海水温度日变化的特点及其订正

海水温度日变化的特点及其订正

日变化误差的订正通过分析和研究海水温度的日变化特征，分析和了解海洋条件的基本特征，对于分析和了解海洋条件具有重要意义。尤其是在温差较大的沿海地区。此外，从渔业的角度来看，了解水温变化对鱼类夜间分布和移动规律的影响也很重要。目前的海洋调查,仍以单船进行大面或断面定点观测为主,这样就必须考虑到由于逐站的观测日期和时间的不同所产生的误差。在深海和大洋中,由于水温年变化和日变化均很小,这种误差可以忽略不计,但在水温,日变化和年变化显著的近海和浅海区域,对这种误差是不容忽视的。在同一航次中,各测站由于观测日期的不同所产生的误差称为逐日变化误差.这种误差在水温日增(降)温率很大的时期必须予以足够的重视.目前对逐日变化误差的订正方法,在有逐月观测资料的基础上,多采用通过水温年变化曲线图进行订正到同一日期或计算出月(句)平均值.当然,这种订正方法还是很祖略的,接近于平均状况的,至于精确的订正方法,要取决于观测资料的多寡和进一步的研究,由于逐站观测时间的不同而产生的误差称为日变化误差。影响水温日变化的因素是错综复杂的,再加上目前因受观测仪器和观测手段所限,对水温日变化误差可以说还没有研究出一个切实可行的订正方法。本文的目的,不是讨论水温日变化误差的订正方法,而是介绍渤海及黄、东海近海区水温日变化的空间分布和随时间变化(季节变化)的特征.我们认为,只有在充分了解水温日变化的特点和规律的基础上,才有可能研究其订正方法并对水温调查资料的代表性问题有所估计。一、整理过程中不同年份的水温日变幅值和日变化极值本文共收集了渤海及黄、东海近海区(北纬28°以北,东经124°以西)从1953年至1964年间共495个连续观测站的水温资料,总观测数共为685站次.观测次数达二次以上的记录取其平均值.本文仅整理计算其中四个水层(表层、5米层、10米层及底层)的水温日变幅值和三个水层(表层、10米层及底层)的水温周日变化极值出现时间.在整理过程中,考虑资料数量太少,如分月整理可能难以进行分析,故决定将不同年份的资料分别按四个季度进行整理统计。表1及图1展示出各海区、各季度测站的分配数目和分布情况.文中根据上述连续观测站的水温资料计算得出水温日变幅值,并按季度分水层绘出水温日变幅等值线分布图.同时还将海面气温日变化的资料加以整理,作为分析水温日变化情况的辅助资料.二、水温日变幅值这一海区水温日变幅空间分布总的趋势是,从海区分布看(见表2),各海区全年平均以黄海北部及渤海(分别为1.30℃及1.17℃)最大,东海北部(0.94℃)次之,黄海中南部(0.71℃)最小.从水层分布看(见表3),整个海区以表层(1.25℃)最大,中层(5米层及10米层分别为1.04℃及1.18°C)次之,底层(0.65℃)最小。但在第二、三季度有温跃层存在的区域,就会出现中层(即温跃层所处的水层)水温日变幅值大于表层的现象.这从垂直分布图(见图2)及表4中所列各水层、各季度的水温日变幅平均值均可看出.各季度分海区水温日变幅的空间分布(见图3—图6),第一季度的主要特征是,表层大于深层,变化趋势随着深度的加大而减小,同时出现两个高值区,一是渤海近岸区;二是东海江浙外海区从表到底均较大。第二、三季度的共同特点是,随着中层温跃层的形成,使水温日变幅值剧增,特别在冷水团区域尤为显著.此外,如渤海海峡、河口区和成山头海岬等海区水温日变幅值亦大.第四季度的特征是,水温日变幅值普遍减小,降到全年的最低值,除东海区仍略高外,黄、渤海区水平分布均匀,上下水层差异不大.