海表温度(Sea Surface Temperature，SST)是指示海气相互作用和全球气候系统状态变化的一个重要物理参数。一方面，大气状态的变化会改变SST，进一步影响到海洋内部状态；另一方面，细微的SST变化也会对大气系统产生一定程度的影响。因此，不同时空尺度的SST变化及其气候效应受到了国内外学者的广泛关注(黄荣辉等，1996；傅云飞和黄荣辉，1997；陈永利等，2000；毛江玉等，2000；李崇银和咸鹏，2003；Hu and Kawamura， 2004；Lu and Dong， 2005；Sun et al., 2005； 莫嘉琪等，2006；周波涛和王会军，2006；陈海英等，2007；Price et a l.，2008；Wang and Zhao， 2008；邓伟涛等，2009；Chen et al., 2010；杨元建等， 2010，2012；应明和万日金，2011；赵巧莲等，2011)。SST日变化作为海气系统中最基本的变化模态之一，也受到学者们的重视(Yang and Slingo， 2001；Ward，2006)。研究表明SST日变化不仅会对海气通量交换、区域天气状况和大气环境产生影响，甚至还可以影响到长时间尺度的大气过程，这些在热带和副热带地区尤为突出(Li et al., 2001；Clayson and Chen， 2002；Slingo et al., 2003；Cui and Li， 2012)。数值模拟试验中SST日变化的影响也不容忽视(Bernie et al., 2005)。最近的研究表明，在使用卫星遥感反演其它大气参数时，同样也需要慎重考虑SST日变化的作用，因为SST日变化会改变大气的辐射背景，而辐射背景的变化会影响到其他参数的反演(Embury et al., 2012)。

近年来，SST日变化的相关研究主要集中在热带和副热带地区，研究表明在上述地区的SST日变化较为显著，并且存在明显的区域特征(Sakaida et al., 2000；Kawai and Kawamura， 2005；Pimentel et al., 2008)。大量的观测研究和模拟结果表明，在热带和副热带大部分海域SST日最小值主要出现在04:00(当地时间，下同)至07:0 0，日最大值主要出现在13:00至16:00(Price et al., 1986；Kennedy et al., 2007；Gille，2012)。而臧楠(2005)通过分析季风前后南海SST日变化特征，指出季风爆发前SST表现出规则的日变化形式，即SST日最小值出现在07:00至09:00，最大值出现在15:00至18:00；季风爆发后，SST日变化曲线十分不规则。此外，一些研究发现SST日振幅一般在0.1～3.5 °C；在晴空海表风速(Sea Surface Wind speed，SSW)很小的理想环境下，个别海域的SST日振幅甚至超过6 °C。SST日振幅会随纬度和季节变化，且因观测的海水深度和观测时间不同 而存在差异(Weitlich，2005；Shenoi et al., 2009；Marullo et al., 2010)。林鹏飞等(2012)利用数值模式模拟了东太平洋冷舌区SST的日变化特征，指出该区域SST日变化主要受太阳辐射和垂直混合的影响，SST日振幅为0.3～0.4 °C。研究发现在西太平洋沿岸和南海海域SST日振幅可达1.5 °C以上，且受风速影响显著(Tanahashi et al., 2003；滕伟成，2011)。在日本东京湾及沿岸海域也可以观察到明显SST日变化，这些海域SST日振幅易受到黑潮的影响，SST日振幅最大可达5.5 °C(Sakaida et al., 2000；Oda and K and a， 2009)。研究表明SST日变化的主要原因是太阳辐射，原理上讲白天的强太阳辐射使得海洋上层吸收了大量热量，SST升高；而到夜间，失去了太阳辐射加热的海洋向大气释放热量，SST降低。在此基础上，SST日变化还会受到SSW、云、降水和海洋内部的动力过程以及生物过程的影响，因此SST日变化表现形式和区域特征等变得更加复杂(Kahru et al., 1993；Clayson and Weitlich， 2007)。研究表明，SSW对SST日变化的影响极为显著；极大的SSW甚至会导致SST日变化现象消失(Webster et al., 1996；Gentemann et al., 2003；Li，2011)。

