Marine Heatwaves

ODB 提供全球 0.25° x 0.25° 每月的海表平均溫度、海表溫度異常值、海洋熱浪級數與海洋熱浪引起的熱位移 (Thermal displacement) 之資料下載。

About

全球暖化造成的氣候危機導致地球持續升溫，陸地上的異常高溫熱浪帶來致命的威脅，而海洋也面臨相同狀況。在同一地點， 若海水溫度相對與過去平均海洋溫度出現一段時間的異常高溫，這種現象被稱為海洋熱浪 (marine heatwaves, MHWs) (Pearce et al., 2011; Hobday et al., 2016)。 海洋熱浪的範圍可以延伸至數千平方公里，持續數周甚至數月 (Di Lorenzo and Mantua, 2016)，而這種長時間異常高溫的環境對於海洋生物、海洋生態系統和漁業資源都造成極大的影響。 為了提升民眾對海洋熱浪的認識， ODB 使用 NOAA OISST（Optimum Interpolation Sea Surface Temperature 海表溫度）0.25° x 0.25° 的資料， 並依 Jacox et al. (2020) 的方法，計算了全球 1982 年至今約 40 年間每個月的海洋熱浪事件（詳見 Method）， 同時，我們依據 Hobday et al. (2018) 的分級標準，將海洋熱浪分級， 建立了一個全球海洋熱浪資料庫。此資料庫內容包含：每月的海表平均溫度、海表溫度異常值、海洋熱浪級數與海洋熱浪引起的熱位移*。 該資料將每月進行更新，並開放資料下載。同時，我們也開放 WMS 與 WMTS 圖層（介接網址如超連結）， 歡迎各界介接（若使用 QGIS 介接，可參考此網頁）。

根據 2022 年的《政府間氣候變化專門委員會》(IPCC) 報告，未來全球海洋熱浪事件不僅頻率將增加，強度與持續時間也將上升。 面對愈來愈頻繁發生的海洋熱浪 (Frölicher et al. 2018; Oliver et al., 2018) ， ODB 希望透過建立海洋熱浪資料庫提升使用者對海洋熱浪的認知與意識，進一步協助學界研究海洋熱浪時空分布和變化趨勢以及對海洋生物的可能影響，同時也為預測和應對海洋熱浪提供科學數據參考。

* Thermal Displacement: 熱位移就是在海洋熱浪的影響下，為了追隨長期平均海表溫度所需移動的最小距離 (Jacox et al., 2020)。 熱位移在本篇文獻中特指海洋熱浪對周圍海洋生態系統的影響範圍，特別是對海洋生物遷移、分布範圍和生態系統功能的影響。


海洋熱浪分級標準，依據 Hobday et al., 2018 分級方法，每月 SST 異常值超過門檻值 2 倍以下、2 倍至 3 倍之間、3 倍至 4 倍之間、4倍以上， 其分級為中等 (Moderate)、強烈 (Strong)、嚴重 (Severe)、極端 (Extreme)，共四個級別。圖修改自 Hobday et al. (2018)。

於臺灣近海東經 122.625 度、北緯 25.375 度，2020 一月至今的海洋熱浪分級時間序列。

Method

ODB 海洋熱浪計算方法與定義

Step A

使用 NOAA OISST 0.25° x 0.25° 的 v2.1 資料集，計算 1982 至今每月平均 SST。

Step B

計算每月 SST 異常值*：
每月平均 SST (Step A) - 各月 SST 長期平均值 (1982-2011)。

Step C

將計算出的異常值，根據 Step C-1 的方法定義海洋熱浪門檻值。

Step C-1

每月 SST 異常值（算法如 Step B）至少高於季節背景值*的第 90 個百分位數。
*季節背景值：將計算月份的前後一個月納入當作背景值，例如定義 2 月份海洋熱浪的門檻值，即為綜合過去 1、2、3 月全部每月 SST 異常值的第 90 個百分位數。(Jacox et al., 2020)

Step D

比較 Step B 與 Step C 即得知海洋熱浪發生與否及 SST 異常值。
若有熱浪，找出海洋熱浪引起的熱位移。

Results



GitHub

Jacox et al., 2020: https://github.com/mjacox/Thermal_Displacement (in Matlab)

ODB: https://github.com/yeh-tc/Python_project-Thermal_Displacement (in Python)

Reference List

    Di Lorenzo, E., &Mantua, N. (2016). Multi-year persistence of the 2014/15 North Pacific marine heatwave. Nature Climate Change , 6(11), 1042–1047. doi: 10.1038/nclimate3082

    Frölicher, T. L., Fischer, E. M., &Gruber, N. (2018). Marine heatwaves under global warming. Nature, 560(7718), 360–364. doi: 10.1038/s41586-018-0383-9

