海水溫度預報

海水溫度預報，對海水溫度場、特別是對表層水溫作出隨時間變化的預測。預報方法有三種：一是統計法，通過相關分析篩選出一些海溫場有效影響因子，運用數理統計學的方法進行預報。二是數值法，通過動力學和熱學方程建立起預報模式，按給定的初始條件和邊界條件進行數值解後作出預報。三是經驗預報方法，根據海溫自身變動的持續性、周期性、相似性以及與其它要素的相關性，來做出定性或定量預報。

基本介紹

• 中文名：海水溫度預報
• 外文名：Sea temperature prediction
• 釋義：對海水溫度隨時間變化的預測
• 方法：統計法、數值法和經驗預報法

國外水溫預報

海洋熱學是海洋研究中的一個重要方面。因為海洋中密度的變化主要受制於溫度的變化，所以要了解海洋中的動力場，溫度場是個先決條件。要了解海洋中密度的垂直分布，以有效地使用潛艇和其他水下兵器，也必須首先知道海洋中溫度的垂直分布。不僅如此，漁場的分布、漁汛期的確定等，主要與海水中溫度的分布和變化有關。所以海洋環境要素中海水溫度狀況對海洋漁業資源開發、海洋水聲工程建設和海一氣相互作用研究，具有十分重要的意義。

海水溫度分析預報的情報服務始於40年代。二次世界大戰期間由於反潛戰爭的需要，不少海洋國家開展了海面和次表層（深層）海水溫度的分析研究工作。50年代末國際物理年期間，開展起來的多晝夜連續觀測和60年代以來發展的海洋天氣船連續觀測，以及70年代興起的衛星遙感和航空遙感技術、深水探測技術等，大大促進了遠海和大洋水域海水溫度分析和預報方法研究的迅速發展。

目前世界上已有10多個國家開展了海水溫度分析和預報方面的服務，其中以美、蘇、日三國公開提供的海水溫度分析和預報產品為最多。美國從事海水溫度分析和預報的單位有國家海洋大氣局（NOAA）所屬的國家天氣局（NWS）、國家海洋漁業局（NMFS）。美國海洋預報服務機構公開提供的海洋環境學產品約50項，其中加多項為海面水溫和次表層水溫的分析和預報。前蘇聯主要負責海水溫度分析和預報的單位有；蘇聯水文氣象中心，負責全球各大洋（含南極海域）和黑海、亞速海及裏海；遠東水文氣象科學研究所，負責太平洋及其臨近海域；水文氣象與自然環境勘察加區管理局，負責遠東的白令海和鄂霍次克海。蘇聯水文氣象服務機構公開提供的海洋環境學產品約加項，其中12項為海面、次表層和底層水溫分析及預報。日本從事海水溫度分析和預報的單位主要有；日本氣象廳海洋部及其下屬台站，負責西太平洋的南、北半球洋區；日本海上保全廳水陸部，負責西太平洋；日本漁業情報服務中心負責西北太平洋、日本海、東中國海以及日本東部和西南沿海。前兩者側重於海面和次表層（loom和Zoom層）海水溫度狀況分析，後者側重於海面溫度狀況和漁況的分析和情報。日本海洋預報服務機構提供的海洋環境預報產品共19項，其中12項為海面和次表層水溫分析。

國內水溫預報

我國的海水溫度預報研究工作始於60年代初。1960年山東海洋學院與山東海洋水產研究所及煙臺氣象台合作，對煙臺近海單站水溫預報方法進行了探索。1976年水文預報協作組（由山東海洋學院、東海水產研究所、黃海水產研究所和山東省海洋水產研究所組成）開展了渤、黃、東海近海表（底）層水溫預報方法的研究，並於1976年10月開始發布黃、東海近海春季，渤海秋季和東海近海秋季的每月1日和15日的日平均海水溫度預報。與此同時，國家海洋局海洋環境預報中心進行了表層海水溫度場預報方法的研究，並於1977年7月和10月正式發布每月一次的東海及外緣海域月平均表層海水溫度試報和預報，以及每三個月一次的季度展望預報。此後，又相繼增加了東海區加密格線的月平均表層海水溫度預報和南海東北部的月平均表層水溫預報。1980年12月國家海洋局北海分局北海海洋預報中心開始發布黃海旬平均表層水溫試報和預報。1983年5月原水文預報協作組正式將渤、黃、東海近海表（底）層溫鹽預報，移交給國家海洋環境預報中心，經過技術調整後，分別由北海海洋預報中心和上海海洋預報中心承擔。為了保證預報服務的及時性，從1983年2月起，國家海洋環境預報中心以無線傳真方式，同時用三個頻率向國內外廣大用戶發布了東海及其外緣海域的月平均海面水溫預報圖和月平均海面水溫距平預報圖。從1986年起國家海洋環境預報中心發布每旬一次的中國近海及西北太平洋海域的旬平均海溫預報和旬實況分析。此後隨著海洋經濟發展的需要又相繼開展了沿海城市單站日平均海水溫度預報和沿海海水浴場水溫預報。