综上所述，国内外学者已对SST日变化及其 影响因素进行了较为深入的探讨，并得到了很多有意义的成果。但是，由于在广阔的洋面，同步的SST和SSW资料甚少，上述研究结果还有待新的观测资料来证实。因此，SST日变化与SSW变化的关系也亟待重新认识。鉴于此，本文以全球热带地区为研究区域，利用热带测雨卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission，简称TRMM)搭载的微波成像仪(TRMM Microwave Imager，简称TMI)探测结果，依据王雨等(2011)提出的反演算法，在TMI探测像元上同步反演计算得到的SST和SSW资料，分析了1998～2007年热带地区非降水条件下SST日变化特征，并探讨了其与SSW变化的关系。

TRMM是由美国国家宇航局(National Aeronautical and Space Administration)和日本国家空间发展署(National Space Development Agency)于1997年11月28日联合发射的热带测雨卫星。该卫星搭载了测量热带和副热带地区降雨的测 雨雷达，同时搭载了微波成像仪TMI及其他仪 器。TRMM卫星属于非太阳同步卫星，轨道高度约为350 km(2001年8月7日升轨后改为402.5 km)，重量为3620 kg，轨道倾角约为35°，飞行速度为7.3 km/s，运行周期为91.3 min，每天在38°S～38°N间的探测范围内约运行15.7轨(Kummerow et al., 1998)。TMI是一个多通道/双极化被动微波辐射仪，扫描宽度为758.5 km(2001年8月7日升轨后改为878 km)，天顶角约为52.8°，以锥形模式进行扫 描，因此视场为椭圆形。TMI有5个中心频率，分别为10.65、19.35、21.3、37.0、85.5 GHz的观测频段，各频段的水平分辨率均不相同。除21.3 GHz的频段只有垂直线性极化通道外，其他的4个频段均为双线性极化通道。

本文用到的SST和SSW资料是基于TMI 标准亮温资料(TMI 1B11)，使用一种适用于非降水条件下的物理反演与统计反演相结合的反演算法，计算得到的数据产品。其中SSW为海表 10 m高处的风速。该反演算法以辐射传输模式为基础，选择了5个分别反应水汽、云水、云温、SST和SSW的微波通道，从而有效避开其它环境参数的影响，通过一系列的数值模拟计算，最后得到了SST、SSW等5个参数的反演算式。反演的SST、SSW等其他参数均与实测资料进行了对比和验证，所得结果表明反演结果具有很高的准确性(Wang et al., 2009；王雨等，2011)。该微波反演算法能有效地克服红外反演SST和SSW易受云等大气要素干扰的问题。

本文研究范围为热带地区(22°S～22°N，0～360°)，时间长度为10年(1998年1月1日至2007年12月31日)。为了便于统计和作图，我们对10年逐日逐轨道的TMI SST和TMI SSW资料进行格点化处理，得到1°(纬度)×1°(经度)格点内的SST及其同步的SSW数值、相应探测时次(已转化为地方时间)等信息；在此基础上，统计各探测时次的SST和SSW气候平均态，从而得到逐小时的SST和SSW资料。需要指出的是微波反演方法易受到海面粗糙度的影响，当SSW(U)大于12 m/s时，SST反演结果存在不确定性，故本文的研究仅针对U在0～12 m/s的海况。此外，分析时将TMI探测的各像元时间换算为地方时间，并将一天24 h分为24个时段。为了便于描述，将一天24 h内SST的最大值定义为SST日最大值(T_max)，最小值定义为SST日最小值(T_min)。SST日绝对振幅(ΔT)指示了一天内SST变化的幅度，其定义为日最大值和日最小值之间的差异，即

相对日变化振幅是一种以百分比表示的标准化振幅，可以减小日变化振幅中气候差异的影响(毛江玉和吴国雄，2012)。因此，本文将SST相对日变化振幅定义为SST日最大值与日平均值之差，即

