21世紀海上絲綢之路海洋上層熱含量及熱比容海平面異常變化

齊慶華，蔡榕碩

(1.國家海洋局第三海洋研究所 國家海洋局海洋-大氣化學與全球變化重點實驗室，福建 廈門 361005)

21世紀海上絲綢之路海洋上層熱含量及熱比容海平面異常變化

齊慶華1，蔡榕碩1

(1.國家海洋局第三海洋研究所 國家海洋局海洋-大氣化學與全球變化重點實驗室，福建 廈門 361005)

氣候變暖背景下，全球平均海洋變暖和海平面上升顯著，為人類社會的可持續發展帶來巨大挑戰。上層海洋熱力狀況是海平面變化的主導因子之一。本文圍繞“21世紀海上絲綢之路”途經海區(文中簡稱為絲路海區)上層海洋熱含量異常的區域性時空特征，分析探討了絲路海區熱比容海平面異常的時空變化、演變特征及可能影響,以期為“21世紀海上絲綢之路”海洋環境安全保障提供服務支撐。結果表明，自20世紀70年代中后期，絲路海區上層(0～700 m)海洋已明顯變暖，尤其20世紀90年代中后期增暖幅度顯著加大。近60年來，在絲路海區熱帶海洋中，西太平洋的北赤道流區及以北海域、東海黑潮流域以及南海北部和南部海區、阿拉伯海西北部海域、馬來西亞西北部海域及南印度洋部分海域具有長期增暖趨勢。熱帶西太平洋暖池區整體增暖不明顯，主要與印度洋中部海域呈反位相變化，且明顯受到季節和年際變化的調制。長江口附近沿岸、南海北部沿岸、中南半島南部沿岸以及阿拉伯海西北部沿岸的近岸海域長期增暖明顯，自20世紀90年代中后期，中南半島東部和西部沿海、澳大利亞西部沿海以及我國東南沿海熱比容海平面上升明顯。近岸熱比容海平面的季節演變對沿海地區社會和經濟發展會造成一定影響。此外，東亞夏季風與東海、黃海和渤海熱比容海平面的上升顯著相關，同時，ENSO、太平洋年代際振蕩和印度洋偶極子的發生也均與我國東南沿海和印度洋西部沿海熱比容海平面上升明顯關聯。特別是，氣候變暖情形下，各種區域性致災因子和氣候變率的協同影響會對絲路海區海岸帶和沿海地區的防災減災與社會經濟發展帶來較大挑戰，開展海岸帶和沿海地區全球變化綜合風險研究成為當前首要任務。

