1、本科毕业论文（20 届）海表温度的长期变化分析所在学院 专业班级 海洋科学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科毕业论文 目录- II -目 录摘要 .IAbstract.II引言 .11 厄尔尼诺现象的国内外研究 .21.1 国内对厄尔尼诺现象的研究 .21.1.1 国内研究厄尔尼诺的方法 .21.2 国外对厄尔尼诺现象的研究 .31.3 厄尔尼诺的成因 .42 厄尔尼诺事件的划分 .52.1 厄尔尼诺事件的划分 .53 统计 18542004 年间发生的厄尔尼诺事件 .63.1 统计 18542004 年间发生的厄尔尼诺事件 .63.2 厄尔尼诺事件持续时间的统计 .73
2、.3 厄尔尼诺事件发生的时间周期的统计 .73.4 19511988 年厄尔尼诺事件的统计 .74 18542004 年全球海温平均值分析 .94.1 18542004 年全球海温平均值分析 .95 厄尔尼诺年的海温变化图 .115.1 1990 年正常年份海温变化图 .115.2 18841885 年弱厄尔尼诺海温变化图 .115.3 19651966 年中厄尔尼诺年海温变化图 .125.4 19971998 年强厄尔尼诺年海温变化图 .13小结 .17参考文献 .18致谢 .19本科毕业论文 中文摘要I摘要摘要 厄尔尼诺事件是赤道太平洋中东部海洋表面温度持续异常增温的现象。当厄尔尼诺发生时
3、，从太平洋到印度洋广大地区的海洋、气象条件都将产生强烈的异常。因此作为海表温度长期变化的一个典型，研究厄尔尼诺现象对预防海洋灾害、减缓全球气候恶化、海洋的长期预报都有着十分重要的意义。本文则通过对全球海表温度的数据分析和结合文献，简述了三个关于厄尔尼诺的问题，第一，结合文献以厄尔尼诺强度指数Fi作为指标对厄尔尼诺事件进行分类；第二，统计18542004年这151年间发生的厄尔尼诺事件；第三，对海温异常的典型厄尔尼诺年进行重点分析。本文所用的方法是运用NOAA（美国国家海洋局和气候管理局）提供的全球海表温度（SST）数据(18542004年)，采用温度距平的方法绘制海温图片， （温度距平就是利用
4、一系列平均气温，如日平均气温、月平均气温等，与总平均气温的差值）,观查图片从而得出相应的结论。经过对厄尔尼诺事件的统计可得，厄尔尼诺事件发生周期为15 年，持续时间一般为1年左右。19971998年强厄尔尼诺事件具有以下四个特点：1、形成时间短；2、增温速度快；3、高温持续时间长；4、强度强。关键词 全球海表温度；海温异常；厄尔尼诺本科毕业论文 英文摘要IIAbstractAbstract EI Nino is a abnormal phenomenon of the sea surface temperatures sustained heating in the middle easter
5、n of the equatorial Pacific.When EI Nino occurs,the vast regions of the oceans and meteorlogical conditions which are from the Pacific to Indian ocean will have strong anomalies.Through analysing of the global surface temperature date and combining with document,this paper expounds three problems ab
6、out EI Nino.The first, depending on document using EI Nino intensity index Fi as the index to classify the EI Nino .The second,statistical form 1854 to 2004 this 151 years how many EI Nino events happened.The third,anlysis the typical EI Nino during which the SST is abnormal. The methods used in thi
7、s paper is by using the data of the global sea surface temperature provided by NOAA (Americanstateoceanic administration and climate administrantion) ,then by using a temperature method which is the difference between a series average temperature (daily average temperature or months average temperat
