ENSO简介
中西太平洋鲣鱼空间聚类特征及其与ENSO的关系
第53卷 第11期 2023年11月中国海洋大学学报P E R I O D I C A L O F O C E A N U N I V E R S I T Y O F C H I N A53(11):047~054N o v .,2023中西太平洋鲣鱼空间聚类特征及其与E N S O 的关系❋蒋明峰1,陈新军1,2,3,4,许子安1,林泓羽1,吕泽华1,2,3,4,雷 林1,2,3,4,贺海平5,贾海滨5,汪金涛1,2,3,4❋❋(1.上海海洋大学海洋科学学院,上海201306;2.大洋渔业资源可持续开发教育部重点实验室,上海201306;3.国家远洋渔业工程技术研究中心,上海201306;4.农业农村部大洋渔业开发重点实验室,上海201306;5.大洋世家(浙江)股份公司,浙江舟山310009)摘 要: 为了解在不同厄尔尼诺-南方涛动(E N S O )事件下中西太平洋鲣鱼(K a t s u w o n u s p e l a m i s )资源的变动规律,本研究根据中西太平洋渔业委员会(W C P F C )2008 2018年中西太平洋鲣鱼的生产数据,结合海洋尼诺指数(O N I),利用聚类分析和灰色关联分析,研究季时间尺度下鲣鱼的自由鱼群和随附鱼群的渔场空间特征及其与E N S O 事件的关系㊂季尺度下渔场重心聚类分析表明,各簇所包含季度发生的异常气候事件具有一致性㊂拉尼娜时期,两种鱼群的主要渔场都有向西移动的趋势,厄尔尼诺时期则相反㊂在异常气候事件下,随附鱼群的迁移幅度小于自由鱼群,且随附鱼群渔场的经向分布更稳定㊂不同E N S O 模态下,资源丰度的空间分布存在差异㊂对自由鱼群而言,在拉尼娜事件发生于第1㊁2季度时165ʎE 以西海域的资源丰度最高,灰色关联度为0.650,在拉尼娜事件发生于第3㊁4季度时165ʎE 180ʎ海域的资源丰度最高,灰色关联度为0.411,在厄尔尼诺时期,180ʎ以东海域的资源丰度最高,灰色关联度为0.727㊂对随附鱼群而言,165ʎE 以西海域及165ʎE 180ʎ海域资源丰度最高时期为拉尼娜时期,灰色关联度分别为0.852和1.000,180ʎ以东海域资源丰度最高时期为厄尔尼诺时期,灰色关联度为1.000㊂研究结果可用于气候变化背景下鲣鱼渔情的预报㊂关键词: 鲣鱼;聚类分析;灰色关联度;中西太平洋;厄尔尼诺-南方涛动中图法分类号: S 931 文献标志码: A 文章编号: 1672-5174(2023)11-047-08D O I : 10.16441/j.c n k i .h d x b .20220320引用格式: 蒋明峰,陈新军,许子安,等.中西太平洋鲣鱼空间聚类特征及其与E N S O 的关系[J ].中国海洋大学学报(自然科学版),2023,53(11):47-54.J i a n g M i n g f e n g ,C h e n X i n j u n ,X u Z i a n ,e t a l .S p a t i a l c l u s t e r i n g ch a r a c t e r i s t i c s o f K a t s u w o n u s p e l a m i s i n W e s t a n d C e n -t r a l P a c i f i c O c e a n a n d i t s r e l a t i o n s h i p w i t h E N S O [J ].P e r i o d i c a l o f O c e a n U n i v e r s i t y of C h i n a ,2023,53(11):47-54. ❋ 基金项目:国家重点研究发展计划项目(2019Y F D 0901404);国家自然科学基金项目(41876141);上海市科技创新行动计划项目(19D Z 1207502)资助S u p p o r t e d b y t h e N a t i o n a l K e y R e s e a r c h a n d D e v e l o p m e n t P r o gr a m o f C h i n a (2019Y F D 0901404);t h e N a t i o n a l N a t u r a l S c i e n c e F o u n -d a t i o n o f C h i n a (41876141);t h e S h a n g h a i S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y I n n o v a t i o n P l a n P r o gr a m (19D Z 1207502)收稿日期:2022-06-27;修订日期:2022-09-13作者简介:蒋明峰(1998 ),男,硕士生,研究方向为渔业资源㊂E -m a i l :j m f 822221y yt @163.c o m ❋❋ 通信作者:E -m a i l :j t w a n g@s h o u .e d u .c n 鲣鱼(K a t s u w o n u s p e l a m i s )属鲭科(S c o m b r i d a)鲣属(K a t s u w o n u s ),为大洋性中上层洄游性鱼类,广泛分布于全球热带㊁亚热带海域[1]㊂2018年,全球鲣鱼总产量达320万t ,仅次于秘鲁鳀(E n g r a u l i s r i n ge n s )和阿拉斯加狭鳕(T h e r a g r a c h a l c o g r a mm a ),是世界上最重要的经济鱼类之一[2]㊂中西太平洋海域是鲣鱼渔业的主要作业渔场,近年来,其鲣鱼平均产量超过150万t ,占世界总产量的40%以上,而其中70%以上的产量来自于围网渔业[3]㊂中西太平洋鲣鱼鱼群按其活动特性可分为自由集结的自由鱼群㊁随附于鲸豚类的鲸豚随附群和随附于天然漂流物㊁漂流性人工集鱼装置(D r i f t i n g f i s h a g gr e -ga t i o n d e v i c e s ,D F A D s )等的漂流物随附群;其中,自由鱼群和漂流物随附群(以下简称随附鱼群)是围网渔业的主要对象㊂厄尔尼诺-南方涛动(E l N in o -S o u t h e r n O s c i l l a t i o n ,E N S O )事件是影响中西太平洋鲣鱼时空分布和生活史特征的主要因素[4]㊂已有研究表明,中西太平洋两种鲣鱼鱼群的形态特点㊁摄食习性㊁洄游模式等生物学特征存在差异[5-6],而目前对不同鱼群鲣鱼的空间分布特征及其与E N S O 关系的研究较少㊂本研究基于2008 2018年中西太平洋鲣鱼渔业数据,利用聚类分析和灰色关联分析研究鲣鱼的自由和随附鱼群在不同E N S O 模态下的分布特征,进一步了解中西太平洋鲣鱼资源变动规律,为鲣鱼的可持续管理提供依据㊂1 材料与方法1.1数据来源与作业海域中西太平洋海域鲣鱼围网生产统计数据来源于中Copyright ©博看网. All Rights Reserved.中 国 海 洋 大 学 学 报2023年西太平洋渔业委员会(W e s t e r n a n d c e n t r a l P a c i f i c f i s h -e r i e s c o m m i s s i o n ,W C P F C ),数据涵盖作业时间(年㊁月)㊁作业地点(经度㊁纬度)㊁投网次数和渔获量(t)等,研究海域为130ʎE 140ʎW ㊁20ʎN 20ʎS㊂渔业统计数据空间分辨率均为5ʎˑ5ʎ,研究时间为2008 2018年㊂1.2分析方法1.2.1C P U E 的计算 本研究以捕捞努力量渔获量(C a t c h p e r u n i t e f f o r t ,C P U E )代表鲣鱼的资源丰度,定义投网次数为捕捞努力量,以5ʎˑ5ʎ为一个渔区,分别计算不同围网操作方式下各渔区各年㊁季的C P U E ,并分析其时空差异㊂C P U E 计算公式如下:E C P U E i j=c i jn i j㊂(1)式中:E C P U E i j为渔区i 中操作方式j 的单位捕捞努力量渔获量(t /网);c i j 为渔区i 中操作方式j 的总渔获量(t ),n i j 为渔区i 中操作方式j 的总捕捞努力量(投网次数)㊂1.2.2渔场重心聚类分析 利用渔场重心法,计算各季度不同鲣鱼鱼群渔场重心㊂其计算公式如下[7]:X m =ðai =1c i ˑX i ðai =1c i ;(2)Y m =ðai =1c i ˑY i ðai =1c i ㊂(3)式中:c i 为渔区i 的总渔获量;X