東海海平面變化的綜合分析

王龍，王晶＊，楊俊鋼

（1.中國海洋大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266100；2.國家海洋局 第一海洋研究所，山東 青島266061）

1 引言

隨著全球氣候變暖，海平面在不斷上升。海平面上升造成的海岸侵蝕、風(fēng)暴潮災(zāi)難、鹽水入侵和洪澇災(zāi)害給人類生存環(huán)境帶來巨大的威脅，海平面上升已經(jīng)成為全球性重大環(huán)境問題。

我國是個(gè)海洋大國，擁有18 000 k m長(zhǎng)的大陸岸線和14 000 k m長(zhǎng)的島嶼岸線，約有70%以上的大城市和50%以上的人口集中在東部沿海地區(qū)，這些地區(qū)是我國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)，同時(shí)由于地勢(shì)較低和地質(zhì)原因也是受海平面上升影響最嚴(yán)重的脆弱地區(qū)。海平面上升將加劇沿海地區(qū)的自然災(zāi)害，影響沿海地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此海平面變化值得我們深入研究。

關(guān)于我國海域海平面變化的研究，喬新和陳戈［1］基于11 a高度計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)中國海平面變化進(jìn)行了初步研究發(fā)現(xiàn)，我國海域海平面變化以1 a周期為主，平均上升速率為5.92 mm／a，不同海區(qū)海平面上升速率不同。丁蓉蓉等［2］研究了南海海平面和比容海平面變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，南海SSH以4.7 mm／a的速率上升，SSL以4.2 mm／a的速率上升，SSL變化對(duì)SSH變化起主導(dǎo)作用，此外經(jīng)向風(fēng)應(yīng)力也是SSH變化的重要因素。劉秦玉等［3］對(duì)南海北部SSH變化原因進(jìn)行初步分析后認(rèn)為南海北部SSH的變化應(yīng)歸因于南海局地的動(dòng)力、熱力強(qiáng)迫和黑潮的影響，黑潮對(duì)南海北部SSH平均態(tài)的影響要大于對(duì)SSH異常場(chǎng)的影響。劉秦玉等［4］利用POM模式研究了南海海平面季節(jié)變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，在1、3、5月南海SSH異常值與7、9、11月異常值相反，風(fēng)的季節(jié)變化是南海SSH季節(jié)變化的主要原因。榮增瑞等［5］研究了全球和南海海平面變化以及與厄爾尼諾的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)全球和南海海平面的低頻變化都與厄爾尼諾密切相關(guān)，并且指出ENSO可以通過南海季風(fēng)和北太平洋環(huán)流的變化來影響南海的海平面。劉雪源等［6－7］研究黃海、渤海和東海海平面異常（SLA）低頻信號(hào)與ENSO的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，兩者具有顯著相關(guān)性，并且推出ENSO可以通過風(fēng)應(yīng)力對(duì)SLA低頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。

目前關(guān)于南海海平面變化季節(jié)信號(hào)和低頻信號(hào)的研究較多，而對(duì)東海海平面變化季節(jié)信號(hào)和低頻信號(hào)的研究較少，需要進(jìn)一步對(duì)東海海平面變化進(jìn)行研究，以便全面掌握其變化規(guī)律。本文利用1993年1月至2011年12月的衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)東海海平面變化的季節(jié)信號(hào)、線性趨勢(shì)和低頻信號(hào)進(jìn)行了綜合分析，并結(jié)合風(fēng)應(yīng)力數(shù)據(jù)、海表面溫度數(shù)據(jù)和Ishii溫鹽數(shù)據(jù)等對(duì)季節(jié)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制以及比容海平面變化的低頻信號(hào)與海平面變化的低頻信號(hào)之間的關(guān)系進(jìn)行了探討，進(jìn)一步研究了東海海平面的變化規(guī)律。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)集