上層海洋熱含量；太平洋；印度洋；海平面上升；比容效應；氣候變化

1 引言

歷次IPCC氣候變化評估報告使人們對氣候變化帶來的影響更加關注。氣候變化已成為影響人類可持續發展的頭號問題。氣候變化對海洋及沿海和海岸帶的影響主要表現為海水日趨變暖和海平面不斷上升，同時，隨之而來的各種海洋災害和極端氣候事件發生頻率和嚴重程度也持續增加[1-4]。隨著我國“21世紀海上絲綢之路”倡議的提出，從氣候和減災防災的角度對沿途周邊海洋環境的變化開展廣泛深入的分析探討，為“21世紀海上絲綢之路”建設提供海洋環境安全保障，是促進海上互聯互通，推進海上絲綢之路建設的重要基礎和前提。海上絲綢之路沿途及周邊海域主要包括西太平洋、中國東部沿海(主要是渤海、黃海和東海)、南海和印度洋等，簡便起見，本文稱為絲路海區(Silk Road Maritime Region，SRMR)。IPCC第五次氣候變化評估報告評估了氣候變化對全球海洋區域環境的影響和風險。結果顯示，1950-2009年，印度洋和太平洋平均海表溫度分別上升了0.65℃和0.31℃(很可能)[5]。最新的分析表明，絲路海區海表溫度均出現升高,上升幅度顯著[3-4]。同時，隨著全球平均海洋的趨暖，海平面也在發生改變，海平面變化作為氣候影響海洋的主要表征指標，其主要受制于海水的體積變化和質量變化兩個方面。而海水的比容效應則是影響海水體積變化的主要因素[6]。全球變暖背景下，海洋的增溫是比容變化的主要貢獻者。IPCC第五次評估報告指出，與海水增溫相對應的熱比容效應導致了海平面顯著上升。1971-2010年全球海洋上層700 m海水已增暖，該時段由上層700 m海水引起的海平面上升速率為0.6(0.4～0.8)mm/a，約占同期全球平均海平面上升速率的30%以上，同樣，根據驗潮站以及衛星高度計資料的結果，全球平均海平面1993-2012年間上升速率為3.2(2.8～3.6)mm/a，其中海水熱比容引起的海平面上升速率為1.1(0.8～1.4)mm/a。海平面不斷的上升可以導致沿海洪水、風暴潮等高水位事件，危害人們的生活生產以及社會經濟的可持續發展。研究還表明，即使風暴的強度沒有變化，在海平面上升的背景下，極端高水位事件的頻率和強度仍就是上升的[1]。近年來，有關熱比容效應在海平面變化中的貢獻研究在觀測上取得了較大進展，包括深海溫度的監測和校正、Argo數據的更新和應用以及基于船舶數據對深海增暖的估算等方面[7]。眾所周知，全球平均的熱比容海平面變化一般正比于海洋的熱含量變化[8]。隨著數據的豐富，海洋上層700 m的海洋已被證實顯著增暖[2]，由于已往有關海洋熱含量的研究主要關注全球或區域(主要是西太平洋暖池區等)的平均狀況、特征及其氣候效應，上層海洋也主要圍繞400 m以淺海域[9-10]，而對700 m以淺和地區性的熱含量及熱比容海平面的異常變化，尤其是空間格局和演變，以及其與局地海洋-大氣系統內部變率的相關性研究甚少，以致于對區域性海平面氣候異常變化、機理及其影響(危險性)缺乏相應的深入了解和分析評估，這不利于氣候變化區域適應對策研究以及海洋減災防災工作和安全與綜合風險管理的有效開展。鑒于上層海洋熱狀況對海平面變化影響的重要性，本文擬基于廣泛融合觀測資料的最新再分析數據，從分析絲路海區上層(主要為0～700 m)海洋熱含量異常變化入手，研究探討絲路海區熱比容海平面異常的區域性時空變化和演變特征，從而為絲路海區海洋環境變化的預測預報及減災防災提供科學依據，也為逐步建立21世紀海上絲綢之路海洋環境安全保障服務體系提供必要的科技支撐。同時，本文旨在關注絲路海區海岸帶和沿海地區，強調熱比容海平面異常變化的危險性，從而為今后結合承載體對致災性因子的敏感(耐受)性和脆弱性特征，開展海岸帶和沿海地區全球變化綜合風險研究提供科學基礎。

2 資料和方法

文中所用的1955年1月至2015年12月垂向平均(包括0～100 m和0～700 m)海洋溫度異常、上層(700 m以淺)海洋熱含量異常和熱比容海平面異常數據均由美國國家海洋和大氣管理局環境信息中心(NOAA-NCEI)提供，該數據分辨率為1°×1°，時間尺度為年平均、5年平均和3個月平均，數據在時空分辨率、序列長度、觀測數據融合和質量等方面以及氣候變化評估方面的應用均具有先進性和良好優勢[2，11-14]。另外，文中采用的海洋和大氣變率指數也均源自NOAA氣候預測中心(CPC)。本文選取絲路海區作為研究區域，主要采用自然正交函數EOF(Empirical Orthogonal Function)方法分析絲路海區上層海洋熱含量及熱比容海平面異常的時空變化。同時，為進一步體現季節尺度的時空演變特征，本文應用依賴于季節的EOF(S-EOF)方法[15]作進一步分析。

