（流体力学专业论文）137°E、PN、TK断面温盐流年际变化特征及其相关分析.pdf

1 3 7 0 e 、p n 、t k 断面温盐流年际变化特征及其相关分析 1 3 7 。e 、p n 、t k 断面温盐流年际变化特征及其相关分析 摘要 东中国海温、盐、流结构的长期变化与我国沿岸的气候、生态环境、海上作 业等密切相关，认识此变化规律是保障我们进行海上资源丌发、改善海洋环境质 量的重要科学基础。而大洋中海洋要素的变化及异常信号的传播对我国近海也会 产生一定影响。本文利用1 3 7 。e 断面和东海p n 、t k 断面多年温度、盐度资料， 通过统计平均、动力计算、相关分析、线性回归分析、谱分析等手段对1 3 7 。e 断 面和p n 、t k 断面的温度、盐度、地转流量及其长期变化规律进行了初步分析， 还初步探讨了大洋中的异常变化对我国东海的影响，主要得出了以下结论： 1 1 3 7 。e 断面冬季2 8 0 c 等温线北端的平均位置为8 9 。n ，其变化的主周期为 1 4 年( 与暖池表层水的年代际纬向运移的主周期2 9 1 一致) ，而且以每年o 1 个纬 距的速度向北移动。 2 在厄尔尼诺事件达到峰值前两个月，1 3 7 。e 断面低纬部分温跃层出现抬升运 动，导致此区域次表层( 1 0 0 米) 出现异常低温现象，而此区域下层3 0 0 m 到4 0 0 m 处( 北赤道逆流区下侧) 的温度变化与以上低温变化反相位，即在 厄尔尼诺发生时该海域等温线倾斜加强，从而北赤道逆流加强，在拉尼娜发 生时正好相反。而对于北赤道逆流区的温盐变化，东海p n 、t k 断面有两年 的滞后响应( 滞后相关系数分别为o 5 6 和0 5 7 ) 。 3 当黑潮发生大弯曲时，1 3 7 。e 断面高纬度部分1 0 0 米以下会出现大范围异常 低温，1 0 0 7 0 0 米的盐度表现为负异常，而7 0 0 米以深的盐度会出现正异常， 即与上层盐度变化反相位。主要是由于黑潮大弯曲时在同本伊豆诸岛西侧伴 随生成逆时针涡旋造成深层水的上涌所致。盐度的反相位变化是由于断面盐 度的气候分布特征为中层低、上层和底层相对高，所以当水柱上涌时原本的 高盐水被低盐水代替，而原本的低盐水被高盐水代替。另外上层海洋盐度有 上升趋势，下层海洋盐度有减小趋势，但整体平均的盐度几乎保持不变。 4 1 3 7 。e 断面上次表层高盐度水的强度( 中纬区盐度高于3 5 0 的区域面积) 和 中层低盐水的强度( 4 0 0 米以深盐度低于3 4 2 的区域面积) 都有较大的年际 1 3 7 。e 、p n 、t k 断面温盐流年际变化特征及其相关分析 变化，次表层高盐水长期变化趋势不明显，而中层低盐水有逐年增强的趋势。 5 黑潮大弯曲导致的1 3 7 。e 断面高纬部分低温和低盐( 7 0 0 以浅) 现象与p n 、 t k 断面的温盐变化相关性不大，而2 5 0 米以浅的区域，以上三个断面温度、 盐度有显著相关性( o 7 0 以上) ，表明这三个断面上层的温、盐变化主要由 流经它们的黑潮所联系。 6 黑潮发生大弯曲时，p n 断面的流量增大，1 3 7 。e 断面的黑潮流量减小，主要 是因为黑潮发生弯曲时在日本以南黑潮的两侧会出现中尺度环流，这些中尺 度涡消耗了一部分黑潮主干的流量。黑潮不弯曲时两断面的流量变化大体一 致。p n 断面的流量增大对东海有增温的作用，而厄尔尼诺现象对我国东海 有降温作用 6 2 1 ，最终结果由二者共同作用确定，其中一个总会对另一个的效 果产生抑制作用。 关键词：1 3 7 0 e 断面；p n 断面；t k 断面；温盐；流量：年际变化 i l 1 3 7 0 e 、p n 、t k 断面温盐流年际变化特征及其相关分析 i n t e r a n n u a lv a r i a b i l i t yc h a r a c t e r i s t i co ft h et e m p e r a t u r e ， s a l i n i t y ，g e o s t r o p h i cc u r r e n ta n dc o r r e l a t i v ea n a l y s e b e t w e e nt h e1 3 7 。es e c t i o na n dp n 、t ks e c t i o n s a b s t r a c t t h el o n g - t e r ms t r u c t u r a lc h a n g e so ft e m p e r a t u r e ，s a l i n i t y , a n dc u r r e n ta te a s t c h i n as e aa r ec l o s e l yr e l a t e dt ot h ec o a s t a lc l i m a t e ，e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，a n ds e a o p e r a t i o n so fc h i n a k n o w i n gt h e s ec h a n g e si st h es c