福建沿海是我国赤潮灾害的多发海域之一, 截 止 2008 年有记录的赤潮事件共计 165 起, 发生日数 和影响海域有逐年增大的趋势, 对海水养殖业、捕捞 业等相关行业造成危害, 经济损失严重。如 2003 年 福建沿海发生赤潮 26 次, 累计面积 1739 km 2, 有毒 赤潮生物导致渔业经济损失 4248 万元[ 9] 。本研究 在分析福建海域赤潮发生时空分布特点的基础上, 统计分析赤潮灾害发生与天气形势、气象因子的相 关关系, 并建立赤潮发生的气象预报方法, 为福建省 沿海赤潮防灾减灾决策提供参考。
2 结果分析
2. 1 福建沿海赤潮灾害的时空分布特点 统计 2001~ 2008 年 4~ 9 月赤潮监测报 告数
据, 福建沿 海 3 个海区 共发生赤 潮日数 为 373 d,
图 2 2001~ 2008 年福建海域赤潮发生日数
从 2001~ 2008 年的赤潮监测报告数据统计结 果看, 福建省赤潮灾害的发生有着明显的季节性变 化, 春夏两季及秋季早期( 4~ 9 月) 是赤潮发生频繁 的季节, 在北部海区和中部海区赤潮主要集中在每 年的 5~ 6 月, 而南 部海区主 要集中在 每年的 6~ 7 月( 图 3) 。而从整个福建海域来看, 赤潮灾害总体 上主要是集中在 5~ 6 月, 并且 5 月和 6 月发生的日 数基本相当, 大概占总发生日数的 70% 左右。
用海水中溶解氧的浓度进行赤潮预测预报的生态模 型, 并在实际工作中得到了验证。也有一些学者结 合海洋动力学和赤潮生物动力学, 提出了生态仿真 模型, 再现了赤潮发生期间的一些变化特征。
关于赤潮发生的 机理虽然至今尚无明确的定 论, 但一般认为海水富营养化是赤潮发生的物质基 础和首要条件, 水文气象和海水理化因子的变化也 是赤潮发生的重要原因, 在这些外部条件中, 相关研 究均表明, 气象条件是赤潮发生的重要环境条 件[ 6 ~ 8] 。赤潮是一种复杂的生态异常现象, 发生的 原因也比较多, 因此赤潮预报是国内外难度较大的 科研课题之一, 目前还没有一种比较成熟的可投入 业务应用的赤潮预报方法。
在赤潮的预测预报技术研究中, 生态动力模型 是比较有效的手段之一, 它应用不同的数学模型和 定量方法, 在某种程度上能够提高赤潮预测预报的 准确度。王寿松[ 4] 利用生物种群生态学和营养动力 学的原理, 采用发生在大鹏湾的夜光藻赤潮现场连 续监测资料, 建立夜光藻和营养物质相关的生态动 力学模型, 并得出夜光藻赤潮形成的判别条件。王 正方[ 5] 在研究浙江象山港一带的赤潮时, 提出了利
北部和中部海区赤潮发生期间气象要素还有一 个明显的特征就是海面风速较低, 从表 2 可以看出, 北部海区赤 潮 发生 期 间平 均风 力 为 1 级 ( 0. 3 ~ 1. 5 m / s) , 中 部 海 区 平 均 风 力 为 2 级 ( 1. 6 ~ 3. 3 m / s) , 而且风向大多数是偏南风到偏东风。福 建中部海区赤潮发生日数明显少于北部海区, 这可 能与该海区风力较大有关, 由于中部海区地处台湾 海峡较为狭窄的区域, 狭管效应的作用使得该区域 平均风速较大, 风力大不利于赤潮生物在海域表层 的聚集, 因此赤潮发生的日数较少。
表 1 赤潮与气象要素的相关系数
海区 赤潮 气压 气温 最高气温 湿度 风速 日照
北部 日数 0. 079 - 0. 296 - 0. 282 面积 0. 112 - 0. 200 - 0. 292
中部 日数 0. 117 - 0. 280 - 0. 356 面积 0. 008 - 0. 078 - 0. 059
