福建近海赤潮发生与气象条件关系研究

福建近海赤潮发生与气象条件关系研究*

张春桂1 任汉龙2 吴幸毓2 曾银东3

( 1.福建省气象科学研究所，福州350001；2.福建省气象台，福州350001；3.福建省海洋环境与渔业资源

监测中心，福州350003)

摘 要

本文根据福建近海2001-2008年赤潮灾害数据以及相应时期的气象数据，在分析赤潮灾害发生时空分布特点的基础上，研究分析赤潮灾害发生期间的地面及不同高度的高空天气形势，寻找与赤潮灾害发生密切关系的气象因子，作为福建近海赤潮灾害预测预报的依据。同时，初步分析探讨了反映异常气候现象的南方涛动指数与赤潮发生的关系。在此基础初步建立了福建近海赤潮灾害发生的气象预报模型。研究结果表明：福建近海的风、气温、湿度、降水和气压等气象要素与赤潮发生存在着密切的关系，从与气象要素间的关系统计分析看，风向风速和气温对赤潮灾害发生的影响特别明显，尤其是风向风力直接影响赤潮生物的聚集。低层850百帕和地面形势能较好地反映福建近海赤潮发生的天气背景，在春夏季赤潮发生时850百帕从南海到华南一带为一致的西南暖湿气流，而地面处于江南倒槽南侧西南风的控制下，这种相对稳定的天气形势对于福建近海赤潮灾害的发生发展是十分有利。本研究初步总结的赤潮发生气象预报模型，对于赤潮灾害的防灾减灾工作具有积极的意义。 关键词：赤潮，气象要素，天气形势，福建近海

1 前言

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地繁殖，引起在一段时间内一定范围的海水富营养化，造成海水变色的现象，一般认为是一种自然灾害。赤潮除了使渔业经济遭受损失外，人们不慎食用被污染的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[1]。

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。我国学者王宏礼（2002）在研究渤海湾的赤潮灾害中，建立了原生动物—浮游植物—营养物质三者的动力学模型，并运用非线性动力学理论分析模型的稳定性，根据不同参数对藻类生长的不同影响，给出这些参数的阈值，为赤潮形成的预测预报建立了依据。王正方[2]在研究浙江象山港一带的赤潮时，提出了利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，提出了生态防真模型，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，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，不少相关的研究均表明，气象条件是赤潮发生的一个重要环境条件[3-4]。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，目前国内外还没有一种比较成熟的业务化应用的赤潮预报方法。 *

基金资助：福建省自然科学基金计划资助项目(W0750001)“福建海域赤潮灾害与气象条件关系的研究”

福建沿海是我国赤潮灾害的多发海区之一，至2008年有记录的赤潮事件共计165起左右，发生天数有呈现逐年增多的趋势，赤潮影响海域的范围大，对海水养殖业、捕捞业等相关行业造成危害及直接经济损失。如2003年福建沿海发生赤潮26次，累计面积1739平方公里，有毒赤潮生物导致渔业经济损失4248万元[5]。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气象条件的相关关系，得出预报赤潮发生的相关气象模型，为福建省沿海赤潮防灾减灾决策提供参考。

2 研究区与数据

福建海岸线总长达3752公里，直线长度535公里，海岸曲折，大小港湾共125个，港湾面积约1892平方公里，同时福建近海海域辽阔，可作业的海域面积达13.6万平方公里。由于福建海岸线长，加上与台湾海峡相连，形成了特有的气候区，从北部沿海到南部沿海赤潮发生和分布有着一定的差异，为此根据历年赤潮在福建沿海的分布情况及其发生特点，将研究区分为北部、中部、南部三个海区，如图1所示，其中闽江口以北为北部海区，闽江口到晋江为中部海区，晋江以南为南部海区。

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，具体包括气温、雨量、云量、风向、风速、气压、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、反映南方涛动及其厄尔尼诺现象等异常气候现象的相关指数。本研究中的地面气压场、850百帕流场和高度场等天气形势图，是利用北京时间08时的NCEP/NCAR资料进行统计分析，地理范围为北纬15-40°、东经100-130°，资料格点为2.5°×2.5°。

3 结果分析

3.1 福建近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，福建沿海三个海区共发生赤潮373天，具体统计结果见表1。

表1 2001-2008年4-9月福建海域赤潮发生天数统计表

海区

年份 2001年 2002年

北 部 海 区

2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年

4月 4 4 3 2 7 0 0 3

5月916 28 16 2 6 5 23

6月111 24 0 11 9 9 5

7月00 0 0 0 0 0 0

8月 0 0 0 0 5 0 4 0

9月 0 0 0 0 0 0 0 0

2001年 2002年

中 部 海 区

2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年 2001年 2002年

南 部 海 区

2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年

0 0 9 0 0 0 0 2 0 0 6 0 0 0 0 3

0 0 10 3 1 2 3 5 0 3 0 1 0 0 4 0

0 0 5 0 0 4 7 0 3 5 9 12 8 10 6 0

0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 17 0 5 5 3 4

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 2 0 0

从2001-2008年的统计结果来看，福建海域赤潮发生天数的情况大致可分为二个时期，其中以2003年为分界点，2001-2003年时期赤潮发生天数逐年增多，其中2003年是福建海域赤潮灾害发生天数最多的一个年份，而后的2004-2008年时期除了南部海区赤潮灾害天数有所减少外，北部和中部海区赤潮天数仍然呈现逐年增多的趋势，见图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，赤潮发生天数较多的主要分布在北部海区，南部海区次之，中海区较少。