i e n t i f i cb a s i st os a f e g u a r do u r o f f s h o r ed e v e l o p m e n ta c t i v i t i e s ，e n v i r o n m e n t a lq u a l i t y , a n db i o l o g i c a ls o u r c e s a n d c h a n g e so ft h em a r i n ee l e m e n t si no c e a n sa n do ft h es p r e a do ft h ea b n o r m a ls i g n a l w o n i da l s oh a v eac e r t a i ni m p a c to no u rc o a s t a lw a t e r s i nt h i sp a p e r , d a t aa l o n gt h e 1 3 7 。ea n dp n ，t ks e c t i o ng a t h e r e dd u r i n g1 9 6 7 2 0 0 3w e r eu s e dt os t u d yt h e i n t e r a n n u a lv a r i a b i l i t yi nt h en o r t h e r ne c s ，t h r o u g hs t a t i s t i c a lm e t h o d ss u c ha s ，l i n e a r f i ta n a l y s i s ，c o r r e l a t i o na n a l y s i s ，d y n a m i ch e i g h tc a l c u l a t i o na n dw a v e l e ts p e c t r u m a n a l y s i s t h ec o n c l u s i o n sw e r ed r a w na sf o l l o w s ： ln o r t h e r nm e a np o s i t i o no f 2 8 。ci s o t h e r ma l o n gt h e1 3 7 。es e c t i o ni s8 9 。ni n w i n t e r i tv a r i e sw i t hap e r i o do f1 4y e a r s ( t h i si sc o n s i s t e n tw i t ht h ep e r i o d t 2 9 】o f t h ez o n a lm o v e m e n to fs u r f a c ew a r mw a t e ri nt h ew e s t e r np a c i f i cw a r m p 0 0 1 ) ，a n di t m o v e dn o r t h w a r dw i t has p e e do f10 k m a 2t e m p e r a t u r eo nt h es o u t ho f t h e1 3 7 0 es e c t i o ni sr a l a t e dw i t ht h ev e r t i c a l d i s p l a c e m e n to f t h e r m o c l i n ea c c o m p a n i e db ye ln i n oa n dl an i n ae v e n t s i nt h i s a r e aa td e p t ho f3 0 0 mt o4 0 0 m ( n e c cr a n g e 、h a sn e g a t i v ec o r r e l a t i o n s 、i t ht h i s v a r i a t i o ns ot h a ti ts l r e n g t h e n st h ec u r r e n to f t h en e c c d u r i n ge ln i n oe v e n t sa n d w e a k e mi td u r i n gl an i n ae v e n t s t e m p e m t u r ea n ds a l i n i t yo f p na n dt ks e c t i o n r e s p o n dw i t ht h ev a r i a t i o no f n e c cr a n g e2y e a r sl a t e r t h e i rc o r r e l a t i v ec o e f f i c i e n t i so 5 6a n d0 5 7 3w h e nt h em e a n d e ro f k u r o s h i oo c c u r s ，t h e r ew i l lb el a r g e s c a l el o w - t e m p e r a t u r e a n dl o ws a l i n i t ya n o m a l i e sa t1 0 0m e t e r sd e e p e ra r e ao nt h en o r h e mo f t h e1 3 7 0 e s e c t i o n h o w e v e r , t h e r ei sp o s i t i v ea n o m a l yo fs a l i n i t ya t7 0 0m e t e rd e e p e ra r e a , i e 1 1 1 1 3 7 。