西北太平洋海域海表風速長期變化趨勢研究

潘靜，鄭崇偉

（1.中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數值模擬國家重點實驗室，北京100029；2.92538部隊氣象臺，遼寧大連116041）

西北太平洋海域海表風速長期變化趨勢研究

潘靜1，鄭崇偉2

（1.中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數值模擬國家重點實驗室，北京100029；2.92538部隊氣象臺，遼寧大連116041）

利用來自ECMWF的ERA-40海表10 m風場資料，對西北太平洋海域海表風速的長期變化趨勢等進行研究，研究發現：（1）1958—2001年期間，西北太平洋第一島鏈以內海域的海表風速不存在顯著的逐年變化趨勢，第一島鏈以外地廣闊洋面則基本表現出顯著性逐年線性遞增趨勢，遞增趨勢約0.005—0.02 m·s-1·a-1，呈顯著性逐年線性遞減的海域主要分布于一些零星海域；（2）近44年期間，西北太平洋海域的海表風速整體上以0.0072 m·s-1·a-1的速度顯著性逐年線性遞增，在1958—1974年期間，海表風速的遞增趨勢較強，1975—2001年期間，西北太平洋海域的海表風速整體上變化趨勢較為平緩，尤其是在1976—1983年期間，海表風速的走勢甚為平緩；（3）西北太平洋海域的海表風速不存在顯著的逐MAM、逐JJA變化趨勢，逐SON和逐DJF則表現出顯著的線性遞增趨勢，逐SON的遞增趨勢為0.0047 m·s-1·a-1，逐DJF的遞增趨勢為0.0079 m·s-1·a-1；（4）西北太平洋海域的海表風速存在多種尺度的變化周期，具有明顯的2.0—2.4年、4.3—5.2年以及26年以上的長周期震蕩。

西北太平洋；ERA-40海表10 m風場；長期變化趨勢；周期

1 引言

海表風速是海洋水文氣象的一個重要要素，其變化趨勢一直以來是眾多專家關注的對象之一[1]。鄭崇偉等[2-5]利用CCMP（Cross-Calibrated, Multi-Platform）風場資料分析了中國海海表風速的長期變化趨勢，發現在1988—2009年期間，中國海大部分海域的海表風速表現出顯著性逐年線性遞增的趨勢；鄭崇偉[6]的研究還發現在1958—2001年期間，大西洋中低緯和南大西洋高緯度大部分海域的海表風速呈顯著性逐年線性遞增；梅勇等[7]利用1957年9月—2002年8月的ERA-40海表10 m風場，研究發現中南半島東南海域的南海大風中心（115o—117.5oE，15o—17.5oN）的海表風速在1958—2001年期間呈顯著的逐年線性遞增趨勢；Ward等[8]認為，在20世紀后半葉，全球近海面風速沒有明顯的變化趨勢，在赤道附近海域、南大西洋熱帶海域和北太平洋亞熱帶海域呈減小趨勢；Gulev[9-10]和Gower[11]等提出，熱帶北大西洋和北太平洋高緯度海域的海表風速呈遞增趨勢。本文利用來自歐洲中期天氣預報中心（ECMWF—European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）的ERA-40海表10 m風場資料，對西北太平洋海域海表風速的長期變化趨勢等進行研究，反映出1958—2001年期間該海域海表風速的整體變化趨勢和變化趨勢的區域性差異。

2 資料簡介

ERA-40海表10 m風場[6，12]來自ECMWF，其時間范圍從1957年09月01日00：00時—2002年8月31日18：00時，時間分辨率為6小時；該數據的空間范圍為87.5°S—87.5°N，0°—357.5°E，空間分辨率為2.5°×2.5°。本文重點是為了研究西北太平洋海域海表風速的長期變化趨勢，因此對于時間序列的長度要求則較高，NCEP風場、QN混合風場和CCMP風場的分辨率較高，但時間序列相對ERA-40海表10 m風場都較短，本文選擇ERA-40海表10 m風場作為研究風場。

3 海表風速長期變化趨勢

3.1 海表風速長期變化趨勢的區域性差異

不同海域海表風速的變化趨勢定存在區域性差異，為了體現出這個差異，本文將西北太平洋海域1.5°×1.5°每個網格點上的海表風速從1958—2001年取逐年平均，分析每個網格點上海表風速的逐年線性趨勢，見圖1。