3 絲路海區上層海洋熱含量異常時空特征分析

氣候變化背景下，自20世紀70年代中后期，太平洋和印度洋海盆尺度的上層100 m平均海溫均呈現顯著的升高趨勢，特別是自20世紀90年代中后期，海洋升溫進一步向深層拓展，上層700 m繼而也呈現顯著的增暖趨勢，由于海表海氣耦合作用的影響，與上層700 m情況相比，上層100 m平均的海溫異常變化幅度明顯較大，同時，數據顯示，特別在約2010年后，太平洋和印度洋增溫速率均進一步加大(圖1)。

圖1 1955-2015年太平洋(a)和印度洋(b)海域垂直平均溫度異常變化Fig.1 The variation of yearly vertical mean temperature anomaly in the Pacific Ocean (a) and Indian Ocean (b) during 1955 to 2015

數據分析表明，就平均狀況而言，全球氣候變暖自20世紀70年代中后期很可能已影響到了包括西太平洋和印度洋為主的絲路海區上層700 m海洋的熱力狀況，并使其發生了顯著變化，特別是20世紀90年代中期后的近20多年，呈現出明顯升溫趨勢。然而，全球變暖和氣候變化區域響應并非一致，只有認識氣候變化響應的區域性及相關的顯著特征，才能更科學的應對和適應氣候變化[3]，因此，本文將重點圍繞絲路海區熱狀況的局地特征作分析。為進一步認識絲路海區上層海洋熱狀況的地區性典型變化及演變特征，下面主要以上層700 m的海洋熱含量為主，分析其時空分布特征和變化。

年平均海洋上層熱含量第一模態顯示，熱帶西太平洋暖池區并延伸至澳大利亞西部海域、南海和孟加拉灣南部等東亞海域的中心海區以及黑潮流域和日本海，是絲路海區上層海洋熱含量變化主要的正值區，并自20世紀90年代中后期具有較明顯的增暖趨勢，同時，其與周邊海區存在反位相振蕩特征(圖2a)。第二模態基本與第一模態相反，體現為印度洋全海域基本呈正值分布，與熱帶西太平洋暖池區的負值分布相對應。正值中心主要位于阿拉伯海和南印度洋中部。此外，高緯度的北太平洋海域也存在正值中心(圖2b)。第三模態以印度洋呈正值分布，而西太平洋以正負相間的南北帶狀分布為主要特征(圖2c)。總之，在絲路海區，熱帶西太平洋暖池及周邊、阿拉伯海和南印度洋的中部海域以及北太平洋高緯度海區是熱含量異常變化的顯著區(局地貢獻率約20%～60%)，以上熱含量變化的空間分布具有顯著的年際和年代際變化特征(圖2d)。

從更小時間尺度(3個月平均)來看，絲路海區上層熱含量的時空變化表現出相似的特征(圖2，圖3)。主要是熱帶西太平洋暖池區以及北太平洋中高緯度海區存在正值中心，其中熱帶西太平洋暖池區與其他海區基本呈反位相變化，相比年平均(圖2)而言，異常變化中心范圍有所縮小(圖3a)。此外，阿拉伯海和南印度洋的中部海域作為印度洋熱含量變化的顯著區，主要與熱帶西太平洋暖池區呈反向變化(圖3b)，以上分析可見，熱帶西太平洋暖池區與印度洋主要海區的反位相變化，基本由年際和季節變率調制(圖2d，圖3d)。而這種反位相變化與局地的氣候變率如ENSO等不無關系，在下文第3節的分析中也可以看出。

5年平均的上層熱含量變化主模態顯示，在絲路海區的熱帶海洋中，西太平洋的北赤道流區及以北海域、我國近海區域特別是東海黑潮流域與南海北部和南部海區、阿拉伯海西北部海域、馬來西亞西北部海域及南印度洋部分海域具有長期增暖趨勢(圖4a)，南海、阿拉伯海和北赤道流及以北海區還受到20年左右年代際變率的調制(圖4d)。特別是西太平洋(包括南海)年代際的南北經向振蕩特征明顯(圖4b，圖4d)。由此可見，熱帶西太平洋暖池區整體增暖不明顯，特別是暖池區域南部海區，這在高頻尺度里也有反映，即熱帶西太平洋暖池區熱含量變化受季節和年際變率調制，基本與其他海區呈反向變化(圖2，圖3)。另外，西太平洋的高緯度海區年代際變化和長期增暖趨勢明顯(圖4a，4b，4d)。