e 、p n 、t k 断面温盘流年际变化特征及其相关分析 t h es a l i n i t yc h a n g e so f t h i sa l g ai sa n t i p h a s et ot h a to f u p p e ra r e a i ti sm a i n l yd u et o t h ei n f l u e n c eo f t h el a r g ec o l dw a t e ri nt h ew e s ts i d eo f j a p a nl z ui s l a n d sg e n e r a t e db y t h em e a n d e ro f k u r o s h i o t h ed i s t r i b u t i o no f s a l i n i t yi nt h i ss e c t i o nr e l a t i v e l yl o wa t t h em i d d l e ，a n dr e l a t i v e l yh i g ha tt h eu p p e ra n dt h eb o t t o ml a y e r s t h e r e f o r e ，w h e n t h ew a t e rc o l u m nu p w e l l i n gh a p p e n s ，t h eo r i g i n a lh i 幽s a l i n i t yw a t e ri sr e p l a c e db y l o ws a l i n i t yw a t e r , w h i l et h eo r i g i n a ll o ws a l i n i t yw a t e ri sr e p l a c e db yh i g hs a l i n i t y w a t e r , w h i c h c a u s e st h ea n t i p h a s ec h a n g e sa b o v e m o r e o v e r , t h e r ei sa nu p w a r dt r e n d o f u p p e r o c e a ns a l i n i t y , w h e r e a s a d o w n w a r d t r e n d o f l o w e ro c e a ns a l i n i t y , n e v e r t h e l e s s ，t h eo v e r a l ls a l i n i t yr e m a i n sa l m o s tu n c h a n g e d 4d i s t r i b u t i n go f i n t e r m e d i a t ew a t e ra n ds u b s u r f a c es a l i n ew a t e rh a sb i gd i f f e r e n c e s f r o my e a rt oy e a r ，i n t e n s i t yo fi n t e r m e d i a t ew a t e rt r e n d sb i g g e r ，a n dt h es u b s u r f a c e s a l i n ew a t e rt r e n d sc a l m l y 5m e a n d e ro f k u r o s h i or e s u l ti nt h ed e s c e n s i o no f t e m p e r a t u r ea tt h e1 3 7 0 e s e c t i o n ，t h i sd e s c e n s i o nc o r r e l a t e sw i t hp n 、t ks e c t i o nh a r d l y b u tt e m p e r a t u r ea n d s a l i n i t yo f t h e s et h r e es e c t i o n sv a r i e si n - p h a s eu p p e r2 5 0 ml a y e r s ov a r i a t i o no f t e m p e r a t u r ea n ds a l i n i t ya tt h e s et h r e es e c t i o n sa s s o c i a t e sb yc u n e n t _ 一k u r d s h i o 6w h e nm e a n d e ro f k u r o s h i oo c c u r s t h ef l u xo f p ns e c t i o nw i l l i n c r e a s e t h en o t h e m o f1 3 7 。