m 为季度m 渔场重心的经度;Y m 为季度m 渔场重心的纬度;X i 为渔区i 的经度;Y i 为渔区i 的纬度;a 为渔区总数㊂分别对两种鲣鱼鱼群2008 2018年各季度渔场重心进行标准化后,计算渔场重心间的欧氏距离㊂受F A D s 休渔制度的影响,2010 2016年第三季度产量均明显低于其余各季度,不具备统计学意义,故在随附鱼群聚类分析中排除这7个季度㊂根据计算后的欧氏距离,将各季度渔场重心按离差平方和法进行聚类[8],比较分析其季间变化,渔场重心标准化及欧氏距离计算公式如下[9]:Z l o n ,m =X m -XS l o n ;(4)Z l a t ,m =Y m -YS l a t;(5)D m n =(Z l o n ,m -Z l o n ,n )2+(Z l a t ,m -Z l a t ,n )2㊂(6)式中:Z l o n ,m 为季度m 渔场重心经度坐标的标准分;Z l a t ,m 为季度m 渔场重心纬度坐标的标准分;S l o n 为经度坐标的标准差;S l a t 为纬度坐标的标准差;D m n 为季度m 和季度n 渔场重心的欧氏距离㊂1.2.3不同聚类下渔场分布及其与E N S O 的关系受海洋环境及气候变化的影响,鲣鱼会在东西方向上做长距离洄游,而南北方向则无明显变化[6]㊂因此,本研究通过统计各季度对应的海洋尼诺指数(O c e a n i c E lN in o i n d e x ,O N I ),分析各聚类与E N S O 循环的关系,并根据O N I 值从各簇中选取具代表性的时间区间,以5ʎ为经度区间,对比分析各代表时间区间中渔获量比重的经向变化,以此指代不同E N S O 模态下的渔场分布情况,采用N in o 3.4区的3个月滑动平均海表温度距平值(S e a s u r f a c e t e m p e r a t u r e a n o m a l y,S S T A )为O N I 值,数据来自美国国家环境预测中心(h t t p s ://o r i g i n .c p c .n c e p .n o a a .go v /),依照N O A A 对E N S O 事件的定义,将各季度所发生气候事件进行归类,即连续5个月N in o 3.4区S S T A 的3个月滑动平均值ɤ-0.5ħ为一次拉尼娜事件,连续5个月N in o 3.4区S S T A 的3个月滑动平均值ȡ0.5ħ为一次厄尔尼诺事件㊂1.2.4资源丰度评价 根据渔获量比重的经向分布及各国专属经济区的地理位置将研究海域划分为三部分,利用灰色关联分析方法研究各海域在各代表时间区间的资源丰度差异[10],以此指代不同E N S O 模态下资源丰度的变化情况㊂以5ʎ为经度区间,分别选取各海域两种鱼群聚类所有代表性季度中每一经度区间最大C P U E 值构成最优向量并作为母序列,计算各聚类子序列与母序列的灰色关联度,以灰色关联度的大小作为资源丰度好坏的评价标准㊂其计算公式如下:ξa k =m i n am i n k x 0k -x a k +ρˑma x a m a x kx 0k -x a k x 0k -x a k +ρˑm a x a m a x kx 0k -x a k ;(7)r a =1nðnk =1ξa k ㊂(8)式中:ξa k 为气候模态a 下第k 个经度区间的灰色关联系数;x 0k 为母序列;x a k 为子序列;ρ为分辨系数;本研究取值0.5,r a 为气候模态a 下该研究海域的灰色关联度㊂本研究中聚类分析部分由R 4.0.3软件中的 N b -C l u s t 包[11]及 f a c t o e x t r a包[12]完成,灰色关联分析由E x c e l 2019软件完成,图片制作由o r i gi n 2019b 软件及R 4.0.3软件中的 g gt r e e 包[13]完成㊂2 结果2.1渔场重心聚类分析及其与E N S O 的关系以空间距离4为阈值可将自由鱼群的季间渔场重心分为4簇(见图1(a )和图2(a)),各重心间欧氏距离介于0.045~5.344之间㊂对比分析聚类结果与O N I 的关系(见图3(a))可知,簇1中有7个季度处于拉尼娜时期,占54%,其余各季度均处于拉尼娜时期前后;簇2中有8个季度处于拉尼娜时期,占58%,3个季度84Copyright ©博看网. All Rights Reserved.11期蒋明峰,等:中西太平洋鲣鱼空间聚类特征及其与E N S O 的关系处于厄尔尼诺时期,占21%;簇3中各季度均处于厄尔尼诺时期;簇4中有10个季度处于正常气候条件下,占77%,其余3个季度均发生了厄尔尼诺事件㊂以空间距离4为阈值可将随附鱼群的季间渔场重心分为3簇(见图1(b )和图2(b)),各重心间欧氏距离介于0.101~4.743之间㊂对比分析聚类结果与E N S O事件的关系(见图3(b))可知,簇1中各季度均在拉尼娜时期;簇2中7个季度发生了厄尔尼诺事件,占70%;簇3中有12个季度处于正常气候条件下,占75%㊂图1 自由鱼群(a )及随附鱼群(b)聚类融合水平值F i g .1 F u s i o n l e v e l v a l u e o f f r e e s w i m m i n g s c h o o l c l u s t e r i n g (a )a n d a s s o c i a t e d s c h o o l c l u s t e r i n g (b)(图中数字标签为 年份/季度 格式㊂T h e n u m e r i c l a b e l s i n t h e f i g u r e s a r e i n t h e f o r m a t o f y e a r /qu a r t e r .)图2 自由鱼群(a )及随附鱼群(b)渔场重心聚类结果F i g .2 C l u s t e r i n g r e s u l t s o f f i s h i n g g r o u n d b a r y c e n t e r o f f r e e s w i m m i n g sc h o o l (a )a nd a s s o c i a te d s c h o o l (b ) 综上所述,自由鱼群聚类中,簇1㊁簇2涵盖了研究范围内93%的拉尼娜季度,二者之间的区别在于簇1中各因子多属第1㊁2季度,渔场重心位于2ʎS 以北(见图4),而簇2中各因子多属第3㊁4季度,渔场重心位于2ʎS 以南,簇3中渔场重心位于2ʎS 以南,175ʎE 以东海域,涵盖了44%的厄尔尼诺季度;随附鱼群聚类中,簇1中渔场重心多位于2ʎS 以南,165ʎE 以西海域,涵盖了研究范围内73%的拉尼娜季度,而簇2中渔场重心则位于2ʎS 以南,170ʎE 以东海域,涵盖了78%的厄尔尼诺季度㊂因此,以自由鱼群的簇1㊁2代指拉尼娜时期,簇3代指厄尔尼诺时期,簇4代指正常气候时期;以随附鱼群的簇1代指拉尼娜时期,簇2代指厄尔尼诺时期,簇3则代指正常气候时期㊂2.2不同气候模态下渔场的空间分布特征分别选取各聚类中与气候事件对应的季度作为代表时间区间(见表1),计算各代表时间区间渔获量比重的平均值,并分析其经度上的差异㊂由图5可知,自由鱼群和随附鱼群高产渔场的空间分布存在较强的规律性,自由鱼群聚类中,拉尼娜事件发生于第1㊁2季度时,高产渔场集中在140ʎE 160ʎE 海域,160ʎE 以东渔获量比重呈下降趋势;拉尼娜事件发生于第3㊁4季度时,渔获量高值区略向东移,集中在145ʎE 165ʎE 海域,165ʎE 以东渔获量比重呈下降趋势;厄尔尼诺事件及正常气候条件下各季度渔获量高值区分布较广,但各区间内94Copyright ©博看网. All Rights Reserved.