[科普中国]-海水温度预报

海水温度预报，对海水温度场、特别是对表层水温作出随时间变化的预测。预报方法有三种：一是统计法，通过相关分析筛选出一些海温场有效影响因子，运用数理统计学的方法进行预报。二是数值法，通过动力学和热学方程建立起预报模式，按给定的初始条件和边界条件进行数值解后作出预报。三是经验预报方法，根据海温自身变动的持续性、周期性、相似性以及与其它要素的相关性，来做出定性或定量预报。

国外水温预报概况海洋热学是海洋研究中的一个重要方面。因为海洋中密度的变化主要受制于温度的变化，所以要了解海洋中的动力场，温度场是个先决条件。要了解海洋中密度的垂直分布，以有效地使用潜艇和其他水下兵器，也必须首先知道海洋中温度的垂直分布。不仅如此，渔场的分布、渔汛期的确定等，主要与海水中温度的分布和变化有关。所以海洋环境要素中海水温度状况对海洋渔业资源开发、海洋水声工程建设和海一气相互作用研究，具有十分重要的意义。1

海水温度分析预报的情报服务始于40年代。二次世界大战期间由于反潜战争的需要，不少海洋国家开展了海面和次表层（深层）海水温度的分析研究工作。50年代末国际物理年期间，开展起来的多昼夜连续观测和60年代以来发展的海洋天气船连续观测，以及70年代兴起的卫星遥感和航空遥感技术、深水探测技术等，大大促进了远海和大洋水域海水温度分析和预报方法研究的迅速发展。

目前世界上已有10多个国家开展了海水温度分析和预报方面的服务，其中以美、苏、日三国公开提供的海水温度分析和预报产品为最多。美国从事海水温度分析和预报的单位有国家海洋大气局（NOAA）所属的国家天气局（NWS）、国家海洋渔业局（NMFS）。美国海洋预报服务机构公开提供的海洋环境学产品约50项，其中加多项为海面水温和次表层水温的分析和预报。前苏联主要负责海水温度分析和预报的单位有；苏联水文气象中心，负责全球各大洋（含南极海域）和黑海、亚速海及里海；远东水文气象科学研究所，负责太平洋及其临近海域；水文气象与自然环境勘察加区管理局，负责远东的白令海和鄂霍次克海。苏联水文气象服务机构公开提供的海洋环境学产品约加项，其中12项为海面、次表层和底层水温分析及预报。日本从事海水温度分析和预报的单位主要有；日本气象厅海洋部及其下属台站，负责西太平洋的南、北半球洋区；日本海上保安厅水陆部，负责西太平洋；日本渔业情报服务中心负责西北太平洋、日本海、东中国海以及日本东部和西南沿海。前两者侧重于海面和次表层（loom和Zoom层）海水温度状况分析，后者侧重于海面温度状况和渔况的分析和情报。日本海洋预报服务机构提供的海洋环境预报产品共19项，其中12项为海面和次表层水温分析。1

国内海水温度预报概况我国的海水温度预报研究工作始于60年代初。1960年山东海洋学院与山东海洋水产研究所及烟台气象台合作，对烟台近海单站水温预报方法进行了探索。1976年水文预报协作组（由山东海洋学院、东海水产研究所、黄海水产研究所和山东省海洋水产研究所组成）开展了渤、黄、东海近海表（底）层水温预报方法的研究，并于1976年10月开始发布黄、东海近海春季，渤海秋季和东海近海秋季的每月1日和15日的日平均海水温度预报。与此同时，国家海洋局海洋环境预报中心进行了表层海水温度场预报方法的研究，并于1977年7月和10月正式发布每月一次的东海及外缘海域月平均表层海水温度试报和预报，以及每三个月一次的季度展望预报。此后，又相继增加了东海区加密网格的月平均表层海水温度预报和南海东北部的月平均表层水温预报。1980年12月国家海洋局北海分局北海海洋预报中心开始发布黄海旬平均表层水温试报和预报。1983年5月原水文预报协作组正式将渤、黄、东海近海表（底）层温盐预报，移交给国家海洋环境预报中心，经过技术调整后，分别由北海海洋预报中心和上海海洋预报中心承担。为了保证预报服务的及时性，从1983年2月起，国家海洋环境预报中心以无线传真方式，同时用三个频率向国内外广大用户发布了东海及其外缘海域的月平均海面水温预报图和月平均海面水温距平预报图。从1986年起国家海洋环境预报中心发布每旬一次的中国近海及西北太平洋海域的旬平均海温预报和旬实况分析。此后随着海洋经济发展的需要又相继开展了沿海城市单站日平均海水温度预报和沿海海水浴场水温预报。2