es e c t i o nv a r i e sw i t hn e g a t i v ec o r r e l a t i o n s i f m e a n d e ro f k u r o s h i od o e s n t o c c u r s f l u xo fp ns e c t i o nv a r i e sc o n s i s t e n t l yw i mt h e1 3 7 0 e s t h ei n c r e a s i n go f f l u xo v e rp ns e c t i o ni sa s s o c i a t ew i t hp o s i t i v et e m p e r a t u r ea n o m a l y ，h o w e v e r n e g a t i v et e m p e r a t u r ea n o m a l y i sa s s o c i a t e dw i t he ln i n 0 1 6 2 1 t e m p e r a t u r ei sd e c i d e d b yt h e i ri n t e n s i t y , t h ew e a k e ro n ep r e v e n tt h ee f f e c t so f t h eo t h e r 、 k e y w o r d ：1 3 7 。es e c t i o n ；p ns e c t o i n ；t ks e c t i o n ；t e m p e r a t u r e ；s a l i n i t y ；f l u x ； i n t e r a n n u a lv a r i a b i l i t y ；c o r r e l a t i o n 1 3 7 。e 、p n 、t k 断面温盐流年际变化特征及其相关分析 0 前言 o 1 研究目的和意义 中国东部陆架边缘海的环境与资源具有重要的经济和社会价值，一方面它为 我国社会、经济的快速发展提供了机遇、空问和保障，另一方面它也使我国必须 面对与只俱增的来自海洋领土、经济、社会和科学技术方面的巨大挑战。对其物 理环境长期变化规律的认识是保障海上丌发活动、环境质量与海洋资源安全的科 学基训6 5 1 ，所以研究东中国海温度、盐度、海流的长期变化和演变趋势是对以 上规律认识的一个重要方面。而从与东中国海相邻西北太平洋传播来的大洋异常 信号势必会对该海域海洋要素产生重要影响。本文准备研究的内容就是分析疆北 太平洋中1 3 7 。e 断面上温度、盐度和海水流量的异常变化，以及这种变化与东海 的p n 、t k 断面上温度、盐度、流量长期变化的联系。 0 2 东海的水文环境状况及研究现状 东海是我国陆架边缘海之一，位于中国海岸线中部的东方，总面积 7 7 x 1 0 4 o n 2 ，平均水深3 7 0 m 。东海在长江口以北与黄海相接，二者拥有极为宽 广的大陆架，在东北方向通过朝鲜海峡与日本海连接，南面通过台湾海峡与南海 相邻，东面以琉球群岛与太平洋相隔，地形自西向东由陆架过渡至最大深度2 7 1 9 米的冲绳海槽，故兼有浅海和深海的特征。著名的太平洋西边界流黑潮从台 湾东部海域进入东海，并沿着2 0 0 米等深线向东北方向流动在3 0 。n 附近右转 并经吐噶喇海峡流出东海，重回太平洋。世界第三大河长江在上海附近注入东海 肼l 。东海因其特殊的地理位置、特有的大陆架环流以及复杂的季节、年际变化 引起了多个国家海洋学家的兴趣。于非等【1 】利用卫星资料研究了东海海表温度的 长期变化趋势，得出海表温度存在4 1 个月的变化周期，与全球海气系统最强的 变化信号e n s o 有较好的对应关系。阎俊岳等 2 1 利用c o a d s 资料结合我国船舶 观测资料分析了近1 0 0 年东海水温和气温的变化特征，发现东海水温与邻近地区 气温有密切相关。浦泳修【3 】把夏季东海g 断面盐度归纳为四种分布类型，并初步 研究其形成原因。而邢成军等【4 】利用3 4 年的观测资料分析了东海g 断面温度、 盐度变化与厄尔尼诺的关系，发现在厄尔尼诺发生前的冬季，东海g 断面温度、 1 3 7 。e 、p n 、t k 断面温盐流年际变化特征及其相关分析 盐度低于多年平均，而厄尔尼诺过后其温、盐高于多年平均。郭伟其等f 5 1 分析了 东海沿岸8 个海洋站4 0 年表层海温资料，结果表明东海温度存在多种显著周期 的振荡，并且认为暖冬是东海海表温度整体上升的重要因素。 o 3 西北太平洋水文状况及研究现状 随着观测手段的进步，人们对大洋的观测日趋频繁，再加上数据同化产品的 相继推出，人们掌握的大洋资料越来越多，进而对大洋的研究也就更加深入。西 北太平洋是离我国最近的大洋，此海域包含复杂的副热带流系，由北向南主要海 流有黑潮( 东北向流) 、黑潮逆流( 西南向流) 、副热带逆流( 东向流) 、北赤道 流( 西向流) 、北赤道逆流( 东向流) 。