其中，ΔT_R表示SST日相对振幅，T_mean表示SST日均值。

同时，我们基于反演所得的SSW资料，还计算了风应力绝对值，计算公式如下：

其中，ρ_a表示空气密度ρ_a=1.26 kg/m³，C_D是拖拽系数C_D=C=(0.73+0.069U)×10⁻³(Garratt，1977)。

此外，本文使用的海表净热通量资料是由美国伍兹霍尔海洋研究所提供的OAFLUX逐月资料，时间长度为1998年1月至2007年12月，水平分辨率为1°(纬度)×1°(经度)。混合层深度资料是由美国国家海洋资料中心(NOAA NODC)提供的1～12月的气候月平均资料，水平分辨率为0.5°(纬度)×0.5°(经度)。

为了更加清晰直观地分析非降水条件下热带地区SSW与SST日变化的关系，我们首先统计了热带地区10年SSW的概率密度分布(图 1)。由图 1可知，当U为7.4 m/s时，概率密度基本达到峰 值。在±0.5σ(σ代表标准差)范围(5.7～9.1 m/s)的U所占比例达到整体的64.8%。因此，我们将热带地区SSW划分为3个区间：0 m/s≤SSW＜5.7 m/s(U1)、5.7 m/s≤SSW＜9.1 m/s(U2)、9.1 m/s≤ SSW≤12.1 m/s(U3) ，其中U2代表热带地区SSW的基本状况，U1和U3则分别代表小SSW和大SSW的情况。以下将研究这3种SSW情况下的SST日变化特征。

图 1

Fig. 1

图 1 1998～2007 年热带地区SSW 概率密度分布 Fig. 1 Distributions of SSW(Sea Surface Wind speed)in the tropic from 1998 to 2007

在进行具体的统计分析之前，我们首先给出了上述3个SSW范围内的TMI 10年探测的样本分布(图 2)。由图 2可知，在U2范围内，热带大部分地区格点内的样本数均在10⁵以上，只有西太平洋和印度洋暖池区域格点内的样本数相对较低，但数量也有4×10⁴～10⁵；在U1和U3范围内，格点样本数约在4×10⁴～8×10⁴。上述众多的样本数表明本文研究结果是基于大样本背景的分析，因此研究结果具有统计学上的可靠性。

图 2

Fig. 2

图 2 1998～2007 年热带地区不同SSW 范围内样本数分布：(a)U1；(b)U2；(c)U3 Fig. 2 Distributions of SST pixels in each grid in the tropic under different SSW ranges from 1998 to 2007:(a)U1;(b)U2;(c)U3

在进行热带地区SST日变化分析之前，对该地区SST水平空间分布特征了解是很有必要的。图 3给出了1998～2007年热带地区3种SSW情况下SST均值分布。从图 3中可见，虽然不同SSW范围内的SST均值分布存在差异，但是均能从这些分布上看到热带地区SST的基本水平分布特点：随着纬度的升高SST呈现递减趋势；在经向上SST分布也存在很大的差异，SST高值区(＞28.0 °C)主要出现在赤道印度洋和西太平洋，约在60°E～180°；此外，冷(暖)海流对SST分布的影响也可以观察到，如在秘鲁寒流和安哥拉寒流经过的区域存在SST低值区，赤道东太平洋5°S～5°N存在明显的冷舌区(Gentemann et al., 2004)。图 3也初步表现出了热带地区SSW变化对SST分布产生的一定程度影响，如在风速小的情况下(图 3a)，印度洋和西太平洋15°S～15°N之间存在更大范围的暖水区，赤道东太平洋北部沿岸海域和大西洋海域SST明显增大了2 °C左右；而在风速大的情况下(图 3c)，印度洋和西太平洋海域暖水区面积也有所扩大，同时在东太平洋的冷舌面积则减小，秘鲁寒流和本格拉寒流区域冷水面积也明显减小。

图 3

Fig. 3

图 3 1998～2007 年热带地区不同SSW 范围内SST 均值分布：(a)U1；(b)U2；(c)U3Fig. 3 Distributions of the main SST in each grid in the tropic under different SSW ranges from 1998 to 2007:(a)U1;(b)U2;(c)U3

