全球海洋變暖下的海水溫度變化研究

孫鈺婷 易天灝 肖菥

摘要：全球變暖引起的海洋變暖改變了海洋生物的棲息地，迫使它們去尋找熟悉的地方生活。小型漁業(yè)公司的利潤取決于海洋生物物種的穩(wěn)定性，因此可能會受到嚴重干擾。如果不采取有效的措施，這些魚群將面臨巨大的損失，經過分析，我們認為海水溫度是未來影響魚群位置的關鍵因素。我們分兩步建立了海洋水溫預測模型。首先，在三維空間中研究北大西洋溫度的差異，建立海洋溫度場模型。然后，進一步研究北大西洋氣溫隨時間的變化，建立氣溫時間預測模型。根據(jù)緯度-溫度曲線，在高緯度地區(qū)，5°緯度的變化很可能導致10°C左右的溫度變化，海水溫度隨深度的變化也非常明顯，季節(jié)間的變化也不盡相同。以GDP、世界總人口、CO2排放量三個指標的歷史數(shù)據(jù)為預測指標，利用鹽度和堿度的預測間接反映了海水溫度的變化。

關鍵詞：海洋變暖;溫度場模型;線性模型;資產重新配置

1 引言

氣候變暖是當今世界面臨的環(huán)境危機。全球變暖引起的全球海洋溫度升高將影響許多海洋生物的棲息地質量[1]。當溫度變化足夠大時，這些物種將遷移到適合它們生活的新棲息地。如果未來全球海洋溫度繼續(xù)上升，將導致海洋生物滅絕、海洋風暴加劇等更嚴重的后果[2]。

在美國，由于全球海洋溫度上升，緬因州龍蝦種群呈現(xiàn)出明顯的棲息地北移趨勢。我們相信，這種地理種群的變化也將在更多海洋物種中廣泛存在。鯖魚和鯡魚是蘇格蘭主要的經濟魚類。它們主要生活在10℃左右的水域[3]，在這個季節(jié)遷徙。一旦它們的季節(jié)性棲息地或遷徙路線因全球海洋溫度升高而改變，它們可能會嚴重擾亂依賴于這些物種穩(wěn)定性的公司的生計。因此，蘇格蘭北大西洋漁業(yè)管理聯(lián)盟有必要更好地了解蘇格蘭附近鯡魚和鯖魚種群的位置變化。

2 海水溫度預測模型

2.1 海水溫度帶來的影響

由于環(huán)境變化，鯡魚和鯖魚的地理種群發(fā)生了變化。最重要的可測量指標是海水溫度。因此，分析海水溫度的變化以及變化的來源，將有助于我們進一步探索魚類的未來位置。建立模型用來識別這兩個物種最有可能被發(fā)現(xiàn)的地方。位置主要取決于海水溫度，海水溫度由許多因素決定，如溫室氣體排放量和氧飽和度百分比。

首先，我們簡單地認為海水吸收釋放的熱量。我們在NOAA官方網站上選擇全球海洋水溫數(shù)據(jù)，并用類似時間的數(shù)據(jù)補充缺失的歷史數(shù)據(jù)。然后，確定研究區(qū)域為北大西洋，緯度在0°N-75°N之間，經度在90°W-10°E之間。在此期間提取海面溫度，將其分為四個季節(jié)，每十年計算一次。結果表明，近60年來，海溫總體呈明顯上升趨勢，幾乎上升了1℃。其中，氣溫變化最為明顯的是春夏季，增幅為2℃。

眾所周知，隨著緯度的升高，溫度會降低。因此，我們擬合了1955-2017年海面溫度隨緯度的變化，擬合曲線均呈現(xiàn)收斂性。圖2是2005-2017年平均海水溫度擬合的曲線，根據(jù)緯度-溫度曲線，在高緯度地區(qū)，5°緯度的變化很可能導致10°C左右的溫度變化，因為這兩種魚都是遠洋魚類，所以水深不容忽視。我們選擇200米深的海水溫度。結果表明，海水溫度隨深度的變化也非常明顯，季節(jié)間的變化也不盡相同。