SLA數(shù)據(jù)是來源于法國國家空間中心（CNES）AVISO數(shù)據(jù)中心提供的融合多顆衛(wèi)星高度計(jì)（ERS－1／2，Topex／Posedion，ENVISAT 和Jason－1／Jason－2）的MSLA網(wǎng)格化數(shù)據(jù)，時(shí)間跨度為1993年1月至2011年12月，時(shí)間間隔為1個(gè)月，網(wǎng)格為（1／3）°×（1／3）°墨卡托投影，參考框架為CLS01平均海平面，其中CLS01由7 a（1993—1999年）的TP，5 a的ERS－1／2和2 a的Geosat數(shù)據(jù)處理得到。

風(fēng)應(yīng)力數(shù)據(jù)來自哥倫比亞大學(xué)的氣候數(shù)據(jù)圖書館，水平分辨率為0.5°×0.5°，時(shí)間跨度為1960—2009年，其緯向風(fēng)應(yīng)力和經(jīng)向風(fēng)應(yīng)力分別用taux和tauy表示。南方濤動(dòng)指數(shù)SOI同樣來自哥倫比亞大學(xué)的氣候數(shù)據(jù)圖書館，其是太平洋塔希提島海平面與印度洋達(dá)爾文島海平面的氣壓異常之差，代表ENSO現(xiàn)象的大氣效應(yīng)。

海表面溫度數(shù)據(jù)來自美國國家海洋大氣管理局的最佳內(nèi)插海面溫度分析（NOAA optimum interpolation sea surface temperature analysis）數(shù)據(jù)集，下載地址：ftp：／／ftp.emc.ncep.noaa.gov／c mb／sst／oi month＿v2／，海表面溫度數(shù)據(jù)空間分辨率為1°×1°，時(shí)間跨度為1981—2012年，時(shí)間間隔為1個(gè)月。

Ishii溫鹽數(shù)據(jù)是由Ishii等編制的1945－2011年海表面以下1 500 m范圍內(nèi)的月平均客觀分析的溫度和鹽度數(shù)據(jù)，此分析基于 WOD05／WOA05，IRD熱帶太平洋全球溫鹽數(shù)據(jù)、COBE海表面溫度以及ARGO浮標(biāo)數(shù)據(jù)。本文選用的Ishii溫鹽數(shù)據(jù)來自UCAR（University Corporation for At mospheric Research），時(shí)間跨度為1945—2011年，水平分辨率為1°×1°，垂直方向有24個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層，時(shí)間間隔為1個(gè)月。

2.2 海平面異常綜合分析方法

結(jié)合文獻(xiàn)［8－9］的方法，將海平面變化構(gòu)造成如下模式：

式中，Asl是月平均海平面異常時(shí)間序列；Aacos（watφa）代表年信號(hào)；Asacos（wsat－φsa）代表半年信號(hào)；B是時(shí)間為0時(shí)的SLA；C是線性速率；ε2－7（t）是周期為2～7 a的低頻信號(hào)（也稱年際間信號(hào)）；ε0（t）為殘余信號(hào)。方程中的線性項(xiàng)和周期項(xiàng)通過最小二乘法獲得，低頻信號(hào)和殘余信號(hào)通過濾波獲得。

2.3 比容海平面異常（SSL）的計(jì)算方法

比容海平面異常計(jì)算公式［10］如下：

式中，（x，y）是位置；t是時(shí)間；z是深度；Ssl（x，y，t）是（x，y）位置t時(shí)間的比容海平面異常；ρ0（x，y，z）是（x，y，z）位置的參考密度，是（x，y，z）位置平均溫度、平均鹽度、壓強(qiáng)的函數(shù)；ρ（x，y，z，t）是（x，y，z）位置t時(shí)間的密度，是溫度T，鹽度S，壓強(qiáng)的函數(shù)。ρ0（x，y，z）和ρ（x，y，z，t）的計(jì)算參照1980年國際海水狀態(tài)方程（EOS80），其中的溫度、鹽度來自Ishii溫度、鹽度數(shù)據(jù)集；參考密度是通過1993—1999年間海水的平均溫度和平均鹽度計(jì)算得到的。

