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Journal of Tropical Oceanography >

2025 , Vol. 44 >Issue 1: 82 - 92

DOI: https://doi.org/10.11978/2024036

Marine Hydrology

Distribution characteristics and mechanism of the Northwest Pacific marine heatwaves in the summer of 2022*

  • ZHOU Xiangrun , 1 ,
  • WANG Ying , 1 ,
  • ZHI Hai 2
Expand
  • 1. School of Marine Sciences, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China
  • 2. School of Atmospheric Sciences, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China
WANG Ying. email:

Copy editor: SUN Cuici

Received date: 2024-02-05

  Revised date: 2024-03-06

  Online published: 2024-04-22

Supported by

National Natural Science Foundation of China(41905089)

Science and Technology Innovation Project of Laoshan Laboratory(LSKJ202202403)

Fold

Abstract

The distribution characteristics of marine heatwaves in the northwest Pacific Ocean, from July 1 to September 30, 2022, were analyzed based on the coral reef watch (CRW) heatwaves monitoring dataset using satellite remote sensing. The typical marine heatwaves processes at single stations and formation mechanism of regional heatwaves in three regions with strong heatwaves were mainly explored. A composite analysis of atmospheric and ocean variables was used to investigate the mechanism of marine heatwaves. The results indicate that: (1) The spatial distribution of various attributes of marine heatwaves in the northwest Pacific has certain similarities except for the maximum intensity, and overall, the high values are relatively concentrated. (2) The properties of marine heatwaves in the offshore area of Jiangsu are significantly higher than those in other regions; the Kuroshio basin near Taiwan has a lower maximum intensity but longer duration of marine heatwaves; the values of various attributes of marine heatwaves in the offshore area of Guangdong are above the spatial mean of Northwest Pacific Ocean. (3) The generation of a marine heatwave in the offshore area of Jiangsu within 92 days is closely related to the combined effect of atmospheric forcing under the expansion of the Western Pacific Subtropical High and the transport process of atmospheric wind field with a large amount of sensible heat and latent heat from the Kuroshio basin. The marine heatwaves in the Kuroshio basin near Taiwan and the offshore area of Guangdong are mainly caused by the increased solar radiation under the control of the Western Pacific Subtropical High.

Key words： marine heatwaves; Northwest Pacific; atmospheric forcing; sea surface temperature

Cite this article

ZHOU Xiangrun , WANG Ying , ZHI Hai . Distribution characteristics and mechanism of the Northwest Pacific marine heatwaves in the summer of 2022*[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2025 , 44(1) : 82 -92 . DOI: 10.11978/2024036

