论文总字数：13153字

目 录

摘 要 1

1 引言 2

1.1 研究意义 2

1.2 研究进展 2

1.3 本论文主要工作介绍 4

2 资料简介与研究方法 5

2.1 中国东部沿海海区简介 5

2.2 数据资料介绍 6

2.2.1 OFES数据来源 6

2.2.2 OFES数据优缺点、用途 6

2.3研究方法 7

3中国东部沿海海表面温度变化特征及原因分析 7

3.1中国东部沿海的海表面温度 7

3.1.1中国东部沿海的海表面温度的平均温度场 7

3.1.2海表面温度变化的时间序列 8

3.2 中国东部沿海海表面温度与各个模态年际的相关性 8

3.3 东中国海区域的海表面温度与海面风场的关系 14

3.4 中国东部沿海的海表面温度的正交函数分解（EOF分析） 16

4 结论与展望 21

参考文献 22

致谢 24

全球变暖背景下中国东部沿海海表面温度的年代际变化

殷志翔

摘 要：为了研究全球变暖背景下中国东部沿海海表面温度的年代际变化，利用利用1957—2006共50年高分辨率的长时间序列海洋模式OFES(OGCM for the Earth Simulator)数据，其中包含1950年-2016年共66年的还表面温度资料（海表面温度、经纬度数据等），对中国东部沿海海表面温度进行分析。包括利用OFES数据模拟中国东部沿海海表面温度的平均温度场比较、和AVHRR数据（全称为Advanced Very High Resolution Radiometer，是NOAA系列气象卫星上搭载的传感器）绘制中国东部沿海的海表面温度变化的时间序列进行比较、绘制PDO（北太平洋年代际振荡）模态、NPGO（北太平洋环流振荡）模态、NINO（尼诺）模态的东部沿海海表面温度的点平均温度场，并将作出的三个时间序列分别与OFES比较相关性。正交函数分解（EOF分析）。

关键词：中国东部沿海；海表面温度；OFES数据；PDO模态、NPGO模态、NINO模态、正交函数分解（EOF分析）

1 引言

1.1 研究意义

中国东部沿海包括东中国海、黄海和渤海。在地理位置上往东北通过朝鲜海域与日本海相接，往西南通过台湾海峡与南中国海相接。中国东部沿海有着世界上最为宽广的大陆架并且有太平洋西边界流黑潮从台湾东部海域流入。因为有着特殊的地理位置、特有的大陆架结构以及复杂的环流，为了我国在该海域的资源开发与利用，有必要对中国东部沿海的海洋要素进行长期变化趋势的研究。全球气候变化始终是海洋界的热门话题，中国东部沿海对全球的气候变化在温盐结构、海平面变化上也会做出响应。海表面温度场是太阳辐射、海气相互作用、海洋内部动力和热力过程共同作用的结果，海表面温度场的变化对海气的物质和能量交换有重要影响。由于之前缺乏长期的观测资料，关于中国东部沿海海表面温度场长期变化趋势的研究还比较少。目前随着观测资料的丰富，已经具备了研究该海域海表面温度场长期变化的可能性。