圖1 西北太平洋海域1958—2001年逐年平均海表風速線性趨勢的回歸系數（單位/(m·s-1·a-1)）

1958—2001年期間，西北太平洋約有50%的海域的海表風速并不存在顯著的逐年變化趨勢，這些海域主要集中分布于第一島鏈以內，第一島鏈以外地廣闊洋面則基本表現出顯著性逐年線性遞增趨勢，遞增趨勢約0.005—0.02 m·s-1·a-1，遞增趨勢較強的海域分布于（5°N，150°E）和（2°N，90°E）附近海域，這兩個海域海表風速的逐年遞增趨勢基本都在0.02 m·s-1·a-1以上，海表風速呈顯著性逐年線性遞減的海域主要分布于一些零星海域：庫頁島東部海域（-0.025m·s-1·a-1—-0.005m·s-1·a-1）、黃海中部海域（約-0.005 m·s-1·a-1）、海南島周邊海域（約-0.005 m·s-1·a-1）等（見圖1）。

3.2 海表風速逐年變化趨勢

為了反映出近44年期間西北太平洋海域海表風速的整體變化趨勢，本文還將該海域的海表風速進行逐年區域平均，采用線性回歸方法，分析該海域海表風速近44年的整體變化趨勢，見圖2。相關系數|r|=0.76＞r0.05=0.29,線性遞增趨勢顯著，回歸系數為0.0072，也就是說，近44年期間，西北太平洋海域的海表風速整體上以0.0072 m·s-1·a-1的速度顯著性逐年線性遞增。結論與Gower[11]的結論基本一致。在1958—1974年期間，海表風速的遞增趨勢較強，1975—2001年期間，西北太平洋海域的海表風速整體上變化趨勢較為平緩，尤其是在1976—1983年期間，海表風速的走勢甚為平緩。

3.3 海表風速逐MAM、逐JJA、逐SON、逐DJF的變化趨勢

本文還將西北太平洋海域的海表風速從1958-2001年取逐MAM（March，April，May）平均、逐JJA（June，July，August）平均、逐SON（September，October，November）平均、逐DJF（December，January，February）平均，利用線性回歸方法，分析近44年期間西北太平洋海域海表風速逐MAM、逐JJA、逐SON、逐DJF的線性回歸趨勢，見圖2。

圖2 1958—2001年西北太平洋逐年區域平均后的海表風速及其變化趨勢

MAM：海表風速變化趨勢的相關系數為0.22，沒有通過了95%（r0.05=0.29）的信度檢驗，線性變化趨勢不顯著，即近44年的逐MAM，西北太平洋海域的海表風速不存在顯著的變化趨勢。

JJA：海表風速變化趨勢的相關系數為0.288，沒有通過了95%（r0.05=0.29）的信度檢驗，線性變化趨勢不顯著，即近44年的逐JJA，西北太平洋海域的海表風速不存在顯著的變化趨勢。

SON：海表風速變化趨勢的相關系數為0.32，通過了95%（r0.05=0.29）的信度檢驗，線性遞增趨勢顯著，回歸系數為0.0047，即近44年期間，西北太平洋海域的海表風速以0.0047 m·s-1·a-1的速度顯著性逐SON線性遞增。

DJF：海表風速變化趨勢的相關系數為0.61，通過了95%（r0.05=0.29）的信度檢驗，線性遞增趨勢顯著，回歸系數為0.0079，即近44年期間，西北太平洋海域的海表風速以0.0079 m·s-1·a-1的速度顯著性逐DJF線性遞增。

對比不同季節的變化趨勢發現，西北太平洋海域的海表風速不存在顯著的逐MAM、逐JJA變化趨勢，逐SON和逐DJF則表現出顯著的線性遞增趨勢，詳見圖2。

3.4 變化周期

將西北太平洋海域的海表風速從1958—2001年取逐年區域平均，利用功率譜分析該海域海表風速的變化周期，譜密度大于紅噪音檢驗標準譜的時候，說明存在該顯著性周期。

圖3 西北太平洋海域1958—2001年逐MAM、逐JJA、逐SON、逐DJF的海表風速及其線性回歸趨勢

由圖4可見，西北太平洋海域的海表風速存在多種尺度的變化周期，具有明顯的2.0—2.4年、4.3—5.2年以及26年以上的長周期震蕩。鄭崇偉[13]、陳紅霞[14]的研究指出中國近海及臨近海域的海浪的年際變化中以5年為周期的變化較為顯著。西北太平洋海域的海表風場、海浪場均存在5年左右的顯著性周期，這一周期可能受東亞冬季風異常和ENSO循環影響有關，有待于在未來的工作中進一步對其中的物理機制展開更深入的研究。