圖2 絲路海區上層(0～700 m)年平均熱含量時空變化主模態(a～c)和標準化時間系數(d)Fig.2 The dominant modes (a-c) and corresponding standardized coefficients (d) of yearly thermosteric sea level anomalies in 0-700 m upper ocean of SRMR during 1955 to 2015 a、b、c分別為第一模態、第二模態和第三模態；等值線值為該模態與原始場的局地相關性，其平方值為其對原始場的局地貢獻率a, b, c are the first pattern, the second pattern, and the third pattern of the dominant modes, respectively; the contour value R denotes the local relationship between the EOF-mode and the origin field, and R2 is the local rate of the mode contribution to the origin field

圖3 絲路海區上層(0～700 m)3個月平均熱含量時空變化主模態(a～c)和標準化時間系數(d)Fig.3 The dominant modes (a-c) and corresponding standardized coefficients (d) of 3-month thermosteric sea level anomalies in 0-700 m upper ocean of SRMR during 1955 to 2015a、b、c分別為第一模態、第二模態和第三模態；等值線值為該模態與原始場的局地相關性，其平方值為其對原始場的局地貢獻率a, b, c are the first pattern, the second pattern, and the third pattern of the dominant modes, respectively; the contour value R denotes the local relationship between the EOF-mode and the origin field, and R2 is the local rate of the mode contribution to the origin field

圖4 絲路海區上層(0～700 m)5年平均熱含量時空變化主模態(a～c)和標準化時間系數(d)Fig.4 The dominant modes (a-c) and corresponding standardized coefficients (d) of 5-year pentadal thermosteric sea level anomalies in 0-700 m upper ocean of SRMR during 1955 to 2015a、b、c分別為第一模態、第二模態和第三模態；等值線值為該模態與原始場的局地相關性，其平方值為其對原始場的局地貢獻率a, b, c are the first pattern, the second pattern, and the third pattern of the dominant modes, respectively; the contour value R denotes the local relationship between the EOF-mode and the origin field, and R2 is the local rate of the mode contribution to the origin field

圖5 1955-2015年太平洋(紅色)和印度洋(藍色)海盆尺度上層700 m熱比容海平面異常年變化Fig.5 The Pacific Ocean (red) and Indian Ocean (blue) yearly thermosteric sea level anomaly during 1955 to 2015

5年平均的上層熱含量變化第一模態(圖4a)還顯示，近岸海區包括東海的長江口附近沿岸、南海北部沿岸、中南半島南部沿岸以及阿拉伯海西北部沿岸和附近海域的海洋長期增暖趨勢明顯(局地貢獻率50%以上)，對海平面上升的貢獻可能較大。氣候變暖情形下，對沿岸的基礎設施建設和防災減災會帶來較大挑戰。這一點尤其值得關注。

4 熱比容海平面異常演變分析

上層海洋熱狀況的變化會對海平面的改變起主要作用，近幾十年來，特別是自20世紀90年代中后期太平洋和印度洋海盆尺度的熱比容海平面異常均呈現顯著上升趨勢(圖5)，尤以印度洋的變化幅度更為顯著。這很可能與印度洋海盆一致性的增暖密切相關(圖2b,c和圖3b,c)。由于熱比容海平面與上層海洋熱含量緊密關聯，這里將不再探討熱比容海平面在季節、年際/年代際及更長尺度的時空變化特征，可參考圖2至圖4，它們的空間型分布和變率特征一致(圖略)，下面圍繞熱比容海平面季節尺度的演變特征作進一步分析。從而較全面把握熱比容海平面異常的時空特征和演變。

