齊慶華，蔡榕碩

（1.國(guó)家海洋局第三海洋研究所，福建 廈門(mén) 361005；2.國(guó)家海洋局海洋-大氣化學(xué)與全球變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門(mén) 361005）

南海海表溫時(shí)空演變與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚相關(guān)性初探

齊慶華1，2，蔡榕碩1，2

（1.國(guó)家海洋局第三海洋研究所，福建 廈門(mén) 361005；2.國(guó)家海洋局海洋-大氣化學(xué)與全球變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門(mén) 361005）

利用我國(guó)近海1986-2008年間的海溫再分析資料，分析了南海海溫異常的時(shí)空變化，重點(diǎn)揭示了南海夏季風(fēng)爆發(fā)前后（4-6月）南海表層海溫異常的時(shí)空演變特征，并探討了其與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果顯示，南海夏季風(fēng)爆發(fā)前后南海表層海溫異常存在一個(gè)顯著時(shí)空演變模態(tài)，4月南海全域海表溫度異常幾呈負(fù)位相態(tài)勢(shì)，其中正值信號(hào)首先出現(xiàn)于巴拉望島以西海域，隨后逐步向西向北擴(kuò)展，5月南海大部已被海表溫異常正位相控制，6月南海表層海溫異常完成負(fù)-正位相轉(zhuǎn)換。分析表明，南海表層海溫異常時(shí)空演變的年際差異與南海夏季風(fēng)爆發(fā)的早晚存在顯著相關(guān)。綜合已有研究認(rèn)為，南海海表溫異常時(shí)空演變所形成的季節(jié)內(nèi)尺度的熱力差異（主要包含演進(jìn)趨勢(shì)、速度和幅度等）可能是影響南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的一個(gè)重要因子，據(jù)此建立了海表溫溫差異常指標(biāo)，其對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚具有較好的反映能力。此外，南海海表溫異常時(shí)空演變與南海暖池的變化緊密關(guān)聯(lián)。相關(guān)分析還發(fā)現(xiàn)，南海夏季風(fēng)爆發(fā)前期南海暖池與印度洋暖池的海表溫差異常存在顯著正相關(guān)關(guān)系，而與西太平洋暖池為負(fù)相關(guān)關(guān)系。南海海表溫異常季節(jié)內(nèi)演變?cè)谟?太暖池區(qū)海表熱力格局及差異形成背景下或可通過(guò)影響大尺度經(jīng)向和緯向環(huán)流而引發(fā)南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚之年際異常。

南海；季節(jié)內(nèi)時(shí)空演變；海表溫差；南海夏季風(fēng)；年際異常

1 引言

南海地理位置獨(dú)特，它地處東亞大陸-太平洋-印度洋的交匯區(qū)，在這里有世界海洋中溫度最高、面積最大的印-太暖池，存在著全球熱帶最強(qiáng)的對(duì)流和最多的水汽含量，海氣相互作用極為強(qiáng)烈。同時(shí)，南海也是東亞季風(fēng)系統(tǒng)與南亞季風(fēng)和亞澳季風(fēng)系統(tǒng)相互連接、相互作用的重要區(qū)域。作為夏季各種氣流向我國(guó)大陸輸送水汽的通道，南海的熱力效應(yīng)及相關(guān)的海氣相互作用過(guò)程對(duì)我國(guó)大陸天氣氣候具有重要影響。

由于南海連接太平洋和印度洋，該海域蘊(yùn)涵著豐富的海洋熱動(dòng)力過(guò)程，其熱力狀況和變化甚為復(fù)雜。針對(duì)南海海溫已有研究對(duì)其季節(jié)及年際變化進(jìn)行了較多探討，取得了較大進(jìn)展［1—2］。同時(shí)，研究表明，在全球增暖的大背景下，南海表層水呈現(xiàn)出變暖趨勢(shì)［3］，這增強(qiáng)了人們對(duì)南海熱力狀況在有關(guān)氣候變化方面的認(rèn)識(shí)。此外，南海暖水（t≥28℃）也最令人關(guān)注。由于暖水位置、范圍和強(qiáng)度的變化對(duì)海氣熱交換、大氣的水汽供應(yīng)、局地大氣對(duì)流，以至大氣環(huán)流有重要影響，因此，具有特別重要的研究意義。1966年的海洋觀測(cè)資料分析表明南海中東部存在暖水區(qū)，并首次稱為南海暖池［4］，研究發(fā)現(xiàn)，南海暖池季節(jié)演變特征顯著，南海暖水的消長(zhǎng)（生命周期）可以明顯分為4個(gè)階段：發(fā)展、維持、衰退和消失［5］，這勢(shì)必會(huì)對(duì)南海的熱力狀況及變化產(chǎn)生重要影響。

