利用副高每年的變化規(guī)律，就能預測赤潮高發(fā)區(qū)位置以及爆發(fā)時段。

綜上所述，近年來，我國沿岸海域海水污染嚴重，致潮藻類種數繁多且分布廣泛，海上生物、化學條件已經基本具備，水文氣象條件往往是誘發(fā)赤潮的重要因素，利用比較完整的氣象資料的變化來探討一種我國近海赤潮長期預報技術對于研究我國近海赤潮的發(fā)生規(guī)律是一條切實可行的途徑，該技術將為有效防控赤潮災害提供重要的科學參考。

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