水溫預報方法

國家海洋環境預報中心自1986年7月起，把過去所開展的中國近海及其外緣海域表層月平均海溫預報改為旬平均海溫預報業務，並通過中央電視台和中央人民廣播電台向全國發布。青島、上海海洋環境預報區台也通過當地的廣播電台發布所分擔的渤、黃海海域和東海海域的旬平均海溫預報，及時提供給當地用戶使用。海溫預報方法近年來也日臻完善，其方法可概括地分為三類：

經驗預報方法

根據海溫自身變動的持續性、周期性、相似性以及與其它要素的相關性，來做出定性或定量預報。特別是由於海溫變動具有很大的保守性，因此以持續性為基礎並考慮到其突變性的經驗預報方法多為人們所採用。國家海洋環境預報中心宋學家等提出了一種簡便易行的海溫經驗預報公式，該公式主要含有預報旬的多年平均項、當旬準距平項、趨勢變動項、急劇變動項等。利用此公式可預報一個水文特徵相同的海溫場，而且預報準確率較高，也可以預報個別站點。一般情況下中國近海的沿岸冷水、黃海冷暖水、台灣暖水等強弱的經驗預報是可能的，而因天氣的劇變，如寒潮、颱風等引起的海況急變的預測則比較困難。因此高精度的短、中、長期海洋氣象預報對於海溫預報是不可缺少的。套用該經驗預報方法製作中國近海及其外緣海域旬平均表層溫度預報，其精度一般在0.7℃（均絕差）左右。

統計預報方法

機率統計方法被引用到水文氣象預報中來，至今已有50餘年。到60年代後期，統計預報己成為要素預報的重要手段，尤其是70年代以後“模式輸出統計預報”在預報業務中使用以來，使統計預報出現了新的局面。現在水文、天氣預報的機率統計方法已形成為一個獨立的分支，它已成為自動化預報系統中不可缺少的組成部分，是使海溫預報走向客觀化、定量化的有效手段之一。

海水運動的規律是不確定的，是隨機的。即使觀測資料足夠多，也不可能把海洋運動規律完全描寫出來，因而必須套用機率論、數理統計的方法預報未來海水溫度變化的可能性，這就是機率統計海溫預報，簡稱為統計預報。

就目前使用的統計方法來看，套用最廣的有多元分析中的一些方法，如回歸分析、判別分析、聚類分析、主成份分析、相似分析等。時間序列分析方法如方差分析、諧波分析、平穩外推和馬爾可夫鏈等也已廣泛套用。近年來多元時間序列分析和交叉譜、時空譜、最大嫡譜等方法也取得一定成效，同時對非平穩隨機時間序列統計方法提出了新的論證。

由於機率統計方法是分析、研究海溫隨機過程的一種重要手段，所以從國內外的海溫分析與預報的情況可以看出，採用統計方法來進行海溫分析和預報均占有相當大的比例，有80%屬於統計預報方法。可見統計預報方法是海溫預報中不可缺少的主要方法之一。同時，通過對海溫演變統計規律的了解，可以進一步加深對海洋動力學、熱力學規律的認識，從而促進數值預報和統計學方法的發展。當前，人們對海洋演變的動力學規律了解得還很有限，而且國防和國民經濟建設所需要的海洋預報內容又如此繁多、複雜，在要求時效長、精度高的情況下，對許多複雜的海洋現象的局地海洋預報和中長期海洋預報，還主要靠統計方法來製作。尤其是海洋水文預報服務的手段正在走向自動化。因此，研究和發展統計預報方法，具有很大的現實意義和深遠影響。

必須指出，統計預報需與海洋動力學相結合。只有這樣，才能將機率統計方法正確地運用到海洋預報這個具體領域中去，使統計預報具有豐富的海洋學意義、物理內容和堅實的理論基礎，才能提高海洋預報的準確度。因而，必須力求使預報因子的選取和統計方程的建立有比較明確的物理基礎。

數值預報方法

在“七五”期間，中國海洋界開始投入較大的人力和物力進行海溫數值預報方法的開發研究。國家海洋環境預報中心和青島海洋大學分別提出的距平模式和混合層模式，填補了中國海溫數值預報方法的空白。

套用距平模式做1972-1975年逐月的月預報試驗（海域為115°一142°E，180°一380°N），模式運轉是穩定的，在冬春季節模式預報結果明顯優於慣性預報效果（相關係數提高約10%，預報均方誤差絕大多數小於1.0℃）。並且從1989年5月下旬起進行實時旬預報試驗（海域同上），其運行也是穩定的，效果平均接近於慣性預報水平。

混合層模式中不但考慮了海流輸送對熱平衡的貢獻，而且考慮了在強烈海洋天氣擾動下的海洋上混合層的物理變化過程。同距平模式的旬、月預報時間尺度相比，該模式屬短期預報模式（3-5d）。從1989年4月開始該模式直接與氣象預報模式連線並進行了3個月的連續試預報，其結果為：實測樣本個數為50個，均絕差小於1.2℃，相關係數大於0.85。

上述兩個數值預報模式現在正處於試驗和提高階段，其預報效果還不甚理想，但作為中國的海溫數值預報的第一代模式其框架已經基本建立。