季風(fēng)顯著影響全球能量和水分循環(huán)，是氣候環(huán)流系統(tǒng)的重要組成部分。作為東亞季風(fēng)的一個(gè)重要子系統(tǒng)和東亞季風(fēng)系統(tǒng)與南亞季風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)系的紐帶，南海季風(fēng)的活動(dòng)異常對(duì)我國(guó)乃至全球的大氣環(huán)流和氣候都將產(chǎn)生重要的影響［6］。而南海夏季風(fēng)的爆發(fā)，不僅是東亞夏季風(fēng)來(lái)臨和中國(guó)雨季開(kāi)始的重要標(biāo)志，同時(shí)還調(diào)控我國(guó)夏季降水的多寡和空間格局，進(jìn)而嚴(yán)重影響我國(guó)夏季旱澇的分布及其轉(zhuǎn)型［7—8］。因此，南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的年際異常變化是南海季風(fēng)研究中一個(gè)非常有實(shí)際意義的科學(xué)問(wèn)題。自1990年以來(lái)，特別是南海季風(fēng)試驗(yàn)（SCSMEX，1998）的實(shí)施，對(duì)觸發(fā)南海夏季風(fēng)爆發(fā)因子的研究取得了許多有意義的研究成果［9—12］。Chao和Chen［13］指出，在所有亞洲季風(fēng)年際變化外因中，海面溫度是最主要的因子。關(guān)于海溫對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)的影響，已有研究從海氣相互作用的角度強(qiáng)調(diào)了印度洋及太平洋的海表與次表層海溫異常的重要作用［14—15］。近年來(lái)南海暖水演變與南海夏季風(fēng)爆發(fā)關(guān)系也成為研究熱點(diǎn)。趙永平和陳永利［16］的研究指出，當(dāng)前期冬春季南海暖池面積較大（?。?，溫度偏高（低）時(shí)，南海夏季風(fēng)爆發(fā)也將推遲（提前）。姜霞等［17］也提出，菲律賓以西海域高溫暖水的出現(xiàn)和面積突增可以作為夏季風(fēng)爆發(fā)的先兆，并且其年際變化與南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間早晚關(guān)系密切，當(dāng)高溫暖水的強(qiáng)度較高、擴(kuò)展面積較大，南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間較晚，反之亦然。此外，南海次表層海溫與南海夏季風(fēng)爆發(fā)也存在密切關(guān)系［18］。因此，南海海溫對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)可能存在重要影響。

海表溫度是海洋熱力狀態(tài)的重要標(biāo)志，是海洋大氣耦合系統(tǒng)中的重要因子。鑒于南海獨(dú)特的地理位置和海洋氣候環(huán)境，深入認(rèn)識(shí)南海海溫尤其是海表溫度異常變化，對(duì)于南海海氣相互作用及氣候環(huán)境效應(yīng)研究具有重要的科學(xué)意義。此外，中國(guó)地處東亞季風(fēng)區(qū)，其天氣氣候深受季風(fēng)異?；顒?dòng)的影響，其中關(guān)于南海夏季風(fēng)的爆發(fā)異常及演變等問(wèn)題的研究一直以來(lái)倍受科學(xué)家們的關(guān)注，然而我們對(duì)季風(fēng)及季風(fēng)雨的預(yù)報(bào)水平還很有限。因此，更好地認(rèn)識(shí)南海海表溫變異與南海夏季風(fēng)爆發(fā)年際異常變化的關(guān)聯(lián)性，更具深刻的現(xiàn)實(shí)意義。雖然有關(guān)南海海溫變化及其對(duì)南海夏季風(fēng)的影響已有較多研究，但針對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)前后南海表層海溫時(shí)空演變的研究還較缺乏，尤其是其在春末夏初的演進(jìn)與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的相關(guān)性認(rèn)識(shí)還不足。眾所周知，季風(fēng)具有顯著的季節(jié)進(jìn)程和不同的活動(dòng)方式（如突發(fā)性、爆發(fā)早晚以及中斷和活躍等特征），認(rèn)識(shí)相關(guān)要素季節(jié)及季節(jié)內(nèi)時(shí)空演變規(guī)律是季風(fēng)成因及變異研究的重點(diǎn)問(wèn)題之一，這方面的研究亟待深入開(kāi)展。本文試圖從海洋學(xué)角度出發(fā)，集中闡明南海海表溫度異常在南海夏季風(fēng)爆發(fā)前后（4-6月）的演變特征，并初步分析探討南海海表溫異常這一季節(jié)（內(nèi)）尺度的時(shí)空演變與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的相關(guān)性，從而為南海的熱力變異和氣候效應(yīng)研究以及南海夏季風(fēng)爆發(fā)年際異常的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

2 資料與分析方法

本文所用的海溫?cái)?shù)據(jù)主要取自國(guó)家海洋信息中心開(kāi)發(fā)的中國(guó)近海及鄰近海域海洋再分析（CORA）產(chǎn)品。在使用國(guó)際較成熟的諸如SODA等世界大洋再分析產(chǎn)品來(lái)研究中國(guó)近海的問(wèn)題時(shí)發(fā)現(xiàn)，它們難以準(zhǔn)確描述中國(guó)近海的基本特性，我國(guó)的CORA產(chǎn)品的設(shè)計(jì)正是為彌補(bǔ)這種不足，以期為中國(guó)近海海洋現(xiàn)象及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)和反饋的深入研究提供有關(guān)區(qū)域海洋特征的重要信息。該產(chǎn)品時(shí)段是從1986年1月至2008年12月，共23 a；海區(qū)范圍為10°S-52°N，99°～148°E，即包括渤海、黃海、東海和南海及其鄰近海域；時(shí)間分辨率為歷年各月，空間水平網(wǎng)格分辨率為0.5°×0.5°、垂向?yàn)?5層。此外，為分析探討南海與印度洋和太平洋暖池區(qū)域的熱力差異及其與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的關(guān)聯(lián)性等，還用到SODA（2.1.6版本）月平均海表溫度再分析數(shù)據(jù)以及NECP風(fēng)場(chǎng)再分析資料。