絲路海區熱比容海平面異常的第一S-EOF模態顯著特征為，熱帶西太平洋暖池區為正值中心，其熱含量與其他海區基本呈反位相變化。同時，在印度洋中部海域存在顯著的負值中心(主要位于赤道以南)。在季節(非嚴格氣候學意義上的季節)演變上，春季(1-3月，JFM)，存在較大范圍的以熱帶西太平洋暖池為中心的正值區域，外圍包括東海和南海以及孟加拉灣(圖6a)。夏季(4-6月，AMJ)孟加拉灣和東海正值區減弱并轉以負值變化為主。同時正值范圍還向澳大利亞西部海區擴展(圖6b)。秋季(7-9月，JAS)，暖池區域正值中心略向南擴(圖6c)。冬季(10-12月，OND)，除原有正值區域的強度加強外，東海和日本海也呈現出正值分布(圖6d)。季節尺度上，印度洋的負中心區域也作出相應調整，春季范圍最廣，夏季向東和向南集中，秋季范圍進一步減小，冬季基本向西向南推進擴展(圖6)。

圖6 絲路海區上層(0～700 m)熱比容海平面季節演變第一模態Fig.6 The first pattern of the seasonal evolution of thermosteric sea level anomalies in 0-700 m upper ocean of SRMR during 1955 to 2015

該演變模態除具有顯著的年際變化外，20世紀90年代中后期，正負異常中心均有明顯增強(圖7)。這與海盆尺度平均的情形相一致(圖5)。只是絲路海區在2000年以后整體的平均變化幅度不大。其差異主要在于所分析的區域范圍和時間尺度有關。尤其是這里更多反映季節演變的信息，至于其顯著的變化趨勢，可以參見圖4d中的紅色曲線(與熱比容海平面變化趨勢一致)。與此同時，中南半島東、西沿海、澳大利亞西部沿海以及我國東南沿海熱比容海平面上升明顯。針對我國近海沿岸，春季、夏季和秋季主要以南部沿海熱比容海平面上升為主，而冬季，則以東部沿海熱比容海平面上升為主(圖6)，這在不同季節沿?；A設施建設等經濟發展活動中不容忽視。

圖7 1955-2015年絲路海區上層(0～700 m)熱比容海平面時空變化主模態標準化時間系數Fig.7 The standardized coefficients corresponding to dominant modes of seasonal evolution of thermosteric sea level anomalies in 0-700 m upper ocean of SRMR during 1955 to 2015

圖8 絲路海區上層(0～700 m)熱比容海平面季節演變第二模態Fig.8 The second pattern of the seasonal evolution of thermosteric sea level anomalies in 0-700 m upper ocean of SRMR during 1955 to 2015

絲路海區熱比容海平面異常變化的第二S-EOF模態(圖8)中進一步體現赤道西太平洋暖池區和其他海域的反位相變化，春季正值中心最弱,并隨著季節推移，范圍和強度增強，冬季達到最強；而印度洋呈一致的負值分布，負值中心主要位于阿拉伯海及南印度洋中部，其變化幅度隨季節推移而增強。該演變模態主要以年際變化為主(圖7)。

絲路海區熱比容海平面異常季節演變的第三S-EOF模態空間特征較復雜，春季正值中心主要位于孟加拉灣、赤道以南的西太平洋暖池區和澳大利亞以西海域(圖9a)。夏季正值范圍明顯縮小(圖9b)。秋季暖池區和澳大利亞西部海區的正值中心分別向南和向西推移，其中澳大利亞西部海區正值中心已抵達印度洋中部(圖9c)，并最終在冬季發展出大范圍的正值中心，此時，太平洋為一致的負值分布，負值中心主要位于熱帶西太平洋暖池的北部海區(圖9d)。從時間變化上來看，該演變模態除了年際變化外，20世紀90年代中后期會出現減弱趨勢，即印度洋中部發展出的正值中心會進一步減弱。需指出的是，由于正負分布互為變化，文中主要從一個側面探討演變特征，同時，限于篇幅，本文僅對前3個模態作簡要分析。

圖9 絲路海區上層(0～700 m)熱比容海平面季節演變第三模態Fig.9 The third pattern of the seasonal evolution of thermosteric sea level anomalies in 0-700 m upper ocean of SRMR during 1955 to 2015