海温预报方法国家海洋环境预报中心自1986年7月起，把过去所开展的中国近海及其外缘海域表层月平均海温预报改为旬平均海温预报业务，并通过中央电视台和中央人民广播电台向全国发布。青岛、上海海洋环境预报区台也通过当地的广播电台发布所分担的渤、黄海海域和东海海域的旬平均海温预报，及时提供给当地用户使用。海温预报方法近年来也日臻完善，其方法可概括地分为三类：

经验预报方法根据海温自身变动的持续性、周期性、相似性以及与其它要素的相关性，来做出定性或定量预报。特别是由于海温变动具有很大的保守性，因此以持续性为基础并考虑到其突变性的经验预报方法多为人们所采用。国家海洋环境预报中心宋学家等提出了一种简便易行的海温经验预报公式，该公式主要含有预报旬的多年平均项、当旬准距平项、趋势变动项、急剧变动项等。利用此公式可预报一个水文特征相同的海温场，而且预报准确率较高，也可以预报个别站点。一般情况下中国近海的沿岸冷水、黄海冷暖水、台湾暖水等强弱的经验预报是可能的，而因天气的剧变，如寒潮、台风等引起的海况急变的预测则比较困难。因此高精度的短、中、长期海洋气象预报对于海温预报是不可缺少的。应用该经验预报方法制作中国近海及其外缘海域旬平均表层温度预报，其精度一般在0.7℃（均绝差）左右。3

统计预报方法概率统计方法被引用到水文气象预报中来，至今已有50余年。到60年代后期，统计预报己成为要素预报的重要手段，尤其是70年代以后“模式输出统计预报”在预报业务中使用以来，使统计预报出现了新的局面。现在水文、天气预报的概率统计方法已形成为一个独立的分支，它已成为自动化预报系统中不可缺少的组成部分，是使海温预报走向客观化、定量化的有效手段之一。

海水运动的规律是不确定的，是随机的。即使观测资料足够多，也不可能把海洋运动规律完全描写出来，因而必须应用概率论、数理统计的方法预报未来海水温度变化的可能性，这就是概率统计海温预报，简称为统计预报。

就目前使用的统计方法来看，应用最广的有多元分析中的一些方法，如回归分析、判别分析、聚类分析、主成份分析、相似分析等。时间序列分析方法如方差分析、谐波分析、平稳外推和马尔可夫链等也已广泛应用。近年来多元时间序列分析和交叉谱、时空谱、最大嫡谱等方法也取得一定成效，同时对非平稳随机时间序列统计方法提出了新的论证。

由于概率统计方法是分析、研究海温随机过程的一种重要手段，所以从国内外的海温分析与预报的情况可以看出，采用统计方法来进行海温分析和预报均占有相当大的比例，有80%属于统计预报方法。可见统计预报方法是海温预报中不可缺少的主要方法之一。同时，通过对海温演变统计规律的了解，可以进一步加深对海洋动力学、热力学规律的认识，从而促进数值预报和统计学方法的发展。当前，人们对海洋演变的动力学规律了解得还很有限，而且国防和国民经济建设所需要的海洋预报内容又如此繁多、复杂，在要求时效长、精度高的情况下，对许多复杂的海洋现象的局地海洋预报和中长期海洋预报，还主要靠统计方法来制作。尤其是海洋水文预报服务的手段正在走向自动化。因此，研究和发展统计预报方法，具有很大的现实意义和深远影响。

必须指出，统计预报需与海洋动力学相结合。只有这样，才能将概率统计方法正确地运用到海洋预报这个具体领域中去，使统计预报具有丰富的海洋学意义、物理内容和坚实的理论基础，才能提高海洋预报的准确度。因而，必须力求使预报因子的选取和统计方程的建立有比较明确的物理基础。3

数值预报方法在“七五”期间，中国海洋界开始投入较大的人力和物力进行海温数值预报方法的开发研究。国家海洋环境预报中心和青岛海洋大学分别提出的距平模式和混合层模式，填补了中国海温数值预报方法的空白。

应用距平模式做1972-1975年逐月的月预报试验（海域为115°一142°E，180°一380°N），模式运转是稳定的，在冬春季节模式预报结果明显优于惯性预报效果（相关系数提高约10%，预报均方误差绝大多数小于1.0℃）。并且从1989年5月下旬起进行实时旬预报试验（海域同上），其运行也是稳定的，效果平均接近于惯性预报水平。

混合层模式中不但考虑了海流输送对热平衡的贡献，而且考虑了在强烈海洋天气扰动下的海洋上混合层的物理变化过程。同距平模式的旬、月预报时间尺度相比，该模式属短期预报模式（3-5d）。从1989年4月开始该模式直接与气象预报模式连接并进行了3个月的连续试预报，其结果为：实测样本个数为50个，均绝差小于1.2℃，相关系数大于0.85。

上述两个数值预报模式现在正处于试验和提高阶段，其预报效果还不甚理想，但作为中国的海温数值预报的第一代模式其框架已经基本建立。3

本词条内容贡献者为:

屈明 - 副研究员 - 西南大学