为具体了解热带地区平均SST与SSW之间关系，我们将0～12 m/s SSW细化为12段，得到了热带地区SST均值与SSW的散点图和相应拟合曲线(如图 4所示)。由图 4可看出，拟合曲线基本表征了平均SST和SSW之间的变化关系，二者相关系数可达0.98，且通过置信度99.9%的检验。SST(T)与SSW(U)之间的关系可表达为下式：

图 4表明在0～7 m/s风速的范围内，SST均值随着风速均值的增大而减小；当风速均值增加至7 m/s之后，SST均值随着风速均值增大而增大。由此可见SSW对SST具有非线性的作用。

图 4

Fig. 4

图 4 热带地区平均SST 与SSW 均值的散点图和拟合曲线 Fig. 4 Scattering plots of the mean SST against SSW in the tropic overlapped with the fitted curve

图 5和图 6所示为热带地区不同SSW范围内SST日最大值和日最小值出现时间分布。从图 5中可看到，SST日最大值多集中在17:00至19:00出现，并且SSW变化对SST日最大值出现时间存在明显影响。在U1情况下(如图 5a)，大部分区域的SST日最大值出现时间均明显提前，多集中在15:00至19:00；在U2情况下(如图 5b)，SST日最大值出现时间较为集中，均在午后的17:00至19:00；在U3情况下(如图 5c)，SST日最大值仍主要在17:00至19:00出现，但在 印度洋、太平洋和大西洋东部沿岸海域日最大值出现时间则有所提前，特别是在赤道南太平洋东部秘鲁沿岸海域和南大西洋东部的大部分沿岸海域，SST日最大值出现时间主要集中在11:00至14:00。由图 6可以看出，在不同SSW范围内SST日最小值出现时间均十分集中，大部分区域都在03:00至06:00，但水平分布上仍存在些许差异，如：在U1情况下(如图 6a)，SST日最小值出现时间分布显得相对杂乱，小部分区域存在略微的提前或滞后；在U3情况下(如图 6c)，阿拉伯海、孟加拉湾、太平洋东部沿岸和大西洋东部沿岸海域SST日最小值出现时间均提前至01:00至03:00。

图 5

Fig. 5

图 5 1998～2007 年热带地区不同SSW 范围内SST 日最大值出现时间分布：(a)U1；(b)U2；(c)U3Fig. 5 Appearance time of the maximum values of SST in the tropic under different SSW ranges from 1998 to 2007:(a)U1;(b)U2;(c)U3

图 6

Fig. 6

图 6 1998～2007 年热带地区不同SSW 范围内SST 日最小值出现时间分布：(a)U1；(b)U2；(c)U3 Fig. 6 Appearance time of the minimum values of SST in the tropic under different SSW ranges from 1998 to 2007:(a)U1;(b)U2;(c)U3

为细致了解不同SSW范围内SST日最大值和日最小值出现时间的分布特点，我们分别给出了二者相应的SST概率密度分布(图 7)。如图 7a所示，在U1情况下，93.9%格点的SST日最大值出现在15:00至19:00，但概率密度分布较宽(13:00至19:00)；在U2情况下，共有97.14%的格点SST日最大值出现时间集中在17:00至19:00，19:00达到概率密度分布峰值(57.06%)。这个结果和在整个SSW范围内(U4，0～12 m/s)计算得到的概率密度分布基本重合，这再次表明U2下的状态可代表热带地区基本状况。在U3情况下，SST日最大值出现时间在17:00至19:00之间的格点占70.81%，概率密度曲线表现出双峰形式，SST日最大值出现时间的第一峰值出现在15:00(为7.12%)，其第二个峰值仍出现在19:00(为42.67%)。从图 7b可明显看出，在不同SSW范围内日SST最小值出现时间概率密度均集中在03:00至06:00，但分布离散程度上存在差异：在U2情况下，有97. 95%的格点SST日最小值出现在03:00至06:00，SST日最小值出 现时间概率密度在04:00达到峰值(68.78%)；与U2相比，在U1和U3情况下，SST日最小值出现时间概率密度分布表现的较为离散，特别是在U3范围内。通过以上分析，可以明显看出SSW的变化会对SST日最大值、日最小值出现时间产生影响，且在不同的区域表现出一定的差别。

