南海不同海域鹽度與南海夏季風(fēng)爆的關(guān)系,水文學(xué)論文

南海不同海域鹽度與南海夏季風(fēng)爆的關(guān)系,水文學(xué)論文海表鹽度〔seasurfacesalinity,SSS〕是描繪敘述海洋基本性質(zhì)的關(guān)鍵變量之一，對其分布和變化規(guī)律的研究有助于了解全球水循環(huán)以及海氣間互相作用對全球氣候的影響[1-3].Dickson等[4]以為表層低鹽度入侵對驅(qū)動溫鹽環(huán)流和徑向熱傳輸?shù)纳顚α鲗佑杏绊?。鹽度影響海水密度，進而支配海洋環(huán)流和氣候，而鹽度變化主要是由降水、蒸發(fā)、徑流和冰凍結(jié)及融化引起的。南海接近赤道，位于太平洋邊緣，是西太平洋最大的半封閉深水海盆。其特殊的地理位置與氣候特征決定了南海地區(qū)SSS對南海環(huán)流以及海氣之間的互相作用具有重要的影響[5,6].郭敬等[7]利用1950~2020年的WOD05鹽度數(shù)據(jù)對南?；旌蠈欲}度的季節(jié)變化影響因素進行了分析，得出整個南?；旌蠈欲}度季節(jié)變化的主要影響因素是降雨量和水平平流。曾麗麗等[8]通過對南海南部、北部航測鹽度資料的研究，分析了夏季風(fēng)期間降雨對南海上層鹽度影響的可能性；王凡等[9]根據(jù)南海季風(fēng)試驗期間的CTD考察資料，分析了1988年夏季風(fēng)爆發(fā)前后南海主要斷面的溫鹽構(gòu)造及變化特征;王東曉等[10]得出在夏季風(fēng)持續(xù)強迫下上層環(huán)流具體表現(xiàn)出出顯著的季風(fēng)性海洋環(huán)流特征，南海夏季溫鹽水平分布隨深度有顯著變化。李秀珍等[11]利用1967~2001年共35a的SODA〔simpleoceandataassimilation〕月平均同化資料討論了南海不同海域鹽度對南海夏季風(fēng)爆發(fā)以及季風(fēng)強度的響應(yīng)關(guān)系，結(jié)果表示清楚它們之間密切相關(guān)。1數(shù)據(jù)來源和方式方法本文所用數(shù)據(jù)來自于美國馬里蘭大學(xué)〔UMD〕和美國德州農(nóng)工大學(xué)〔TAMU〕共同研制開發(fā)的簡單海洋數(shù)據(jù)同化資料SODA月平均海水鹽度數(shù)據(jù)集。該資料是由全球簡單海洋資料同化系統(tǒng)分析得到的再分析產(chǎn)品，采用了隨機連續(xù)估計理論和質(zhì)量控制方式方法，比方鄰近點檢驗法、預(yù)報值-觀測值差值檢驗、卡爾曼濾波、四維變分等多種方式方法來減小誤差，以保證資料的準(zhǔn)確度、可用性和可信度[12].SODA月平均海洋同化數(shù)據(jù)每個文件包含當(dāng)月的月平均海洋數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的水平空間分辨率為0.50.5；水平空間覆蓋范圍是0.25~359.75E、75.25S~89.25N,因而在經(jīng)、緯度上的格點數(shù)分別為720和330;垂直方向上的分辨率為不等間距，共40層，深度分別為5、15、25、35、46、57、70、82、96、112、129、148、171、197、229、268、317、381、465、579、729、918、1139、1378、1625、1875、2125、2375、2624、2874、3124、3374、3624、3874、4124、4374、4624、4874、5124、5374〔m〕；包含7個變量：溫度〔temp〕、鹽度〔salt〕、維向海流速度〔u〕、徑向海流速度〔v〕、垂向海流速度〔w〕、維向海表風(fēng)應(yīng)力〔taux〕、徑向海表風(fēng)應(yīng)力〔tauy〕、海外表高度〔ssh〕。為了能夠較好地分析南海海水表層的鹽度異常，文中選取的鹽度月平均數(shù)據(jù)集為:時間跨度從1980-01~2018-12,共32a〔384個月〕；空間范圍為0~25N、100~125E;深度為5m.