在全球气候持续升温的背景下, 不仅大陆上热浪事件发生频率增加, 海表温度的上升也给海洋带来了更长期、更频繁、更广泛和更强烈的热浪事件(Oliver et al, 2018), 仅2022年就有58%的海洋表面至少经历了一次海洋热浪。海洋热浪(marine heatwave, MHW)是指海表温度持续数天或数月超过相对阈值(气候基准期内第90百分位数海温)的极端事件(Hobday et al, 2016), 其最大范围可达几千平方公里, 可对海洋生态系统结构、生物生产和经济产业造成灾难性影响(Hu et al, 2021), 给沿海地区带来严重的经济损失。在未来, 海洋热浪将不断刷新记录。耦合模式相互比较计划第5阶段(coupled model intercomparison project 5, CMIP5)的模拟显示, 海洋热浪的强度可能会显著增加。预计到21世纪末, 每年的海洋热浪天数将加速增加(Oliver et al, 2019)。Frölicher等(2018)的研究表明, 21世纪末全球变暖约3.5℃, 而海洋热浪发生的可能性将平均提高41倍, 其平均空间范围将增大21倍。鉴于海洋热浪发生频率高、影响恶劣、致灾可能性大的特点(王庆元 等, 2021), 准确识别大范围持续发生的海洋热浪事件并量化其变化趋势, 研究其主要发生地和形成机制已成为亟待解决的科学问题。
海洋热浪的发生通常受气候系统内部模态和外部强迫的共同影响(胡石建 等, 2022)。就前人的研究来看, 造成海洋热浪事件的原因可总结为大气强迫、海洋动力过程作用以及大尺度气候系统模态影响三项。大气强迫包括非绝热加热以及大气环流场等, 大气中高压系统持续存在, 伴随的下沉气流可导致云量减少, 增加向海洋传输的太阳辐射, 削弱海洋表面的风场, 减少从海洋向大气释放的潜热和感热, 从而导致海水中积累了大量热量, 海表异常持续升温(Holbrook et al, 2019); 海洋动力过程如海流异常导致来自低纬度的暖水输送增强、混合层变浅和海水分层更加稳定、海水垂直混合过程减弱、上升流减弱以及埃克曼抽吸等(Pearce et al, 2011), 都在海洋热浪的形成中起着重要作用; 此外, 大气季节内振荡(Madden-Julian oscillation, MJO)、热带厄尔尼诺—南方涛动(El Niño-Southern oscillation, ENSO) (张荣华 等, 2021; 高川 等, 2022; Zhang et al, 2022; 张荣华, 2024)、北大西洋涛动(North Atlantic oscillation, NAO)、太平洋年代际振荡(Pacific Decadal oscillation, PDO)等大尺度气候系统模态, 都可能通过大气强迫或遥相关作用, 对相应海域生成海洋热浪做出贡献(Scannell et al, 2016)。针对2006年11月热带西太平洋地区超过10天的大范围极端高温事件, Qin等(2010)的研究证明这是由于2006年冬季的厄尔尼诺现象使该海域的海表温度和次表层温度升高, 而在200~300hPa大气层中, 深层对流使上空产生了辐合气流, 这种汇聚导致空气下沉, 阻碍了对流以及云层的发展, 少云和低风速的条件分别促进了辐射加热的增强和海面潜热损失的减少, 导致海温升高, 形成了海洋热浪。2010—2011年拉尼娜现象相关的海洋和大气遥相关过程强迫, 导致夏季澳大利亚西海岸Leeuwin海流向极流动反季节增强, 减少了海洋的湍流热损失, 进而造成了极端变暖海洋热浪事件(缪予晴 等, 2021)。由上可知, 海洋热浪的驱动因素较为复杂且因地区而异(Holbrook et al, 2019)。
海洋热浪的形成机制和影响因素的研究空白正在逐渐被填补(Oliver et al, 2021), 但人们对海洋热浪的科学认识相比于大气热浪尚存不足, 对导致不同海域海洋热浪形成的物理过程, 以及大规模气候变化如何调节这些事件的可能性和严重性的理解有限, 特别是对于更小区域、温度极为敏感且人类活动频繁的海域, 海洋热浪的变化趋势和形成机制, 还需要进一步的研究来解答。西北太平洋位于东亚大陆东侧, 海陆气相互作用复杂(李泓 等, 2001), 是海洋热浪频发的海域之一, 涵盖增暖速率远超全球平均水平的中国近海(Wu et al, 2012), 其发生的海洋热浪对我国沿海地区气候、生态环境以及社会经济发展有着重大影响。因此, 了解西北太平洋海洋热浪的特征及其形成机制对我国沿海地区具有重要的科学和社会价值。本文对2022年7月1日—9月30日西北太平洋海域海洋热浪的分布特征进行分析, 并进一步根据海气状况探讨该地区海洋热浪的形成机制, 以便积极采取有效措施减缓极端海洋热浪事件对我国近海环境以及城市经济的影响, 为我国对极端气候事件的预防和应对提供支撑。

1 资料与方法

1.1 数据与说明

本研究采用美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)的逐日最优插值海表温度(daily optimum interpolation sea surface temperature v2.1, OISST)作为海表温度观测资料, 分辨率为0.25°×0.25°, 下载地址为 https://www.ncei.noaa.gov/data/sea-surface-temperature-optimum-interpolation/v2.1/access/avhrr/。美国国家海洋和大气管理局珊瑚礁观测(coral reef watch, CRW)每日全球5千米分辨率海洋热浪观测产品的强度等级、阈值及气候态数据用于筛选海洋热浪, 下载地址为 https://coralreefwatch.noaa.gov/product/marine_heatwave/。该数据是通过将Hobday等(2018)的海洋热浪算法应用于1985年1月1日至今的每日全球5英里珊瑚礁海表温度数据产品得出的。另外, 为了研究大气对MHW产生机制的影响, 本文还采用了欧洲中期天气预报中心全球气候和天气的第五代大气再分析产品(European Centre for medium-range weather forecasts reanalysis v5, ERA5)的气压层500 hPa位势高度场小时数据资料, 以及单层总云量、风场、短波辐射、热通量小时数据资料, 并对各分量计算日平均值, 空间分辨率为0.25°×0.25°, 下载地址为 https://cds.climate.copernicus.eu/dataset。