文中主要采用自然正交函數(shù)EOF（Empirical Orthogonal Function）方法分析南海海溫距平場(chǎng)的時(shí)空變化特征。為進(jìn)一步突出南海海表溫度異常季節(jié)尺度的時(shí)空演變特征，本文應(yīng)用依賴于季節(jié)的EOF（S -EOF）分析方法［19］，來(lái)提取南海夏季風(fēng)爆發(fā)前后（4-6月）南海海表溫異常演變過(guò)程的時(shí)空信息。此外，文中還用到相關(guān)分析和合成分析等分析方法。

3 南海表層海溫異常的時(shí)空演變特征

為驗(yàn)證CORA數(shù)據(jù)的可靠性，本文首先對(duì)南海400 m以淺各水層海溫距平作了EOF分析，并將結(jié)果與已往研究結(jié)論作了對(duì)比。結(jié)果顯示（圖略），南海內(nèi)部海溫異常時(shí)空變化存在差異?？傮w而言，南海100 m以淺各層海溫的異常變化具有較相似的空間分布型，主模態(tài)以一致型和反位相型分布最為顯著。與已往有關(guān)南海表層海溫異常變化的分析結(jié)果［3，20—21］對(duì)比表明他們存在很好的一致性，反映了CORA數(shù)據(jù)的可信性。

鑒于海表溫度是影響環(huán)流和氣候的重要指標(biāo)，下面我們重點(diǎn)關(guān)注南海表層海溫異常在南海夏季風(fēng)爆發(fā)前后的時(shí)空演變特征和規(guī)律，以便分析探討其與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的關(guān)聯(lián)性。選取南海夏季風(fēng)爆發(fā)前后4、5和6月共3個(gè)月的南海表層海溫?cái)?shù)據(jù)，計(jì)算出海表溫度距平場(chǎng)，運(yùn)用S-EOF方法對(duì)其進(jìn)行分析，得到南海表層海溫季節(jié)尺度的時(shí)空演變模態(tài)。結(jié)果表明，前兩個(gè)模態(tài)方差貢獻(xiàn)率分別為36.7%和 11.9%，通過(guò)了North（1982）顯著性檢驗(yàn)，是南海夏季風(fēng)爆發(fā)前后南海海表溫度異常時(shí)空演變的顯著模態(tài)（圖1）。其中第一模態(tài)顯示，南海表層溫度異常全海域呈同位相變化。高值中心也主要在南海中部，其演變特征并不明顯，以體現(xiàn)海表溫度異常變化的平均狀況（即前面提及的一致性變化模態(tài)）為主。而在第二模態(tài)中，南海海表溫度異常則存在顯著的季節(jié)尺度演變特征，下面著重分析說(shuō)明（圖1b）。4月，南海全域的海表溫度異常以負(fù)位相占優(yōu)，高（負(fù)）值區(qū)位于南海北部，負(fù)極值主要存在于我國(guó)華南地區(qū)近海海域。與此同時(shí)，弱的正值中心產(chǎn)生于巴拉望島以西海域。5月，該正值區(qū)顯著增強(qiáng)，并大范圍向西、向北擴(kuò)展，控制南海主體海域，尤其是中部深水區(qū)。同時(shí)在海南島以東海域和中南半島南端附近海域形成了兩個(gè)正高值中心。6月，正值區(qū)繼續(xù)增強(qiáng)，范圍擴(kuò)大至整個(gè)海域，高值中心處于中南部海區(qū)。從該模態(tài)可以看出，在4-6月這一季節(jié)尺度上，南海海表溫度異常呈現(xiàn)出顯著的時(shí)空演變特征：正值區(qū)在負(fù)位相占優(yōu)背景下于巴拉望島以西附近海域產(chǎn)生（4月），隨后向西向北大范圍發(fā)展（5月），并具突發(fā)性特征，最終完成南海海表溫異常負(fù)-正位相的轉(zhuǎn)換（6月）。

圖1 南海表層海溫異常季節(jié)尺度演變的S-EOF主模態(tài)空間型第一模態(tài)（a）和第二模態(tài)（b）

而南海表層海溫異常的時(shí)空演變與南海暖池的演化密切關(guān)聯(lián)。方便起見(jiàn)，圖2給出了南海暖池在4月和5月的分布特征?？梢钥闯觯?月南海暖池（SST≥28℃）已占據(jù)南海中南部，海表溫高值區(qū)（SST≥29℃）出現(xiàn)在巴拉望島以西海域，這一高值區(qū)在3月（圖略）并不存在，這可能是4月份巴拉望島以西海表溫度異常呈現(xiàn)正位相（見(jiàn)圖1b左）的主要原因。隨后南海暖池的范圍（以及厚度）向西、向北擴(kuò)展（加深），5月，除我國(guó)華南及周邊附近海域外，南海均被高于28℃的暖水覆蓋，從而對(duì)5月南海海溫異常正位相的發(fā)展（見(jiàn)圖1b中）起著主導(dǎo)性作用。王衛(wèi)強(qiáng)等［22］在研究南海表層水溫年際變化時(shí)就指出南海SST年循環(huán)與年際變化之間存在鎖相關(guān)系，其關(guān)鍵位相在北半球的冬春季節(jié)；同時(shí)南海暖池年際變化也與南海SST的年際變化是密切相關(guān)的，兩者在時(shí)域和頻域上都有嚴(yán)格的相似性?？梢?jiàn)南海海表溫異常時(shí)空演變也是南海暖池演化和變異的根本體現(xiàn)之一。