此外，海洋熱力變化受到大尺度海洋與大氣變率的影響，從而會進一步引起熱比容海平面的改變，利用ENSO指數、太平洋年代際振蕩(PDO)指數、印度洋偶極子(IOD)指數和東亞季風(EASM)指數與熱比容海平面異常變化間的相關性，簡要探討絲路海區熱比容海平面異常變化與印度洋-太平洋地區海洋和大氣變率的關聯性。相關統計表明(圖10)，東亞夏季風與印度洋北部海區，包括阿拉伯海、孟加拉灣和南海及近岸海區基本呈現負相關關系。而與中國東部近海熱比容海平面異常變化呈現正相關關系(圖10a)，這可能與東亞夏季風的風速、風向和路徑及相關的熱動力過程(強風速下的潛熱釋放和夏季風影響下的黑潮熱輸送增強等)存在一定關聯[16-17]；ENSO變化與絲路海區熱比容海平面異常的相關性主要體現在，西太平洋與印度洋呈反位相關系(圖2a和圖3a)，從而表明區域性海平面變化更多的受制于局地氣候變率的調控。此外，ENSO的發生可能會增強包括我國東南沿海、中南半島沿岸以及印度洋西北部沿岸熱比容海平面的上升，同時，澳大利亞的東北部海域，如珊瑚海的熱比容海平面也會相應升高(圖10b)。PDO的發生也對應絲路海區幾乎所有沿岸海域熱比容海平面的上升，如南海、澳大利亞珊瑚海、孟加拉灣和印度洋西部沿岸等海域(圖10c)。而IOD在印度洋的熱比容海平面變化中也呈現出東西反位相的相關分布，同時，IOD的發生主要對應我國近海沿岸熱比容海平面的上升(圖10d)。值得注意的是，從相關性可以看出，海洋變率ENSO和IOD這些信號明顯的存在于相關分布中(圖10b,d)，它們或更容易通過熱力效應引起水體的振蕩(海平面的升降)，而PDO的信號則比較弱，關聯性較不直接，也很可能說明，前兩者的變化更容易與海洋上層的熱狀況相關聯，這對有關它們不同的發生機制、機理和聯系提供了一定的線索。總之，相比于全球平均狀況，地區的海洋熱力變化及熱比容效應主要受到局地大尺度海洋和大氣變率的調控而呈現出顯著的區域性特征。此外，這些變率對上層海洋熱比容海平面異常變化的疊加影響，可能會進一步加劇全球變暖情形下的海平面上升，并極易使海岸帶和低洼地帶發生極端高水位事件，從而引起海水入侵和風暴潮等災害，對沿海地區經濟建設和社會生活以及相關的管理(如水資源管理)帶來極大威脅[3-4]。

圖10 1955-2015年絲路海區上層(0～700 m)熱比容海平面異常變化與EASM(a),ENSO(b)，PDO(c)和IOD(d)的相關場Fig.10 The correlation field of the thermosteric sea level anomalies in 0-700 m upper ocean of SRMR with the EASM (a), ENSO (b), PDO (c), IOD (d) during 1955 to 2015

5 討論與結論

氣候變化背景下，全球海洋海平面上升主要由熱比容效應引起，對于區域海洋和近海海域海平面變化，影響因素較多，時空變化不一。沿海極端高水位事件頻發，除了直接的比容效應，還主要由潮汐以及風強迫下海流、海洋波動(如Rossby波等)、風暴等動力過程疊加引起[16-17]。而且，觀測和海洋再分析數據同樣表明，比容的時空變化特征也會因海洋大氣耦合系統以及海洋氣候變率(如風系、ENSO、PDO等)的影響而發生改變。有分析發現，1993-2010年熱帶西太平洋高速率的海平面上升與東太平洋海平面的下降就對應于熱帶中東太平洋信風的增強[18]。而本文相關分析也表明，東亞季風對東中國近海沿岸熱比容海平面的上升具有較大貢獻。特別近20年來，絲路海區熱比容效應在海平面變化中貢獻較大。已有研究指出，南海由于熱通量的變化引起的上層熱比容海平面變化顯著[19]。衛星資料分析發現，1993-2011年間的東海平均海平面和比容海平面平均增長速率分別為每年3.3 mm和1.8 mm，比容海平面的貢獻達到55%[20]，而2003年前則高達64.5%，且總比容海平面的變化主要來自熱比容[21]。北太平洋1993—2006年比容海平面的線性上升速率為1.4 mm/a，比容變化對海平面上升速率的貢獻約為47.5%[22]。1993-2012太平洋和印度洋比容海平面也存在較強的上升趨勢，其中，熱比容對西太暖池海平面的長期上升貢獻很大[23-24]。季節變化尺度上，特別是在北半球中緯度海區，熱膨脹引起的比容海平面變化占海平面變化的86%[25]；衛星高度計和驗潮站數據顯示，1993-2012年北印度洋沿海平均海平面上升速率約為3.2 mm/a[26]。根據本文統計估算，北印度洋0～700 m上層熱比容海平面上升對總海平面上升的貢獻至少約為50%。總之，絲路海區海平面變化受熱比容效應影響顯著。鑒于熱比容效應在海平面變化中的重要作用，本文利用最新的海洋再分析數據，對絲路海區上層700 m海洋熱含量異常時空特征作了系統揭示，并進一步分析和探討了熱比容海平面的異常變化及演變特征，得到的主要結論如下：