3 季節(jié)性海平面變化

海平面季節(jié)變化通常由年信號(hào)和半年信號(hào)組成，因此分析東海季節(jié)性海平面變化的時(shí)候，我們可以通過獲得的年信號(hào)和半年信號(hào)來研究其變化規(guī)律。Gill［11］、Gill和 Niile［12］認(rèn)為季節(jié)性海平面變化由大氣壓力、風(fēng)影響和比容膨脹的變化來驅(qū)動(dòng)。Vinogradov等［13］認(rèn)為海表面風(fēng)場(chǎng)和熱流是熱帶和中緯度地區(qū)季節(jié)性海平面變化的主要驅(qū)動(dòng)力。在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，我們推測(cè)東海季節(jié)性海平面變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，并結(jié)合風(fēng)應(yīng)力數(shù)據(jù)和海表面溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。

3.1 海平面變化的季節(jié)信號(hào)

通過對(duì)東海海平面異常時(shí)間序列的功率譜分析（圖1）我們發(fā)現(xiàn)東海海平面變化的半年周期比較微弱，可以忽略不計(jì)，因此在分析東海海平面的季節(jié)變化時(shí)，僅考慮了年周期。我們?nèi)サ艄剑?）中半年信號(hào)項(xiàng)，并利用最小二乘法得到了東海海平面變化的年信號(hào)和線性項(xiàng)，即公式（1）的Aacos（wat－φa）和B＋Ct兩部分。

圖1 東海海平面異常功率譜

東海海平面變化年信號(hào)振幅平均值為11.45 c m，其分布具有明顯的區(qū)域特征（見圖2a）。最大振幅為19.65 c m，出現(xiàn)在臺(tái)灣海峽；最小振幅為2.45 c m，出現(xiàn)在臺(tái)灣省東北以及臺(tái)灣省以東海域。總體來看，東海年信號(hào)的振幅分布呈現(xiàn)出北高、南低的趨勢(shì)。

東海海平面變化年信號(hào)峰值出現(xiàn)的時(shí)間分布同樣具有顯著的區(qū)域特性（見圖2b）。在開闊海域年信號(hào)峰值在8—10月出現(xiàn)，而且從南到北逐漸延后。在沿岸海域年信號(hào)峰值在9—12月出現(xiàn)，呈現(xiàn)出與開闊海域完全相反的變化趨勢(shì)，峰值出現(xiàn)時(shí)間從南向北逐漸提前。在開闊海域和沿岸海域年信號(hào)峰值出現(xiàn)時(shí)間的差異表明兩者之間年信號(hào)的主要驅(qū)動(dòng)機(jī)制的不同。黑潮流域的峰值時(shí)間呈明顯的黑潮形態(tài)分布，表明黑潮在此流域?qū)δ晷盘?hào)影響較大。臺(tái)灣省東北海域年信號(hào)峰值在11月份出現(xiàn)，與此區(qū)域的冷渦有

關(guān)［14］。

東海海平面變化年信號(hào)的顯著性是通過年信號(hào)解釋方差占總方差的比例來評(píng)價(jià)的，比例越大，年信號(hào)越顯著。圖2c是東海年信號(hào)解釋方差比例的區(qū)域分布圖，可以發(fā)現(xiàn)東海年信號(hào)的顯著性存在區(qū)域差異。解釋方差比例較大的區(qū)域主要集中在28°N以北，122°E以東的開闊海域，方差解釋比例在80%以上；解釋方差比例較小區(qū)域主要集中在長(zhǎng)江入海口、臺(tái)灣省東北以及以東海域。選取圖2c中A、B、C三個(gè)位置，并對(duì)三個(gè)位置的時(shí)間序列進(jìn)行功率譜分析，如圖2d所示。A點(diǎn)能量主要集中在年頻率上，年信號(hào)顯著；B點(diǎn)能量主要集中在1，2，以及2a以上的頻率上，與臺(tái)灣省東北海域常年存在的冷渦——上升流有關(guān)［14］；C點(diǎn)能量主要集中在4～12個(gè)月頻率上，主要受西太平洋大氣對(duì)流季節(jié)內(nèi)振蕩的影響［15］。