先剔除異常數(shù)據(jù)〔處理掉陸地數(shù)據(jù)的無效值〕，由32a的逐月SSS數(shù)據(jù)得到氣候態(tài)的月平均SSS,再用逐月SSS減去氣候態(tài)的月平均值，得到海表鹽度異常值SSS的變化趨勢。使用最小二乘法對SSS異常進行線性擬合，分析南海SSS的變化趨勢。然后對SSS異常作EOF分析，得到SSS異常的空間分布和時間系數(shù)，討論南海SSS異常的分布特征。2分析與討論2.1變化趨勢分析將1980-01~2018-12的南海SSS月平均數(shù)據(jù)進行距平化處理，去掉年周期信號后繪制SSS異常趨勢圖，并進行最小二乘法線性擬合，得到如此圖1所示的整個南海SSS異常變化趨勢圖。從總體來看，在這32a間，整個南海的海表鹽度存在周期性波動特征，并且有不斷下降的趨勢。前230個月〔1980-01~1999-02〕，南海SSS的正異常較多，負(fù)異常較少;華而不實，最大正異常值為0.3655,出如今1983-12;最大負(fù)異常值為-0.2159,出如今1989-04.從2000-02之后，南海SSS的負(fù)異常值較多，且負(fù)異常值較大，正異常值較少；華而不實，最大負(fù)異常值為-0.3475,出如今2018-05;而最大正異常值為0.2661,出如今2005-06.從數(shù)據(jù)可知，從1980~2018年，南海SSS呈緩慢下降的趨勢?！?】2.2EOF分析利用Matlab編程對南海SSS異常進行EOF分解，并對得到的空間分布和相應(yīng)的時間系數(shù)進行分析討論。經(jīng)過顯著性檢驗，前6個模態(tài)均在95%的置信度水平下。從表1能夠看出，南海SSS異常的前6個模態(tài)累計方差奉獻率占總方差的55.75%.華而不實，前4個模態(tài)之間存在顯著性差異不同，第4模態(tài)和第5模態(tài)之間沒有顯著性差異不同。為了討論南海SSS異常的時空分布特征，在本文中只取前3個模態(tài)進行分析?！?】經(jīng)過計算可知，第1模態(tài)的方差奉獻率解釋了總方差的20.42%,反映了南海SSS近32a來的主要分布和變化趨勢。從圖2a能夠看出，第1模態(tài)下SSS異常值在整個南海海域呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，表示清楚南海SSS在空間分布上的變化具有良好的整體一致性，升高和降低的變化是同位相的。SSS異常變化比擬明顯的地方分布在鄰近香港和澳門附近海域、呂宋島附近海域、民都洛海峽、馬來西亞一側(cè)海域、南沙群島西側(cè)海域，基本上都是靠近大陸架一側(cè)，表現(xiàn)為強負(fù)值區(qū)?？拷箨懠芤粋?cè)海域SSS變化的影響因素主要考慮的是河流徑流注入量，不同維度南海SSS則是主要遭到降雨量和蒸發(fā)量關(guān)系的影響[7].圖2b為第1模態(tài)空間分布所對應(yīng)的時間系數(shù)?？臻g分布所對應(yīng)的時間系數(shù)代表了鹽度異?？臻g分布的時間變化特征[13].通過圖2能夠發(fā)現(xiàn)，時間系數(shù)為正值時反映出整個南海的SSS上升，時間系數(shù)為負(fù)值時反映出整個南海的SSS下降。1980~1984年、1986年下半年~1988年、1989年下半年~1995年底、1997年下半年~1998年上半年、2005~2008年、2018~2018年上半年，南海SSS基本為上升階段;其他時間段為下降階段。從整個時間序列上來看，南海SSS異常的上升幅度基本上一直在降低，而下降幅度先增高后降低再增高。由此可見，從1980~2018年，固然南海SSS存在明顯的季節(jié)變化和年際變化，但整個南海SSS基本上一直在降低，符合圖1中表現(xiàn)的SSS異常變化趨勢?！?】圖3、4表示的是南海SSS異常經(jīng)EOF分解得到的第2模態(tài)向量和第3模態(tài)向量的空間分布和時間系數(shù)。