    Hobday, A. J., Alexander, L.V., Perkins, S. E., Smale, D. A., Straub, S. C., Oliver, E. C. J., Benthuysen, J. A., Burrows, M. T., Donat, M. G., Feng, M., Holbrook, N. J., Moore, P. J., Scannell, H. A., SenGupta, A., &Wernberg, T. (2016). A hierarchical approach to defining marine heatwaves. Progress in Oceanography, 141, 227–238. doi: 10.1016/j.pocean.2015.12.014

    Hobday, A. J., Oliver, E. C. J., Gupta, A.Sen, Benthuysen, J. A., Burrows, M. T., Donat, M. G., Holbrook, N. J., Moore, P. J., Thomsen, M. S., Wernberg, T., &Smale, D. A. (2018). Categorizing and naming marine heatwaves. Oceanography, 31(2), 162–173. doi: 10.5670/oceanog.2018.205

    Huang, B., C. Liu, V. Banzon, E. Freeman, G. Graham, B. Hankins, T. Smith, and H.-M. Zhang, 2020: Improvements of the Daily Optimum Interpolation Sea Surface Temperature (DOISST) Version 2.1, Journal of Climate, 34, 2923-2939. doi: 10.1175/JCLI-D-20-0166.1

    IPCC, 2022: Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, M. Tignor, E.S. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Craig, S. Langsdorf, S. Löschke, V. Möller, A. Okem, B. Rama (eds.)]. Cambridge University Press. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA, 3056 pp. doi:10.1017/9781009325844

    Jacox, M., Alexander, M., Bograd, S., &Scott, J. (2020). Thermal displacement by marine heatwaves. Nature., 584, 82-86. doi: 10.1038/s41586-020-2534-z

    Oliver, E. C. J., Donat, M. G., Burrows, M. T., Moore, P. J., Smale, D. A., Alexander, L.V., Benthuysen, J. A., Feng, M., SenGupta, A., Hobday, A. J., Holbrook, N. J., Perkins-Kirkpatrick, S. E., Scannell, H. A., Straub, S. C., &Wernberg, T. (2018). Longer and more frequent marine heatwaves over the past century. Nature Communications, 9(1), 1–12. doi: 10.1038/s41467-018-03732-9

    Pearce, A., Lenanton, R., Jackson, G., Moore, J., Feng, M., &Gaughan, D. (2011). The “marine heat wave” off Western Australia during the summer of 2010/11. Fisheries Research Report No. 222. Department of Fisheries, Western Australia. 40pp.

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注意事項

  • 下載之檔案為 .csv
  • 經度範圍：-180° ~ 180°，緯度範圍：-90° ~ 90°，時間範圍：1982-Jan-01 ~ 上個月。
  • 資料輸出欄位：lon（經度）、lat（緯度）、date（日期，yyyy-mm-dd，ex. 2023-06-01 等同 2023 六月份資料）、 sst（每月海表平均溫度，°C）、sst_anomaly（每月海表溫度異常值，°C）、level（每月海洋熱浪級數）、td（每月熱位移，km）。
  • 下載單點資料，無時間限制，請輸入起始經度、起始緯度和時間區段。
  • 下載區域資料，若區域範圍 ≤ 90° x 90°，時間區段最長只能一年，請輸入經度、緯度範圍和時間區段。
  • 下載區域資料，若區域範圍 > 90° x 90°，時間區段最長只能一個月，請輸入經度、緯度範圍和時間區段。
  • 若您使用 ODB 提供的資料，引用格式如: Ocean Data Bank, National Science and Technology Council, Taiwan. https://doi.org/10.5281/zenodo.7512112. Accessed DAY/MONTH/YEAR from www.odb.ntu.edu.tw.
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#從我們的 API 連接到您的軟體
#lon0 與 lat0 為必要參數
##單點查詢並無時間限制 e.g. /api/mhw/csv?lon0=135&lat0=15
#若區域範圍 ≤ 90° x 90°，時間區段最長只能一年 e.g. /api/mhw/csv?lon0=135&lon1&=140&lat0=15&lat1=30&start=2021-01-01
#若區域範圍 > 90° x 90°，時間區段最長只能一個月，請輸入經度、緯度範圍和時間區段e.g. /api/mhw/csv?lon0=-180&lon1&=180&lat0=-90&lat1=90&start=2021-01-01

#範例 API 請求
https://eco.odb.ntu.edu.tw/api/mhw/csv?lon0=121&lat0=25.6&lon1=121.7&lat1=25.6&start=2023-04-01&end=2023-07-01&append=sst,sst_anomaly,level,td 

#輸出範例

lon,lat,date,level,sst,sst_anomaly,td

120.875,25.375,2023-04-01,0,22.426334,0.6179904937744141,

120.875,25.375,2023-05-01,0,25.035807,0.5337085723876953,

120.875,25.375,2023-06-01,1,27.591667,1.1035003662109375,141.22131

120.875,25.375,2023-07-01,1,28.8, 1.2374820709228516,57.366695