图2 2001-2008年福建海域赤潮发生天数 图3 4-9月福建海域赤潮发生天数

从2001年到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的4-9月份，是赤潮发生频繁的季节，其中北部海区和中部海区主要集中在每年的5月份和6月份，而南部海区主要集中在每年的6月份和7月份，见图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月份和6月份，并且5月份和6月份发生的天数基本相当，大概占总发生天数的70%左右。

从以上福建省沿海赤潮发生天数来看，沿海赤潮多发生在气温高的4-9

月份，尤其

5月份和6月份的赤潮明显高于其他月份，福建省地处东南沿海亚热带地区，5月份和6月份正是西南季风强盛，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

菌产生突发性的繁殖提供了有利条件。

3.2 福建近海赤潮灾害与气象要素的关系

统计2001-2008年赤潮灾害监测报告发现，在福建江河口海区和沿海岸、内海湾以及养殖水体都比较容易发生赤潮，如三沙港、四霜列岛、罗源湾、厦门港等附近海域是赤潮频发区。由于福建海域没有气象观测数据，本研究利用沿岸气象台站的气象观测来代表海域的天气状况，为此选用福建沿岸相关气象台站2001-2008年的观测气象要素，分析各气象台站的有关气象要素与赤潮发生的关系，从而了解赤潮发生时有关气象要素的特征。

通过统计分析2001-2008年福鼎、霞浦、罗源、连江、平潭、崇武、厦门、东山等气象站的气象要素发现，沿海风、气温、湿度、降水、气压等与赤潮的发生有着一定关系，尤其是沿海风向风力直接影响赤潮生物的聚集。福建中部海区发生赤潮的天数少于北部和南部海区，从表2我们可以看到，中部海区平均风力为3级（4.7m/s），北部海区平均风力为2级（2.7 m/s），南部海区平均风力为2级（2.9 m/s），风向大多数是偏南风到偏东风，中部最大风也有达4-5级（7-11 m/s），但出现的时次很少，这说明风力小相应赤潮日多，发生赤潮时沿海多吹偏南风到偏东风。由于偏南风到偏东风应力的作用，引起海表面向岸流，一方面使得沿海污染物无法扩散，另一方面使营养物质在沿海附近聚集，提供赤潮的营养物质条件。沿海发生赤潮时，相对湿度平均在70％以上，7-8月份虽然小些但也在50％以上。气压在1000百帕左右，南部相对低，小于1000百帕。最高气温平均在26℃以上，4月份略低。赤潮一般出现在少雨天气，也有出现在雨天，但基本上是在雨后。表3是2005年福建北部海区发生赤潮灾害时霞浦站的有关气象要素平均值，可以看到赤潮发生日沿海东南风在1-2级，气压在1000-1013百帕之间，气温在28℃以上。赤潮发生的因素是多方面的，关于赤潮发生的机理至今尚无明确定论，尽管影响因素多方面，但从与气象要素间的关系统计分析看，沿海的风向风速、气温等对赤潮的影响还是相当明显的。

表2 赤潮灾害发生期间的气象要素历年平均值

海区 北部 中部 南部

气压（hpa） 1005.4 1005.7 997.6

14时气温（℃）

27.2 26.0 27.5

最高气温（℃）

28.6 26.9 28.7

相对湿度（％）

70 76 72

风向(度) 105 130 140

风速（m/s)

2.7 4.7 2.9

表3 霞浦2005年4-8月赤潮灾害发生期间气象要素平均值

月份 4 5 6 7 8

气压（hpa） 1012.8 1007.8 1003.5 1002.9 1000.3

14时气温（℃）

21.9 27.5 27.3 36.2 34.1

最高气温（℃）

23.0 29.1 28.8 37.1 34.9

相对湿度（％）

76 74 72 51 57

风向(度) 112 135 109 193 115

风速（m/s)

1.4 1.8 1.9 2.5 2.0

3.3 福建近海赤潮灾害的基本天气特征

统计2001-2008年赤潮发生期间的地面天气形势及不同高度的高空天气形势，结果发现在每年春夏季赤潮发生时850百帕从南海到华南一带为一致的西南暖湿气流，见图5，而地面处于江南倒槽南侧西南风的控制下，见图4。对福建沿海一带来说，这种天气形势相对稳定，往往出现高温高湿的天气，同样海面温度升高，而且沿海风浪也比较小，水体的交换弱，沿海河口港湾的污染物扩散差，这样的天气形势对赤潮的发生发展是十分有利。

