东海表层多年平均水温的奇异矢量分析和水系划分

在海洋学和气象学的研究中,海洋表层水温是最重要而又易于观测的基本参数之一,对其观数据进行收集、整理和分析研究,向为海洋和气象业务部门所重视。就东海来说,日本气象厅长崎海洋气象台自1953年以来即已系统收集该海区的表层水温观测资料,逐旬发布《东海表层水温旬报》。并先后出版了三卷详尽的资料汇编:《东海逐旬表层水温五年报(1953-1957)》,《东海及黄海逐旬表面水温十年报(1953-1962)》,《东海表层水温二十年报(1953-1972)》。现有关于东海表层水系配置以及与之有关的海流系统和海况变动等方面的知识,大多是通过这些资料的分析研究而得到的。其中,特别应该提到的是日本学者菊池繁雄(1959)、小泉政美(1964)和佐原勉(1974,1975)的工作。他们分别依据上列三项资料,对东海表层水温旬报中的一百多个测站的水温季节変化作了常规统计分析,并在些分析基础上定性地勾划出东海表层水系配置和海流系统的大致轮廓。这些研究成果迄今仍是讨论东海水文特征的重要依据。然而,上述三位作者提出的东海表层水系划分方案,尽管大体相同,但在测站类别的划分或合并以及代表站的选择等具体问题上却有颇大的出入，如表1及图1所示。在我们看来,这三种基于表层水温季节变化统计特征而提出的水系划分方案之所以有如此显著的差别,其原因主要不在于资料的年限不一,而是在于缺乏客观的分类判据。迄今为止,在海洋水文特征的分析研究中,水系(或水团)划分判据的选择是一件相当主观的事情。一般都是根据分析者的经验和直观判断来作出选择。表1列举的三位作者所依据的统计特征,除菊池繁雄(1959)采用的水温年变化调和常数以外,大多并不提供独立的信息,因而未能充分揭示各测站表层水温季节变化之间错综复杂的关系。况且,这三位作者在具体分析各测站的各种统计特征的相似性或差异性时,并未给出客观的判据,而只是先验地从不同的角度对这些特征加以删简或强调,这就给测站的聚类和相应代表站的选择带来了不同程度的片面性,以致得到不同的聚类结果。为了避免上述关于东海表层水系划分方案所蕴含的不确定性,我们试图采用数据矩阵的奇异值分解技术,对东海82个1°×1°(经、纬度)网格点的多年(1953-1972)旬平均表层水温季节距平数据矩阵进行正交分解,从而确定表征该海区表层水温时-空变异的前几对最具特征意义的奇异矢量,以之作为东海表层水系划分的一项客观依据。

OBJECTIVE ANALYSIS AND CLASSIFICATION OF THE MEAN SEA SURFACE TEMPERATURE IN THE EAST CHINA SEA BY APPLYING THE SINGULAR-VALUE DECOMPOSITION TECHNIQUE

The seasonal changes of the mean 10-day sea surface temperature in the East China Sea for the years 1953-1972 were studied by applying the singular-value decomposition technique. Main results obtained are as follows:In the singular-vector analysis of the mean 10-day sea surface temperature. in the East China Sea, the first three singular-vectors (or seasonal march vectors) account for 97.76% of the variance of the data.The geographical distribution in the weightings (or spatial pattern vectors) on these vectors indicates a markedly regional organization.An objective classification of the surface water mass in the East China Sea was provided by its seasonal temperature change pattern.It may be safely said that the singular-value decomposition technique may be used much more extensively in oceanographic investigations.