8、ure) and the total average temperature to make picture ,thus draws the conclusion. Through the statistics of EI Nino events ,EI Ninos happen period is 15 year,and the duration is commonly 1 year.The 19971998 strong EI Nino has following four features:1、forming time is short;2、heating speed is fast;3
9、、high temperature last for a long time;4、strength is strong.Key words Global sea surface temperature ;abnormal SST; El nino.本科毕业论文 引言1引言地球的表面积为 5.1 亿平方千米，其中海洋的面积为 3.67 亿平方千米，占了整个地球表面积的 70.8%，海洋对自然界,对人类文明社会的进步都有着巨大的影响，它不仅为生命的诞生进化与繁衍提供了条件，在控制和调节全球气候方面发挥着重要的作用，还为人们提供丰富的食物和无穷尽的资源，为人类从事海上交通提供经济便捷的运输途径，为人
10、们探索自然奥秘发展高科技产业提供了空间。而近几十年来随着全球气候不断变暖，人类的生存环境和经济发展受此影响也日益严重，例如2009 年 10 月 17 日，马尔代夫就举行了世界上首次水下内阁会议，签署了一份名为来自前线的紧急呼救的决议。根据科学家发布的研究报告，如果全球变暖的趋势继续下去，马尔代夫将在本世纪内消失。面临消失危机的国家不仅仅只是马尔代夫，还有吐瓦鲁、基里巴斯等，如果全球气温变化得不到很好的控制，那么这将造成人类历史上的重大灾难。另外，就我国而言，由于地处北太平洋，而北太平洋一直是受海温影响变化很大的海域，有研究 2指出, 冬春海温场变化制约着我国初夏降水的变化,特别是太平洋黑潮区
11、和加利福尼亚冷流的海温变化。我国黄河流域、长江下游及以南地区的降水与赤道东太平洋海温异常有明显正相关关系。我国东部雨带的各种分布类型是由西北太平洋和热带太平洋的各种不同海温距平共同影响所导致的。由此，海洋作为控制和调节全球气候的重要组成部分，研究其海表温度的变化对人类保护自身生存环境和经济发展有着重大的意义。而厄尔尼诺作为一种典型的由海温异常变化而引起的现象尤其受到中外研究人员的高度重视。本科毕业论文 厄尔尼诺现象的国内外研究21 厄尔尼诺现象的国内外研究1.1 国内对厄尔尼诺现象的研究国内的研究人员结合我国自身的特点就厄尔尼诺对我国不同地区不同地域的影响问题做了一系列的认识研究，成果较为显著
12、。其中，张利军等 3的研究发现长江流域的夏季最大洪峰流量在厄尔尼诺事件的3 个位相上表现出不同的特征：在一年型的厄尔尼诺事件中, 当年夏季西太平洋副高强度较正常年偏弱, 副高脊线的位置偏南,使得夏季长江流域的最大洪峰流量偏小; 在持续型的厄尔尼诺事件中 , 次年夏季西太平洋副高强度较正常年偏强, 副高脊线的位置偏南, 使得夏季长江流域的最大洪峰流量偏大, 易发生洪水灾害。赵振国 4研究表明在厄尔尼诺当年的春夏季我国温度容易偏冷, 冷月出现的频率明显高于气侯概率; 在厄尔尼诺当年的秋冬季至次年春季我国温度偏暖的可能性大, 暖月出现的频率明显高于气侯概率。反厄尔尼诺年的情况则正好相反, 即当年春夏
13、季我国温度容易偏暖, 当年秋冬季至次年春季容易偏冷。进一步分析表明 4, 厄尔尼诺暖水期, 我国温度的分布型与黑潮区海温当年春夏季偏低、当年秋冬季至次年春季偏高的季节变化密切相关。仁福民 5指出在热带以外的地区, 厄尔尼诺对气候的影响是间接的、复杂的, 它只是影响气候的因子之一。如1998年长江流域的大水, 厄尔尼诺并非唯一的决定因素, 而是厄尔尼诺、青藏高原积雪、东亚季风环流和中高纬环流异常共同作用的结果。杨义文 6的研究指出,厄尔尼诺事件发生后第二年和第三年中国东部地区出现大范围降水偏多的几率较高。李崇银 22则根据19101988年近 80年的资料统计了厄尔尼诺与我国东部地区冬季气温异常
14、的关系，得出厄尔尼诺年冬季我国东部出现暖冬的概率74%；陆端军等 7指出,我国降水对ENSO事件的响应具有最明显的区域在华北区和长江中下游及江南区。潘怡杭等 8认为厄尔尼诺年夏半年西太平洋和南海及登录我国的台风数均明显偏少。金祖辉等 【9】 的研究指出, 厄尔尼诺发展年的夏季我国东部地区以雨量偏少为主,多雨带位于江淮之间; 厄尔尼诺恢复年的夏季长江及江南地区雨量偏多 ,其南北两边偏少。1.1.1 国内研究厄尔尼诺的方法在对厄尔尼诺进行研究时，研究人员有着不同的研究方法，而我国厄尔尼诺的研究方法可归纳为以下几类 10:1.距平法 其基本理论如下：设某一变量的值为Xi，均值为 ，则该变量的差X值就