中 国 海 洋 大 学 学 报2023年占比相对较低,厄尔尼诺时期主要渔场位于175ʎE 155ʎW 海域,正常气候条件下,主要渔场位于155ʎE 180ʎ海域㊂图3 自由鱼群(a )及随附鱼群(b )各簇及其对应O N IF i g .3 C l u s t e r s a n d c o r r e s p o n d i n g O N I o f f r e e s w i m m i n g sc h o o l (a )a nd a s s o c i a te d s c h o o l (b)图4 自由鱼群(a )及随附鱼群(b)各簇的空间分布F i g .4 S p a t i a l d i s t r i b u t i o n o f c l u s t e r s o f f r e e s w i m m i n g sc h o o l (a )a nd a s s o c i a te d s c h o o l (b )表1 各簇代表时间区间T a b l e 1 T y p i c a l pe r i o d of e a c h c l u s t e r 类别C a t eg o r y自由鱼群F r e e s w i m m i n g sc h o o l 随附鱼群A s s o c i a t e d s c h o o l簇1代表时间区间T y p i c a l pe r i o d of c l u s t e r 12008/1,2009/1,2012/1,2011/2,2011/3,2018/1,2018/22008/1,2008/2,2008/4,2009/1,2010/4,2011/1,2011/4,2012/1簇2代表时间区间T y p i c a l pe r i o d of c l u s t e r 22008/2,2008/4,2010/3,2010/4,2011/4,2016/4,2017/42010/1,2014/4,2015/1,2015/2,2015/4,2016/1,2018/4簇3代表时间区间T y p i c a l pe r i o d of c l u s t e r 32009/4,2014/4,2015/3,2015/42008/3,2009/2,2010/2,2012/2,2012/4,2013/1,2013/2,2014/1,2014/2,2016/2,2018/2,簇4代表时间区间T y p i c a l pe r i o d of c l u s t e r 42008/3,2012/3,2014/1,2014/2,2014/3,2016/2,2017/2,2017/3,2018/3注:随附鱼群聚类仅有3簇,故簇4代表时间区间处为 ㊂表中数字标签为 年份/季度 格式㊂F o r t h e r e a r e o n l y 3cl u s t e r s i n a s s o c i a t e d s c h o o l ,a w a s s h o w n i n t y p i c a l p e r i o d o f c l u s t e r 4o f a s s o c i a t e d s c h o o l .T h e n u m e r i c l a b e l s i n t h e t a b l e a r e i n t h e f o r m a t o f y e a r /qu a r t e r . 不同气候模态下,随附鱼群渔获量在经度上的分布相比自由鱼群更稳定,不存在明显的高值区㊂拉尼娜时期主要渔场为140ʎE 180ʎ海域,厄尔尼诺时期主要渔场为165ʎE 165ʎW 海域,正常气候条件下,主要05Copyright ©博看网. All Rights Reserved.11期蒋明峰,等:中西太平洋鲣鱼空间聚类特征及其与E N S O 的关系渔场则位于160ʎE 180ʎ海域㊂2.3资源丰度评价根据渔获量的空间分布及各沿海国专属经济区的地理位置将研究海域分为3部分,分别为165ʎE 以西海域㊁165ʎE 180ʎ海域及180ʎ以东海域㊂灰色关联分析表明(见表2),对自由鱼群而言,165ʎE 以西海域资源丰度在拉尼娜事件发生于第1㊁2季度时最高,165ʎE180ʎ海域资源丰度在拉尼娜事件发生于第3,4季度时最高,180ʎ以东海域资源丰度在厄尔尼诺时期最高㊂对随附鱼群而言,165ʎE 以西海域及165ʎE 180ʎ海域资源丰度均在拉尼娜时期最高,180ʎ以东海域最高资源丰度则出现于厄尔尼诺时期㊂图5 自由鱼群(a )及随附鱼群(b)各簇代表时间区间渔获量比重在经度上的分布F i g 5 P e r c e n t o f c a t c h o f e a c h l o n g i t u d e i n t y p i c a l p e r i o d o f e a c h c l u s t e r f o r f r e e s w i m m i n g sc h o o l (a )a nd a s s o c i a te d s c h o o l (b )表2 各研究海域不同气候模态下两种鱼群的灰色关联度T a b l e 2 G r e y c o r r e l a t i o n d e g r e e o f t w o d i f f e r e n t s c h o o l s o f e a c h s t u d y ar e a u n d e r d i f f e r e n t c l i m a t e p a t t e r n s 海域S e a a r e a不同气候模态下自由鱼群灰色关联度G r e y c o r r e l a t i o n d e g r e e o f f r e e s w i m m i n g sc h o o l u nde r d if f e r e n t c l i m a t e p a t t e r n s拉尼娜时期(1,2季度)L a N in a (Q 1t h ,Q 2t h)拉尼娜时期(3,4季度)L a N in a (Q 3t h ,Q 4t h)厄尔尼诺时期E l N in o 正常气候N o r m a lc l i m a t ep a t t e r n 不同气候模态下随附鱼群灰色关联度G r e y c o r r e l a t i o n d e gr e e o f a s s o c i a t e d s c h o o l u n d e r d i f f e r e n t c l i m a t e p a t t e r n s拉尼娜时期L a N in a 厄尔尼诺时期E l N in o 正常气候N o r m a lc l i m a t ep a t t e r n 165ʎE 以西0.6500.4720.4190.4710.8520.5910.637165ʎE 180ʎ0.3780.4110.3830.3961.0000.7510.761180ʎ以东0.6920.5230.7270.7020.7601.0000.8503 讨论与分析E N S O 作为气候系统中最强的年际气候信号之一,对鲣鱼的空间分布起着举足轻重的作用[14]㊂不同E N S O 模态下,中西太平洋的水温㊁饵料生物丰度㊁海流等环境因素都会发生变化,进而导致鲣鱼的适宜栖息地出现变动㊂西太平洋暖池是维系E N S O 循环的纽带,其边界29ħ等温线可作为表征鲣鱼渔场经向分布特征的指标[15-16],拉尼娜时期,暖池面积缩小,29ħ等温线边界西移,适宜栖息地面积缩小,鲣鱼鱼群向西迁徙,导致捕捞努力量向海域西部聚集,出现了渔获量集中的现象;厄尔尼诺时期则相反,随着暖池的扩散,29ħ等温线边界东移,适宜栖息地面积增大,鲣鱼资源的分布更广泛,渔获量分布也相对均匀[17-18]㊂本研究认为,季尺度上的渔场重心聚类可有效表征中西太平洋鲣鱼在不同E N S O 模态下的空间特征,且不同模态下渔场重心的空间分布存在显著差异㊂沈建华等[19]研究发现,鲣鱼渔场重心在拉尼娜时期偏向西北,而在拉尼娜时期偏向东南,这与本研究中自由鱼群渔场重心的分布规律基本相符㊂拉尼娜时期,自由15Copyright ©博看网. All Rights Reserved.中国海洋大学学报2023年鱼群渔场重心总体偏向中西太平洋西北部及西部海域,其聚类以2ʎS为界被分为南㊁北2簇,而随附鱼群渔场重心则主要位于2ʎS以南,温跃层上界深度的变化可能是产生这种差异的原因㊂S c h a e f e r和F u l l e r[20]研究发现,鲣鱼自由鱼群80.5%的时间都活动于温跃层之上,因此温跃层上界深度较浅的海域捕捞自由鱼群的成功率更高;而随附鱼群会更频繁地进入温跃层索饵,其渔获率与温跃层深度关联较弱[21]㊂拉尼娜时期,鲣鱼鱼群向中西太平洋西部迁移,温跃层呈西弱东强的趋势,其上界深度较厄尔尼诺时期及正常气候时期更深,且存在明显的年内变化[22],上半年间,赤道北部海域温跃层上界深度相对较浅,南部海域则通常较深,而在下半年,赤道南部温跃层上界深度逐渐降低,这为捕捞自由鱼群的成功率提供了保障,导致渔场重心向南偏移㊂王学昉等[23]认为,正常气候条件下,自由鱼群与随附鱼群的空间分布特征不存在显著差异,这在本研究中得到了印证,正常气候条件下,两种鱼群的季间渔场重心都集中于2ʎS以北,160ʎE 175ʎE的中西太平洋中部海域,且其高产渔场也都处于165ʎE 180ʎ海域㊂不同E N S O模态下,自由鱼群和随附鱼群的洄游模式存在差异㊂拉尼娜时期,相比自由鱼群,随附鱼群主要渔场西移幅度较小,厄尔尼诺时期其东移幅度较小㊂导致这种差异的原因是多样的㊂一方面,饵料生物丰度是影响鲣鱼空间分布的重要因素[24],中西太平洋海域生产力较低,饵料生物分布呈斑块状,因此鲣鱼会为寻找适宜的索饵场而进行长距离洄游[25-26]㊂D