图 7

Fig. 7

图 7 热带地区不同SSW 范围内SST(a)日最大值和(b)日最小值出现时间的概率密度分布Fig. 7 Dstributions of the appearance time of the(a)maximum and (b)minimum values of SST in the tropic under different SSW ranges from 1998 to 2007

为了解SSW变化对SST日变化影响的程度，图 8给出了热带地区不同风速范围内SST日绝对振幅分布情况。总体上看，大部分海域呈现出SST日绝对振幅随着SSW增大而减小的特点。图 8a表明，在U1情况下，大部分海域SST日绝对振幅基本在2.8 °C以上，特别是在南印度洋海域、太平洋中部和东部海域以及大西洋海域的SST日绝对振幅甚至达到3.8 °C。在U2情况下(如图 8b)，SST日绝对振幅一般在2.4～2.8 °C，在5°S～5°N以外的印度洋、赤道以北的中东太平洋和北大西洋海域均达到2.6 °C以上。但在一些沿岸海域SST日绝对振 幅相对较低，例如东南亚大陆沿岸、东太平洋沿岸和大西洋东部安哥拉沿岸等。在U3情况下(如图 8c)，大部分海域SST日变化绝对振幅为1.9～2.2 °C，在中太平洋北部、赤道东太平洋以南和大西洋的部分海域SST日绝对振幅则仍保持相对较大的值(大于2.5 °C)。特别是在赤道东太平洋冷舌区、秘鲁沿岸海域及安哥拉沿岸海域，可明显看到SST日变化绝对振幅甚至比U2下的情况大。图 8充分揭示SSW变化会影响SST日绝对振幅大小的事实，但是其影响的程度大小具有明显的区域差异。

图 8

Fig. 8

图 8 1998～2007 年热带地区不同SSW 范围内SST 日绝对振幅分布：(a)U1；(b)U2；(c)U3Fig. 8 Diurnal SST absolute amplitude in the tropic under different SSW ranges from 1998 to 2007:(a)U1;(b)U2;(c)U3

基于上述工作，我们进一步逐格点计算了其他两个SSW范围内(U1和U3)SST日绝对振幅与U2情况下SST日绝对振幅间的差值(图 9)。图 9a清晰显示了在风速小的情况下，91.4%的区域SST日绝对振幅都显示出明显的正偏差，特别是在南印度洋、赤道东太平洋及以南的海域可达到2℃以上；但是在西太平洋暖 池和东南亚大陆沿岸海域SST日绝对振幅出现了较小的负偏差。在风速大的情况下，约有84.1%的格点SST日绝对振幅差值显示为负值，说明大部分区域SST日绝对振幅均有所减小(如图 9b)。同时从图 9b中还可以看到，在赤道东太平洋及以南的秘鲁沿岸海域、大西洋东部安哥拉沿岸海域的SST日绝对振幅存在显著的正偏差(约为1～3 °C)。由此可见，在不同的海域SSW变化对SST日绝对振幅的影响存在差别。

图 9

Fig. 9

图 9 1998～2007 年热带地区(a)U1和U2、(b)U3和U2 范围内SST 日绝对振幅间差异分布Fig. 9 Diurnal SST absolute amplitude differences between(a)U1 and U2，(b)U3 and U2 in the tropic from 1998 to 2007

图 10给出了热带地区不同SSW范围内SST日相对振幅空间分布，其形态基本与SST日绝对振幅相一致。总的来看，绝大部分海域SST日相对振幅随着SSW增大而减小，这从另一方面再次佐证了极大风速下SST的日振幅变化会减弱甚至消失。图 10a表明，在U1情况下，大部分海域SST日相对振幅基本在7%以上，这对于SST的日变化现象来说已是相当显著的。并且在南印度洋、东太平洋以及大西洋海域SST日相对振幅甚至达到12%。在U2情况下(如图 10b)，SST日相对振幅基本维持在5%～7%，在5°S～5°N以外的印度洋、东太平洋和北大西洋海域均可达到7%。但是，在东南亚大陆沿岸海域和西南太平洋部分海域SST日相对振幅则较低。在U3情况下(如图 10c)，SST日相对振幅区域性特征显著。其中，印度洋、西太平洋和赤道大西洋海域SST日相对振幅较小，基本在3%～4%。而在5°S～5°N以外的大西洋、赤道以北的东太平洋SST日相对振幅相对较高(大于6%)，特别是在赤道东太平洋冷舌区、秘鲁沿岸海域及安哥拉沿岸海域，可观察到SST日变化相对振幅甚至超过10%，明显比U2情况下要大。