15、构成了距平序列Xi- ，因而一组数据X1,X2,Xn与其均值的差值就构成了距X平序列X1- ，X2- ,Xn- 。该法的特点是从获得的曲线可直观地判断其变化趋势。2.合成分析法 合成分析法主要针对许多个测站不同年代同一季节（如冬季）的气候变量（如降水量、温度等） ，根据它们在厄尔尼诺年的不同反应，通过合成分析本科毕业论文 厄尔尼诺现象的国内外研究3的方法将它们综合在一张图上，从而来分析此时期该变量在研究区的变化规律。3.聚类分析法 聚类分析法是多元统计理论进行分类的一种方法。其包括多种方法，在研究厄尔尼诺时常用到一种K-均值法，例如对某几年北太平洋海温月距平场得形态进行相似分类。4.主分量分析
16、法 对于由多个观测点或网络格点构成的某一区域的气候变量场，主分量分析法可用较少的几个空间分布模太来描述原变量场，且能涵盖原变量场得信息，也就是寻找某种数学的表达式将变量场的主要空间分布结构有效地分离出来。5.谱分析法 谱分析法主要是通过求离散功率谱或连续功率谱的方法来得到气候要素的变化规律。运用这样方法可以较好的反映厄尔尼诺发生的规律，能为预测下一次厄尔尼诺提供定量的证明。本文则运用了一种由中国气象局国家气候中心的 EI Nino 监测小组研制出的方法。以海表月平均海温距平是否0.5（-0.5）作为指标对厄尔尼诺事件进行定义，即当厄尔尼诺综合区海温距平持续 6 个月以上大于等于 0.5（小于等
17、于0.5 ）时（容许过程中间有单个月份未达指标） ，为一次厄尔尼诺暖事件（反厄尔尼诺冷事件） ； 以厄尔尼诺强度指数 Fi 作为指标对厄尔尼诺进行分类，厄尔尼诺事件的强度指数是由事件的长度、最大SST（最小 SST ） 、SST1.0（SST-1.0）的月数三项指数综合而成，根据强度指数，将厄尔尼诺事件分为最弱、弱、中等、强、最强 5 级。1.2 国外对厄尔尼诺现象的研究从厄尔尼诺现象现象开始研究以来，国外学者就对于厄尔尼诺现象的形成机理进行了深入的研究，提出了很多种理论和学说，其中得到公认的有信风张弛理论(Wyrtki，1975) 11、不稳定海洋波动理论(Philander et al，1
18、984) 11、延迟振子理论(Suarez et al，1988；Neelin，1991) 12.1976/1977 年北太平洋地区海气系统发生了一次年代际尺度的跃变，Quinn 和 Neal13最早揭示了这一现象，之后，Nitta、Trenberth、Ebbesmeye 等 11、Trenberth 等和 Graha14进一步指出北太平洋地区的 SST 和大气环流发生了十分明显的年代际变化。Zhang 等 15指出全球海表温度时间尺度超过 6 年以上的低频变化第一模态的主要特征是 1976-1992 东太平洋变暖、北太平洋变冷。Mantua 11等提出太平洋的年代际振荡模态(PDO)，并确定
19、其年代际突变的时间为 1890、1925、1947 和 1976 年。White 和 Garreaud16等发现PDO 在南北半球是一个对称的结构。Gille 指出近 50 年印度洋的 SST 一直是变暖的。对于北大西洋区域，Kush-nir 11等:使用综合海洋大气资料(COADS)得到了北大西洋暖异常时期(1950-1964)和冷异常时期(1970-1984)的 SST 差异;对 SST、风场及大气环流的变化进行了分析，显示出在北大西洋区域上，十年和更长时间尺度藕合变化是一致的。本科毕业论文 厄尔尼诺现象的国内外研究4国内对厄尔尼诺影响我国各个部分的研究能让我们更具体的了解在不同年份结合各
20、地的受厄尔尼诺影响的具体现象，有助于各地采取有效措施来利用或者预防厄尔尼诺带来的优势和劣势。国外研究则从时间上研究了厄尔尼诺现象，为本文的研究提供了分析厄尔尼诺的理论依据和基础。本文在国内国外研究显著的背景下，通过分析近 150 年来海温的变化情况，对这 150 年期间全球的海温变化有个初步的了解，观察厄尔尼诺现象发生的周期，厄尔尼诺年各海域发生的异常现象等，简述上文所述的三大问题并得出相应的结论。1.3 厄尔尼诺的成因厄尔尼诺现象严重影响着世界各地的气候，并且由其引发的自然灾害，对人类的生命安全及财产安全都造成了巨大的威胁，为了试图了解发生厄尔尼诺的真正成因，长期以来国内外的研究人员一直在跟
21、踪、研究厄尔尼诺，并提出了诸多的观点，目前科学学界主要有下列三种观点 21：第一种观点大气海洋周期循环说。该观点认为赤道信风减弱是东太平洋海水变暖的主要原因，具体表现为东南信风和东北信风的减弱导致了赤道太平洋向西流动的洋流、秘鲁冷洋流加利福尼亚冷洋流、赤道东太平洋东部冷水上翻的衰弱，从而引起赤道东太平洋海温上升。第二种观点地球自转速度变慢说。大量的统计资料，证明厄尔尼诺事件发生时间上与地球自转急剧减慢之间的关系：1956 年1985 年之间发生的 7 次厄尔尼诺事件中有 6 次发生在地球转速急剧减慢的第二年，1 次是在上次厄尔尼诺年之后地球转速大幅度减慢的第二年产生的。第三种观点是地球内部热流