三、水温重建的季节和日变化的季节和日变化时一般在权力集中和日变化一般在季节内发生极值出现时间,一般在全年内最大时日节内最大时确定日极值和日际首压时,一般日变化时一般在季节内日变化极值出现时间,一般日变化时平均极值出现时间这一海区水温周日变化极值出现时间远不及水温日变幅有规律。从表层、10米层及底层这三个水层的资料统计结果来看,表层规律性较好,一年四季基本一致,各季节最高值多出现在12—18时,最低值出现在02—08时居多,一般比气温要落后二小时左右.10米层及底层仅第四季度稍有规则,但极值出现时间比表层还要推迟约2—4小时,其它季度规律性均很差,极值出现时间相当分散,缺乏一定的规律.从海区看,各海区水温周日变化极值出现时间基本相似,差异不大,并看不出有季节变化.四、水温日变化的原因影响水温日变化的因素无疑是多方面的,尤其是对浅海区来说更是错综复杂.表现在水温日变幅的波动,因地(海区和地形的不同)、因时(季节的不同)有很大差异,本海区的水温日变幅最大值曾观测到13℃左右,而最小值却小于0.2℃.此外,水温周日变化的极值出现时间,除表层规律性略好外,其它水层都相当分散,看不出有规律性.按这一海区水温日变化时空分布的类型,从导致水温日变化的主要原因来分析,大致可以归纳为以下三方面.(一)与气温的关系众所周知,海水热量的主要来源是太阳的幅射热,因此,太阳幅射的日变化必然要影响到海水温度(特别是表层水温)的日变化.从表层水温日变化曲线与海面气温日变化曲线看出,水温日变幅大小的变化趋势以及极值出现的时间均与气温很一致,这足以说明两者关系的密切程度.再从表3中看出,各季度气温平均日变幅远比水温平均日变幅大,而全年平均表层水温日变幅又大于深层,这说明太阳幅射首先对表层水温产生影响,并随着深度增加而减弱.至于表3及表4中出现第一季度平均气温日变幅比第三季度大,而平均表层水温日变幅反而小的不一致原因,考虑到是由于冬季海水垂直对流混合加剧了热量的传导所致。当然海区气象条件中风、日照、降水、云量等要素的变化,也会对太阳幅射产生复杂的影响,并必然要间接影响到水温的日变化.这些气象条件的变化日差月异,随机变幻,在缺乏长期连续观测资料的情况下,难以掌握其规律,因而也增加分析太阳幅射对水温日变化影响的困难.(二)温跃层区的水温日变化根据上述水温日变化的时空分布明显看出,每当第二、三季度中层出现温跃层的区域,水温日变化显然比其上下水层要复杂和剧烈得多.突出的如第三季度渤海中部5米水层,第二、三季度黄海北部10米水层及第二季度青岛东南外海10米水层,这些区域的底层均有封闭型的冷水团存在.根据调查资料证明,渤、黄、东海区的温跃层,每年从4月开始形成,9月以后渐趋消失,7、8月份强度最大.而这些海区中层水温的日变化趋势,基本上是随着温跃层的形成、强盛和消失的消长过程而演变,这也足以证明两者是息息相关.为什么每当夏季水温垂直分布出现层化显著(即温跃层的强盛时期)的跃层区,水温的日变化就特别剧烈,表现出水温日变幅大,极值出现时间无规则性等特点.其原因主要是由于温跃层形成后伴生的内波引起跃层的垂直位移(内潮振动)的结果.日本学者也指出,中国东海和内波有密切相关的温、盐度显著的周日变化,多出现在两层海洋的交界面上,并指出内波对捕捞作业和鱼类的垂直迁移有重要影响.这类日变化同样非常复杂,想要消除由此而引起水温日变化的误差,首先应对海区的内波现象(振幅和周期)进行系统和深入的调查研究,特别是内潮振动受潮汐或潮流周期变化的影响极大。根据中尾.彻的分析指出,内波层的温、盐、密的调和分析,它们的周期变化和内潮密切相关。