1.2 研究进展

张松等（2009）利用美国NOAA极轨卫星中的高分辨率辐射计(AVHRR)反演的海表面温度资料，采用E0F方法分冬夏两季对东中国海 SST的年际变化做了初步分析，发现东海SST存在显著的年际变化周期，冬季存在5a的显著变化周期，夏季存在4a的显著变化周期。鲍献文等（2001）对1990～1999的NOAA系列卫星的AVHRR资料与同步的船测及浮标资料进行对比和误差订正，将SST进行平均后分析季节变化，发现东中国海SST分布以冬、夏季月变化小，而春、秋季月变化大。曾广恩等(2006)利用1998~2004的TRMM/TMI卫星遥感SST资料，采用EOF方法得到的方差累计贡献率分析发现SST季节变化最大是在东中国海近海，SST的季节变化与此海区大气中的季节内震荡是紧密相关的。于非等（2003）通过卫星SST资料的分析，发现东中国海41个月左右的变化周期, 并与ENSO有一定的关系。海表面温度变异最大的区域在东海北部由长江口至济州岛南部区域。王龙等（2014）利用1993年1月至2011年12月的卫星高度计数据，发现东中国海海季节性海平面变化主要受海面风和海水热膨胀驱动，而且在不同季节、不同区域，两种驱动机制的作用存在明显差异，主导地位也不断变化。ENSO可以通过东海年际间比容海平面变 化对东海年际间海平面变化产生影响。宋德海等（2007）利用NOAA提供的PathfinderVS5.0系列的1985 ~2005年最优插值海面温度产品发现东中国海SST年际变化趋势主要与海区的地形和水平环流相关。Yoshi N.Sasaki等（2017）利用再分析资料、卫星资料和雨量计分析了东中国海夏季海表面温度年际变化的大气响应，发现强海表面温度锋面伴随着东中国海对流层低层天气扰动的加剧，从而可以得出东中国海地区天气扰动的加剧可以解释东海中部海域降水增强，以应对海表面温度锋面的年际变化。付建建（2009）借助GFDLAM2模式显示全球海温在气候平均的变化的确能引起东亚夏季风的年代际变异和与之相关联的大气环流变化。武炳义等（2007）发现1968～2002年期间西北太平洋夏季平均海表温度在20世纪80年代后期经历了一次年代际变化。王智祖等（2012）厄尔尼诺对东海沿岸海表温度变化的影响通过海洋和大气2个通道。ENSO期间,北赤道流减弱,黑潮流量减少,海表温度降低。海表温度受局地气温影响显著,如果ENSO期间东亚气温升高,则东海沿岸海表温度偏高。刘秦玉等（2014）发现除了海洋平流热输送外,由于大气调整导致海面潜热、感热释放减少也是东中国海海表面温度持续升温的主要原因之一,其贡献可以与海洋平流热输送加强同量级。李家星等（2012）利用1960—2001年海表温度(SST)监测数据与东中国海1982—2011年AVHRR水温资料，发现内陆架水温冬季分别在1977年和1995年发生两次跃升，可能的主导因素是低盐水与外海水混合:随季风、降水、径流变化的沿岸流、长江冲淡水和台湾暖流给该区域带来不同水团,使得热量向下层输运减少。张琪（2014）发现东中国海（尤其是东海黑潮区），海表面温度升高的主要原因是海洋平流热输送的增加，这与太平洋年代际变化有密切的联系。中国近海海表面温度在年代际时间尺度上的变化主要取决于海洋动力过程带来的热平流效应，而作为对温室气体强迫响应的海表面温度长期持续增温主要是由于大气调整导致的海面热通量的变化。孟庆佳等（2011）发现在中国近海除个别海域外,增温是主要的特征,其中冬季增温趋势更为明显。唐晓晖（2009）等发现东中国海夏季升温趋势主要受黑潮输送加强的影响，而冬季升温主要受气候系统变化的影响。

图 1 经验正交函数分析前4个特征矢量的空间分布；引自于非，许一，2003。

图 2 2月份SST、TAUY EOF分解第一模态时间系数(a)和8月份SST、TAUX EOF分解第一模态时间系数(b)；引自张松等，2009。

1.3 本论文主要工作介绍

研究中国东部沿海海表面温度的年代际变化，分析得出我国东部沿海海表面温度主要受什么因素影响。

近几年来，国内外的很多学者针对大洋的海表面温度进行了大量的研究，而单独对中国东部沿海的海表面温度的长时间期限的研究比较少。本论文确定中国东部沿海作为研究对象，选取北纬15°00′～45°00′,东经115°00′～145°00′为研究区域，通过OFES数据进行MATLAB画图。