22、说。提出这一观点的丹尼尔认为厄尔尼诺主要是由东太平洋海隆上断裂活动喷溢出的熔岩加热了上覆水体产生的。这些观点各有一定的道理，但又有其片面性。经过长时间观测数据的检验，目前最新的观点则认为：厄尔尼诺事件的成因机制是地球自转、日月引力和地热活动的综合结果。但这一结论也仍需接受时间的考验。厄尔尼诺事件的划分1.4 厄尔尼诺事件的划分对厄尔尼诺事件的划分中，表示厄尔尼诺事件的指数，主要使用 1951 年 1 月-1988 年 8 月（本文参考 ENSO 检测小组的研究成果，结合本文实际需要选取部分数据作为本文研究内容）赤道东太平洋范围（0-10S、180-90W）内的海表温度资料。厄尔尼诺事件开始和结
23、束事件的划分使用赤道东太平洋范围（0-10S、180-90W）春季平均海温的年际变率值。一次事件的长度至少为半年，其中允许有 1 个月中断。所采用的公式如下： maxax|ii iTmlFA式中 l、T、m 分别表示事件的长度、温度距平及SST1.0 的月数，本科毕业论文 厄尔尼诺事件的划分5表示标准差，各值上的横线表示该类事件的平均值。根据强度指数，将厄尔尼诺事件分为最弱（Fi-3.0） 、弱（-3.0Fi-1.0） 、中等（-1.0Fi1.0） 、强（1.0Fi3.0） 、最强（Fi3.0）5 级 17。下表为 1951 年-1988 年历次厄尔尼诺时间开、结束时间、强度、指数、等级分类等
24、。起始年月 结束年月 l(月数) Tmax m F 等级 厄尔尼诺 年1951.8 1952.4 9 0.9（52.4） 0 -2.73 弱 19521953.4 1953.10 7 0.7（53.4） 0 -3.60 最弱 19531957.4 19588 17 1.2（57.12）5 2.63 强 19571965.5 1966.3 11 1.5（65.12）5 071 中等 19651968.10 1970.1 16 1.1（69.12）2 -0.34 中等 19691972.6 1973.3 10 1.9（72.11）2 1.44 强 19721976.6 1977.3 10 1.1（
25、76.10）1 -1.72 弱 19761982.9 1983.9 13 1.9（83.2） 9 3.34 最强 19831986.10 1988.3 18 1.5(87.10) 8 2.91 强 1987表 2-1上表显示 1951 年-1988 年这 37 年中共发生厄尔尼诺事件 9 次，其中 1953 年的强度等级为最弱，1952 年、1976 年的强度等级为弱，1965 年、1969 年的强度等级为中等，1972 年、1987 年的强度等级为强，1983 年的强度等级则为最强。下文将参考表 2-1 的厄尔尼诺强度等级，对典型的厄尔尼诺事件进行分析。本科毕业论文 厄尔尼诺年的海温变化图6
26、2 统计 18542004 年间发生的厄尔尼诺事件2.1 统计 18542004 年间发生的厄尔尼诺事件根据 MATLAB 所绘制出的 18542004 年间的 1812 张距平图，统计这 151 年间所发生的厄尔尼诺事件。所使用的判断标准是赤道中东太平洋海温升温0.5，且持续时间不少于 6 个月（持续时间 5 个月，但升温明显范围较大的情况亦在统计之内） ，统计结果如下表：起始年月 结束年月 持续时间（月数）间隔周期（年）1868.4 1868.10 71876.11 1878.9 23 81884.9 1885.1 5 61888.4 1889.4 13 31891.2 1891.6 5
27、21896.7 1897.3 9 51899.6 1990.6 12 21902.5 1903.2 10 21904.8 1905.11 16 11911.9 1912.4 8 61913.7 1914.2 8 11918.6 1918.11 6 41925.8 1926.5 10 71930.7 1931.5 11 41940.7 1942.1 15 91944.3 1944.9 7 21951.7 1952.4 10 71953.4 1953.9 6 11957.3 1958.5 15 31963.7 1964.1 7 51965.4 1966.3 12 11968.10 1970.1 16 21972.4 1973.2 11 21976.6 1977.2 9 31977.9 1977.1 5 11982.5 1983.9 17 51986.9 1988.1 17 31991.4 1992.6 15 31994.4 1995.2 11 21997.4 1998.4 13 22002.4 2003.2 11 42004.5 2004.12 7 1