(三)日变化的主要影响因素近海区域潮流对海况的影响远较大洋深海区明显,潮流运动的形式有往复流与回转流之别,但其主要特征是有周期性.因此,当海区水温水平分布差异大(即温度水平梯度大)的区域,由于潮流效应而引起的水温日变化也很明显.既然水温垂直分布梯度大的跃层区,会由于内波而产生复杂的日变化,那么水温水平分布梯度大的区域(如不同温度性质海流的交汇区和不同性质水团的混合带等),当然也会由于潮流运动而产生同样剧烈的日变化。同时,水温日变化的大小还随着潮流的周期和流向、流速的变化而不同,但上下水层的变化趋势差异不大.这一海区水温日变化受潮流影响显著的海区有,第二季度渤海海峡北端老铁山水道和第三季度山东半岛成山头东侧海岬区,上述海区流速均较大;再如第一季度东海区江浙外海有一由南向北分布的台湾暖水高温水舌,是全海区冬季最高温度区,2月份水温仍达15℃以上,而江浙沿岸则是冬季南下冷的江浙沿岸水,温度一般低于5℃,这两种水温差异悬殊的水团,形成水温水平梯度增大,再加上这一海区岛屿多,地形复杂,流速大,受潮流效应明显,故从表层到底层水温日变幅值均较大.此外,在河口区当径流入海后,径流水温与海水温度相差大时,也是造成水温日变幅增大的原因之一,如第三季度黄河口附近海区及第二季度长江口区域。以潮流效应为主的水温日变化趋势,一般还可看出升温或降温多发生在涨潮或落潮的过程,而极值多出现在流速最小即高潮或低潮的时刻。最后必须指出的是,影响水温日变化的因素既是多方面的,上面提到的三个主导因素,仅仅是对某一海区或某一季节(或某一时刻)的水温日变化的影响起到为主的作用,因而其变化带有某主导因素的明显特征,但不能忽略其它次要因素所引起的影响作用。如何综合考虑各方面的影响因素,这是今后分析研究导致水温日变化现象的主要课题.五、全海域水温日变化特征本文收集了渤、黄、东海近海区从1953—1964年共495个连续观测站、685站次的水温连续观测记录,通过按季度分水层统计整理并绘出水温日变幅等值线分布图.文中着重阐述了渤、黄、东海近海区水温日变幅的空间分布和季节变化,以及水温周日变化极值出现时间.同时对影响这一海区水温日变化的主导因素作了初步的探讨。通过分析了解到这一海区水温日变幅空间分布和季节变化的主要特征表现为,从水平分布看,第二、三季度渤海和黄海北部远大于黄海中南部和东海北部,并以黄海北部为最大,黄海中南部为最小,第一、四季度各海区差异不大.从垂直分布看,仍以第二、三季度垂直差异大,其中特别是10米层的日变幅为最大,表层及5米层次之,底层最小,第一季度垂直变化呈随深度增大而递减的趋势,第四季度垂直差异很小。水温日变幅的季节变化明显地表现出第二、三季度大于第一、四季度,渤海及黄海北部海区比黄海中南部及东海北部海区显著,黄、东海区尤以10米层季节变化最明显,各海区底层季节变化均较小。水温日变化极值出现时间各海区基本相似,差别不大。其中以表层较规则,并与海面气温日变化极值出现时间很相近,最高水温值多在午后出现,最低水温值多出现在午夜前后及凌晨。10米层及底层除第四季度比较规则外,其它季节相当分散,无一定的规律性。分析资料表明,影响这一海区水温日变化的主导因素为太阳辐射、内潮振动和潮流效应。特别是在第二、三季度温跃层强度大的区域,由于产生内波导致水温日变辐值剧增和出现极值时间的不规则性。在河口、海峡、海岬等区域受潮流影响较大。对于表层水温日变化来说,则以太阳辐射和复杂的气象条件的影响为主。这一海区水温日变幅的季节变化除底层较小外,其它各层均较明显(见表3及图7).在一年中,全海区季节变化的总趋势是,第四季度日变幅平均值(0.49℃)最小,