图 10

Fig. 10

图 10 1998～2007 年热带地区不同SSW 范围内SST 日相对振幅分布：(a)U1；(b)U2；(c)U3Fig. 10 Diurnal SST relative amplitude in the tropic under different SSW ranges from 1998 to 2007:(a)U1;(b)U2;(c)U3

接下来，我们进一步统计得到了热带地区平均SST日绝对振幅与SSW均值的散点图(仍将0～12 m/s SSW细化为12段)。从图 11中可看出，SSW在0～9 m/s的范围内，SST日绝对振幅随着SSW均值的增大而减小；当SSW均值增大至9 m/s之后，SST日绝对振幅随SSW均值的变化不再明显，这和前人的结论相一致(Kawai and Kawamura， 2002；Jeffery et al., 2008)。此外，图 11中拟合得到曲线基本表征了SST日绝对振幅与SSW的关系，可表示为如下函数关系式：

其中，ΔT为SST日绝对振幅均值(单位：°C)，为海表风速均值(单位：m/s)，拟合中各项参数均通过99.0%置信度检验，二者相关系数可达0.997，这表明SST日绝对振幅与SSW存在很好的正弦函数关系。

图 11

Fig. 11

图 11 热带地区SST 日绝对振幅与SSW 均值的散点图和拟合曲线Fig. 11 Scattering plots of the diurnal SST absolute amplitude against SSW in the tropic overlapped with the fitted curve

上述结果表明，热带地区不同SSW范围内的SST日变化特征呈现出明显差异，这在极值出现时间和SST日振幅方面均有所表现，并且受当地大气状况和海洋上层内部环境的影响表现出明显的区域特征(Stuart-Menteth et al., 2003；Bellenger and Duvel， 2009；Filipiak et al., 2010)。热带地区大部分海域SST日绝对振幅都随SSW的增大而减小，各海域减小的幅度显示出一定差异。但是，在西太平洋暖池区域和东太平洋秘鲁沿岸区域SST日绝对振幅随SSW改变呈现出特殊的变化趋势。例如，在风速小的情况下，西太平洋暖池等区域SST日绝对振幅出现异常减小；而在风速大的情况下，东太平洋秘鲁沿岸区域SST日绝对振幅出现异常增大。

为更加具体的认识上述两个区域SST日变化受SSW影响所呈现出的独特变化，我们选取两个典型区域[如图 9中W区(0°～7°N，135°E～145°E)和P区(9°S～2°S，90°W～82°W)]进行分析。图 12给出了不同SSW范围内W区和P区的区域平均SST日变化曲线。由图可看出，在U2情况下，W区和P区SST日变化形式较为相似：SST日最小值均出现在04:00，日最大值均出现19:00；两区域SST日绝对振幅间差异不大，W区为2.45 °C，P区为2.12℃；SST日相对振幅间差异也不大。相比U2，在U1情况下两区域SST均有所增大，日变化极值出现时间基本保持不变；W区SST日绝对振幅减小了0.16 °C，日相对振幅减小了0.7%；P区SST日绝对振幅增大了1.55 °C，日相对振幅增大了4.2%。在U3情况下，两个区域SST日变化形式存在明显差异：W区SST日变化曲线变得平缓，与U2相比SST仍有所增大，S ST日绝对振幅减小了1.0 °C，日相对振幅减小了2.1%；而P区SST日变化曲线波动明显变得剧烈且不规则，SST日最小值出现在4时，日最大值出现在08:00，并且与U2相比SST日绝对振幅增大0.17 °C，日相对振幅减小了3.5%(见表 1)。

表 1(Table 1)