第2模態(tài)和第3模態(tài)分別占總方差的13.57%和8.31%.由圖3a可知，第2模態(tài)下南海SSS異常值在空間分布上由西北到東南方向呈現(xiàn)帶狀分布遞減，北部灣、海南島東側(cè)以及廣東省大陸架一側(cè)海域的海表鹽度被一片強正值控制，講明南海北部SSS變化較大；南海中部SSS異常由南北兩側(cè)向中部收斂，講明SSS的變化不大；在南海東部巴拉巴克海峽、民都洛海峽一帶被強負(fù)值控制，講明SSS變化較大。結(jié)合圖3b能夠看出，當(dāng)時間系數(shù)為正值時，南海中部海域以北SSS上升幅度大，所以SSS較大，以南SSS下降幅度大，所以SSS較小，導(dǎo)致南海中部海域以北的SSS大于以南的SSS.從1988~1997年，時間系數(shù)基本為正值，講明這段時間的南海北部的SSS基本上呈上升趨勢，南海南部的SSS基本呈下降趨勢；當(dāng)時間系數(shù)為負(fù)值時，南海中部海域以北SSS下降幅度大，以南SSS上升幅度大。華而不實，從2008年下半年~2018年底，南海北部SSS呈下降趨勢，南海南部SSS鹽度呈上升趨勢，到2018年夏季時間系數(shù)為最大負(fù)值，講明夏季風(fēng)或強降雨導(dǎo)致鹽度發(fā)生很多變化[8].綜合以上，講明南海西南海域與東北部海域的SSS異常變化基本上呈反相關(guān)。在第3模態(tài)下〔圖4a〕，南海SSS異常的空間分布呈現(xiàn)的是東北方向到西南方向的遞增，結(jié)合其所對應(yīng)的時間序列〔圖4b〕發(fā)現(xiàn)，時間系數(shù)為正值時，藍(lán)色區(qū)域SSS高于紅色區(qū)域SSS,時間系數(shù)為負(fù)值時，藍(lán)色區(qū)域SSS異常低于紅色區(qū)域SSS,南海東部與西部基本上呈反相關(guān)。與第2模態(tài)下的空間分布和時間序列相比照，第2和第3的空間分布基本上是相反的，而時間序列也基本上是相反的。這講明同一時期，這2個模態(tài)下南海SSS在東北海域的變化小于西南海域，或者大于南海南部的變化?？傮w上表示了南海北部與南部SSSA變化呈反相關(guān)，中部SSS基本上變化不大的分布特征。3結(jié)語本文利用SODA月平均海洋同化數(shù)據(jù)，通過EOF分析等方式方法評估了南海SSS在時間和空間上的分布特征。結(jié)果顯示，在消除年周期的基礎(chǔ)上，從1980~2018年，南海SSS存在波動性的上升和下降，但是總體上是下降的趨勢。EOF第1模態(tài)分析講明，南海SSS具有同相位的變化，整體上呈下降的趨勢，考慮到河流徑流注入量和來自大洋的寒暖流，靠近大洋一側(cè)的SSS和靠近陸地一側(cè)SSS異常變化高；第2、3模態(tài)EOF分析講明不同海域的SSS異常變化是有差異不同的，主要分布為在南海北部和南部SSS異常變化大且呈反相關(guān)，在南海中部SSS異常變化小。通過分析南海SSSA的分布特征，為下一步南海SSS衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的反演工作提供了一定的研究基礎(chǔ)。以下為參考文獻[1]DelcroixT,HninC.SeasonalandInterannualVariationsofSeaSurfaceSalinityintheTropicalPacificOcean[J].Geophys,1991,96〔C12〕：2213522150[2]王新新,趙冬至,楊建洪,等.海外表鹽度衛(wèi)星微波遙感研究進展[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用,2020〔5〕：671-679[3]陳建,張韌,安玉柱,等.SMOS衛(wèi)星遙感海表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