该海域的海洋要素的变化会直接或间接地 影响我国的近海环境，所以也引起了许多海洋学者的重视。邹娥梅等1 6 l 利用 n o d c 资料，对l o 。s - - 3 6 0 n 、1 3 0 。e 一1 8 0 0 e 海域的温、盐、溶解氧分布和水团 结构及其时空变化特征，进行了系统分析，得出了其时空变化特征。而马成璞等 7 1 则对西太平洋的海流特征进行了详细分析，得出了副热带流系的季节变化和年 际变化特征，并认为海流的年际变化主要与大气环流的大尺度变化有密切关系。 王盘兴等【8 】利用n c e p 提供的1 9 5 0 年到1 9 9 5 年的5 5 0 个月的海表温度的资料揭 示了三大洋海表温度长期变化的两个基本构成，指出西太平洋与厄尔尼诺拉 尼娜事件年际交替相关的海表温度振荡较弱，线性增温趋势被年代际强弱振荡代 替。1 3 7 。e 断面纵切北半球副热带流系的西部，以上列举的海流都要经过此断 面，由于此断面位置的重要性，很多学者对此断面的温度、盐度、流量等进行了 研究。顾玉荷等【8 】详细的分析了1 3 7 。e 断面的温盐的年际变化，认为该断面上低 纬次表层海温的异常低温和2 8 6 c 等温线的变化都与厄尔尼诺有重要关联，还把 断面次表层高盐水的分布按其强度划分为四种类型。孙湘平【l0 】通过地转流计算 分析了此断面的黑潮和黑潮逆流，认为黑潮是流速很强且较稳定的单支海流，没 有多支现象：黑潮逆流则不同，有时为单支，有时为两支甚至三支，带有多支性 成分，他们进而分析了黑潮和黑潮逆流出现的位置，最后将该断面高纬的流速结 构划分为三种类型。邹娥梅l 又对此断面的热状况及其与厄尔尼诺事件的关系做 了分析，认为热带西太平洋热含量的时空变化与海流的变化有密切关系，北赤道 逆流的大尺度变异对e n s o 的响应最为显著，厄尔尼诺对黑潮热含量的影响不 2 1 3 7 0 e 、p n 、t k 断面温盐流年际变化特征及其相关分析 显著。以往的研究表明，西北太平洋中存在多种异常信号的传播，陈锦年等【1 2 1 通过分析热带太平洋上层x b t 资料，探讨了热带太平洋次表层海水温度异常信 号的变化规律，揭示了北赤道流海温异常信号西传是导致西太平洋暖池及西太平 洋次表层海温异常的重要机制，也是影响厄尔尼诺一拉尼娜事件发生的关键。 而这些信号向西就要通过此经向断面传播，经过此断面后是否会对东中国海产生 影响，这将直接影响着我国海洋资源的开发与利用，因此我们有必要研究大洋中 的异常信号与东中国海海洋要素长期变化趋势之间的联系。 l 资料说明及处理过程 1 1 资料说明 本文处理的东中国海的数据东西范围从1 1 7 。e 到1 3 0 。e ，南北范围从2 3 。 到4 0 9 ，时间从1 9 5 8 年到2 0 0 4 年。数据主要来自，n o d c ( 美国海洋学数据 中心) 、j o d c ( 日本海洋学数据中心) 、k o d c ( 韩国海洋学数据中心) 、日本 气象厅，还有我们课题组内部的资料，总计原始数据包括c t d 数据4 3 5 1 0 个观 测和其他数据8 7 6 7 3 个观测。后面分析、计算时利用的p n 、t k 两断面的温盐 数据取自以上资料处理后的结果。其中p n 断面冬季资料从1 9 7 3 年至2 0 0 0 年， 夏季资料从1 9 7 2 年至2 0 0 0 年，t k 断面冬季资料从1 9 8 8 年至2 0 0 1 年，夏季资 料从1 9 8 7 年至2 0 0 1 年。1 3 7 。e 断面的资料来自同本气象厅，资料北起3 4 。， 南至1 。s ，此调查已经持续了近四十年。其中1 9 6 7 年至1 9 7 1 年只观测了冬季( 1 月或2 月) ，其余年份冬夏季( 7 月或8 月) 各一次。此观测断面南北跨近3 5 个 纬距，在每个整纬度都设了站点，在3 0 0 n 以北和5 0 n 以南站点设置得密些，间 距约o 5 0 ，本文所用资料的范围为：从3 。n 到3 4 。，时间自1 9 6 7 年至2 0 0 3 年。 1 2 资料处理过程 我们研究海洋的时间和空间变化时，高质量的海洋数据是不可缺少的，而我 们的观测数据往往来自不同的渠道，那么数据的预处理就是海洋研究中的一个重 要环节，实践表明数据的预处理也是一个很复杂的环节。数据质量的参差不齐就 要求我们在处理不同来源的数据时，要实时地改进处理方法来应对不同的情况， 最终要把不同来源的数据经过处理使之构成一个整体的数据集合，符合我们正常 1 3 7 。e 、p n 、t k 断面温盐流年际变化特征及其相关分析 使用的要求。 我们对数据进行预处理时所面临的问题主要有两个，第一就是在我们所确定 的研究区域在某些时间段内数据量非常小，为了解决此问题，我们努力在各方面 搜集资料( 包括与其他单位的合作、某些项目的支持、众多老师的帮助) ，尽量 弥补数据量小的缺陷。第二个闯题，也是处理过程中最耗费时间的就是不可用数 据的存在。但对于大量的数据而言，要想在短时间内把不可用数据完全正确的都 剔除几乎是不可能的。这些不可用数据主要来自两个方面：第一是观测仪器问题。 第二是记录错误。