表 1 W区和P区区域平均SST日变化统计值 Table 1 Statistical values of the regional averaged diurnal variation of SST for regions W and P 风速 范围 研究 区域 最小值出 现时间 最大值出 现时间 最小值 /°C 最大值 /°C 绝对振 幅/°C 相对 振幅 日平均 值/°C U1 U1 W 04:00 18:00 28.60 30.89 2.29 3.6% 29.83 P 04:00 19:00 21.33 24.99 3.67 9.1% 22.91 U2 U2 W 04:00 19:00 27.87 30.32 2.45 4.3% 29.06 P 04:00 19:00 20.62 22.74 2.12 4.9% 21.69 U3 U3 W 05:00 17:00 29.07 30.52 1.45 2.2% 29.87 P 03:00 08:00 20.62 22.74 2.29 1.4% 22.43

表 1 W区和P区区域平均SST日变化统计值 Table 1 Statistical values of the regional averaged diurnal variation of SST for regions W and P

图 12

Fig. 12

图 12 两个典型区域不同SSW 范围内的SST 日变化：(a)W 区；(b)P 区Fig. 12 Diurnal variation of SST for regions(a)W and (b)P under different SSW ranges

由上述可见，西太平洋暖池区域和东太平洋秘鲁沿岸区域不同SSW范围内呈现出特殊的SST日变化特征。进一步分析发现在风速小的情况下，暖池区域SST日最大值仅略微增大了0.5～0.6 °C(如图 13a)。这可能是由于该区域SST常年维持高值且混合层相对较深，在白天一定范围内(0～9.1 m/s)的风速变化并不能对SST日变化产生显著影响，太阳辐射加热作用仍占主导地位。在风速小的情况下，暖池区域SST日最小值显著增大了0.7～0.8 °C(如图 13c)。这是由于到了夜间，太阳辐射为0，SSW的混合冷却作用相对变的显著，SSW增大会导致表层热量被迅速输送到更深层(Price et al., 1978；Clayson and Weitlich， 2005；Kawai and Wada， 2007)。 从而就出现了暖池区域在风速小的情况下SST日绝对振幅出现异常减小的情况(图 13e)。秘鲁沿岸区域在风速大的情况下SST日绝对振幅出现异常增大(图 13f)，这主要是SST日最小值出现了显著减小导致的(如图 13d)。因为，在夜间大的SSW会导致秘鲁寒流上升增强，底部更多冷的海水向上翻升至表层，同时伴随着剧烈的混合冷却作用，使得SST日最小值显著减小，甚至会下降0.5～1 °C。

图 13

Fig. 13

图 13 两个典型区域W 区(左列)和P 区(右列)不同SSW 范围内(a，b)SST 日最大值、(c，d)SST 日最小值和(e，f)日绝对振幅差异分布： (a、c、e)U1和U2 范围内各变量之差(U1－U2)：(b、d、f)U2和U3 范围内各变量之差(U3－U2)Fig .13(a，b)The minimum SST value，(c，d)the maximum SST value， and (e，f)the absolute amplitude of SST differences between(a，c，e)U1 and U2，(b， d，f)U2 and U3 for regions W(left column) and P(right column)