3.2 季節(jié)性海平面變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制

東海連通南海和黃海，跨越30°N的大氣輻散帶，處于海陸過渡帶東亞季風(fēng)氣候區(qū)。Cabanes等［16］認(rèn)為海水熱膨脹和風(fēng)驅(qū)動(dòng)的海水堆積是海平面上升的主要影響因素，考慮到東海顯著的季風(fēng)氣候以及太陽輻射對(duì)海平面變化的普遍影響，我們推測(cè)風(fēng)驅(qū)動(dòng)的海水堆積和海水熱膨脹是東海季節(jié)性海平面變化的主要驅(qū)動(dòng)機(jī)制，并結(jié)合海面風(fēng)應(yīng)力和海表面溫度對(duì)東海季節(jié)性海平面變化進(jìn)行了分析，驗(yàn)證了兩種驅(qū)動(dòng)機(jī)制在東海季節(jié)性海平面變化中的作用。

通過區(qū)域平均得到了東海海表面溫度的時(shí)間序列，利用多元線性回歸法得到了東海海表面溫度的年信號(hào)如圖3a、b，其中線性回歸系數(shù)達(dá)到了0.984 4，表明東海海表面溫度變化的年信號(hào)占總的變化的絕大部分。

通過區(qū)域平均得到了東海平均緯向風(fēng)應(yīng)力距平和平均經(jīng)向風(fēng)應(yīng)力距平（下面分別用taux和tauy表示，taux正值代表西風(fēng)，tauy正值代表南風(fēng)）的月平均時(shí)間序列，利用線性擬合得到了緯向風(fēng)應(yīng)力距平和經(jīng)向風(fēng)應(yīng)力距平的年信號(hào)如圖4a、b。圖4c、d分別是緯向風(fēng)應(yīng)力距平年信號(hào)和經(jīng)向風(fēng)應(yīng)力年信號(hào)的解釋方差比例的區(qū)域分布圖，如圖所示，東海區(qū)域的經(jīng)向風(fēng)應(yīng)力具有更顯著的年周期信號(hào)。

圖5顯示了東海海平面變化的季節(jié)信號(hào)（年信號(hào)）在四季的區(qū)域分布，四季的年信號(hào)通過公式（1）的年信號(hào)部分在每個(gè)季節(jié)的3個(gè)月的平均得到，其中定義1—3月為冬季，4—6月為春季，7—9月為夏季，10—12月為秋季。

結(jié)合圖3～5，從空間分布和時(shí)間演變兩個(gè)方面對(duì)東海海平面變化季節(jié)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行了分析。分析了風(fēng)驅(qū)動(dòng)的海水堆積和海水熱膨脹對(duì)東海海平面變化季節(jié)信號(hào)在各個(gè)季節(jié)區(qū)域分布的影響，分析結(jié)果如下：

在冬季（見圖5a）taux為負(fù)值（東風(fēng)），東風(fēng)引起的海水堆積使28°N以南緯向風(fēng)應(yīng)力年信號(hào)顯著的沿岸海域海平面呈東低、西高分布。tauy為負(fù)值（北風(fēng)），北風(fēng)引起的海水堆積以及海表面溫度的北低、南高分布共同作用使沿岸海域和開闊海域海平面都呈現(xiàn)出北低、南高的分布特征。

在春季（見圖5b）taux為正值（西風(fēng)），西風(fēng)引起的海水外流使沿岸海域海平面呈西低、東高分布。tauy為正值（南風(fēng)），南風(fēng)引起的海水堆積使沿岸海域海平面呈北高、南低分布，而海表面溫度的北低、南高分布沒有使沿岸海域海平面呈北低、南高分布，表明沿岸海域風(fēng)驅(qū)動(dòng)對(duì)海平面分布的影響較大；在開闊海域海平面沒有因?yàn)槟巷L(fēng)而呈北高、南低分布，表明開闊海域海表面溫度指示的海水熱膨脹對(duì)海平面分布的影響更大。