1.2 海洋热浪定义

为了方便在MHW之间进行回顾性比较, 并使人们能够对MHW在海洋生态系统中的作用有综合和精确性理解, Hobday等给出了海洋热浪的具体量化定义(Hobday et al, 2016)。本文采用Hobday等人的定义, 从每日海表温度时间序列中检测到海洋热浪, 将气候基准期内(≥30年)第90百分位数的海温定义为海洋热浪阈值Tthreshold, 而如果海表温度超过热浪阈值持续5d或更长时间, 则将该极端增暖事件定义为海洋热浪, 如果两次海洋热浪事件相隔少于2d, 则记为一次海洋热浪事件。对于研究区域的每个格点, 本文考虑描述海洋热浪属性的4个度量指标, 包括海洋热浪发生的持续时间、总天数、爆发频次以及最大强度, 其定义可参考表1。某次热浪过程中, 日海表温度超过海洋热浪阈值的天数为该次海洋热浪事件的持续时间, 若在某格点发生多次海洋热浪, 则求平均持续时间。某时段热浪日的累加和定义为总天数。爆发频次即为某时段发生海洋热浪事件的次数, 在数值上等于总天数与该时段平均持续时间的商。最大强度反映了热浪的严重程度和危害程度, 即为一次海洋热浪超过阈值部分的海温距平的最大值。
表1 海洋热浪特征指标定义

Tab. 1 Definition of marine heatwave characteristic index

指标 英文名称 定义 单位
阈值 threshold 气候基准期内第90百分位数的海温(记为T90) ℃
起始时间 start time Td≥T90d且Td-1<T90d的这一天, 即热浪开始的日期, 记为ts
结束时间 finish time Td<T90d且Td-1≥T90d的这一天, 即热浪结束的日期, 记为te
总天数 total days 某时段热浪日的累加和即为总天数 d
爆发频次 frequency 从ts开始到te结束且te−ts≥5, 记为一次热浪, 某时段发生的热浪次数之和即为爆发频次
持续时间 duration te−ts即为持续时间 d
最大强度 max intensity imax = max(Td−Tmd) ℃

注: Td为日海表温度; T90d为海表温度的第90百分位数; Tmd为平均日海表温度(气候态); 数据源自Hobday 等 2016

本文所用的CRW海洋热浪观测产品按照Hobday等(2018)的定义, 将海洋热浪按日平均海表温度分为以下4个强度等级: 当至少连续5天日平均海表温度高于其第90百分位阈值时, 记为中等强度海洋热浪(moderate MHW, category I); 当日平均海表温度与气候平均态的差异超过第90百分位阈值与气候平均态之间差异的2倍, 记为强海洋热浪(strong MHW, category II); 当与气候平均态的差异超过3倍, 为严重热浪(severe MHW, category III); 当差异是4倍时, 则为极端热浪(extreme MHW, category IV)。