图 1 福建赤潮研究区域划分示意
本研究收集了福建沿海 2001~ 2008 年的赤潮 灾害记录, 主要收集内容有赤潮发生的时间、赤潮生 物种类及其更替、发生赤潮所在海域的物理和化学 环境、赤潮的毒性、赤潮引起的人畜死亡情况和经济 损失情况等。同时还收集了 2001~ 2008 年赤潮灾 害发生期间沿海相关气象台站的气象资料, 包括气 压、气温、湿度、风向、风速和日照时数等气象要素观 测资料, 反映地面气压场分布和高空流场分布的天 气形势图, 反映异常气候现象的南方涛动指数。本 研究中的地面气压场、850 hPa 流场和高度 场等天 气形势图, 是利用北京时间 08: 00 的 N CEP / NCAR 资料进行统计分析, 地理范围为 15 ~ 40 N、100 ~ 130 E, 资料格点为 2. 5 2. 5 。
南部 日数 - 0. 168 0. 247 0. 174 面积 - 0. 189 0. 109 0. 044
0. 342 0. 335 0. 255 0. 284 0. 296 0. 325
- 0. 472 - 0. 361 - 0. 306 - 0. 250 - 0. 327 - 0. 292 - 0. 250 - 0. 208 - 0. 035 0. 290 - 0. 094 0. 155
以发生在北部海区的一次赤潮过程为例来说明 赤潮发生期间气象要素的变化特征( 图 4) 。2004 年 4 月从中旬开始, 福建北部海区四霜列岛一带海域 上空冷暖气团交汇, 形成锋面, 多阴雨天气, 空气相 对湿度基本维 持在 70% 以上, 气温上升较快, 4 月 19~ 23 日平均气温都在 20 以上, 从 4 月 17 日起 风速均维持在 1. 3 m/ s 以内, 风向从东北逐步转变 到东南, 23 日开始又持续了 3 天的多云天气, 这样 的海洋气象环境为该海域赤潮生物的繁衍提供了极 为有利的条件, 4 月 27 日在四霜列岛周边海域终于 爆发具齿原甲藻赤潮。在 4 月 27 日赤潮发生后, 由 于气温变化时高时低, 并且降温幅度小降温时间短, 具齿原甲藻生物数量虽然有所减少但并没有完全消 亡, 随后的升温又使具齿原甲藻生物大量增殖, 从而 引起 4 月 29 日、5 月 2 日四霜列岛一带海域赤潮的 再次发生。
引言
近年来 海 洋 灾害 已 越 来 越 引起 学 者 广 泛 关 注[ 1~ 2] 。做为海洋灾害之一的赤潮是指由于海洋中 某些微小浮游植物、原生动物或细菌在一定的环境 条件下突发而且过度繁殖, 引起在一段时间一定范 围内的海水富营养化, 造成海水变色的现象。赤潮 除了使渔业经济遭受损失外, 人们不慎食用被污染 鱼虾贝类还会对身体健康产生威胁, 甚至导致死亡。 我国从 20 世纪 90 年代以来, 在赤潮科学研究方面 投入了不少的研究资金, 研究规模也不断扩大, 先后 开展了赤潮灾害的成因、机理和生消过程, 赤潮毒素 及产毒和致毒机理, 赤潮的生物和化学治理方法, 赤 潮的种群生态动力学, 赤潮的生态数值模拟, 赤潮的 监测评估和预测预报技术等方面的研究[ 3] 。
图 3 2001~ 2008 年 4~ 9 月福建海域赤潮发生日数
从以上福建省沿海赤潮发生日数来看, 沿海赤 潮多发生在气温高的 4~ 9 月, 5~ 6 月赤潮发生频 率明显高于其他月份。福建省地处东南沿海亚热带
第2期
张春桂等: 福建沿海赤潮灾害气象预报
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地区, 5~ 6 月正是西南季风强盛, 气候温暖、潮湿的 季节, 显然合适的环境温度、湿度为原生动物或细菌 产生突发性繁殖提供了有利条件。 2. 2 福建沿海赤潮灾害与气象要素的关系