圖2 南海暖池4月（a、b）和5月（c、d）平均分布

4 南海海表溫異常演變與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的相關(guān)性分析

4.1 海表溫異常時(shí)空演變與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的相關(guān)性

前面得到了南海夏季風(fēng)爆發(fā)前后南海海表溫度異常顯著的時(shí)空演變模態(tài)（見(jiàn)圖1b），它與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的相關(guān)性如何？為探討這一問(wèn)題，建立南海夏季風(fēng)爆發(fā)的日期是首要的。然而，迄今還沒(méi)有一種簡(jiǎn)單而有效的確定南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)被廣泛接受，本文對(duì)此不作討論?？紤]到指標(biāo)序列的長(zhǎng)度、連續(xù)性及其權(quán)威性，本文綜合采用了國(guó)家氣候中心發(fā)布的南海季風(fēng)監(jiān)測(cè)結(jié)果以及Wang等［23］的研究結(jié)果（注：只用到2001年的結(jié)果），得到了1986-2008年的南海夏季風(fēng)爆發(fā)日期。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，1986-2008年間南海夏季風(fēng)爆發(fā)的最早日期為5月1日，最晚日期為6月1日，平均日期是5月19日，屬5月第4候。通過(guò)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后建立的南海夏季風(fēng)（SCSSM）爆發(fā)早晚的指標(biāo)序列見(jiàn)圖3中實(shí)線，其中正值表示南海夏季風(fēng)爆發(fā)推遲，而負(fù)值則表示南海夏季風(fēng)爆發(fā)提前。南海海表溫度異常4-6月時(shí)空演變的時(shí)間系數(shù)（即圖1b的時(shí)間系數(shù)，見(jiàn)圖3虛線所示）與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的指標(biāo)序列的相關(guān)分析表明，兩者存在顯著相關(guān)，同期相關(guān)系數(shù)為0.58（超過(guò)95%信度）。

圖3 南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚指標(biāo)（實(shí)線）的年際變化

可見(jiàn)南海表層海溫異常變化的時(shí)空演變與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚密切相關(guān)，由于南海夏季風(fēng)一般發(fā)生在5月（最早5月1日，平均日期是5月19日），因此，4-5月南海海表溫度的異常變化，尤其是其變化進(jìn)程（趨勢(shì)、速度和幅度等）對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的機(jī)理和預(yù)測(cè)具有較大意義。結(jié)合相關(guān)分析結(jié)果以及圖1b和圖3，假設(shè)時(shí)間系數(shù)為正值條件下，4-5月正處于南海海表溫度正異常大幅發(fā)展的進(jìn)程（強(qiáng)盛期）中，根據(jù)南海海表溫度異常時(shí)空演變與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚呈正相關(guān)關(guān)系，此時(shí)，南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的指標(biāo)序列值亦為正，即南海夏季風(fēng)爆發(fā)晚。也就是說(shuō)，4 -5月南海海表溫度正異常的發(fā)展對(duì)應(yīng)南海夏季風(fēng)爆發(fā)將推遲。由前面的分析我們知道，南海海表溫度正距平的發(fā)展與南海暖池演化緊密相關(guān)（見(jiàn)圖1b和圖2）。趙永平和陳永利［16］指出，前期冬春季南海暖池持續(xù)偏暖（冷）時(shí)，初夏南海夏季風(fēng)的爆發(fā)一般偏晚（早），其他研究也得到類似結(jié)論［24—25］。需要指出的是，也有研究結(jié)果［9，12］顯示南海夏季風(fēng)爆發(fā)的早晚和前期南海SSTA或熱含量等熱力異常變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這主要是與海表溫異常在4-6月存在負(fù)-正位相轉(zhuǎn)換的演變模態(tài)有關(guān)，前人結(jié)果主要針對(duì)前期熱力變異與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的關(guān)系作分析，由于選擇的前期時(shí)間區(qū)間不同，從而導(dǎo)致相關(guān)系數(shù)本身的差異，但兩種結(jié)果并不矛盾，它們恰恰體現(xiàn)了南海海表溫度異常季節(jié)（內(nèi)）時(shí)空演變的內(nèi)在本質(zhì)以及海表溫異常演進(jìn)趨勢(shì)、速度和幅度等在南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚中所具有的重要作用?？傊?，南海海表溫度異常4-5月的演變不僅對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的機(jī)理研究具有重要的價(jià)值，而且也對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚存在著較好的預(yù)測(cè)意義。因此，為有助于南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的機(jī)理和預(yù)測(cè)等的進(jìn)一步研究，有必要根據(jù)南海海表溫度異常的演變建立新的海溫指標(biāo)。