F A D s的大规模使用改变了鲣鱼与海洋环境因子之间的关系,从而为其提供了一种替代大尺度洄游的新生活史策略[27]㊂C a s t r o等[28]研究发现,天然流木等漂浮物往往会停留在饵料丰富的锋区与涡旋中,因此鲣鱼等热带金枪鱼在进化过程中将漂浮物与摄食活动相关联,表现出对漂浮物的随附性与趋向性㊂有研究认为,D F A D s作为天然漂浮物的替代物,起到了 生态陷阱 的作用,从而对鲣鱼的摄食模式产生影响,聚集在D F A D s等漂浮物附近的鲣鱼群体会以其为参考点在周围海域索饵[29]㊂H i d a y a t等[30]研究发现,自由鱼群渔场叶绿素浓度通常高于随附鱼群渔场,表明随附鱼群对海洋环境中饵料丰度的变化不如自由鱼群敏感㊂自由鱼群往往聚集于暖池和冷舌交汇处形成的高营养盐辐合锋区索饵,而该锋区的经向移动与拉尼娜及厄尔尼诺事件的发生存在同步性[31];随附鱼群受饵料丰度影响较小,故在异常气候条件下,其经向移动范围较自由鱼群更小,渔场分布相对稳定㊂另一方面,流木等天然漂浮物多出现在靠近陆地的海区,并随海流流动,天然流木渔场往往集中于170ʎE以西的中西太平洋中部海域[32],从而在一定程度上影响了随附鱼群的分布㊂D F A D s的广泛应用极大提高了围网渔业的捕捞效率和产量,但同时也衍生了兼捕黄鳍金枪鱼(T h u n-n u s a l b a c o r e s)和大目金枪鱼(T h u n n u s o b e s u s)幼鱼的问题㊂为此,W C P F C自2008年起采取了针对随附鱼群的F A D s禁渔期管理措施,禁渔时间由最初的2个月延长至现在的3~4个月,在此期间,禁止对随附鱼群进行捕捞,以达到养护黄鳍金枪鱼和大目金枪鱼资源的目的[33-34]㊂资源状况良好的鲣鱼渔业也受到该政策的影响,2008年以来,中西太平洋海域针对随附鱼群的投网次数逐渐降低,其比重维持在30%~40%(见图6),而其渔获量比重从先前的60%以上降至目前的40%~50%㊂因此,了解不同鱼群在不同气候模态下的时空分布特征有助于提高捕捞效率,为企业入渔提供参考㊂图62008 2018年自由鱼群及随附鱼群渔获量/投网次数比重F i g.6P e r c e n t o f c a t c h/s e t o n f r e e s w i m m i n g s c h o o l a n da s s o c i a t e d s c h o o l f r o m2008t o20184结语本研究利用聚类分析和灰色关联分析方法在季尺度上研究了鲣鱼不同鱼群的分布特征差异及其与E N-S O的关系㊂鲣鱼渔场的空间分布除受E N S O现象影响外,还受到鲣鱼自身洄游特征及F A D s禁渔期等管理措施的影响,同时,出于数据的局限性,本研究所用的5ʎˑ5ʎ空间分辨率稍显粗糙,未来应综合考虑上述因素,在数据收集精细化的基础上利用更小空间分辨率进行分析,以期更精确地了解鲣鱼渔场的变动趋势,为资源的有效管理和可持续利用提供依据㊂参考文献:[1]黄锡昌,苗振清.远洋金枪鱼渔业[M].上海:上海科学技术文献出版社,2003:55-60.H u a n g X C,M i a o Z Q.D i s t a n t W a t e r T u n a F i s h e r y[M].S h a n g-25Copyright©博看网. All Rights Reserved.11期蒋明峰,等:中西太平洋鲣鱼空间聚类特征及其与E N S O的关系h a i:S h a n g h a i S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y L i t e r a t u r e P r e s s,2003:55-60.[2] F o o d a n d A g r i c u l t u r e O r g a n i z a t i o n o f t h e U n i t e d N a t i o n s.T h eS t a t e o f W o r l d F i s h e r i e s a n d A q u a c u l t u r e[R].R o m e:F o o d a n dA g r i c u l t u r e O r g a n i z a t i o n o f t h e U n i t e d N a t i o n s,2020.[3]方舟,陈洋洋,陈新军,等.中西太平洋鲣渔场时空分布研究[J].海洋渔业,2019,41(2):149-159.F a n g Z,C h e n Y Y,C h e n X J,e t a l.S p a t i a l a n d t e m p o r a l d i s t r i b u-t i o n a n a l y s i s o f h i g h c a t c h f i s h i n g g r o u n d f o r K a t s u w o n u s p e l a m i si n t h e W e s t e r n a n d C e n t r a l P a c i f i c[J].M a r i n e F i s h e r i e s,2019,41(2):149-159.[4]L e h o d e y P,B e r t i g n a c M,H a m p t o n J,e t a l.E l N i n o S o u t h e r n O s-c i l l a t i o n a nd t u n a i n t he w e s t e r n P a c if i c[J].N a t u r e,1997,389: 715-718.[5] A s h i d a H,T a n a b e T,S u z u k i N.D i f f e r e n c e o n r e p r o d u c t i v e t r a i t o f s k i p j a c k t u n a K a t s u o n u s p e l a m i s f e m a l e b e t w e e n s c h o o l s(f r e e v s F A D s c h o o l)i n t h e t r o p i c a l w e s t e r n a n d c e n t r a l P a c i f i c O c e a n [J].E n v i r o n m e n t a l B i o l o g y o f F i s h e s,2017,100(8):935-945.[6] W a n g X,X u L,C h e n Y,e t a l.I m p a c t s o f f i s h a g g r e g a t i o n d e v i c e s o n s i z e s t r u c t u r e s o f s k i p j a c k t u n a K a t s u w o n u s p e l a m i s[J].A-q u a t i c E c o l o g y,2012,46(3):343-352.[7]王韫沛,陈新军,余为.西北太平洋柔鱼渔场重心变化及其与环境的关系[J].上海海洋大学学报,2020,29(6):899-909.W a n g Y P,C h e n X J,Y u W.V a r i a t i o n s o f g r a v i t y c e n t e r s o f f i s h-i n g g r o u n d f o r n e o n f l y i n g s q u i d O m m a s t r e p h e s b a r t r a m i i i n t h e n o r t h w e s t P a c i f i c O c e a n a n d i t s r e l a t i o n w i t h m a r i n e e n v i r o n m e n t [J].J o u r n a l o f S h a n g h a i O c e a n U n i v e r s i t y,2020,29(6):899-909.