根據(jù)世界銀行的統(tǒng)計，在過去的60年里，世界總人口呈線性增長。與此同時，人類活動加劇，全球經濟持續(xù)發(fā)展。接下來是對地球資源的逐步消耗，以及植被覆蓋率持續(xù)下降。所有這些變化都將加劇全球變暖，海水溫度將受到顯著影響。我們認為，造成海洋水溫上升的大多數(shù)原因都受到人類活動的影響。因此，我們使用一些指標來衡量人類活動。評價指標如下：CO2排放量：CO2排放量直接反映了大氣保溫的效果。世界人口：世界人口是人類活動的數(shù)量反映。總的來說，總人口越多，環(huán)境負擔就越大，人口越多可能導致全球變暖。

GDP：GDP反映了人類的整體發(fā)展狀況，影響著海洋水溫。在一定程度上，人類社會的發(fā)展會對環(huán)境產生一定的負面影響。例如，工業(yè)化發(fā)展導致的碳排放增加導致全球變暖，進而影響海洋溫度。

2.2 海水溫度預測模型

在明確了海水溫度的影響因素和溫度變化趨勢后，開始建立預測模型。以GDP、世界總人口、CO2排放量三個指標的歷史數(shù)據(jù)為預測指標，同時以全平面海域的平均溫度為時段的基準溫度。利用線性回歸得到四季和全年的溫度回歸方程。那么，我們可以看到，除了主要原因在于時間線本身，時間線沒有明顯的上升趨勢，而這三個指標都有明顯的上升趨勢，所以我們在冬春兩季增加了鹽度和堿度指標，利用鹽度和堿度的預測間接反映了海水溫度的變化。然后，我們對未來50年進行預測。由于這些特征本身傾向于線性增長，因此得到的預測溫度也基本上呈線性增長。結果如下：

之后，我們根據(jù)60年的資料，反復修正整個海平面的溫差，得到最終的不規(guī)則海面溫度網格。以海域平均溫度為基準溫度，計算基準溫度與未來溫度預測值之差。接下來，將差值分配到網格中該海域存在的位置，繪制未來海域的溫度平面圖。在此圖的基礎上，加入不同季節(jié)的深度溫度公式，得到每1°（緯度）×1°（經度）200米范圍內每米的溫度，得到總海溫立方。

3 小結

20世紀，地球一直處于高燒階段。據(jù)IPCC報道，全球地表氣溫平均上升了0.4℃至0.8℃。同時，全球變暖對海洋環(huán)境有著重要的影響。北大西洋的海水溫度在過去60年里上升了1℃。更糟的是，夏季氣溫上升了2℃，年溫差也增加了。這些變化對北大西洋的中上層冷水魚造成了致命的打擊。夏天，成群結隊地打魚。這是人類釣魚的最佳時機。不幸的是，氣候變暖對夏季海洋水溫的影響尤其嚴重。對蘇格蘭漁區(qū)的分析表明，大型魚群聚集在漁區(qū)的最低溫度，這表明魚類偏愛較低溫度的海水，它們對海洋溫度非常敏感。一旦溫度繼續(xù)升高，這將是魚類向北移動的唯一選擇。對于東北大西洋依賴漁業(yè)作為重要經濟來源的國家來說，這無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)。有限的海洋資源已經引起了一些國際爭端。魚類北移將增加相關國家對捕撈配額的攫取。

參考文獻

[1]周德秀.威海市海水入侵災害風險度評價與預測研究[D].山東師范大學，2011.

[2]楊曉瑱.環(huán)膠州灣地區(qū)海水入侵災害評價與預測[D].青島大學，2010.

[3]代進鋒.烏梁素海水環(huán)境現(xiàn)狀評價與趨勢預測的研究[D].內蒙古農業(yè)大學，2008.