在夏季（見圖5c）taux為正值（西風(fēng)），西風(fēng)引起的海水外流使沿岸海域海平面仍然是西低東高分布。tauy為正值（南風(fēng)），沿岸海域海平面仍呈北高、南低分布，這表明沿岸海域風(fēng)驅(qū)動(dòng)對(duì)海平面分布的影響較

大，與春季一致；在開闊海域海平面呈北高南低、分布，與南風(fēng)驅(qū)動(dòng)的海平面分布一致，與海表面溫度的分布相反，這表明在開闊海域夏季時(shí)風(fēng)驅(qū)動(dòng)對(duì)海平面分布的影響更大。

在秋季（見圖5d）taux為負(fù)值（東風(fēng)），東風(fēng)引起的海水堆積使沿岸海域海平面呈東低、西高分布。tauy為負(fù)值（北風(fēng)），沿岸海域海平面北低、南高，與北風(fēng)和海表面溫度驅(qū)動(dòng)的海平面分布一致，兩者共同影響沿岸海平面分布；在開闊海域海平面仍呈北高、南低分布，表明風(fēng)驅(qū)動(dòng)和海表面溫度指示的海水熱膨脹都不足以改變夏季時(shí)積累的南北分布趨勢(shì)。

上述分析結(jié)果表明，風(fēng)驅(qū)動(dòng)的海水堆積和海水熱膨脹共同影響著東海海平面變化季節(jié)信號(hào)的區(qū)域分布，而且在不同季節(jié)、不同區(qū)域兩者所起到的作用不同，主導(dǎo)地位也不斷轉(zhuǎn)變。總體來說，沿岸海域海平面變化季節(jié)信號(hào)的區(qū)域分布受風(fēng)驅(qū)動(dòng)的影響更大，在開闊海域海平面變化季節(jié)信號(hào)的區(qū)域分布受風(fēng)和海水熱膨脹的共同驅(qū)動(dòng)。

風(fēng)驅(qū)動(dòng)的海水堆積和海水熱膨脹不僅影響著東海海平面變化季節(jié)信號(hào)的區(qū)域分布，還影響著季節(jié)轉(zhuǎn)變時(shí)海平面的變化趨勢(shì)，通過下面對(duì)季節(jié)轉(zhuǎn)變時(shí)風(fēng)驅(qū)動(dòng)的海水堆積和海水熱膨脹對(duì)海平面變化季節(jié)信號(hào)影響的分析，進(jìn)一步研究了二者對(duì)東海海平面變化季節(jié)信號(hào)時(shí)間轉(zhuǎn)變的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。

在冬季到春季的過渡中東風(fēng)變?yōu)槲黠L(fēng)導(dǎo)致的海水外流使沿岸海域海平面下降，而溫度上升導(dǎo)致的海水熱膨脹沒有使沿岸海域海平面上升，這表明沿岸海域在從冬季到春季時(shí)海平面變化主要由海面風(fēng)驅(qū)動(dòng)；北風(fēng)變?yōu)槟巷L(fēng)沒有導(dǎo)致開闊海域海平面的北高、南低分布，而溫度上升導(dǎo)致的熱膨脹使海平面總體升高，表明開闊海域從冬季到春季時(shí)海平面變化主要由海水熱膨脹驅(qū)動(dòng)。

春季到夏季的過渡中雖然持續(xù)的西風(fēng)導(dǎo)致的海水外流沒有使沿岸海域海平面繼續(xù)下降，但仍使海平面呈現(xiàn)出西低、東高的分布，溫度上升使沿岸海域海平面總體上升，因此沿岸海域從春季到夏季，風(fēng)和海水熱膨脹同時(shí)驅(qū)動(dòng)海平面變化，海水熱膨脹占主導(dǎo)地位；持續(xù)的南風(fēng)導(dǎo)致的海水堆積使開闊海域海平面呈北高、南低分布，海水熱膨脹使海平面總體上升，因此在開闊海域從春季到夏季風(fēng)和海水熱膨脹同時(shí)驅(qū)動(dòng)海平面變化。

