热带太平洋与印度洋海温资料对比分析

黄旭辉，谢俊驹，郑学华，秦荣显

（广东省连平县气象局， 广东 河源517100）

海洋面积广，数据收集器布置困难，监控以及维护困难等问题，前人对海洋研究参考的数据准确度具有一定的局限性，也会影响海气作用的研究，如：影响气候的重要事件——厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）事件等［1］.要继续深入了解海洋与大气的影响关系，首要条件就是海洋资料要尽可能的准确.海洋观测装备可以划分为海洋表面装备，潜水器和空中作业装备3 种［2］.作为海洋表面装备的浮标具有重量轻、尺寸小的特点［3］.当Argo 计划成功实施，海洋科学的观测和研究进入了一个全新的高度［4］.截至2016 年，全球投放的浮标数量已超过12 000 个，为人类对海洋与大气的研究提供了更充足的依据.我国累积在太平洋、印度洋等海域也投放了超过350 个Argo 剖面浮标［5-7］.但由于Argo 资料是利用可自由漂流的浮标进行观测，使得Argo 浮标的传感器无法进行实验室标定.国内学者对Argo 的相关问题也展开了研究，陈鹿［8］等提出整个Argo 计划中浮标的稳定性是非常不均匀的.陈帅［9］与孙朝辉［10］等进行了WOD09 的PFL 数据和Argo 数据的比较.HadlSST（Hadley Center Sea Ice and Sea Surface Temperature Date）的海温数据被广泛应用［11］，而将Hadley 海温资料与Argo 资料进行对比分析可使后人选择海温数据时有更可靠的科学依据， 故将进行不同条件、多方面的对比分析.

1 资料与方法

笔者采用的资料为英国的Hadley 气候预测和研究中心格点分辨率为1°×1°的Hadley 海温资料，其包括从1870 年至今的海表温度［12］.以及格点分辨率为1°×1°的Argo 全球海洋观测网的剖面浮标资料，资料年限为2005—2016 年［13］.Hadley 海温资料选定1960—2009 年的数据.Argo 资料的年份较短，故选取2005—2016 年的数据，并取1 月、4 月、7 月、10 月作为冬、春、夏、秋季的代表月份.两份资料均可能受全球变暖的因素影响.

（1）区域平均.选取热带太平洋海区（120°W~170°W，10°N~10°S）与热带印度洋海区（50°E~120°E，10°N~10°S）的海表面温度资料作区域平均.

（2）时间平均.根据不同的年份条件需要，对50 年Hadley 海温资料与12 年Argo 资料做时间平均.

（3）一元线性回归.对Hadley 海温资料和Argo 资料提取出海温与年份，根据一元线性回归公式进行线性回归，即：y=bt+a.其中y 为海表温度，t 为具体年份，b 和a 均为方程参数.

2 Hadley 海温资料与Argo 资料空间特征对比

2.1 Hadley 海温资料与Argo 资料不同年份空间特征对比

选取热带印度洋和太平洋两份资料作年平均处理后进行空间特征对比.同时年平均处理也使厄尔尼诺等气候事件的影响尽可能的减少，故应能较好的体现两份资料的代表性.

在Hadley 海温资料减去Argo 资料后结果显示 （见图1）：1 月在热带印度洋经度50°E~120°E、 纬度10°N~10°S 海区（以下简称“热带印度洋”）、热带太平洋经度120°W~170°W，纬度10°N~10°S 海区（以下简称“热带太平洋”）的西部、东部以及沿岸海域海表温度方面，Argo 资料数据大于Hadley 海温资料，大部分地区差值为-0.3℃，其中热带太平洋东部及海岸海域可达-1.2℃以下，热带太平洋中部及东部的大部分地区Argo 资料小于Hadley 海温资料.4 月在热带印度洋、 热带太平洋西部及东部的海表温度方面，Argo资料大于Hadley 海温资料，其中太平洋东部及海岸海域差值可达-1.2℃以下，在热带太平洋中部两份资料有很好的一致性.7 月在热带印度洋有较为明显的差异，差值在-0.8~-0.3℃左右，Argo 资料较Hadley 海温资料大；在热带太平洋西部两份资料的差值为-0.3℃，Argo 资料大于Hadley 海温资料，在热带太平洋中部两份资料有较好的一致性， 大部分地区差值为0℃， 而在热带太平洋东部及沿岸海域海表温度差呈负值，差值可达到-1.2℃以下.10 月在热带印度洋与太平洋西部两份资料的海表温度差为负值，有较为明显的差异，在热带太平洋东部以及东部沿岸海域出现了明显的差异，差异可达-1.2℃以上，但在热带太平洋中部两份资料有较好的一致性.