本文第一部分主要介绍了中国东部沿海的海表面温度年代际变化的研究意义以及前人对于中国东部沿海海表面温度的研究成果。

第二部分介绍了本文所选取究海区的范围、海表面温度资料来源以及本文所使用的主要研究方法。

第三部分通过数据处理，运用MATLAB R2015b进行画图分析，将OFES数据的SST分别与PDO模态、NPGO模态、NINO模态进行相关性检验，并通过正交函数分解（EOF分析）分别取第一、二、三模态分别与PDO模态、NPGO模态、NINO模态进行相关性分析。

第四部分为结论与展望，对本文得到的结果进行总结。

2 资料简介与研究方法

2.1 中国东部沿海海区简介

我国东部三大边缘海，分别是黄海、东海和渤海，其中东海仅次于南海，是我国第二大边缘海。中国东部沿海分布着众多岛屿，其中东海北边与黄海以长江口北侧-韩国济州岛连线为界，东边以琉球群岛与太平洋分离开来，南接台湾海峡。东海的面积达70余万平方公里，其中大陆架的面积约占到整个海域面积的66%，北窄南宽，其地势由西北向东南缓倾，总体而言是西北高、东南低。海区的平均水深约349m，最深处达到2717m。海表面温度 (SST)是海洋热动力过程和海气相互作用的综合结果。研究中国东部沿海海表面温度的年代际变化，对研究我国东部沿海海表面温度在不同的季节不同的时间点受什么机制控制有着重要的作用，并进一步可以研究全球与局地气候之间的关系，也对研究全球变暖这一世界性的气候问题提供区域性的参考。 （图2.1 ETOPO2数据画出来的中国东部沿海海区地图）。

图2.1中国东部沿海海区地形图

2.2 数据资料介绍

2.2.1 OFES数据来源

日本横滨市金泽区又一个地球模拟器中心（The Earth Simulator Center），它隶属于海洋科学技术中心。该中心的地球模拟器（Earth Simulator）是由该中心和宇宙开发事业团、日本原子能研究所等机构从1997 年起开始联合研制的，2002 年3 月海洋科学技术中心地球模拟器中心正式运营。地球模拟器把5120 个超高速微处理器连接起来，每秒运算速度可高达40 万亿次，其性能可与10～20 万台个人电脑相匹敌。包括建筑物在内，占地面积 3250 m2，总投资大约4 亿美元。以美国海洋与大气局（NOAA）和地球流体动力学实验室（GFDL）开发的世界标准模型 MOM3（模块化海洋模式第三版，Modular Ocean Model version 3）为基础，该中心开发出了能用于地球模拟器的最佳并列化代码OFES（Dataset of Ocean General Circulation Model for the Earth Simulator）。由于地球模拟器的强大运算性能，OFES 模型中设定的水平分辨率可为百米至千米量级，垂直分辨率为100～300 层，其时空尺度包含了从局部现象到全球现象的模拟。模拟结果包括三维流速、温度、盐度以及二维的海表面高度等。

自2002 年6 月始，地球模拟器曾经连续两年半位居世界超级计算机第一的位置。通过分析地球观测卫星、气象卫星及海洋浮标等获得的观测数据，可以了解全球变暖、大气和海洋污染、厄尔尼诺现象以及台风、暴雨的方位等各种全球性气候变化及地球变化情况。用以分析和预测全球规模的气候变化及地球变化等现象。2009 年2 月26 日，地球模拟器完成了其升级工作。升级后的地球模拟器由于计算节点性能的提高，节点数量减少到160 个，占地面积也只有原先的一半，约为650 m2。新地球模拟器的计算能力为每秒131 万亿次浮点运算，是旧机型的3.2 倍，耗电量也降低了20 % ～30 %。（《常用海洋数据资料简介》李晓婷，郑沛楠等，2010年10月《海洋预报》）

2.2.2 OFES数据优缺点、用途

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