在夏季到秋季的過渡中由西風(fēng)變?yōu)闁|風(fēng)導(dǎo)致的海水堆積使沿岸海域海平面上升，而溫度下降沒有導(dǎo)致海平面下降，表明在沿岸海域從夏季到秋季海平面變化主要由風(fēng)驅(qū)動(dòng)；由南風(fēng)變?yōu)楸憋L(fēng)沒有導(dǎo)致開闊海域海平面的北低、南高分布，溫度下降導(dǎo)致開闊海域海平面總體下降，這表明在開闊海域從夏季到秋季海平面變化主要由海水熱膨脹驅(qū)動(dòng)。

在秋季到冬季的過渡中持續(xù)的東風(fēng)導(dǎo)致的海水堆積沒有使沿岸海域海平面上升，但仍使海平面呈西高、東低分布，而溫度下降導(dǎo)致海平面下降，因此在沿岸海域從秋季到冬季風(fēng)和海水熱膨脹同時(shí)驅(qū)動(dòng)海平面變化，海水熱膨脹占主導(dǎo)地位；持續(xù)的北風(fēng)導(dǎo)致開闊海域海平面呈北低、南高分布，溫度下降導(dǎo)致開闊海域海平面總體下降，因此在開闊海域從秋季到冬季風(fēng)和海水熱膨脹同時(shí)驅(qū)動(dòng)海平面變化。

上述分析結(jié)果表明，風(fēng)驅(qū)動(dòng)的海水堆積和海水熱膨脹共同影響著東海海平面變化季節(jié)信號(hào)的時(shí)間演變，而且在不同時(shí)間、不同區(qū)域兩者所起到的作用不同，主導(dǎo)地位也不斷轉(zhuǎn)變。總體來說，沿岸海域海平面季節(jié)信號(hào)的時(shí)間演變受風(fēng)驅(qū)動(dòng)的海水堆積和海水熱膨脹的共同影響，在開闊海域海平面季節(jié)信號(hào)的時(shí)間演變受海水熱膨脹的影響更大。

通過對(duì)風(fēng)驅(qū)動(dòng)的海水堆積和海水熱膨脹影響東海季節(jié)性海平面變化機(jī)制的分析，我們發(fā)現(xiàn)雖然風(fēng)引起的海水堆積和海水熱膨脹對(duì)東海季節(jié)性海平面變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制在不同時(shí)間、不同區(qū)域存在明顯差異，但是結(jié)合海面風(fēng)和海水熱膨脹可以比較完整地解釋其變化規(guī)律，因此風(fēng)驅(qū)動(dòng)的海水堆積和海水熱膨脹是東海季節(jié)性海平面變化的主要驅(qū)動(dòng)機(jī)制。通過對(duì)圖5b、d黑潮流域年信號(hào)的觀察發(fā)現(xiàn)，在春秋季節(jié)黑潮流域的年信號(hào)分布有一定類似黑潮的走勢(shì)，因此黑潮對(duì)東海海平面的季節(jié)信號(hào)也具有一定的調(diào)制作用。

4 海平面變化的線性趨勢(shì)

通過區(qū)域海平面變化的平均獲得了東海平均海平面異常的時(shí)間序列，并且線性擬合得到了東海海平面的上升速率（見圖6a）。東海海平面平均上升速率為3.28 mm／a，與劉雪源等［6］所得數(shù)值吻合。東海海平面整體呈上升趨勢(shì)，上升速率具有顯著的區(qū)域特性（見圖6b）。東海海平面絕大部分處于上升趨勢(shì)，上升速率最大值位于長(zhǎng)江入海口以及臺(tái)灣省以東（23.5°N，127°E）附近，長(zhǎng)江水注入以及臺(tái)灣省以東暖流造成兩個(gè)區(qū)域的上升速率最大值。上升速率較大值出現(xiàn)在東南沿岸海域以及臺(tái)灣省東北的黑潮流域，這表明黑潮以及沿岸海洋環(huán)境對(duì)海平面上升速率具有一定的影響。東海海平面下降區(qū)域位于26.5°N，130°E附近。