圖4 西北太平洋海域海表風速的功率譜分析

4 結論

（1）1958—2001年期間，西北太平洋第一島鏈以內海域的海表風速不存在顯著的逐年變化趨勢，第一島鏈以外地廣闊洋面則基本表現出顯著性逐年線性遞增趨勢，遞增趨勢約0.005—0.02 m·s-1·a-1，遞增趨勢較強的海域分布于（5°N，150°E）和（2°N，90°E）附近海域，這兩個海域海表風速的逐年遞增趨勢基本都在0.02 m·s-1·a-1以上，海表風速呈顯著性逐年線性遞減的海域主要分布于：庫頁島東部海域、黃海中部海域、海南島周邊海域等一些零星海域；

（2）近44年期間，西北太平洋海域的海表風速整體上以0.0072 m·s-1·a-1的速度顯著性逐年線性遞增，在1958—1974年期間，海表風速的遞增趨勢較強，1975—2001年期間，西北太平洋海域的海表風速整體上變化趨勢較為平緩，尤其是在1976—1983年期間，海表風速的走勢甚為平緩；

（3）西北太平洋海域的海表風速不存在顯著的逐MAM、逐JJA變化趨勢，逐SON和逐DJF則表現出顯著的線性遞增趨勢，逐SON的遞增趨勢為0.0047 m·s-1·a-1，逐DJF的遞增趨勢為0.0079 m·s-1·a-1；

（4）西北太平洋海域的海表風速存在多種尺度的變化周期，具有明顯的2.0—2.4年、4.3—5.2年以及26年以上的長周期震蕩，其中5年左右的顯著性周期可能受東亞冬季風異常和ENSO循環影響有關，有待于在未來的工作中進一步對其中的物理機制展開更深入的研究。

[1]鄭崇偉,潘靜,田妍妍,等.全球海域風浪、涌浪、混合浪波候圖集[M].海洋出版社,2012.

[2]鄭崇偉,李訓強.基于WAVEWATCH-III模式的近22年中國海波浪能資源評估[J].中國海洋大學學報,2011,20（4）：5-12.

[3]ZhengCW,ZhuangH,LiX,etal.WindEnergyandWaveEnergyResources Assessment in the East China Sea and South China Sea[J]. Sci China Tech Sci,2012,55(1)：163-173.

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[5]劉志宏,鄭崇偉.近22年西北太平洋海域海表風速變化趨勢研究[J].海洋技術,2011,30（2）：127-130.

[6]鄭崇偉,周林,劉志宏.近45年大西洋波候統計分析[J].海軍大連艦艇學院學報,2011,34（2）：50-53.

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[8]Ward M N,Hoskins B.Near surface wind over the global ocean 1949-1988[J].J Climate,1996,9：1877-1895.

[9]Gulev S K,Grigotieva V.Last century changes in ocean wind wave height from global visual wave data[J].Geophy Res Lett, 2004,31：L24302,doi：10.1029/2004GL021040.

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[13]鄭崇偉.南海海浪特征分析及波浪能資源評估[D].解放軍理工大學碩士論文,2011.

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Long-term trend analysis of sea surface wind speed in the Northwest Pacific Ocean

PAN Jing1,ZHENG Chong-wei2
(1.Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029,China；2.12 Unit,NO.92538 Army of PLA, Dalian 116041 China)

Based on the ERA-40 sea surface wind field data from the ECMWF,the long-term trend of sea surface wind field in the Northwest Pacific Ocean was analyzed by linear regression method.The results show that：(1)from 1958 to 2001,sea surface wind speed within the first island chain waters of the Northwest Pacific had no significant change,but showed a significant linear increase trend at the outside the first island chain,which is about 0.005—0.02m·s-1·a-1.Meanwhile,the sea surface wind speed had a significant linear decrease trend in some sporadic regions.(2)During the past 44 years,the sea surface wind speed in the Northwest Pacific Ocean showed a significant linear increase by 0.0072 m·s-1·a-1.In the period of 1958—1974,the increasing trend is stronger.However,the trend of sea surface wind speed in the Northwest Pacific Ocean was much stable during 1975—2001,especially from 1976 to 1983.(3)The sea surface wind speed in the Northwest Pacific Ocean had no a significant linear increase tendency in MAM and JJA,but had an obvious increase tendency in SON and DJF.(4)The sea surface wind speed showed several different time scale oscillation periods,which are 2.0—2.4 years,4.3—5.2 years and 26 year respectively.

Northwest Pacific Ocean;ERA-40 sea surface wind field;long-term trend;period

book=314,ebook=314

P732

：A

：1003-0239（2012）05-0048-05

2011-12-17

國家重點基礎研究發展規劃項目(2010CB950400);中科院知識創新工程重要方向項目(KZCX2-YW-Q11-03)

潘靜（1978-），女，副研究員，主要從事海氣相互作用研究。E-mail：pan@lasg.iap.ac.cn