第一类问题主要来自x b t 数据，这类问题主要是数据小数点 位置的错误，一般很好排除，比较难处理的数据主要来自是第二种情况。为了解 决以上数据问题本文主要参考了文献 1 3 】中的质量控制方法，由于该文献构造的 是一个气候平均场，所以他对一些反映小尺度和短时台j 变化的数据( 例如研究区 域存在涡旋、海洋锋等情况) 进行了舍弃，而本文则保留了这些数据。本文的质 量控制主要包括以下三个部分：首先是对所有数据的观测层进行检查，排除不合 理数据，然后把观测层的数据插值到标准层上，本文的标准层是结合研究区域数 据的特点又参考了文献【1 3 】而确定的。2 4 个标准层如表一所示。最后把标准层数 据插值到o 2 5 。o 2 5 。格点上。具体的处理步骤a - h 如下： a 重复数据剔除 如前所述本文研究的区域数据来自不同的途径，那么必定就会有重复的数 据。严格意义上重复数据应该包括相同的数据头信息，头信息包括：位置、时间、 数据值。但在我们的研究中，我们考虑到数据在我们得到之前的记录和处理中过 程中的误差，就认为时间在相同的年月、位置相差两公里以内的都是重复数据。 在处理过程中，我们读取所有数据的头信息，若读进来的当前的头信息与已有的 满足重复数据的条件就直接剔除，直到把所有重复数据都找出。处理结果表明， 重复数据共有以下几种类型： 时间相同、位置相同、观测数据值也相同 时间相同、位置相同、但观测参数多少不等 时间相同、位置相同、但观测层数不相等 时间相同、位最相同、观测资料数值略有偏差 总之重复数据并不占少数，我们的数据c t d 共有4 3 5 1 0 个观测，其它数据共 4 3 7 0 e 、p n 、t k 断面温盐流年际变化特征及其相关分析 8 7 6 7 3 个观测，但其中重复数据共4 9 0 2 4 个观测，占到总数的3 7 4 ，其中大部 分都是非c t d 数据中的，说明这些数据中有很多都是前人由c 1 d 数据经过不同 的处理过程得到的，例如有的被插值到标准层，有的没有等等。此外我们还排除 了一些在我们研究年份以外的数据，最后得到不重复数据7 3 3 7 8 个观测。 b 深度重复和深度反转检验 在一些数据中，我们还发现有的数据相邻两层的深度相同，或者后面层次的 深度比前面的深度浅，这些情况都是我们不希望有的，应予以排除，如果连续两 层的深度都存在相同或反转的情况，那么整个观测就舍弃不用。经过检验发现这 两种情况都很少出现，我们总共发现8 4 个观测中共计2 1 5 个层次出现深度重复 或反转，深度完全倒置的有2 个观测，深度重复都存在于高分辨率c t d 数据中。 c 数据范围检验 数据范围检验作为数据检验第一步，主要目的是用来排除错误比较明显或物 理上不可能的数据。在世界大洋中，每个特定海盆的海洋参数都有它特定的特征， l e v i t u s ”i 对每个海盆中的海洋参数的范围都做了描述。对于我们的研究海域来 说，为了不排除可能正确的值，范围检验所用的判据要比大洋宽松很多，特别是 对于较深层次的数据，主要是因为此区域是近海，它的温盐特征不像大洋水团那 样固定和典型，而且受河流等因素的影响较大，所以我们制定此判据时首先从自 己的数据区域出发再结合文献 1 3 】，最终结果列于表一。我们注意到表一中的判 据都是在标准层上，但我们所处理的数据很多都不是标准层，所以我们在每个标 准层上下各取一个区间，当需要判断的层次落在此区间内，就按此标准层的判据 判断，即取此标准层与上一标准层深度差的四分之三作为此区间的上限，取此标 准层与下一标准层深度差的四分之一作为此区间的下限，若要判断的层次恰好落 在区间的边缘，就把它归在更浅的层次上【l3 1 。所有数据经此处理后，发现有2 4 6 2 3 个层次上的数据超出了指定范围，其中决大多数( 9 5 以上) 都是记录缺省值( 即 该层次上的数值不存在) ，很少一部分是物理上不合理的值。 d 过大逆温和过大温度梯度检验 我们知道，一般情况下温度随深度是递减的，但是有些时候也存在递增的情 况( 我们称为逆温现象) ，但增加不会很大。即使没有逆温现象，温度递减的梯 度也不可能很大，所以我们为了保证数据质量，就要规定一个逆温梯度的最大值 5 1 3 7 。e 、p n 、t k 断面温盐流年际变化特征及其相关分析 表一各个深度上的温度、盐度合理值的范围 深度( 米) 温度范同( 摄氏度) 盐度范孱( p s u ) o3 0 3 5 o 0 o 4 0 0 5 3 0 一3 50 0 0 4 00 1 0 - 3 0 一3 5 o0 o - 4 0 0 1 5 3 0 3 5 o0 0 4 00 2 0 - 3 0 一3 5 ，00 0 1 4 0 ，0 2 53 0 3 5 o 0 0 4 0 ，0 3 0 3 0 3 5 00 0 一4 0 0 5 0 - 3 0 一3 5 o2 0 0 4 00 7 53 0 一3 5 02 0 0 4 0 0 l o o 3 0 - 3 0 03 0 o 4 0 0 1 2 5 - 3 0 一3 0 03 0 o 一4 0 0 1 5 03 o 一3 0o3 0 0 4 0 0 2 0 0 - 3 0 一3 0 o3 0 0 4 00 2 5 0 - 3 0 一2 8 