圖6 東海海平面線性趨勢(shì)

5 年際間海平面變化

將東海海平面異常時(shí)間序列中的季節(jié)信號(hào)和線性趨勢(shì)剔除，然后通過2～7 a的帶通濾波得到了東海年際間海平面變化信號(hào)。根據(jù)公式（2），利用Ishii溫度、鹽度數(shù)據(jù)計(jì)算了東海比容海平面異常（SSL），并通過區(qū)域平均得到了東海區(qū)域平均比容海平面異常的時(shí)間序列，然后進(jìn)行2～7 a的濾波得到了東海年際間比容海平面變化信號(hào)。利用2～7 a的帶通濾波得到了SOI的低頻信號(hào)。

劉雪源等［6］對(duì)東海海平面變化的低頻信號(hào)分析指出：東海海平面變化的低頻信號(hào)與SOI低頻信號(hào)以及海面風(fēng)應(yīng)力的低頻信號(hào)顯著相關(guān)，ENSO可以通過海面風(fēng)應(yīng)力對(duì)年際間海平面變化進(jìn)行調(diào)制，但是僅依靠海面風(fēng)應(yīng)力無法完整解釋ENSO對(duì)東海海平面變化低頻信號(hào)的調(diào)制作用。為了研究ENSO影響東海年際間海平面變化的其他機(jī)制，我們分析了東海年際間海平面變化信號(hào)與SOI低頻信號(hào)同步相關(guān)系數(shù)的區(qū)域分布。

圖7為東海年際間海平面變化信號(hào)與SOI低頻信號(hào)同步相關(guān)系數(shù)的區(qū)域分布圖。如圖7所示，30°N以南年際間海平面變化信號(hào)與SOI低頻信號(hào)呈正相關(guān)，而且在黑潮流域的同步相關(guān)性較大。Yamagata等［17］研究指出，厄爾尼諾影響熱帶區(qū)域的海洋和大氣變化可通過黑潮的變化表現(xiàn)在中高緯度，因此ENSO通過黑潮對(duì)東海年際間海平面變化進(jìn)行調(diào)制。黑潮主要由高溫、高鹽的海水組成，而海水的溫度、鹽度是比容海平面的主要影響因素，兩者具有一定的相關(guān)性，因此推測(cè)ENSO通過年際間比容海平面變化對(duì)年際間海平面變化進(jìn)行調(diào)制，并對(duì)此進(jìn)行了相關(guān)性驗(yàn)證。

圖7 SLA和SOI低頻信號(hào)同步相關(guān)系數(shù)的區(qū)域分布

年際間比容海平面變化與年際間海平面變化的時(shí)間序列及互相關(guān)函數(shù)如圖8a、b所示。年際間比容海平面變化與年際間海平面變化的同步相關(guān)系數(shù)為0.55，二者顯著相關(guān)；互相關(guān)函數(shù)分析指出，兩者的時(shí)間延遲為0時(shí)，相關(guān)性最好。通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，年際間比容海平面變化與年際間海平面變化具有顯著的相關(guān)性，前者對(duì)后者具有顯著的調(diào)制作用。

圖8 SLA和SSL低頻信號(hào)的相關(guān)性分析

年際間比容海平面變化和SOI低頻信號(hào)相關(guān)性進(jìn)行分析如圖9a、b所示。年際間比容海平面變化與SOI的同步相關(guān)系數(shù)為0.25，而且當(dāng)前者比后者延遲3個(gè)月時(shí)，兩者的相關(guān)性最好，延遲時(shí)間與年際間海平面變化跟SOI低頻信號(hào)相關(guān)性最好時(shí)的延遲時(shí)間基本一致，年際間比容海平面變化與SOI具有一定的相關(guān)性。ENSO可以通過黑潮等環(huán)流來影響年際間比容海平面變化，又由于年際間比容海平面變化對(duì)海平面變化的顯著調(diào)制作用，其進(jìn)而對(duì)東海年際間海平面變化產(chǎn)生影響，因此ENSO可以通過東海年際間比容海平面變來化對(duì)年際間海平面變化進(jìn)行調(diào)制。