2 西北太平洋2022年夏季海洋热浪特征分析

本文对2022年7月1日—9月30日的西北太平洋(100ºE—160ºE, 0ºN—40ºN)MHW事件进行分析, 计算各站点MHW事件的总天数、持续时间、爆发频次和最大强度, 并做了空间分布图(图1)。西北太平洋夏季期间, 海洋热浪总天数在0~91d之间(图1a), 研究区域的空间平均值为32.1d, 有明显的区域分布差异, 其高值区域位于苏拉威西海近岸及特尔纳特岛周围海域、江苏外海海域、伊势湾附近海域、黑潮流域、广东近海海域以及西北太平洋副热带逆流区域, 总天数可达50d以上。对于MHW持续时间而言(图1b), 海洋热浪的平均持续时间为16d, 除江苏外海海域、台湾附近的黑潮流域热浪持续时间仍出现高值以外, 西北太平洋副热带逆流区域东北部高值十分显著, 平均持续时间可达60d以上。由图1c可见, 西北太平洋夏季平均有2.14次以上的海洋热浪过程, 其高值区域分散, 但总体来看高值多分布在苏拉威西海、台湾附近黑潮支流区域以及西北太平洋副热带逆流区域南部, 这种现象的出现主要是因为MHW的爆发频次是由总天数除以持续时间得出的, 如果MHW的总天数相同且持续时间相对较短, 则MHW的爆发频次相对较高。图1d显示了MHW的最大强度, 平均最大强度为1.57℃, 最大值达5.34℃, 但大部分海洋热浪的最大强度在0.6~1.5℃之间, 其空间分布与其他指标差异较大, 强度最显著的区域集中在32ºN以北海域, 包括江苏外海、日本海以及日本东北向太平洋海域, 能达到3.5℃以上, 而在广东近海海域以及西北太平洋副热带逆流区域东北部也有较大的强度, 约有2.7℃。总体而言, MHW各属性的空间分布除了最大强度以外均具有一定的相似性, 高值多在苏拉威西海、江苏外海海域、黑潮流域、广东近海海域以及西北太平洋副热带逆流区域。其中, 江苏外海海域的MHW总天数、持续时间和最大强度明显高于其他海域, 台湾附近黑潮流域MHW最大强度不高但黑潮主流区域更为持久、支流区域更为频繁, 广东近海海域MHW各属性的值都在区域均值以上。鉴于以上三个海域均有比较明显的海洋热浪事件, 本文将选取三个海域各一个随机单站点(图2), 进行更深入的海洋热浪过程分析和机制研究。
图1 2022年7月1日—9月30日西北太平洋海洋热浪(a)总天数(单位: d)、(b)平均持续时间(单位: d)、(c)爆发频次(单位: 次)和(d)平均最大强度(单位: ℃)的空间分布

该图基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS(2016)1611号的标准地图制作, 底图无修改

Fig. 1 The spatial distribution of (a) total number of days (unit: d), (b) average duration (unit: d), (c) outbreak frequency (unit: times) and (d) average maximum intensity (unit: °C) of the Northwest Pacific marine heatwave from July 1 to September 30, 2022

图2 研究区域及地形高程

红色框为江苏外海海域, 蓝色框为台湾附近黑潮流域, 粉色框为广东近海海域, 标点处为本文研究的三个单站点; 该图基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS(2016)1611号的标准地图制作, 底图无修改

Fig. 2 The study area and topographic elevation; the red box represents the offshore area of Jiangsu; the blue box represents the Kuroshio basin near Taiwan; the pink box represents the offshore area of Guangdong; the dot points represent the three single stations studied in this paper

3 区域典型海洋热浪过程分析及机制研究

3.1 单站点典型海洋热浪过程分析

江苏外海是黄海西部的边缘海域, 受季风气候影响显著, 盛夏连续高温、晴朗、少雨的天气影响下, 极易出现较高的海温, 从而给该海域渔业和生态资源带来恶劣甚至毁灭性的影响。由江苏外海单站点(121.125°E, 33.125ºN)的海温、阈值以及气候态数据分析可知(图3a), 2022年7月1日—9月30日的92天期间发生了两次海洋热浪事件, 而完整的一次热浪起始时间为8月4日(海温为29.88℃), 结束时间为8月31日(海温为27.93℃), 持续时间达28d, 热浪最大强度有4.16℃, 高于西北太平洋99.3%的站点。此次海洋热浪持续时间长, 强度高, 有18d的强海洋热浪。
图3 2022年7月1日—9月30日发生的海洋热浪事件

a. 江苏外海海域站点(图2红色标点); b.台湾附近黑潮流域站点(图2蓝色标点); c. 广东近海海域站点(图2粉色标点); d. 江苏外海海域(图2红色框); e. 台湾附近黑潮流域(图2蓝色框); f. 广东近海海域(图2粉色框); 其中虚线框部分为本文进行分析的一次海洋热浪事件

Fig. 3 From July 1 to September 30, 2022, the marine heatwaves occurred at (a) station in the offshore area of Jiangsu (Fig. 2 red dot point station); (b) station in the Kuroshio basin near Taiwan (Fig. 2 blue dot point station); (c) station in the offshore area of Guangdong ( Fig. 2 pink dot point station); (d) the offshore area of Jiangsu (Fig. 2 red box); (e) the Kuroshio basin near Taiwan (Fig. 2 blue box); (f) the offshore area of Guangdong (Fig. 2 pink box). The dotted line frame represents the marine heatwave analyzed in this paper