o3 0 o 一4 0 0 3 0 0 30 2 8 0 3 0 o 一4 0 0 4 0 0- 3 o 一2 8 03 3 0 一4 0 0 5 0 0- 3 ，o - 2 8 ，03 3 0 4 0 ，0 6 0 0 3 0 一2 0 03 3 0 4 00 7 0 03 0 - 2 0 0 3 3 o 4 0 0 8 0 0- 3 0 - 2 0 03 3 0 4 0 0 1 0 0 0 3 0 一1 8 o 3 3 ，o 一4 0 0 1 2 0 0- 3 0 18 0 3 3 0 3 8 0 1 5 0 0 - 3 0 一1 8 03 3 o 一3 8 o 2 0 0 0- 3 0 1 3 o 3 3 0 一一3 8 0 和一个温度递减梯度的最大值，当温度数据随深度变化超过了我们规定的值，就 认为是错误数据。但也有可能是由于突发事件的影响，对我们研究的问题可能也 有一定代表性，又考虑到近海变化较大洋更大、更快，所以就要求此判据较大洋 应该宽一些，而不至于把本来正确的数据排除掉。最后我们规定当相邻两观测层 间温度随深度增加超过0 3 。c m ，就认为逆温过大，当温度随深度递减超过 1 5 。c m 就认为是温度梯度过大。经判断得出数据中共包括2 4 2 3 个观测出现问 题，其中逆温数据6 7 4 个，温度梯度过大数据1 7 4 9 个，现在对于这个判据的大小 还有待于进一步讨论，所以有可能排除了一些正确的数据，这个判据的大小会随 着我们对此海域的进一步了解而得到更准确的修正。 6 1 3 7 。e 、p n 、t k 断面温盐流年际变化特征及其相关分析 e 垂直方向插值 经过上面几个步骤的处理，不可用的数据已经基本剔除掉了，为了后面更加 方便的利用这些数据，我们需要把观测层上的数据用某种方法插值到标准层上。 插值方法的选取是非常重要的，其基本原则就是尽可能的准确，而且插值后不出 现虚假现象。我们这里采用的是r e i n i g e r a n d r o s s 提出的一种在处理海洋数据 上运用很广泛的插值方法。此方法插值一个标准层的数据需要四个观测层的数 据，标准层上下各两个，自浅层到深层分别记为a ，b ，c ，d ，然后用a ，b ，c 和 b ，c ，d 各做一次拉格朗日插值，然后两数再求平均。此方法要比用三个观测层 的单一的拉格朗日插值产生更少的虚假现象，但有时也会产生极值，即如果插值 出的结果不在上下最近的两观测值之间，那么在此标准层我们就改用线性插值。 若在某标准层上下找不出四个观测层( 例如在某个观测的开始或结尾) ，我们就 直接用拉格朗日插值。如果观测层的第一层在5 米以浅，我们就直接把它赋值给 标准层的表层，如果观测层恰好就在某标准层上，那么不进行插值，直接赋值给 该标准层。 f 标准层密度反转检验 数据向标准层插值时，虽然我们采取了很多措施，但极值还是可能会出现， 所以我们要计算密度，利用密度进一步剔除错误数据。密度的计算我们采用1 9 8 0 年的国际海水状态方程( e o s 8 0 ) 。当下层的密度小于上层的密度时，我们称之 为密度反转。在5 0 米以浅，若相邻两标准层密度反转超过3 0 1 0 。2 k g m 3 ，则认 为数据错误。深度在5 0 米至u 4 0 0 米之间，若相邻两标准层密度反转超过 2 0 x 1 0 。k g m 3 ，则认为是数据错误。对深度超过4 0 0 米的层次，只要两层密度 反转超过1 0 1 0 4 堙脚3 ，则认为是数据错误，予以剔除。 g 均值标准差检验 均值标准差是按照统计学的方法检验不合理数据，主要是按以下步骤进行。 首先把研究海域分成i 。r 的方格，然后就可得出每个方格内的观测数、平均值 和标准差。然后按观测值与平均值的差值来排除不合格数据。我们参考文献 1 3 】 中采用的判据，但加以放宽，原因是我们研究的海域为近海，海洋参数容易受河 流、上升流等其他因素的影响，所以海洋参数的变化比大洋要大得多，尤其在盐 7 1 3 7 0 e 、p n 、t k 断面温盐流年际变化特征及其相关分析 度数据上尤为明显，因为近海盐度的变化受河流的影响非常大，如果观测数量比 较小的话，很有可能就会把正确的数据剔除掉，所以要想德到比较有代表性的数 据，必须有较大的观测数量。在5 0 米以上，如果观测值与平均值的差超过了5 个标准差，就应该剔除掉，在5 0 米以下，观测值与平均值的差如果超过了3 个 标准差，则把该数据剔除。经过以上几个步骤的处理，观测值已经基本上符合应 用的要求了。为直观我们把数据分别按年份和月份绘制成直方图如图1 、2 所示。 另外为了在大面上对数据有个直观了解，我们还把分析区域分成o 2 5 4 o 2 5 。的 方格，用不同的图形表示该方格内使用的观测的数量，将统计结果绘制成图3 ， 其中实心圆代表观测在l o 个以内，空心圆代表观测在1 0 个以上、1 0 0 个以内， 三角形代表观测在1 0 0 个以上3 0 0 个以内，正方形代表观测在3 0 0 个以上。由图 可以看出，大部分海域数据在1 0 0 个以内。 234567日91 0 1 11 2 m o m h 图l 处理后数据按月份的分布 删 哪 珊 哪 锄 御 薯| 姗 伽 o mco一符oo 3 7 。