4.2 南海海表溫指標(biāo)的建立

季風(fēng)具有顯著的季節(jié)變程（如突發(fā)性、爆發(fā)早晚、中斷和活躍等），其爆發(fā)異常（這里指早晚）與控制因子的演進(jìn)密切相關(guān)。深入理解這一點(diǎn)對(duì)季風(fēng)成因和變異研究具有重要意義。已往建立的預(yù)測(cè)指標(biāo)主要基于各因子前期的變化，而前期的變化可能過(guò)多的體現(xiàn)爆發(fā)（觸發(fā)）機(jī)制，對(duì)有關(guān)南海季風(fēng)爆發(fā)早晚（年際異常）本身的機(jī)理認(rèn)識(shí)意義不明顯。為充分體現(xiàn)南海海表溫度異常變化演進(jìn)趨勢(shì)和程度（快慢和幅度）與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的關(guān)系，也為南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的年際異常預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供重要基礎(chǔ)，下面根據(jù)南海海表溫度異常演變特征來(lái)建立海溫指標(biāo)。前面已指出，4-5月南海海表溫度的異常變化，尤其是其變化進(jìn)程可能對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的機(jī)制和預(yù)測(cè)具有較大意義。因此，首先為明確4-5月南海海表溫異常演進(jìn)的格局（趨勢(shì)分布和幅度等），將5月海表溫度異常變化的空間型減去4月海表溫度異常變化的空間型（見(jiàn)圖1b），得到體現(xiàn)4-5月南海海表溫度異常演變的空間分布（見(jiàn)圖4）。圖4不僅表明了4到5月份海溫正異常的發(fā)展進(jìn)程（包括趨勢(shì)和程度），而且進(jìn)一步揭示出其發(fā)展的空間格局，據(jù)此，我們可以找到關(guān)鍵區(qū)（點(diǎn)），從而建立海溫指標(biāo)。圖中顯示，相對(duì)于4月，5月南海全域?yàn)檎惓?，呈西北高，東南低的分布特征，并存在兩個(gè)高值中心，它們代表了南海海表溫度異常4-5月演進(jìn)的顯著特征，且其變幅最大。以上分析也可為今后有關(guān)南海夏季風(fēng)監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵區(qū)的確定提供一定的參考依據(jù)。

為了方便（如觀測(cè)上的），在上面提到的高值中心選取兩個(gè)控制點(diǎn)，見(jiàn)圖4中A（20°N，113°E）和B（10° N，110°E）兩點(diǎn)。計(jì)算出兩點(diǎn)處的4月和5月的海表溫度距平，然后求得5月減去4月的海表溫度距平差值序列，從數(shù)值上講，相當(dāng)于先求得5月減去4月的海表溫差，然后再求距平，因此，稱該指標(biāo)為溫差異常指標(biāo)。相關(guān)分析表明，A和B兩點(diǎn)的溫差異常指標(biāo)與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚指標(biāo)序列的同期相關(guān)系數(shù)分別為0.7和0.58（超過(guò)95%的信度，圖5）。用SODA數(shù)據(jù)作同樣分析，所得A和B兩點(diǎn)的溫差異常指標(biāo)與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚指標(biāo)序列的同期相關(guān)系數(shù)分別為0.67和0.50（超過(guò)95%的信度，圖略）。說(shuō)明兩點(diǎn)對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚具有較好的反映能力。由于A點(diǎn)距離我國(guó)大陸較近，觀測(cè)也方便，故為了便于操作，本文對(duì)A點(diǎn)利用4-5月的溫差異常序列（CORA數(shù)據(jù)）與南海夏季風(fēng)爆發(fā)日期（單位：侯）序列作了線性回歸，擬合的顯著（F＝14.84＞Fα＝0.05＝4.32）回歸方程如下：

式中，Y為南海夏季風(fēng)爆發(fā)日期，單位為侯，X為4-5月的溫差距平。該方程可作為南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的一個(gè)簡(jiǎn)單回歸預(yù)測(cè)模型。

為進(jìn)一步檢驗(yàn)以上回歸模型對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的反映能力，下面對(duì)其作一個(gè)簡(jiǎn)單的回報(bào)結(jié)果分析。利用SODA數(shù)據(jù)計(jì)算A點(diǎn)的4-5月溫差距平序列，利用方程（1）計(jì)算1951-1985年和2009-2013年的南海夏季風(fēng)爆發(fā)日期，共40個(gè)樣本，然后，根據(jù)南海夏季風(fēng)爆發(fā)的平均時(shí)間（約28.7候）和標(biāo)準(zhǔn)差（δ＝1.7），當(dāng)爆發(fā)日期為27候及以前時(shí)，則認(rèn)為爆發(fā)偏早，當(dāng)爆發(fā)日期為30候及以后時(shí)，則認(rèn)為南海夏季風(fēng)爆發(fā)偏晚。與實(shí)際值的比較表明，總體上預(yù)測(cè)值的正確率為85%，南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚情景的預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)值分布見(jiàn)圖6，說(shuō)明該模型整體基本能反映南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的年際異常。但具體細(xì)節(jié)存在差異，比如正常年份的預(yù)測(cè)正確率最高，爆發(fā)晚年的預(yù)測(cè)正確率次之，而爆發(fā)早年的預(yù)測(cè)正確率偏低。這或可能與南海夏季風(fēng)爆發(fā)在1951 -2013年的年代際等長(zhǎng)周期變化有關(guān)。