台湾附近黑潮流域是东海黑潮的源头, 对气候变化以及水文状况有重要作用(王越奇 等, 2019)。该海域中单站点(122.625ºE, 23.375ºN)在2022年夏季发生了一次海洋热浪事件, 热浪起始时间为7月21日(海温为29.97℃), 结束时间为9月1日(海温为30.00℃), 持续时间长达43d, 最大强度出现在7月26日, 强度达1.83℃。此次海洋热浪在海温、海温阈值以及气候态数据中有所体现(图3b), 虽然该海洋热浪最大强度较小, 多为中等强度热浪, 但持续时间较长, 超过了西北太平洋95.9%的站点(本文研究区域共29337个站点)该时段平均持续时间, 可能会对该区域内生态系统以及鱼虾等生物资源造成严重的危害。
广东近海海域单站点(113.875ºE, 22.375ºN)的海表温度、海温阈值以及气候态数据变化趋势表明, 92天内发生了三次海洋热浪事件, 总天数达60d(图3c)。较强且完整的一次热浪起始时间为7月19日(海温为29.26℃), 结束时间为8月9日(海温为29.88℃), 持续时间有22 d, 热浪在7月25日达到2.87℃的最大强度, 共有9日达到强海洋热浪水平, 还有6日达到严重热浪等级。该次海洋热浪高等级热浪天数较多, 各属性值均高于西北太平洋空间均值。
由三个区域的平均海温、阈值以及气候态数据对比来看(图3d—f), 江苏外海、台湾附近黑潮流域以及广东近海海域分别在8月3日—8月31日、7月21日—9月2日以及7月19日—8月9日发生一次海洋热浪事件, 区域发生海洋热浪的平均时间与单站点基本一致, 因此本文选用单站点海洋热浪发生的时间情况来确定热浪与非热浪时间。

3.2 区域海洋热浪生成机制分析

3.2.1 江苏外海海域

海表温度变化通常受大气强迫以及海洋动力作用等的影响, 下面主要从六个气象因素对上述三个区域的海洋热浪成因进行初步分析, 从而研究大气在西北太平洋海域海洋热浪过程中的作用。
图4和图5给出了江苏外海海域单站点热浪和非热浪期间西北太平洋海温距平场、热浪强度等级以及各气象因素平均值的空间分布。由图可见, 热浪期间江苏沿岸海表温度异常变暖, 同时海洋热浪强度等级在强海洋热浪以上。由500hPa位势高度(图4e、f)结合风场(图4c、d)可以看出, 非热浪期间黑潮流域有台风过境, 所处区域风速明显增大, 台风导致盘踞在31ºN的西太平洋副热带高压带断裂, 分别在内陆地区及132ºE以东的太平洋区域, 缓解了江苏沿海的高温天气, 而热浪期间副热带高压西伸, 西脊已至青藏高原东部, 江苏外海海域在副热带高压控制下, 理论上副热带高压带来的下沉气流使风力减小, 多为晴朗少云的天气, 太阳短波辐射增强, 近地面加热强烈, 可导致海洋表面持续异常高温。从图4c、d的风场来看, 相比之下该地区热浪较非热浪期间的平均风速小1.4m·s-1, 海水蒸发减弱, 导致局地海洋向大气传输的潜热减少, 图5j—l中热浪期间向上的潜热显然更少也证实了这一点。同时, 从图5g、h、i来看, 热浪期间感热由大气向海洋传输, 而非热浪期间感热均由海洋向大气传输, 因此热浪期间海洋接收的热量相对较多。非热浪期间平均总云量可能受台风系统影响较热浪期间低约0.1, 但热浪期间太阳辐射却增加了209390 W·s−2 (图5a—f), 相当多的太阳辐射也对海水增温起到促进作用。以上的对比结果表明, 热浪期间气象变量的变化有利于海水升温。
图4 江苏外海海域(红框区域)在海洋热浪峰值时间(2022年8月15日)的海表温度距平场(a)、强度等级(b), 以及在海洋热浪期间(8月4日至8月31日)的10m平均风速和风向场(c)、500 hPa平均位势高度(e), 和在非海洋热浪期间(9月1日至9月30日) 的10m平均风速、风向场(d)、500 hPa平均位势高度(f)

该图基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS(2016)1611号的标准地图制作, 底图无修改

Fig. 4 (a) Sea surface temperature anomaly field and (b) intensity level of the peak time of the marine heatwave (August 15, 2022); (c) 10 m average wind speed and wind direction field and (e) 500 hPa average geopotential height during the marine heatwave period (August 4 to August 31); (d) 10 m average wind speed and wind direction field and (f) 500 hPa average geopotential height during the non-marine heatwave period (September 1 to September 30) in the offshore area of Jiangsu (red box area)