根据Argo 浮标资料与Hadley 海温资料的对比结果发现： 在热带印度洋以及热带太平洋的西部有一定的差异存在，Argo 资料的数据普遍比Hadley 海温资料的大0.3℃，10 月的部分海域的差值可达-0.6℃；在热带太平洋东部以及东部沿岸海域Hadley 海温资料与Argo 的差异比较明显，最高值可达-1.2℃以下，说明在该海域Argo 资料数据普遍大于Hadley 海温资料的数据； 在热带太平洋中部两份资料具有较好的一致性，仅1 月两份资料的差值为-0.3℃，其余3 个月的差值在大部分地区都为0℃.根据经纬度可发现，两份资料差异较明显区域与Niño3.4 区相近，而Niño3.4 区为ENSO 事件海温变化的主要区域.

图1 近50 年Hadley 海温资料与12 年Argo 资料空间差异（单位℃）

2.2 Hadley 海温资料与Argo 资料相同年份空间特征对比

经不同年份对比后，考虑气象事件（如厄尔尼诺［14］、印度洋偶极子事件［15］等）可能会影响对比结果.故现取两份资料相同年份做相同处理，并进行空间特征对比.

由图2 可得：4 月、7 月的两份资料在热带印度洋、热带太平洋西部一致性很好，热带太平洋中部一致性较好，仅少数海域差值为-0.5℃，东部及东部沿岸海域有较明显差异，差值达-0.9℃以下.而1 月、10 月相较于4 月、7 月，热带太平洋中部的差异海域明显西伸.而10 月热带太平洋东部及东部沿岸海域的差异性则显得更为突出.

Argo 资料与Hadley 海温资料相同的年份下的对比的结果显示，两份资料在热带印度洋、热带太平洋西部都表现出了很好的一致性；在热带太平洋的中部则出现了不同程度的差异，热带太平洋的东部以及东部沿岸海域出现较大差值，差值可达-1.2℃以下.根据经纬度可发现，两份资料差异较明显区域与Niño3.4区相比于两份资料在不同年份的条件下作对比时更为相近，所以两份资料的空间差异很可能与ENSO 事件相关.

图2 相同年份Hadley 海温资料与Argo 资料间差异（单位℃）

3 Hadley 海温资料与Argo 资料时间特征对比

3.1 Hadley 海温资料在热带太平洋与热带印度洋的对比分析

选取Hadley 海温资料对热带太平洋、印度洋地区的海表温度作区域平均，得到1960—2009 年热带太平洋与印度洋地区的海表温度变化. 热带太平洋与热带印度洋海表温度平均值均为4 月最大，1 月最小.通过一元线性回归公式计算其50 年变化趋势可得：热带太平洋海表温度均呈正增长，且4 月、7 月、10月斜率较相近，1 月斜率明显较小.热带印度洋海表温度呈正增长，斜率在7 月最大，1 月最小.且热带太平洋的变化率均小于热带印度洋.