圖4 南海海表溫異常4-5月分布差（℃）的空間格局

圖5 南海A和B兩控制點(diǎn)4-5月溫差異常（℃）序列與南海夏季風(fēng)爆發(fā)指標(biāo)序列（源自CORA）

圖6 模型預(yù)測(cè)（＋）與實(shí)測(cè)（×）值分布

5 討論與結(jié)論

前面的分析表明南海海表4-5月的增溫異常與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚關(guān)系密切。南海海表溫度異常演變，包括其演進(jìn)的趨勢(shì)、速度和幅度等，對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚可能存在重要影響。季風(fēng)是大尺度海洋和陸地等下墊面熱力因子綜合作用的結(jié)果，對(duì)于南海海表溫度在南海夏季風(fēng)爆發(fā)異常中的局地影響也是在種種大尺度氣候因子影響背景下實(shí)現(xiàn)的。南海地處獨(dú)特的地理環(huán)境，首先是印-太暖池暖水區(qū)的存在，同時(shí)，前面也述及南海暖池的重要性，其演變會(huì)直接引起南海海表溫的異常變化（見(jiàn)第3節(jié)），進(jìn)而可能對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚產(chǎn)生重要影響。因此，包括南海暖池在內(nèi)的印-太暖池區(qū)的熱狀況就成為了南海

夏季風(fēng)爆發(fā)的重要?dú)夂虮尘?。而從海洋學(xué)角度，有關(guān)影響南海夏季風(fēng)爆發(fā)的南海暖池?zé)崃顩r與印-太暖池區(qū)熱力狀況的相關(guān)性值得探討，進(jìn)而為了解南海夏季風(fēng)爆發(fā)的大尺度海洋熱力學(xué)背景奠定基礎(chǔ)。其次，基于南海大尺度海洋（主要是印-太暖池區(qū)）熱力背景的分析，本文根據(jù)前人研究結(jié)果簡(jiǎn)要分析探討了南海海表溫差異常影響南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的可能途徑。再者，由于海陸溫差是季風(fēng)的原始驅(qū)動(dòng)力，根據(jù)已往研究結(jié)論本文也從大陸熱力狀況與南海夏季風(fēng)爆發(fā)關(guān)系的角度，討論了單純就海表溫度異常變化來(lái)研究南海夏季風(fēng)爆發(fā)異常的局限性。最后給出本文的主要結(jié)論。

5.1 南海暖池與印－太暖池?zé)崃Ξ惓Ｗ兓南嚓P(guān)性

結(jié)合上文，著重探討南海夏季風(fēng)爆發(fā)前期4-5月南海暖池區(qū)與印-太暖池區(qū)熱力差異的相關(guān)性，從而進(jìn)一步在大尺度背景下探討南海海表溫異常演變對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的可能影響。由于CORA數(shù)據(jù)本身限制，我們利用SODA數(shù)據(jù)作了初步分析，為保持時(shí)間的一致性，年限仍為1986-2008年。根據(jù)5月平均海表溫度（SST≥28℃）劃定了3個(gè)暖池區(qū)域（圖7），A區(qū)域（8°～20°N，109°～120°E，）為南海暖池（SCSWP）；B區(qū)域（10°S—18°N，50°～100°E，）為印度洋暖池（IOWP）；C區(qū)域（12°S—16°N，120°～180°E，）為西太平洋暖池（WPWP）。首先計(jì)算4月和5月各區(qū)域平均的海表溫度，然后利用4.2節(jié)的方法建立各區(qū)域4-5月溫差異常指標(biāo)序列。對(duì)比CORA數(shù)據(jù)和SODA數(shù)據(jù)計(jì)算的南海暖池4-5月的溫差異常指標(biāo)序列（下稱熱力指標(biāo)），兩者同期相關(guān)系數(shù)為0.8，說(shuō)明兩者存在很好的一致性。

圖7 5月南海暖池（A）、印度洋暖池（B）和西太平洋暖池（C）多年平均分布（℃）（1986-2008年）

各區(qū)域熱力指標(biāo)序列曲線見(jiàn)圖8。相關(guān)分析表明，4-5月南海暖池與印度洋暖池的熱力異常變化關(guān)系密切，兩者同期相關(guān)系數(shù)為0.45，說(shuō)明南海暖池和印度洋暖池4-5月熱力異常變化具有較好的同步性和一致性。而南海暖池與西太平洋暖池4-5月的熱力異常變化同期相關(guān)系數(shù)為-0.18，即負(fù)相關(guān)。自南海暖池的定義明確提出后，有分析結(jié)果表明南海暖池是獨(dú)立于西太平洋暖池的暖水體［5］，南海暖池與印度洋暖池的關(guān)系較西太平洋暖池的關(guān)系更為密切［16］。此外，許多學(xué)者也發(fā)現(xiàn)南海SST與鄰近西太平洋SST在年際變化中有顯著的位相差，甚至成反位相。并指出南海與西太平洋的年際位相差對(duì)東亞季風(fēng)環(huán)流的影響十分重要［26—28］。

圖8 4-5月南海暖池、印度洋暖池和西太平洋暖池溫差異常序列

5.2 有關(guān)南海海表溫度異常與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚關(guān)聯(lián)性的探討