(1)在絲路海區，印度洋的熱含量變化較為一致，變化顯著區主要位于阿拉伯海及印度洋中部(東西向)一線，而太平洋則主要存在熱帶西太平洋暖池-北赤道流-東海黑潮流域和高緯度部分海區等顯著變化區，其中熱帶西太平洋暖池區熱含量變化基本與其他海區呈反位相變化，并主要受到季節和年際變化的調制，其中與局地的氣候變率如ENSO等密切相關。長期變化上，西太平洋的北赤道流區及以北海域、東海黑潮流域和南海以及阿拉伯海具有長期增暖趨勢，而熱帶西太平洋暖池區整體增暖不明顯，特別是暖池區域南部海區。絲路海區海洋上層熱含量的改變引起了熱比容海平面相應的變化。在全球變化及應對研究中值得關注的是，包括長江口附近沿岸、南海北部沿岸、中南半島南部沿岸以及阿拉伯海西北部沿岸的近岸海域長期增暖明顯，對海平面上升的貢獻可能較大。特別是氣候變暖情形下，會對海岸帶生態系統、漁業資源以及沿海地區港口、基礎設施建設和社會經濟等的防災減災和風險管理帶來較大挑戰。

(2)絲路海區熱比容海平面，尤其是熱帶西太平洋暖池區和印度洋中部海區熱比容海平面異常具有較明顯的季節演變特征，而自20世紀90年代中后期，中南半島東部和西部沿海、澳大利亞西部沿海以及我國近海沿岸熱比容海平面上升明顯。值得關注的是絲路海區近岸熱比容海平面的季節演變對沿海地區社會和經濟發展會造成一定影響。

(3)此外，由于東亞夏季風的風速、風向和路徑及引起的相關熱動力過程變化(強風速下的潛熱釋放和夏季風影響下的黑潮熱輸送等)，其可能會引起印度洋北部海區,包括阿拉伯海、孟加拉灣和南海及近岸海區熱比容海平面的下降，并可能造成中國東部近海熱比容海平面上升(顯著相關)，同時，ENSO、PDO和IOD的發生也均可能與我國近海沿岸和印度洋西部沿海熱比容海平面上升存在相關，特別以ENSO和IOD較為明顯，相比于全球平均狀況，氣候變化背景下區域性海洋響應和變化還主要受局地氣候變率的調控而呈現顯著的非均一性特征。

需要指出的是，由于觀測資料的限制，本文采用了最新的海洋再分析數據，對海洋上層熱含量和熱比容海平面的異常變化作了分析，以期為絲路海區上層海洋熱狀況及相應熱比容海平面的氣候變化分析提供必要的更新，也為全球氣候變暖背景下區域海洋海平面變化和影響的危險性分析評估以及風險管理和適應決策提供必要的科學依據和科技支撐。鑒于再分析數據結果仍有待進一步驗證，而進一步加強地區性海洋觀測系統建設，提高氣候模式對歷史海洋氣候變化的模擬水平[27]，是深入分析和研究海洋環境變化及氣候區域影響和適應問題的基礎。由于全球氣候變化的一致性和氣候變化區域響應的非均一性[3]，近海和沿岸海平面的異常變化更為復雜，今后將綜合考慮各影響因素及貢獻，進而能達到對海平面變化正確的預測預報，提高海平面變化預估水平，提升海岸帶和沿海地區全球變化綜合風險應對能力，為沿海和海岸帶的開發和建設服務，為“21世紀海上絲綢之路”倡議實施和發展提供海洋環境安全保障服務和科技支撐。