图5 江苏外海海域海洋热浪期间(8月4日—8月31日)(图左列)和非海洋热浪期间(9月1日—9月30日) (图中间列)的平均总云量、短波辐射通量、感热通量、潜热通量, 垂直通量约定向下为正, 以及热浪与非热浪期间的四项气象数据差值(图右列)

该图基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS(2016)1611号的标准地图制作, 底图无修改

Fig. 5 The average total cloud cover, shortwave radiation flux, sensible heat flux and latent heat flux during marine heatwave period (left column) (August 4 to August 31) and non-marine heatwave period (middle column) (September 1 to September 30), and the difference of four meteorological data between two periods (right column ) in the offshore area of Jiangsu. Vertical fluxes are all positive

同时, 与江苏外海海域海洋热浪同时段的黑潮流域也存在较强的海洋热浪(图4a、b), 海温距平有1.5~2℃, 图4e中黑潮流域在西太平洋副热带高压的控制范围内, 造成了图5a、图5d所展示的明显少云以及高短波辐射区域, 导致大气及海表增温, 海水蒸发加强, 感热通量以及潜热通量由海洋向大气传输(图5g、j), 有利于加热大气, 而江苏外海区域低空存在急流, 配合急流入口区的南风, 将黑潮流域大量的感热和潜热输送至江苏外海区域, 再通过局地海气相互作用机制影响该区域海温, 而江苏外海海域水浅的特点也加速了升温过程, 促进海洋热浪事件的发生。因此, 西太平洋副热带高压扩张下的大气强迫联合作用以及平流作用与江苏外海海域海洋热浪事件的发生密切相关。

3.2.2 台湾附近黑潮流域

中等强度海洋热浪广泛分布于台湾附近黑潮流域(图6a、b)。从500hPa位势高度场来看(图6e、f), 非热浪期间西太平洋副热带高压在黑潮流域有非常明显的断裂带, 而热浪期间的副热带高压脊线向西向北偏移并加强, 已经跨越28ºN, 副高带来的下沉气流让台湾附近黑潮流域天气多晴朗少云, 总云量较非热浪期间小(图7a—c), 而少云促进了短波辐射增加, 因此图7(d—f)中同区域显示出了明显较高的平均短波辐射, 约有75530 W·s−2的差异, 大气向海洋传输大量热量促进了海水温度上升。但风场图中(图6c、d)热浪期间显示出了比非热浪期间更大的风速, 海水蒸发更强, 不利于海表热量的存储, 热浪与非热浪时期海气界面热通量(图7g—l)差距也并不明显, 甚至热浪期间海洋向大气传输的感热通量更多, 由此来看, 这三项变化并未对该时段海水升温做出贡献或贡献较小。因此, 台湾附近黑潮流域海洋热浪由西太平洋副热带高压控制下增多的太阳辐射直接强迫造成。
图6 台湾附近黑潮流域(蓝框区域)热浪峰值时间(2022年7月26日)的(a)海表温度距平场、(b)强度等级, 海洋热浪期间(7月21日—9月1日)的(c)10 m平均风速和风向场、(e)500hPa平均位势高度, 以及非海洋热浪期间(7月1日—7月20日、9月2日—9月30日)的(d)10m平均风速和风向场、(f)500hPa平均位势高度

该图基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS(2016)1611号的标准地图制作, 底图无修改

Fig. 6 (a) Sea surface temperature anomaly field and (b) intensity level of the peak time of the marine heatwave (July 26, 2022); (c) 10 m average wind speed and wind direction field and (e) 500 hPa average geopotential height during the marine heatwave period (July 21 to September 1); (d) 10 m average wind speed and wind direction field and (f) 500 hPa average geopotential height during the non-marine heatwave period (July 1 to July 20, September 2 to September 30) in the Kuroshio basin near Taiwan (blue box area)

图7 台湾附近黑潮流域海洋热浪期间(7月21日—9月1日) (图左列)和非海洋热浪期间(7月1日—7月20日、9月3日—9月30日) (图中间列)的平均总云量、短波辐射通量、感热通量、潜热通量, 垂直通量约定向下为正, 以及热浪与非热浪期间的四项气象数据差值(图右列)

该图基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS(2016)1611号的标准地图制作, 底图无修改