上面的分析表明，南海和印度洋暖池區(qū)4-5月海表溫溫差異常變化具有顯著的同步和一致性，而與西太平洋暖池區(qū)海表溫異常變化存在反位相關(guān)系。南海-印度洋與西太平洋海表溫度異常變化形成的年際位相差很可能是南海海表溫度異常演變影響南海季風(fēng)爆發(fā)早晚的大尺度海洋熱力背景。陳烈庭等［29］在早期有關(guān)南海和印度洋海溫異常對(duì)長(zhǎng)江中下游汛期降水影響的研究中指出，前期南海海溫異常偏暖（冷）時(shí)，西太副高西部脊加強(qiáng)并向南海西伸（東退），位置偏南（北），會(huì)造成長(zhǎng)江中下游梅雨量偏多（少），并指出這種影響可能是通過(guò)改變Walker環(huán)流和Hadley環(huán)流的位置和強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而熱帶印度洋一致性的增暖（變冷）可通過(guò)海氣相互作用激發(fā)印度洋-西太平洋異常的Walker環(huán)流圈，進(jìn)而有利于南海夏季風(fēng)爆發(fā)的推遲（提早）［30］。以上結(jié)果均與前期南海-印度洋和西太平洋暖池區(qū)形成的熱力差異緊密相關(guān)。圖9給出了南海海表溫度異常時(shí)空演變模態(tài)時(shí)間系數(shù)為正值情況下合成的4月份副熱帶高壓位置以及相應(yīng)的850 hPa環(huán)流異常減去200 hPa環(huán)流異常的垂向差值場(chǎng)（垂直切變低階近似）。結(jié)合前面分析，4-5月海表溫溫差異常為正時(shí)，南海-印度洋暖池區(qū)處于海溫偏高的狀態(tài)，此時(shí)副熱帶高壓偏西、偏南（圖9a）。同時(shí)，可能由于印度洋-南海-西太平洋海洋熱力差異的存在，易引起（主要是印度洋-南海區(qū)域）Walker環(huán)流的（負(fù)）異常，由圖9b則可見(jiàn)，印度洋-南海15°N以南呈現(xiàn)明顯緯向風(fēng)切變，低層以東風(fēng)異常為主。而南海北部及以北大陸地區(qū)還存在經(jīng)向風(fēng)切變，以東北向異常氣流為主，這或可能與局地Hadley環(huán)流異常變化有關(guān)（圖9b），以上均不利于南海地區(qū)西南氣流的發(fā)展，從而可能導(dǎo)致南海夏季風(fēng)爆發(fā)推遲，反之亦然。另外，南海-印度洋偏暖（冷）時(shí)，對(duì)應(yīng)前期西太平洋暖池區(qū)熱狀況的負(fù)（正）異常，勢(shì)必也會(huì)通過(guò)對(duì)流等過(guò)程引起局地Hadley環(huán)流的減弱（增強(qiáng)），此時(shí)西太平洋副高位置偏南（北）［31］，進(jìn)而有利于南海夏季風(fēng)推遲（提前）。

圖9 時(shí)間系數(shù)（圖3虛線）正值時(shí)合成的4月份（a）副熱帶高壓（細(xì)線，粗線為多年平均）位置以及（b）850～200 hPa異常環(huán)流的垂向差值

5.3 有關(guān)南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚與大陸熱力狀況的關(guān)聯(lián)性探討

目前，已有許多關(guān)于南海夏季風(fēng)爆發(fā)機(jī)制的理論和觀點(diǎn)提出，但哪一種是最重要的尚沒(méi)有明確結(jié)論，問(wèn)題的最終解決有待觀測(cè)實(shí)驗(yàn)以及進(jìn)一步數(shù)值試驗(yàn)的分析診斷和理論研究。一般地，季風(fēng)主要由于海陸熱力差異隨季節(jié)的變化造成。同樣，南海季風(fēng)爆發(fā)不僅和海洋溫度有關(guān)，也和陸地?zé)崃顩r有關(guān)。許多研究已指出南海季風(fēng)區(qū)陸面熱力狀況對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)的影響，有結(jié)果表明中南半島-南海海陸熱力對(duì)比是南海季風(fēng)爆發(fā)的重要原因之一［32］?？梢?jiàn)，海溫的變異雖可通過(guò)改變海陸熱力差異，并經(jīng)強(qiáng)烈的海-陸-氣相互作用對(duì)季風(fēng)產(chǎn)生重要影響，但僅僅考慮海洋溫度異常時(shí)空演變對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的影響勢(shì)必會(huì)存在一定的局限性。結(jié)合前面分析結(jié)果或可以看出，南海夏季風(fēng)爆發(fā)前期，在南海-印度洋與西太平洋海表溫異常變化進(jìn)程中所形成的海洋熱力格局和背景下，4-5月南海-印度洋海表溫正異常的演進(jìn)程度（包括速度和幅度等）的增強(qiáng)，必將減弱南海-印度洋與其北面陸面熱力對(duì)比，從而造成夏季風(fēng)環(huán)流形成時(shí)間推遲，并導(dǎo)致南海夏季風(fēng)爆發(fā)偏晚，反之亦然。在本文，則是站在海洋學(xué)角度，試圖通過(guò)分析南海海表溫度異常的時(shí)空演變與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的相關(guān)性，以期為南海夏季風(fēng)爆發(fā)異常（早晚）機(jī)理和預(yù)測(cè)研究提供一定的思路和新線索。有關(guān)南海海溫的變異（在大尺度海洋熱力背景下）引起的海陸熱力差異變化（尤其是季節(jié)及季節(jié)內(nèi)尺度的）及其對(duì)南海夏季風(fēng)以至東亞季風(fēng)形成及其異常演變的影響將作進(jìn)一步的分析研究。