[8] M u r t a g h F,L e g e n d r e P.W a r d s h i e r a r c h i c a l a g g l o m e r a t i v e c l u s t e-r i n g m e t h o d:W h i c h a l g o r i t h m s i m p l e m e n t W a r d s c r i t e r i o n?[J]. 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e s o f M i n i s t r y o f E d u c a t i o n,S h a n g h a i201306,C h i n a;3.N a t i o n a l D i s t a n t-W a t e r F i s h e r i e s E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e n t e r,S h a n g h a i201306,C h i n a;4.K e y L a b o r a t o r y o f O c e a n i c F i s h e r i e s E x p l o r a t i o n o f M i n i s t r y o f A g r i c u l t u r e a n d R u r a l A f f a i r s,S h a n g h a i201306,C h i n a;5.Z h e j i a n g O c e a n F a m i l y C o m p a n y L i m i t e d,Z h o u s h-a n310009,C h i n a)A b s t r a c t: T o u n d e r s t a n d t h e v a r i a t i o n r e g u l a r i t y o f K a t s u w o n u s p e l a m i s i n t h e W e s t e r n a n d C e n t r a l P a c i f i c O c e a n b a s e d o n c a t c h d a t a o f K a t s u w o n u s p e l a m i s f r o m W e s t e r n a n d C e n t r a l P a c i f i c F i s h e r i e s C o m m i s s i o n(W C P F C)i n c o m b i n a t i o n w i t h O c e a n i c E l N i n o i n d e x,w e s t u d i e d t h e s p a t i a l a n d t e m p o r a l v a r i a t i o n o f f r e e s w i m m i n g s c h o o l a n d a s s o c i a t e d s c h o o l a n d t h e i r r e l a t i o n s h i p w i t h E l N i n o-S o u t h e r n O s c i l l a t i o n(E N S O)t h r o u g h c l u s t e r a n a l y s i s a n d g r e y c o r r e l a t i o n a n a l y s i s.S e a s o n a l f i s h i n g g r o u n d b a r y c e n t e r c l u s t e r a n a l y s i s s h o w e d t h a t e x t r e m e c l i m a t e e v e n t s i n e a c h c l u s t e r h a d u n i f o r m i t y.D u r i n g L a N i n a,t h e m a i n f i s h i n g g r o u n d o f t h e t w o s c h o o l s h a d a t r e n d o f m o v i n g w e s t w a r d s w h i l e t h e s i t u a t i o n w a s o n t h e c o n t r a r y d u r i n g E l N i n o.T h e m o v i n g a m p l i t u d e a n d m e r i d i o n a l d i s t r i b u t i o n o f a s s o c i a t e d s c h o o l u n d e r e x t r e m e c l i m a t e e v e n t s w a s s m a l l e r t h a n t h a t o f f r e e-s w i m m i n g s c h o o l.T h e r e e x i s t e d d i f f e r e n c e i n t h e d i s t r i b u t i o n o f s k i p j a c k t u n a r e s o u r c e a b u n d a n c e u n d e r d i f f e r e n t E N S O p a t t e r n s.A s t o f r e e-s w i m m i n g s c h o o l,a n a r e a t o t h e w e s t o f165ʎE h a d t h e h i g h e s t a b u n d a n c e w h e n L a N i n a e v e n t s h a p p e n e d i n t h e f i r s t t w o q u a r t e r s w i t h g r e y c o r r e l a t i o n o f0.650,a n d t h e a r e a b e t w e e n 165ʎE a n d180ʎh a d t h e h i g h e s t a b u n d a n c e w h e n L a N i n a e v e n t s h a p p e n e d i n t h e l a s t t w o q u a r t e r s w i t h g r e y c o r r e l a t i o n o f0.411.W h e n i t c a m e t o a s s o c i a t e d s c h o o l,t h e a r e a t o t h e w e s t o f165ʎE a n d t h e a r e a b e t w e e n165ʎE a n d180ʎh a d t h e h i g h e s t a b u n d a n c e w i t h g r e y c o r r e l a t i o n o f0.852a n d1.000.H o w e v e r, u n d e r E l N i n o e v e n t s,b o t h t w o s c h o o l s h a d t h e h i g h e s t a b u n d a n c e t o t h e e a s t o f180ʎw i t h g r e y c o r r e l a t i o n o f1.000a n d0.727.T h e r e s u l t i s c o n d u c t i v e t o i m p r o v i n g t h e a c c u r a c y o f f i s h i n g f o r e c a s t i n g i n t h e c o n t e x t o f c l i m a t i c o s c i l l a t i o n.K e y w o r d s:K a t s u w o n u s p e l a m i s;c l u s t e r a n a l y s i s;g r e y c o r r e l a t i o n;W e s t a n d C e n t r a l P a c i f i c O c e a n;E l N i n o-S o u t h e r n O s c i l l a t i o n责任编辑朱宝象45Copyright©博看网. 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ENSO发展期琼东上升流的动力过程响应差异