Fig. 7 The average total cloud cover, shortwave radiation flux, sensible heat flux and latent heat flux during marine heatwave period (left column) (July 21 to September 1) and non-marine heatwave period (middle column) (July 1 to July 20, September 2 to September 30), respectively; the difference of four meteorological data between two periods (right column) in the Kuroshio basin near Taiwan. Vertical fluxes are all positive

3.2.3 广东近海海域

图8与图9给出了广东近海海域热浪与非热浪期间的气象分量差异。该海域热浪期间海温距平显示出较高的正异常, 并在峰值时间有严重热浪出现。海洋热浪期间10 m处的风速降低使海水蒸发潜热降低、海洋垂直混合减弱, 从而增加海温, 但图9j—l中该区域的潜热通量差异不大, 所以可能存在海洋动力作用改变了海水的运动状态, 进而影响海温。从500hPa平均位势高度场来看, 广东近海海域非热浪期间副热带高压脊线向西向北延伸, 已至长江中下游的内陆地区, 少云区向北偏离广东近海海域, 因此热浪期间与非热浪期间相比, 有较少的云量(图9a—c), 进而促进短波辐射增加44354 W·s−2以上(图9d—f), 有利于海水升温, 而热浪与非热浪期间的感热通量差距较小(图9g—i), 对海洋热浪影响不大。综合这些变化的主要原因, 广东近海海域海洋热浪生成机制与台湾附近黑潮流域相似。然而, 在大气强迫作用下, 海洋动力作用可能也对热浪的形成有所贡献。
图8 广东近海海域(粉框区域)海洋热浪峰值时间(2022年7月25日)的(a)海表温度距平场、(b)强度等级, 海洋热浪期间(7月19日—8月9日)的(c)10m平均风速和风向场、(e)500hPa平均位势高度, 以及非海洋热浪期间(7月1日—7月18日)的(d)10m平均风速和风向场、(f)500hPa平均位势高度

该图基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS(2016)1611号的标准地图制作, 底图无修改

Fig. 8 (a) Sea surface temperature anomaly field and (b) intensity level of the peak time of the marine heatwave (July 25, 2022); (c) 10 m average wind speed and wind direction field and (e) 500 hPa average geopotential height during the marine heatwave period (July 19 to August 9); (d) 10 m average wind speed and wind direction field and (f) 500 hPa average geopotential height during the non-marine heatwave period (July 1 to July 18) in the offshore area of Guangdong (pink box area)

图9 广东近海海域海洋热浪期间(7月19日—8月9日) (图左列)和(图中间列)非海洋热浪期间(7月1日—7月18日)的平均总云量、短波辐射通量、 感热通量、潜热通量, 垂直通量约定向下为正, 以及(图右列)热浪与非热浪期间的四项气象数据差值

该图基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS(2016)1611号的标准地图制作, 底图无修改

Fig. 9 The average total cloud cover, shortwave radiation flux, sensible heat flux and latent heat flux during marine heatwave period (left column) (July 19 to August 9) and non-marine heatwave period (middle column) (July 1 to July 18), and the difference of four meteorological data between two periods (right column) in the offshore area of Guangdong. Vertical fluxes are all positive

4 总结与讨论

本文针对2022年7月1日—9月30日西北太平洋海域MHW的时空分布进行分析, 主要探讨了热浪较强的三个区域单站点典型海洋热浪过程, 并根据大气分量差异初步揭示了单站点所在海域一次MHW的生成机制, 具体结论概括如下:
(1)2022年7月1日—9月30日内西北太平洋MHW各属性的空间分布, 除最大强度以外, 均具有一定的相似性, 高值多在苏拉威西海、江苏外海海域、黑潮流域、广东近海海域以及西北太平洋副热带逆流区域。
(2)江苏外海海域的MHW总天数、持续时间和最大强度明显高于其他海域; 台湾附近黑潮流域MHW最大强度不高但持续时间较长; 广东近海海域MHW各属性值都在西北太平洋空间均值以上, 海洋热浪较强。
(3)江苏外海海域92d内的一次MHW与西太平洋副热带高压扩张下的大气强迫联合作用以及大气风场对黑潮流域大量感热以及潜热的输送过程密切相关。台湾附近黑潮流域以及广东近海海域的一次MHW形成机制相似, 主要由西太平洋副热带高压控制下增多的太阳辐射直接强迫造成。但广东近海海域风速减小所导致的海水蒸发差异几乎不存在, 可能伴随着相关海洋动力作用。

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