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The variations of the upper ocean heat content and thermostatic sea level around 21st century Marine Silk Road

Qi Qinghua1, Cai Rongshuo1

(1.KeyLaboratoryofGlobalChangeandMarine-AtmosphericChemistry,ThirdInstituteofOceanography,StateOceanicAdministration,Xiamen361005,China)

Under the background of climatic warming, the global ocean temperature increased and the sea level rose significantly, imposing enormous challenges to the sustainable development of human society. The upper ocean heat condition is one of the dominant factors of sea level change. Focusing on the 21st century Silk Road Maritime Region (SRMR), the local spatial and temporal characteristics of the upper ocean heat content were analyzed, furthermore, the change and evolution characteristics of thermosteric sea level and associated impaction were discussed, in order to give the services supporting for marine environment security of “21st century Maritime Silk Road”. The analysis results show that, since the 1970s, the upper layer (0-700 m) ocean of SRMR began to warm obviously, and especially presented significant larger warming from the middle of 1990s. Recently 60 years, in tropical oceans of the SRMR, the North Equatorial Current and its north sea area in the western Pacific, the China seas including the north and the south of the South China Sea (SCS) and the Kuroshio valley in East China Sea, the northwest coastal waters in Arabian sea, the sea area of northwest of Malaysia and south part of the Indian Ocean had a long-term heating trend. The warming of the whole region of tropical western Pacific warm pool was not obvious, and presented mainly anti-phase change with the central Indian Ocean, which were modulated by seasonal and interannual variability. The coastal zones of the eastern China seas near the Changjiang River Estuary, the north of the SCS, the southern of Indo-China Peninsula, the northwestern of Arabian Sea had an obviously long-term warming. Since the middle of the 1990s, the thermosteric sea level in costal zones of the east and west of Indo-China Peninsula, the west of Australia and the China seas have rose obviously. The seasonal evolution of thermosteric sea level rising can cause a certain degree of impact on social and economic development in coastal zones. In addition, the East Asian summer monsoon was significantly associated with the thermosteric sea level rising in eastern China seas, at the same time, the ENSO, the PDO and the IOD also related distinctly to the thermosteric sea level rising in coastal zones in China seas and the western Indian Ocean. Particularly, in climate warming scenario, due to the synergy impaction of regional disaster-causing factors and climate variability, the social and economic development and the disaster prevention and mitigation in coastal zones in SRMR would be subject to huge challenges. The study of comprehensive risk of coastal zones by global change has become the top priority.

heat content in upper ocean; Pacific Ocean; Indian Ocean;sea level rising; steric effect; climate change

P731.11

A

0253-4193(2017)11-0037-12

齊慶華，蔡榕碩. 21世紀海上絲綢之路海洋上層熱含量及熱比容海平面異常變化[J]. 海洋學報, 2017, 39(11):37-48,

10.3969/j.issn.0253-4193.2017.11.004

Qi Qinghua, Cai Rongshuo. The variations of the upper ocean heat content and thermostatic sea level around 21st century Maritime Silk Road[J]. Haiyang Xuebao, 2017, 39(11):37-48, doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2017.11.004

2016-07-16；

2017-04-26。

國家重點研發計劃“全球變化及應對”重點專項(2017YFA0604901);中國清潔發展機制基金項目(2014112); 福建省自然科學基金面上項目(2017J01076)。

齊慶華(1978—), 男, 河北省保定市人，博士, 主要從事海陸氣相互作用與氣候、環境變化及災害風險評估與對策研究。E-mail: qqh_2002@163.com