e 、p n 、t k 断面温盐流年际变化特征及其相关分析 图2 处理后数据按年份的分布 图3 处理数据的大亟分布图41 9 5 8 年1 2 月海表温度 实心圆： 1 0 ，空心圆： 1 0 0 ，三角形： 3 0 0 9 1 3 7 。e 、p n 、t k 断面温盐流年际变化特征及其相关分析 h 水平方向插值 经过了以上七个步骤的检验、排除，我们已经可以把数据插值到确定的格点 上。把研究海域分成o 2 5 。0 2 5 。的格点，南北范围范围为2 5 。到4 0 。，东西 范围为1 1 9 6 e 到1 3 0 。n ，插值公式为丸= 纯，其中以为插值后格点上的值， 插值权重= 景i 等，j 、，为格点号，r 为影响半径，计算时是可变量，初 始值为0 6 个纬距，若插值点影响半径内数据点较少则适当增加该值。r 为插值 格点到观测点的距离，若此距离为零，则该格点的值直接用该观测值代替，若 此距离超过影响半径，则插值权重为零，纯为观测值，聆为影响半径内观测值的 个数。经过水平插值后，我们可以绘制参数的等值线图，由图我们可以看出仍然 存在一些不合理的数据( 即图中有一些表示极值的圈) ，这是由于我们在前面几 个步骤中为了不排除正确的数据，采用的判据都较宽松，为此我们就要采用主观 排除的方法，当排除了这些点后，在重新进行水平插值，最后得到较平滑的图。 即使是这样，我们的数据中肯定还有我们没发现不合理数据，因为数据量太大， 我们不可能把错误数据完全排除，但可以基本满足一般海洋研究的要求。其中 1 3 7 。e 断面的资料只进行了前7 个处理过程，没有进行水平方向的插值，保持水 平间隔为1 个纬距。p n 、t k 两断面地形变化较剧烈，所以我们对次两个断面的 数掘保留了观测站上的值并适当增加了水平分辨率。图4 为经过以上步骤处理后 得到的1 9 5 8 年1 2 月的海表温度图。 21 3 7 。e 断面温盐分布特征及其变化规律 1 3 7 。e 断面的资料来自日本气象厅，我们选取的数据空间范围为3 。到 3 4 。，时间范围为冬季( 一月份) ：1 9 6 7 到2 0 0 3 年，夏季( 七、八月份) ：1 9 7 2 年到2 0 0 3 年。此断面南北横跨3 0 多个纬度，纵切了整个北太平洋副热带流系的 西部，所以此断面上的温、盐、流的状况对东中国海的环境有重要影响。图5 为1 3 79 e 断面的位霄及西北太平洋的水平环流状况。其中副热带流系包括的海流 自北向南有黑潮( 东北向流) 、黑潮逆流( 西南向流) 、副热带逆流( 东向流) 、 1 0 1 3 7 0 e 、p n 、t k 断面温盐流年际变化特征及其相关分析 北赤道流( 西向流) 、北赤道逆流( 东向流) 。热带西太平洋海面水温的典型特征 是其存在着一片常年海面水温高于2 8 。c 的广阔水域即“暖池”，厚度为5 0 - 1 4 0 米，由于其蕴藏着巨大的热量，它的温度变化和次表层海温的异常是研究西太平 洋海温变化时常常关注的两个方面【”】，其异常变化对亚洲乃至全球的气候变化 有重要的影响。在1 3 7 。e 断面附近的2 0 。到3 0 。n ，1 4 0 。e 到1 3 5 。矿这块海域， 表层盐度高于3 5 p s u 的海水为北太平洋副热带高盐水，南太平洋也对应存在南太 平洋副热带高盐水( 1 5 。s 到3 0 。s ，1 5 5 。到1 0 0 。形) ，而且其盐度更高( 高于 3 6 p s u ) 。南太平洋副热带高盐水盐度高于3 5 p s u 的区域向北延伸过赤道，向西到 澳大利亚。二者对1 3 7 。e 断面的盐度变化有很大影响，另外还有两个水团，即次 表层高盐水和中层低盐水，也影响着该断面的盐度分布。另外黑潮的变异也会影 响该断面高纬区域的温盐的变化。 图5 13 7 。e 断面位置概况( 引自r e g i o n a lo c e a n o g r a p h y ：a ni n t r o d u c t i o n ) 2 1 平均温度 图6 和图7 分别绘制了1 9 6 7 年到2 0 0 3 年的冬季和1 9 7 2 年到2 0 0 3 年的夏季 的平均温度，可看出不论是冬季还是夏季等温线在3 1 0 n 向北急剧上升，此区域 正好都对应流速很大的黑潮区，等温线向南缓慢的上升，到7 。n 左右上升到最 浅，此处等温线最密，这是北赤道流和北赤道逆流在此交汇辐合上升的地方【6 1 ， 1 3 7 。e 、p n 、t k 断面温盐流年际变化特征及其相关分析 也是温度变化最剧烈的区域。所不同的是在冬季整个断面在海面以下存在一个温 度均匀的混合层，而且由南向北温度逐渐降低，深度也逐渐增大( 可达1 0 0 米以 上) ，夏季混合层较浅，但温度较高，几乎整个断面都在2 7 。c 以上，1 ；12 8 。c 等 温线大体自南向北逐渐变浅，这主要是由于太阳辐射随纬度变化所致。在高纬区， 季节性温跃层在1 5 0 米以浅的深度上，位于大约5 0 0 米深的主温跃层之上。 图61 3 7 。e 断面1 9 6 7 年到2 0 0 3 年冬季平均温度 图71 3 7 。e 断面1 9 7 2 年刽2 0 0 3 年夏季平均温度 1 2 3 7 0 e 、p n