表 2 赤潮灾害发生期间气象要素历年平均值
海区
气压 hPa
气温 最高气温 湿度 风速
日照
风向( )
% m/s
h
北部 1005. 9 23. 4 27. 5 81 1. 1 105 4. 7
中部 1004. 9 23. 0 26. 3 82 2. 2 130 3. 9
南部 997. 9 27. 5 31. 6 79 2. 8 140 8. 3
本研究选择位于福建沿海的福鼎、霞浦、宁德、罗 源、连江、长乐、平潭、莆田、崇武、晋江、厦门、漳浦、东 山等气象站 2001~ 2008 年的气象要素进行统计分 析, 结果发现影响赤潮发生日数和发生面积的主要气 象要素在不同海区不尽相同, 赤潮发生情况与气象要 素的相关系数见表 1。从表 1 可以看出: 影响中、北 部海区赤潮发生日数的主要气象要素是风速、日照、 湿度和温度, 即对于中、北部海区, 气温适宜、风力较 小、持续的降雨或者阴天的天气有利于赤潮灾害的发 生, 而影响南部海区赤潮发生日数的主要气象要素是 日照、湿度、温度和气压, 即对于南部海区, 天气晴热 湿度大、气压较低时有利于赤潮灾害的发生; 影响 赤潮面积的气象要素在北部海区主要是湿度、风速、 温度和日照, 在中部海区主要是湿度、风速和日照, 而 南部海区主要是湿度、日照、气压; 除风速和湿度 外, 其他气象要素对不同海区赤潮发生的影响趋势不 同。在北部、中部和南部海区风速越大越不利于赤潮 的发生, 湿度越大越有利于赤潮的发生, 但是日照和 温度与赤潮发生的关系在中北部海区呈负相关, 在南 部海区却呈正相关, 而气压与赤潮发生的关系在中、 北部海区呈正相关, 在南部海区却呈负相关。
2001~ 2003 年赤潮发生日数逐年快速增多, 2003 年 是福建海域赤潮灾害发生日数最多的年份, 而后的 2004~ 2008 年除了南部海区赤潮灾害日数有所减 少外, 北部和中部海区赤潮日数虽然有起伏, 但仍然 呈逐年增多趋势( 图 2) 。福建海域赤潮灾害发生的 范围也比较广, 遍及福建北部、中部和南部沿海, 赤 潮发生日数较多的主要分布在北部海区, 南部海区 次之, 中部海区较少。
从以上分析可知, 福建沿海的风速、日照、湿度 ( 降水) 、温度和气压与赤潮灾害的发生存在着明显 的相关关系, 进一步统计分析不同海区赤潮灾害发 生期间的气象要素特征( 表 2) 。
从表 2 以及赤潮发生期间气象要素的其他统计 结果可以看出, 北部和中部海区赤潮发生期间日平 均温度在 23 左右, 并且在赤潮发生之前都有一个 温度迅速回升的过程, 日平均温度从赤潮发生前的 17 回升到 23 左右, 平均最高温度回升到 27 左右。
摘要 根据福建沿海 2001~ 2008 年赤潮灾害资料以 及相应时 期的气 象数据, 寻 找与赤 潮灾害发 生密切 相关的 气 象因 子, 分析赤潮灾害发生期间的地面及不同高度的天气 形势, 并探讨南方涛动指 数与赤潮灾 害发生的 关系, 在 此 基础 上根据前期气温、风、云及海况进行福建沿海赤 潮灾害 气象预 报。研究结 果表明, 福 建沿海 的风、气温、湿度、 日照和气压等气象因子与赤潮的发生存在着密切的关系 , 但 不同海 区影响赤 潮发生 的主要 气象因 子不尽 相同, 低 层 850 hPa 和地面形势能较好地反映福建沿海赤潮发生的天气背景, 南方涛动 指数与第 2 年赤潮发 生日数有着 很 好的对应关系, 二者相关系数为- 0. 745。 关键词 赤潮灾害 气象条件 环流形势 福建沿海