低。对海面风场以及琼东海域沿岸流的分析表明，ＥＮＳＯ信号通过局地海面风场以及沿岸流对琼
东上升流产生影响，并且风和沿岸流对琼东上升流的影响是协同的，在 ＥｌＮｉｏ期间均不利于上升
流的发展，而在 ＬａＮｉａ期间二者的变化均有助于上升流的强化。
关键词：物理海洋学；厄尔尼诺；ＲＯＭＳ；ＥＮＳＯ事件；琼东上升流
ＤＯＩ：１０．３９６９／Ｊ．ＩＳＳＮ．２０９５４９７２．２０１９．０３．００２
中图分类号：Ｐ７３１
文献标识码：Ａ
文章编号：２０９５４９７２（２０１９）０３０３０７１１
上升流是海洋中最重要的海洋现象之一，通常 是指上层海水的辐聚辐散引起的深层海水向上的垂 直运动，它不仅是近海海洋动力过程之一，同时也是 海洋物质输运的重要环节。自 １９５９—１９６０年间全 国海洋普查首次提出琼东上升流以来［１］，许多海洋 工作者通过海洋调查数据、卫星遥感数据等对琼东 上升流的 发 生 时 间、空 间 范 围 和 强 度 等 进 行 了 研 究［２６］。琼东上升流通常发生在每年的 ４—９月，强 盛期主要是 ６—７月；空间范围大体位于海南岛东部 １１１．５°Ｅ以西的沿岸海域，南北范围介于 １８．５°～ ２０．０°Ｎ之间；从温度、盐度等指标来看，上升流区相 比邻近区域表层水温偏低 ２～５℃，盐度偏高 ０．５。 近十多年来，随着现场调查数据的丰富和遥感数据 的积累，琼东上升流再次成为研究热点之一。Ｓｕ等 （２０１１）［７］和 Ｗａｎｇ等 （２０１５）［８］基于观测研究了河 流冲淡水对琼东上升流的影响，指出冲淡水能使海 水垂向层结保持稳定，压制上升流使其易到达表层。 汪等（２０１３）［９］和谢玲玲等（２０１７）［１０］基于现场观 测和遥感数据研究了台风等短期天气过程对琼东上 升流垂向 结 构 的 影 响 及 机 制。 刘 羿 等 （２００９）通 过 珊瑚记录海表温度记录重建了 １９０６—１９９３年琼东 上升流的强度指数变化序列，并基于该数列发现琼
ENSO
是 显 著 的Ｌ ｌ ¨。因此 ， 目前 整 个 黄 河 流域 水 资 源严 在
重 匮乏 、 河 中下 游河 道持 续 断流 的情 况 下 ， 道东 黄 赤 太平 洋 区域 Ｓ Ｔ 的 变 异 对 位 于 青 藏 高 原 东 北 部 的 Ｓ 黄河 上 游 降水 和气 温 变化 有何 具 体 的影 响无 疑 是 一
摘
要 ：分 析 了 黄 河 上 游 径 流 主 要 形 成 区— — 唐 乃 亥 以 上 流 域 的 气 象 和 水 文 特 性 ， 此 基 础 上 ， 据 Ｅ ｎ 在 根 １ Ｎｉｏ现 象
及 Ｌ ｉａ现 象 与 黄 河 上 游 径 流 的 丰 枯 的 对 应 关 系 ， 讨 了 Ｅ Ｓ 事 件 对 黄 河 上 游 径 流 的 影 响 。统 计 结 果 表 明 ， ａＮ ｎ 探 ＮＯ Ｅ Ｓ） 象 与黄 河 上 游 唐 乃 亥 以上 流 域 的径 流 丰 枯 有 着 密 切 的关 系 。总 体 而 言 ， 随 着 Ｅ ｎ Ｎ （现 伴 １ ｏ事 件 的 发 生 ． 河 Ｎｉ 黄
很 大 。 这 种 由 于 海 陆 物 理 性 质 不 同 所 导 致 的 表 面 热
区域 的海气 状况 往 往 呈 现 不 规 则 的 变 动 ， 现 为 Ｅ 表 ｌ Ｎｉｏ现象 与 Ｌ ｎ ｎ ａ Ｎｉａ现 象 的 交 替 出 现 。现 在 人 们 认 为 Ｅ Ｏ 不 仅仅 是 一 种事 件 ， 且更 是 一 种 准 循 ＮＳ 而 环 。一 般认 为 ， ＮＳ 具 有 ２ Ｅ Ｏ ～７ ａ的 准 周 期 ， 循 其 环 周期 涉及 多重 时 间 尺 度相 互 作用 过 程 。Ｅ Ｏ 循 ＮＳ 环 所处 的 阶段 由热 带 太 平 洋 Ｓ Ｔ 的特 殊 形 式 所 决 Ｓ 定 ［ 。许 多 研究 已 表 明 ， ＮＳ 循 环 虽 然 仅 发 生 在 ２ ］ Ｅ Ｏ 赤 道太 平洋 上 ， 但其 影 响远 远超 出这 个范 围 ， 不多 差 能 影 响全球 四分之 三 面 积 的气 候 异 常 ， 已成 为 国 这 内外气 象 学 家 的共 识 ］ 。我 国科 学 家 已 经 证 实 ， 赤 道东 太 平洋 区域 Ｓ Ｔ 的 变 异 亦 严 重 影 响 中 国广 Ｓ 大 地 区的 天气 和气 候 ｌ 。对 ５ ０年 历 史 资料 的分 ６ ］ ０
ENSO循环过程与南极海冰变化-水科学进展
1
资
料
[ 12]
本文所用 NINO 和南方涛动 SOI 指数 ( 1951- 2001 年逐月) 取自美国气候预报中心 , 南极海冰北界范围资 料( 1973- 1998 年逐月 ) 取自澳大利亚南极局[ 13] , 按通常习惯, 本文将南极海冰北界范围乘以负号, 来表征南 极海冰范围的大小。太平洋海温资料( SODA, 1951- 2000 年逐月) ( 1 1 ) 取自美国 MD 大学气象系[ 14] 。
第 1期
陈锦年等 : ENSO 循环过程与南极海冰变化
57
2
南极海冰变化与 ENSO 的关系
研究表明, 南极海冰具有明显的季节和年际变化 , 而且每个经度上的海冰变化具有Nino 和 La Nina 事件的指数 ( NINO1+ 2、 NINO3、 NINO4、 NINO3 4) 和南方涛动 SOI 进行相关分析, 结果发现 , 南极海冰范围的变化与 NINO 和 SOI 指数存在明显的相关关系 , 在其相关关系中, 位于东南极的海冰变化与 NINO 和 SOI 指数最为显著。给出的南极海冰变化与 NINO4 的相关关系如图 1 所示。
收稿日期 : 2002 - 11 - 01; 修订日期 : 2003 -01 -10 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( 49976008) ; 国家 自然科学基金资助重点项目 ( 40136010) ; 中国科学院知识 创新工程资 助项目 ( KZCX2- 205) 作者简介 : 陈锦年 ( 1954- ) , 男 , 山东临沂 人 , 研究 员 , 博士 , 主要从 事大尺度海洋与大气相互作用和极地科学研究。 E - mail: Jnchen@ ms qdio ac cn
第 15 卷 第 1 期 2004 年 1 月
舟山海域夏季上升流的年际变化及其与ENSO_的关系
doi: 10.11978/2023026舟山海域夏季上升流的年际变化及其与ENSO 的关系全梦媛, 王慧, 李文善, 王爱梅, 骆敬新国家海洋信息中心, 天津 300171摘要: 本文利用1968—2021年的海表温度和风场数据, 分析舟山海域夏季上升流强度的年际变化, 并结合同期的Niño 3.4指数分析ENSO (El Niño-Southern Oscillation)对上升流的影响。
温度和风上升流指数表明, 1982—2021年夏季舟山海域上升流均呈下降趋势, 下降速率分别为0.062℃·10a −1和0.35m 3·s −1·(100m·a) −1。
近年来, 沿岸风应力的减弱是影响温度上升流指数减弱的一个重要因素。
统计更长时间段内(1968—2021年)El Niño 和La Niña 年风上升流指数的强度发现, El Niño 年平均风上升流指数较小, 仅为−10.33m 3·s −1·(100m) −1。
La Niña 年平均风上升流指数较大为7.60m 3·s −1·(100m) −1, 高于El Niño 和气候态, 且多达4级(比例为75%)。
进一步分析ENSO 与舟山海域风上升流指数的关系发现, ENSO 主要通过影响风的变化进而影响上升流的强度。
El Niño 年, 舟山海域东南风减弱, 导致上升流强度较弱, 甚至发生下降流。
La Niña 年主要为偏南风且风速较大, 更有利于上升流的发展。