前人研究指出SST的变化是一维热平衡的结果，SST主要受海表净热通量、海洋水平和垂直平流、扩散等影响(Price et al., 1986)。一般来说，引起局地SST变化的原因主要包括海表净热通量、水平平流、垂直混合等(梁卫等，2009；刘珊，2011)。据此，为探寻西太平洋暖池区域和东太平洋秘鲁沿岸海域的SST日变化随SSW改变呈现出特殊变化的原因，我们就两个特殊区域中影响SST变化的物理过程中的相关物理量做进一步分析。图 14a和14b给出的是两个典型区域净热通量均值分布。在W区海表净热通量维持在40～55 W/m²，而在P区海表净热通量维持在100～160 W/m²，远大于W区。可见，在秘鲁沿岸海域海表净热通量对SST变化中的贡献作用要大于西太平洋暖池区域。图 14c和14d为两个典型区域风应力绝对值平均分布。由图可知，W区的风应力绝对值为0.04～0.06 N/m²，比P区的风应力绝对值小(0.06～0.09 N/m²)。秘鲁沿岸海域盛行东南信风，导致相应出现显著的水平平流，大量表层海水向西偏离，进而引起了上升流的出现，这对该区的SST变化有着显著影响。图 14e和图 14f给出了两个典型区域混合层深度均值分布情况。我们很明显地发现W区的混合层深度为40～55 m，较P区(15～35 m)要大。因此，在西太平洋暖池区域混合层深度对SST变化中的贡献作用要大于秘鲁沿岸海域，而且秘鲁沿岸海域较浅的混合层也使得净热通量变化对该区SST的影响更加显著。综上所述，在西太平洋暖池区域和秘鲁寒流区域影响SST变化的主要物理过程存在明显差异。一般情况下，在西太平洋暖池区域净热通量变化和垂直混合作用对该区SST的变化贡献较大(孙即霖等，1993)。而在东太平洋秘鲁寒流区域净热通量变化和水平平流则对该区SST的变化贡献较大，并且该区域净热通量的贡献作用要远大于西太平洋暖池区域情况。如上所述，正是因为不同的大气海洋环境背景才造就了风速对SST的日变化影响程度不一，并呈现区域性差异。

图 14

Fig. 14

图 14 1998～2007 年两个典型区域W 区(左列)和P 区(右列)(a，b)净热通量、(c、d)风应力绝对值和(e、f)混合层深度均值分布Fig. 14 Distributions of(a，b)surface net heat flux，(c，d)absolute value of wind stress， and (e，f)mixed layer depth in each grid for regions W(left column) and P(right column)from 1998 to 2007

热带地区SST日变化在海气系统中扮演的角色尤为重要，因而日益受到国内外学者的关注。由于受探测技术所限，以往研究多集中在小范围的海域，对整个热带区域SST日变化具体特征在观测事实上缺乏系统的认识。本文基于反演所得的SST及同步的SSW资料，系统深入地研究了非降水条件下的热带地区SSW变化对SST日变化的影响。主要结论如下：

热带地区不同SSW情况下SST日变化极值出现时间存在明显差异。总的来看，SST日最小值出现时间主要集中在03:00至06:00，日最大值出现时间主要集中在17:00至19:00。在风速小的情况下(0～5.7 m/s)，SST日最小值出现时间分布较为离散，在02:00至07:00；日最大值出现时间有所提前，主要集中在15:00至19:00。在风速增大的情况下(9.1～12 m/s)，SST日最小值出现时间和最大值出现时间均表现出显著的区域性。SST日最小值出现时间集中在01:00至06:00，日最大值出现时间仍主 要集中在17:00至19:00。从概率密度分布可看出，SSW变化对SST日最大值出现时间影响更为显著。热带地区SST日绝对振幅主要集中在1.9～3.4 °C，其空间分布特征的区域性差异明显。总的来看，SST日绝对振幅基本随SSW增大而减小，当SSW增大至9 m/s之后，SST日绝对振幅随SSW的变化不在明显；拟合结果表明二者符合特定的正弦函数关系。SST日相对振幅基本在5%～7%，这表明热带地区SST的日变化现象已是相当显著；其分布特征基本与日绝对振幅相一致，并且更加清晰地突显了SSW对SST日振幅的影响。值得一提的是，在西太平洋暖池区域和东太平洋秘鲁寒流区域的SST日绝对振幅随SSW改变表现出特殊变化特征，这主要是两个海域的SST除了受SSW变化影响，还受到了各自不同的大气—海洋背景场的调制作用。

基于对热带地区不同SSW范围内SST日变化的具体分析，揭示了热带地区SST日变化基本特征，结果表明该地区SST日变化特征显著，并且与SSW密切相关。这些工作为下一步研究海表感热和潜热日变化打下了基础。需要指出的是，本文所讨论的SSW与SST日变化特征关系仅限于非降水条件下，并且在实际的海气相互作用过程中，影响SST日变化的因素也是繁多而复杂。因而，在今后我们需要就这些工作做更加深入地探究，以便进一步全面地理解SST日变化过程及其机制。