而在每年秋冬季，我国大部分地区为冬季风控制，当850百帕为偏北气流和地面为冷高压控制时，福建沿海气温低，风浪大，不利于赤潮的发生发展。如2006年6月份，沿海共

出现21天赤潮，上旬出现在北部海区，中旬出现在中部海区，下旬出现在南部海区，而从当时平均天气形势看，地面处在江南低气压槽南侧，见图6，850百帕在华南到福建沿海一带维持强盛西南暖湿气流，见图7，与历年赤潮日天气平均形势场基本一致，不过，此次过程出现强盛西南暖湿气流。

总之，天气条件是赤潮发生的一个重要环境因素，从2001-2008年福建沿海赤潮发生日的平均流场和平均气压场分析表明，合适的天气背景容易诱发赤潮的发生，尤其是低层850百帕和地面形势能更好地反映赤潮发生的天气背景。

图4 平均地面气压场 图5 平均850百帕流场

图6 六月份平均地面气压场 图7 六月份平均850百帕流场

3.4 福建近海赤潮灾害与南方涛动的关系

南方涛动（SO）是描述热带东太平洋地区与热带印度洋地区气压场反相变化的跷跷板现

象，两地之间的气压之差即为南方涛动指数（SOI），南方涛动指数的大小反映南方涛动的

强弱，负值大表明南方涛动强。图8是2001-2007年每年4-9月份赤潮发生日数所对应的平均南方涛动指数，从图中可看出，除了2007年南方涛动指数为正值0.3外，其余年份南方涛动指数都维持负值，虽然赤潮发生日数与当年的南方涛动指数的相关性并不好，但与前一年的南方涛动指数却有着比较显著的相关关系。

南方涛动指数也反映厄尔尼诺现象的活跃程度。我们知道，厄尔尼诺现象是指地处太平洋热带地区的海水大范围异常增温现象，这一现象使影响气候的各种因素失衡，从而导致气候异常。有关专家研究表明，厄尔尼诺和南方涛动二者有非常好的相关关系，南方涛动指数出现持续性的负值，该年有厄尔尼诺

现象。

因此可以看出，南方涛动、厄尔尼

诺等异常现象影响着气候变化，并且这种

影响具有滞后性，异常的气候变化有可能

为赤潮的发生提供了有利的环境条件，如周围环境气温高、暖海面等因素将触发海面游生物暴发性生长和增殖，从而发生赤

潮。但由于数据资料样本的限制，这方面

问题的深入研究有待今后继续。

3.5 福建近海赤潮灾害气象预报模型

根据气象观测资料与赤潮监测资料的研究分析表明，赤潮的预报主要考虑在特定的天气形势下气温、相对湿度、风向、风速、降水量等气象要素的变化，从而推断未来是否会出现赤潮灾害，通过统计分析本研究初步建立了赤潮灾害发生的气象预报模型：

（1）地面气压场，江南维持低压槽，福建海域处在高压后部、低压槽前，14时沿海平均气压小于1010百帕，3小时变压小于0，这样的天气形势有利于赤潮灾害的发生；气压快速升高并大于1010百帕，福建海域处在高压脊或高压控制，这样的天气形势赤潮灾害不易发生或将消退。

（2）沿海东到东南风，风力小于4级，赤潮易发生；大于5级不易发生或将消退。 （3）地面沿海日照时间平均5小时以上，14时气温在27℃左右，平均相对湿度大于70％，雨过天晴或者晴好的天气，将引起赤潮的发生发展；平均气温较前日明显下降，急剧的降温或伴随一场降水，不易发生或将使赤潮消退。

（4）850百帕天气形势图华南到我省一带为西南暖湿气流控制，平均风速在4米/秒以上，高度分布为东高西低，江南一带小于148位势什米，华南到福建一带沿海大小148位势什米，有利于赤潮发生；高度分布为西高东低，华南到福建一带为偏北气流控制，对赤潮发生不利。

4 结论与讨论

（1）福建近海的风、气温、湿度、降水和气压等气象要素与赤潮发生存在着密切的关系，但从统计分析结果来看，风向风速和气温对赤潮灾害发生的影响特别显著。

（2）福建近海赤潮灾害发生气象预报模型主要基于地面天气形势图和低层850百帕天气形势图，它们能较好地反映赤潮发生的天气背景。从长期预报角度来看，当年南方涛动指数与来年赤潮灾害的发生也存在明显的相关，但具体的相关模型有待于今后深入研究。

近年来福建沿海赤潮频繁发生，最主要原因是由于经济的发展，生活污水、工业废水和养殖污水向海洋过量排放，致使海域越来越富营养化，为赤潮的发生提供了必要条件。赤潮发生的原因是十分复杂，是与海洋环境、气象条件等的综合作用，厄尔尼诺及其南方涛动现象等异常气候也促进了赤潮的发生。本研究仅就赤潮灾害与气象条件关系进行初步研

究，赤潮发生气象预报模型的应用效果还有待于今后进一步验证。 参考文献：

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