关键词: 舟山; 上升流; 年际变化; ENSO; 风场中图分类号: P731.21 文献标识码: A 文章编号: 1009-5470(2024)01-0048-08The interannual variation of summer upwelling in Zhoushan Islands and its relationship with ENSOQUAN Mengyuan, WANG Hui, LI Wenshan, WANG Aimei, LUO JingxinNational Marine Data Information Center, Tianjin 300171, ChinaAbstract: Based on the sea surface temperature and wind data from 1968 to 2021, this paper analyzes the interannual variation of upwelling intensity in Zhoushan in summer, and the impact of El Niño-Southern Oscillation (ENSO) on upwelling. The temperature and wind upwelling indices both show that the upwelling in Zhoushan sea decreased in summer during 1982—2021, with the decreasing rates of 0.062℃·10a −1and 0.35 m 3·s −1·(100m·a)−1, respectively. Recently, the weakened coastal wind stress causes the temperature upwelling index to decrease. According to the results, the wind upwelling index during La Niña events is larger than that during El Niño events and climatology. Further analysis of the relationship between ENSO and the wind upwelling index shows that ENSO affects the intensity of upwelling mainly by influencing the wind. In El Niño events, the southeast wind dominated Zhoushan sea weakens, leading to a decreasing upwelling intensity. While in La Niña events, the enhanced south wind benefits the development of upwelling.Key words: Zhoushan; upwelling; interannual variation; ENSO; wind收稿日期：2023-03-03; 修订日期：2023-03-30。
ENSO与东亚冬季风的非线性关系
关 系 非 常 复 杂 。尽 管 如此 ，很 少 有 研 究 着 眼于
Ｅ Ｏ 对冬 季风 的非线性 影 响 ，尤 其是 这种 非线 ＮＳ
性关 系 的强弱 与否 。
维普资讯
陕
西
气
象
分 析 （Ｃ Ｐ Ａ）方法 压缩数据 ，保 留前 ６个 Ｐ ｓ Ｃ 用 以反 映 冬季风异 常 。
ＮＥ Ｏ 指数 的定义 为 ： Ｓ 对冬季 （ ２ ３月）赤 １— 道 太平洋 （２ 。 １ ２Ｅ～７ 。 ， ２Ｓ ２Ｎ） Ｓ ２Ｗ ２ 。 ～２ 。 Ｓ ＴＡ 第
摘 要 ：通 过 非 线 性典 型 相关 分 析 （ Ｃ Ａ）方 法 ，用赤 道太 平 洋 海 表 温度 异 常 （ Ｓ Ａ）与 北 ＮＬ Ｃ ＳＴ
半 球 冬 季 ５ ０ｈ ａ高 度 场 异 常 间 的非 线 性 分 析 ，反 映 ＥＮ Ｏ 与 东 亚 冬 季 风 之 间 的非 线 性 关 系 。在 ０ Ｐ Ｓ 极 冷 和 极 暖 ＥＮ Ｏ 期 东 亚 大 槽 和 极 涡 的 强 弱 进 退 不 对 称 ，说 明 冬 季 风 的 活 动 和 强 度 不 对 称 。 Ｓ
季 （ ２ ３月 ） ２ ８个 月的 月平 均 ５ ０ｈ ａ高度 １— 共 ０ ０ Ｐ
场资料 （． 。 ．。， ０ Ｐ ２ ５×２ ５） ５０ｈ ａ高度 场异 常是 用原
始数据 减去 １ ５ － ２ ０ ９ ０ ０ ２年 的月平 均值 。 用主成 分
收 稿 日期 ：２ ０ — １ ２ ０７ ０— ６ 作 者 简 介 ：李 汀 （９ １ ） １ ８ 一 ，女 ，云 南 昆明 人 ，在 读 硕 士 研 究 生 ，从 事 天 气 气 候 研 究 。
在准两年尺度上ENSO与亚洲季风相互作用的研究
年 １月 ～ １ ９ ９ １年 １ ２月 （ １ ７ 缺 ９ ８年 ） 。
由 以 上 资 料 求 得 各 月 的 距 平 值 ， 构 成 新 的 时 间 序 列 ，这 样 基 本 上 消 除 了 季 节 变 化 ， 使 资 料 更 加 集 中地 反 映 年 际 变 化 的 信 息 。
出。
关
键
词 ：准 两 年 振 荡 Ｅ Ｓ Ｎ Ｏ：季 风 ：合 成 分析
文 献 标 识码 ：Ａ
中 图分 类号 Βιβλιοθήκη Ｐ ３ ７２１ 引 言
Ｅ Ｓ 是 全 球 尺 度 的 年 际 振 荡 现 象 ，单 个 暖 （ 冷 ）事 件 发 生 的 时 间 间 隔 为 ２ ９ ＮＯ 或 ～ 年 ，表 现 出较 宽的谱 带 特 征 。谱 分 析进 一 步揭 示 出热 带变 量 （ ＳＴ 海 平面 气 压 、 如 Ｓ、
纬 向风 以及 降雨 量等 ） 具有 两 个 显 著的 峰值 ，其 主周 期 是 ３ 均 ～６年 ，次周 期 为准 两 年 （ Ｂ ） ’。Ｂ ｒ ｅ ｔ ，Ｒ ｐ ｌ ｗ ｋ Ｑ Ｏ ａ ｎ ｔ ｏ ｅ ｅ ｓ ｉ等 进 一 步指 出准 两 年振 荡确 实 是 Ｅ Ｓ Ｎ Ｏ变化 中
（． 放 军 理 工 大 学 气 象 学 院 ． 江 苏 １解
摘
要
对 ＥＳ Ｎ Ｏ过 程 中 的准 两 年 振 荡进 行 了诊 断分 析 ， 在 此 基 础上 分 析 了 Ｅ Ｓ 并 Ｎ Ｏ与 亚 洲 季 风 的 相 互作 用 。结果 表 明 ：在准 两 年 尺 度 上 亚洲 季 风 对 Ｅ Ｓ Ｎ Ｏ循 环 有 着 十分 明显 的 影 响 ，这 种 影 响 主 要 通 过 亚 洲 冬 季 风 爆 发 南 下 到 热 带 西 太 平 洋 ，激 发 出那 里 的 强 对 流 ，进 而 影 响 到 ＥＳ Ｎ Ｏ循环 。选 种 现 象 不仅 仅 反映 在准 两 年 模态 中 ．在 实 际亚 洲冬 季 风 的年 际变 化 中也较 突
ENSO与中国夏季年际气候异常关系的年代际变化
和江南 、华南地区的降水可能偏多 。
Ｅ ＮＳ Ｏ 事 件的发生 已经被作为预测 中国年际气候
异 常的前 期重 要信 号 之一 ，但 在 长期 的实践 中发 现
Ｅ Ｎ Ｓ Ｏ 与 中国气候异常 的关系常常在一段时期 内比较 明显 ，而在另一段时期 内却 变得不 明显 ，具有很大的
经济损失 。东亚季风是全球大气环流 系统 的一个 重要
１ 引
言
华北地 区和江南地 区降水偏少 ；当 Ｅ Ｎ Ｓ Ｏ事件处于衰
减 阶段 ，江淮 流域 降水偏少 ，而黄河流域 、华北地 区 Ｅ Ｎ Ｓ Ｏ 是热带太平洋地 区海气 系统年 际气候 变率 的最强信号 ，它不仅对区域气候而且对全球 气候 异常
都有明显的影响 ，往往带来严重 的气候灾 害和重 大的
Ｅ Ｎ Ｓ Ｏ 与 中国夏季年 际气候异 常关 系的年代 际变化
朱益 民 一，杨修群 ，陈晓颖 ２ ，赵珊珊 ４ ，孙旭 光
（ １ ．中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验￣ ｇ （ ＬＡ Ｓ Ｇ） ，北京 １ ０ ０ ０ ２ ９ ； ２ ． 解放 军理 工 大学气 象 学 院 ，江苏 南 京 ２ １ １ １ ０ １ ； ３ ． 南 京大 学灾 害性 天气 气候 研究 所 ，江 苏 南京 ２ １ ０ ０ ９ ３ ； ４ ．中国气象局国家气候中心 ，北京 １ ０ ０ ０ ８ １ ）
摘
要 ：利用热带太平洋海表温度和中国降水和气温站点观测资料 ， 通过滑动相关分析，揭示了Ｅ Ｎ Ｓ Ｏ与中国
夏季年 际气候异 常关系 的年代 际变化 事实。结果 表明 ： Ｅ Ｎ Ｓ Ｏ与 中国夏季年 际气候异 常的关 系既有稳定的方面 ， 又
存在 年代 际变化特征 。稳定 的关 系表 现在 ：处于发展阶段的 Ｅ Ｎ Ｓ Ｏ事件往往造成华北夏季 降水偏少 ； 处 于衰减 阶段 的Ｅ ＮＳ Ｏ 事件则易引起长江流域及江南地 区夏季 降水偏 多。而 二者 关系的年代际变化表现在 ：１ ９ ７ ０年代 中后期 ， 处 于发展 阶段 的 Ｅ ＮＳ Ｏ事件 引起 的夏季降水异常在华南地 区由偏少变为偏多 ， 东北 地区则 由偏多变为偏少 ， 而 江淮
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（ENSO观测系统）
From Tropical Atmosphere & Ocean
ENSO的监测内容