表1 1960—2009 年Hadley 海温资料及一元线性回归参数

3.2 Argo 资料在热带太平洋与热带印度洋对比分析

选取Argo 资料对热带太平洋地区、热带印度洋地区的海表温度作区域平均，得到2005—2016 年热带太平洋与热带印度洋的海表温度变化情况.热带太平洋与热带印度洋海表温度平均值均为4 月最大，1月最小.并通过一元线性回归公式计算其斜率均为正值，且在1 月为最大，7 月最小，海表温度均呈正增长趋势.根据Argo 资料统计结果显示，热带太平洋在1 月、4 月、10 月的海表温度增长率均大于热带印度洋，在7 月略小于热带印度洋.

表2 2005—2016 年Argo 资料的平均值以及一元线性回归参数

由于Argo 资料的年份较短， 无法选取充足的年份与Hadley 海温资料进行详尽的对比分析. 通过对Hadley 海温资料与Argo 资料分别比较分析海表温度增长率，结果表明：Argo 资料7 月的斜率为负，表示热带太平洋的增长率小于热带印度洋，但在1 月、4 月、10 月Argo 资料的斜率为正，表示热带太平洋海表温度增长率均大于热带印度洋.在相同区域Hadley 海温资料显示1 月、4 月的斜率为正，表示热带太平洋海温增长率大于热带印度洋，7 月、10 月则相反.Hadley 海温资料与Argo 资料在对应地区的斜率在7 月较为接近.

3.3 Hadley 海温资料与Argo 资料相同年份时间特征分析

经过Hadley 海温资料与Argo 资料在不同年份的对比，发现了两份资料存在不同的差异，但考虑气象事件（如厄尔尼诺［14］、印度洋偶极子事件［15］等）可能会影响对比结果，故选取Hadley 海温资料与Argo 资料重叠年份进行对比.

通过一元线性回归公式，得到Hadley 海温资料与Argo 资料在热带太平洋地区1 月、4 月的斜率均为负值，海表温度为负增长趋势；7 月、10 月为正值，海表温度呈正增长趋势，并通过计算得出其平均值在4月最大，1 月最小. 在热带印度洋地区1 月、4 月的斜率为负值， 海表温度为负增长趋势；7 月、10 月为正值，海表温度呈正增长趋势.并通过计算得出其平均值在4 月最大，1 月最小.Hadley 海温资料显示1 月、4月热带太平洋海温增长率大于热带印度洋，7 月、10 月则相反.而Argo 资料在4 个月均显示热带太平洋的海温增长率大于热带印度洋.对比相对应月份发现：在相同年份Hadley 海温资料与Argo 资料在热带太平洋的海表温度变化的斜率对比结果在1 月、4 月、10 月较为接近，7 月差异较大； 热带印度洋相同年份下的海表温度的变化的一元线性相关方程参数在1 月、4 月、10 月较为接近，7 月差异较大（表3、表4）.

表3 Hadley 海温资料平均值以及一元线性回归参数

表4 Argo 资料平均值以及一元线性回归参数

4 结论

根据不同的年份条件， 分析Hadley 海温资料与Argo 资料在热带太平洋与热带印度洋时间特征对比结果，以及空间特征对比结果，得到结论.

（1）热带印度洋及热带太平洋西部Argo 资料普遍比Hadley 海温资料大；在热带太平洋东部以及东部沿岸海域Hadley 海温资料与Argo 资料差值明显大于其他地区；热带太平洋中部两份资料一致性较好.相同的年份条件下，Hadley 海温资料与Argo 资料在热带印度洋、热带太平洋西部一致性较好；在热带太平洋中部及东部则出现了不同程度的差异.

（2）Argo 资料数据普遍大于Hadley 海温资料数据，在热带印度洋以及热带太平洋西部两份资料一致性变好；而在热带太平洋中部两份资料的差值变大；热带太平洋东部地区没有太大的改变.Hadley 海温资料与Argo 资料的差异主要表现在Niño3.4 区以及太平洋东部沿海地区.

（3）Hadley 海温资料与Argo 资料在7 月较为接近，1 月、4 月、10 月差异较大.在相同年份的条件下，两份资料在热带太平洋海区与印度洋海区海表温度变化在1 月、4 月、10 月较为接近，在7 月差异较大.