5.4 本文主要結(jié)論

本文基于南海夏季風(fēng)爆發(fā)前后4-6月南海海表溫度的時(shí)空變化特征，探討了南海海表溫度異常演變與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的相關(guān)性，文中著眼于海表溫異常的季節(jié)內(nèi)演進(jìn)與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的可能關(guān)聯(lián)，建立了一個(gè)基于海表溫演變的溫差異常指標(biāo)，其對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)的年際異常具有較好的反映能力。結(jié)合前人研究，本文還初步討論了南海海表溫度異常4-5月的演進(jìn)對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的可能影響途徑和機(jī)制。結(jié)果表明：南海夏季風(fēng)爆發(fā)前后南海表層海溫異常時(shí)空演變特征顯著，南海表層海溫異常存在位相轉(zhuǎn)換，并與南海暖池的演化密切關(guān)聯(lián)。

南海海表溫度異常的時(shí)空演變與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚關(guān)系緊密?？偨Y(jié)前人研究工作，本文認(rèn)為，南海海表溫度異常季節(jié)內(nèi)尺度的演進(jìn)趨勢(shì)和程度（快慢和幅度等）對(duì)觸發(fā)南海夏季風(fēng)并引發(fā)其年際異常（本文指爆發(fā)早晚的年際異常）起著根本性作用，為體現(xiàn)海表溫度異常時(shí)空演變對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的可能影響，利用4-5月南海海表溫度，建立了海表溫差異常指標(biāo)，分析表明，該指標(biāo)對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚具有較好的反映能力，能達(dá)到一定的預(yù)測(cè)效果。

南海夏季風(fēng)爆發(fā)前期，南海暖池區(qū)與印度洋暖池區(qū)4-5月溫差異常變化具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，而與西太平洋暖池區(qū)溫差異常變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。綜合已往研究，南海海表4-5月溫差異常在熱帶及副熱帶印度洋和西太平洋海區(qū)熱力格局和差異形成背景下可能通過(guò)影響大尺度經(jīng)向和緯向環(huán)流而導(dǎo)致南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的年際異常。由于高時(shí)空分辨率數(shù)據(jù)的缺乏，具體其影響的可能機(jī)制還需結(jié)合海陸熱力對(duì)比等作大量而深入的分析研究，從而進(jìn)一步認(rèn)識(shí)南海熱力異常演變對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的局地貢獻(xiàn)和作用途徑。

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The relation between the spatial-temporal evolution of SST in the South China Sea and the earlier or later onset of the South China Sea summer monsoon

Qi Qinghua1，2，Cai Rongshuo1，2

（1．The Third Institute of Oceanography，State Oceanic Administration，Xiamen 361005，China；2．Key Laboratory of Global Change and Marine-Atmospheric Chemistry，State Oceanic Administration，Xiamen 361005，China）

Spatio-temporal variations of the sea temperature anomaly in the South China Sea（SCS）were investigated based on the reanalysis dataset of China seas from 1986 to 2003.With focus on the evolution of the sea surface temperature anomaly（SSTA）before and after（during April to Jun）the onset of the SCSsummer monsoon（SCSSM），its relation with the occasion of the SCSSM onsets was discussed.The results show that，there exists a significant evolution mode on seasonal scale，in which the positive SSTA develops firstly near the sea area west of Palawan in April，and extends rapidly westward and northward in May when the positive SSTA controls the most part of the SCS，and then the SSTA in the SCSachieves a negative-positive phase transition in June.The analysis indicates that，the interannual difference of the SSTA evolution mode was associated significantly with the earlier or later onset of the SCSSM.Synthesizing with the previous studies，it is considered that the anomalous thermal evolution（including trends，speed，magnitude）on intra-seasonal scale in the sea surface of the SCS could be one of important factors to impact earlier and later onset of the SCSSM.According to this，the author established a temperature difference index based on the SSTA evolution in the SCS，which reflects well to the earlier and later onset of the SCSSM.In addition，the evolution of the SSTA can be related closely with the variation of the SCS warm pool（SCSWP）.It is found that the SST difference（April-May）anomaly of the SCSWP during the period before the onset of the SCSSM was striking of positive correlation with that of the Indian Ocean warm pool（IOWP），while evident negative relation with that of the Western Pacific warm pool（WPWP）.Under the background of formation of the surface thermal pattern and contrast in Indio-Pacific warm pool regions，the anomalous intra-seasonal evolution of the SSTA in the SCS is expected to give rise to the interannual difference of the SCSSM onset（earlier or later）through the thermal effect on the large scale of meridional and zonal atmospheric current anomalies.

South China Sea；intra-seasonal spatio-temporal evolution；difference in sea surface temperature；South China Sea summer monsoon；interanuual anomaly

P732.6

A

0253-4193（2014）03-0094-10

2013-01-04；

2013-12-10。

公益性行業(yè)（氣象）科研專項(xiàng)（GYHY201006021-1）；國(guó)家海洋局第三海洋研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（海三科2013003）；海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201005019-2）；中國(guó)科學(xué)院海洋環(huán)流與波動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金課題（KLOCAW1305）。

齊慶華（1978—），男，河北省保定市人，博士，主要從事海氣相互作用與氣候變化研究。E-mail：qinghuaqi2008＠gmail.com

齊慶華，蔡榕碩.南海海表溫時(shí)空演變與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚相關(guān)性初探［J］.海洋學(xué)報(bào)，2014，36（3）：94—103，

10.3969／j. issn.0253-4193.2014.03.010

Qi Qinghua，Cai Rongshuo.The ratation between the spatial-temporal evolution of SST in the South China Sea and the earlier or later onset of the South China Sea summer monsoon［J］.Acta Oceanologica Sinica（in Chinese），2014，36（3）：94-103，doi：10.3969／j.issn. 0253-4193.2014.03.010