圖9 SSL和SOI低頻信號(hào)的相關(guān)性分析

6 結(jié)論

利用1993年1月到2011年12月衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)東海海平面變化進(jìn)行了綜合性分析，并結(jié)合海面風(fēng)應(yīng)力、Ishii溫鹽數(shù)據(jù)和海表面溫度等對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行了探討。

（1）東海海平面變化半年信號(hào)較弱，東海季節(jié)性海平面變化主要由年信號(hào)組成。年信號(hào)幅度均值為11.45 c m，最大值出現(xiàn)在臺(tái)灣海峽，在臺(tái)灣省東北及以東區(qū)域幅值較小。年信號(hào)達(dá)到峰值的時(shí)間在沿岸和開闊海域不同，在開闊海域在8—10月份達(dá)到峰值，并且呈從南向北逐漸延后的趨勢(shì)分布，而在沿岸海域在9—12月份達(dá)到峰值，呈從南向北逐漸提前的趨勢(shì)分布。

（2）東海季節(jié)性海平面變化主要受海面風(fēng)和海水熱膨脹驅(qū)動(dòng)，而且在不同時(shí)間、不同區(qū)域兩種驅(qū)動(dòng)機(jī)制作用不同，主導(dǎo)地位也不斷變化。總體來說，在東海沿岸海域季節(jié)性海平面變化的區(qū)域分布受海面風(fēng)驅(qū)動(dòng)的影響較大，季節(jié)轉(zhuǎn)變由風(fēng)和海水熱膨脹共同驅(qū)動(dòng)；在開闊海域季節(jié)性海平面變化在季節(jié)轉(zhuǎn)變方面主要受海水熱膨脹影響，在區(qū)域分布方面受海面風(fēng)及海水熱膨脹共同影響，其中夏季時(shí)海面風(fēng)驅(qū)動(dòng)的影響尤為強(qiáng)烈。在黑潮流域黑潮對(duì)東海季節(jié)性海平面變化也具有一定的調(diào)制作用。

（3）1993—2011年東海海平面平均上升速率為3.28 mm／a，具有顯著的區(qū)域特性。上升速率最大值位于長(zhǎng)江入海口以及23.5°N，127°E附近；上升速率較大值出現(xiàn)在東南沿岸海域以及臺(tái)灣省東北的黑潮流域，這表明黑潮以及沿岸海域環(huán)境條件對(duì)海平面上升速率具有一定的影響；東海海平面下降區(qū)域位于26.5°N，130°E附近。

（4）東海年際間海平面變化與年際間比容海平面變化呈顯著相關(guān)，同步相關(guān)性為0.55；東海年際間比容海平面變化與SOI低頻信號(hào)具有一定的相關(guān)性，最大相關(guān)系數(shù)為0.3，時(shí)間延遲為3個(gè)月，與東海年際間海平面變化延后時(shí)間基本吻合。ENSO可以通過大氣環(huán)流和黑潮洋流等對(duì)東海海域年際間比容海平面變化產(chǎn)生影響，年際間比容海平面變化進(jìn)而對(duì)東海年際間海平面變化產(chǎn)生調(diào)制作用，因此ENSO可以通過年際間比容海平面變化對(duì)東海年際間海平面變化進(jìn)行調(diào)制。

致謝：感謝法國國家空間局（CNES）、哥倫比亞大學(xué)氣候數(shù)據(jù)圖書館（IRI／LDEO Cli mate Data Library）、美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（National Centers for Environmental Prediction）、美國國家海洋大氣管理局（NOAA）以及大氣研究大學(xué)聯(lián)盟（University Corporation for At mospheric Research）為本文提供數(shù)據(jù)支持！

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