ENSO监测主要包括：各区的海温指数、SOI指 数、信风指数和沃克指数等。 海表面温度：海表面温度是衡量气候变率的重 要指标，是ENSO监测和诊断最基本的变量。
达尔文岛（红色）和塔希提岛（绿色）海平面气压距平的演变
南方涛动指数（SOI）：塔希提（Tahiti）岛与达尔文
（Darwin）岛之间的气压差。
气象学家沃克发现：
1. 当南方涛动指数较高时，东、西太平洋气压 差值增大，赤道地区盛行偏东风； 2. 当该指数较低时，则东风较弱，在西太平洋 地区甚至会出现西风。 厄尔尼诺期间，东南太平洋气压明显减弱，
（El Niñ o / Southern Oscillation）
ENSO实际上就是El Niñ o和Southern Oscillation
的简称。
ENSO事件不仅仅作为一个事件发生， 而且还是周而复始的一种循环，其周期大约 2～7年，故又称ENSO循环。 厄尔尼诺和拉尼娜则是ENSO循环过程 中冷暖两种不同位相的异常状态。
层海水向东移，低层营养
盐的涌升流不会上升。
1960s 美国气象家雅各布· 皮叶克 尼斯（Jacob Bjerknes）发现：
南方涛动与厄尔尼诺事件和拉尼娜事件
Jacob Bjerknes将厄尔尼诺（El Niñ o）与
南方涛动（Southern Oscillation）合并为
ENSO（音：恩索）。 厄尔尼诺+南方涛动= ENSO
全球海面水温的年平均分布（℃）
第二节 ENSO含义
一．厄尔尼诺和拉尼娜现象 二．ENSO含义
三．沃克环流
四．ENSO的监测与指标
一、什么是厄尔尼诺现象？
厄尔尼诺（El Niñ o）现象，又称圣婴现象，是
指赤道中东太平洋附近的海表温度持续异常增
暖现象。
El Niñ o在西班牙语中意为“圣婴”，也可译作
诺事件出现了15次，拉尼娜事件出现了11次。
1951－2001年期间Nino3区海表面温距平
1991年12月太平洋海表面温距平分布
1998年12月太平洋海表面温距平分布
第三节 ENSO形成机制及其 对气候的影响
一．ENSO形成机制 二．ENSO事件对全球气候的影响
三．ENSO事件对我国气候的影响
表层洋流与赤道潜流
西
东
冷水上翻
在赤道东太平洋，表层暖的海水流走后，迫使
表层以下温度较低的海水上升，以替代流走的
海水，因此在这个地区形成巨大的涌升流，称
为冷水上翻区，使得该海域水温比周围要低。
秘鲁渔场的成因示意图
太平洋海温西高东低的原因？
1. 秘鲁寒流沿着大陆两侧北上，其中一部分在 赤道附近变成南赤道海流后向西移动； 2. 沿低纬海域由东向西吹的信风使赤道附近的 暖水积蓄在太平洋西侧，通常称为暖池；
三．洋流和信风
一、海洋对大气的重要性
海洋覆盖了全球面积的71%。由于海水和空气的
物理属性差别很大，例如海水的热容量约为空气
的3100倍，即1立方厘米的海水降低温度1℃所放
出的热量，可以使3100立方厘米的空气增高温度
1℃。因此海洋的热容量要比大气大得多，海洋
温度微小变化能使得大气温度发生强烈的响应，
而地球系统中的水分循环更离不开海洋。
海洋和大气相互作用：主要指水和热的交换
海洋与大气的相互作用
可以说，如不考虑海洋的存在和发生在海洋 中运动状态的变化，是模拟不出气候的平均 状态来的。另一方面，海流（洋流）又是在 大气风应力驱动下运动的，海洋和大气在气 候异常变化的时间和空间尺度上是相互作用 和相互依存的。
2. 西太平洋温跃层深达200米；
“上帝之子”，因为这种赤道中东太平洋持续 异常增暖事件通常在圣诞节前后开始发生。
厄尔尼诺
厄尔尼诺（El Niñ o）是西班牙语 “圣婴” 音
译（上帝之子），原指每年圣诞节前后，沿厄
瓜多尔和秘鲁沿岸出现一股弱暖洋流，取代了
沿岸原有冷海水的现象。
正常状态
（1990年12月）
厄尔尼诺期间
（1997年12月）
一、什么是拉尼娜现象？
拉尼娜（La Niñ a）现象，是指赤道中东太平 洋海表温度大范围持续异常偏冷的现象。
La Niñ a在西班牙意为“小女孩”，正好与意
为“圣婴”相反，也称为“反El Niñ o ”。
拉尼娜现象
因东风强盛，涌 升流强劲使东赤 道太平洋海水温 度比长期平均值
低。
拉尼娜盛期（1988.12-1989.2）热带太平洋海表面温 度距平（红色为异常偏暖区，蓝色为异常偏冷区）。 图中赤道中东太平洋甚至偏低约2－3℃之间。
海气相互作用的产物
——厄尔尼诺
周顺武
南京信息工程大学大气科学学院大气科学系
近年来，各类媒体越来越关注这样一 个名词－厄尔尼诺。众多气候现象与灾难 都被归结到厄尔尼诺的肆虐上，例如印尼
的森林大火、巴西的暴雨、北美的洪水及
暴雨、非洲的干旱等等。
厄尔尼诺几乎成了灾难的代名词！
非洲干旱
澳大利亚干旱
印尼的森林大火
收，因此海表面温度高于海洋内部。
混合层与温跃层
海洋上层的温度受到大气影响，在海洋表面
向下的几十米的水层里，风浪和海流引起的
湍流混合十分强烈，海水温度的垂直变化很
小，因此被称为混合层。但到某一个高度以
后，很快遇到一个较薄的水层，其海水温度 随深度的变化特别剧烈，这一区域被称之为 温跃层。
混和层
温跃层
赤道中、东太平洋被划分为以下4个ENSO监测
区（下图），各海区海表面温度的距平值即表
示各海区海表温度特征的指数。
4个ENSO监测区
Hale Waihona Puke 根据 Nino3区（ 5N~5S, 160W~90W）海表 面温度距平（SSTA），当该海域月的区域平均 海温距平 ≥ 0.5℃并持续6个月以上，则定义为 一次厄尔尼诺事件；月的区域平均海温距平 ≤ 0.5℃并持续6个月以上，则定义为一次拉尼娜 事件。按此定义，1951～2001 年期间，厄尔尼
厄尔尼诺也称为ENSO暖事件； 拉尼娜也被称为ENSO冷事件。
三、 ENSO监测与指标
上世纪80年代初，世界气象组织（WMO）等组织
为研究ENSO现象及其对气候的影响，制定了为期10年
（1985～1994）的“热带海洋和全球大气”（Tropical
Ocean & Global Atmosphere，TOGA）计划，我国是该
赤道太平洋海水温度垂直分布
温跃层又称斜温层
温跃层把热带海洋分隔成上下两个不同
热力性质的海水层，上层为暖水层，而下层 则为冷水层。赤道太平洋东部20℃等温线一 般位于50m深处，但向西逐渐倾斜，在赤道 太平洋西部一般位于200m深处。因此，温 跃层也被气象和海洋学家称为斜温层。
三、洋流和信风
洋流是海洋表层的水，常年比较稳定地沿着一 定的方向作大规模的流动，洋流又称为海流 （Ocean current）。 洋流是海洋水体运动的主要形式。
就形成一个闭合的东西向环流圈，称为沃克环流。
沃克环流图
赤道附近东西向之垂直大气环流结构与海面水温分布
（来源: Peixoto and Oort， 1992)
沃克环流把南方涛动和赤道太平洋的海 表温度联系在一起。
El Niñ o现象
正常年：海水向西移动， 海洋低层低温富有营养盐 的涌升流上升补充。 厄尔尼诺期间：使海水向 西的力量减弱，反而使表
3. 相随于信风沿赤道吹东风，太平洋东侧下层
冷海水涌升到海表面。
暖 池
热带西太平洋是全球海温最高的海域，常年维持
着28℃以上的高温，全球大约90%的暖海水集中
在这里，故称西太平洋暖池（Western Pacific Warm Pool）。该区海温异常制约着亚太区域乃 至全球的气候变化，是大气热量主要供应地。由 于太阳辐射、热量交换、自东向西信风吹送等的 作用，大量暖水逐渐积蓄在暖池区，致使该区海 表面温度比东太平洋高出3℃～9℃。
？
2、海温的垂直分布
170E
2004年6月沿赤道太平洋次表层月平均海温深度－经度剖面
1、请判断三 个测站纬度 的高低，并 说明理由？
2、你发现海 水温度垂直 变化的什么 规律?
太平洋170E 3个不同纬度的测站水温随深度分布曲线
深层海水温度变化规律
海温随深度增加而递减： 1000m以内，降温快； 1000m以下，变化小。 原因：太阳辐射入海的光能被表层海水吸
印度尼西亚和澳大利亚的气压升高。
拉尼娜期间的情况正好相反。
二、沃克环流（Walker Circulation）
在东赤道太平洋地区强烈的冷海水上翻，使得其 海洋表层温度与西赤道太平洋地区的“暖池”之 间形成强烈的对比。在东赤道太平洋冷水域的上
空大气强烈下沉，西赤道太平洋印度尼西亚海洋
大陆上空大气对流强烈，大气以上升为主，这样
北美的暴雨和洪水
世界天气、气候异常的三大因子
1997年－1998年由于“天灾”给全世界造成了百多亿
美元以上的经济损失和7000多人的死亡。
“老天爷”为何狂躁不安？专家们比较一致的看法由
于赤道东南太平洋地区形成了近几百年来持续时间最
长的一次厄尔尼诺现象，由此而引起了世界天气、气
候异常。世界气象组织（ World Meteorological
暖水向东回流到东太平洋，秘鲁渔场消失→鱼鸟大量死亡
海表面温度距平（SSTA）