黑潮——一支世界著名的大洋強流

翻开世界大洋的海流图,在北太平洋赤道与付热带区域之间,有一个巨大的顺时针转动的环流系统映入我们的眼帘。这就是由北赤道流-黑潮-黑潮延续体-北太平洋流-加利福尼亚流共同组成的付热带环流。黑潮位于大洋的西部边界,它以流幅窄、流速强、厚度大著称,成为这个大环流系统中最重要的环节。黑潮是与大西洋中的湾流齐名的世界大洋两大强流。     

吕宋和台湾岛以东黑潮季节与年际变化规律的对比分析

黑潮是北太平洋副热带环流系统的一支重要的西边界流。前人对不同流段黑潮的季节和年际变化进行了诸多研究,然而基于不同数据所得结论仍存在差异,尤其是不同模式计算所得流量差别很大,而且以往研究往往着眼于某一流段,对不同流段黑潮变化之间的异同及其原因涉及较少。本文基于卫星高度计数据,评估了OFES(Ocean generalcir culation model For the Earth Simulator)和HYCOM(Hybrid Coordinate Ocean Model)两个模式对吕宋岛和台湾岛以东黑潮季节与年际变化的模拟能力,进而对两个海域黑潮变化的异同及其物理机制进行了分析。结果表明:HYCOM模式对黑潮季节变化的模拟较好,而OFES模式对黑潮年际变化的模拟较好。吕宋岛以东黑潮和台湾岛以东黑潮在季节与年际尺度上的变化规律均不相同,且受不同动力过程控制。吕宋岛以东黑潮呈现冬春季强而秋季弱的变化规律,主要受北赤道流分叉南北移动的影响;而台湾岛以东黑潮呈现夏季强冬季弱的变化特点,主要受该海区反气旋涡与气旋涡相对数目的季节变化影响。在年际尺度上,吕宋岛以东黑潮与北赤道流分叉及风应力旋度呈负相关,当风应力旋度超前于流量4个月时相关系数达到了-0.56;而台湾岛以东黑潮的流量变化则受制于副热带逆流区涡动能的变化,且滞后于涡动能9个月时达到最大正相关,相关系数为0.44。本研究对于深入理解不同流段黑潮的多尺度变异规律及其对邻近海区环流与气候的影响具有重要意义,同时对于黑潮研究的数值模式选取具有重要参考价值。     

太平洋低纬度西边界流和涡旋结构季节变化的观测分析

利用漂流浮标、ADCP和Argo等观测资料,对太平洋低纬度西边界流和涡旋结构的季节变化进行了分析.根据漂流浮标资料计算的北赤道流、棉兰老海流和北赤道逆流具有明显的季节变化,而且北赤道流/棉兰老海流和北赤道逆流在冬春、夏秋之间具有明显的反位相变化,这一特征造成了气旋式棉兰老冷涡强度的季节变化很弱,水团分析表明,该冷涡的水团特性主要是北太平洋热带水.反气旋式的哈马黑拉暖涡强度具有明显的季节变化,其水团特性主要是南太平洋热带水.给出了棉兰老涡和哈马黑拉涡强度的垂直结构,表明这两个涡旋的强度在0～30 m迅速减弱,在30～450 m近似线性减弱,在450 m以下涡旋消失.     

1987及1988年夏季西北太平洋主流系和水位与大气环流关系的数值研究

用一个包括风应力项的二维绝热非线性数值模式计算分析了1987及1988年夏季北太平洋主流系和水位与大气环流的关系。将模拟的1987和1988年流场作比较可知:1987年南赤道流较弱,而北赤道逆流、北赤道流及北太平洋流较强,同时各流系位置也都偏南1—2个纬距;模拟的1987年黑潮及对马暖流也明显比1988年强。分析表明,1987年夏季南赤道流弱、北赤道逆流强的主要原因是该年东南信风弱,而北赤道流、黑潮及对马暖流较强则主要与该年12°—25°N之间较强的东风以及东海较强的南风有关。模拟结果可对管秉贤提出的夏威夷群岛附近风应力涡度与黑潮强度的统计关系给出一个动力学解释。根据1987及1988年夏季气压场及风场对比分析。可以认为1987年北赤道流、黑潮及对马暖流较强可能与1987El Nino年副热带高压较强有关。     

东海黑潮主段环流子结构研究

通过对多种调查资料的综合分析,提出了东海黑潮主段子环流系统的物理模型,它是由较稳定的东海黑潮主段、经常出现(大概率)的右侧逆流和有条件出现(小概率)的外陆架逆流所构成的一个双环环流结构。部分黑潮水由主段北部进入陆架区形成外陆架逆流,或转向黑潮以东海域形成右侧逆流;由主段南部进入黑潮的陆架水,一部分来自外陆架逆流闭合了双环结构的外陆架部分;黑潮右侧逆流水大部分形成反气旋流动重新进入主流,闭合了双环结构的东部部分。     

北赤道流分叉点及南海北部环流的研究进展

介绍了北赤道流分叉点、南海北部环流的一些研究成果,并就黑潮对南海的影响所作的研究进行了回顾.北赤道流分叉点的位置对于北赤道流系水体疏运变化及在黑潮和MC之间水体、热量、盐度输运的分配中起着重要的作用.北赤道流分叉点位置约在14.6°N上,分叉点位置随深度增加而北移.分叉点有明显的季节变化和年际变化,在春、夏季向南移动,而在秋、冬季则向北移动.年际变化与ENSO现象相关紧密,在El Nio事件NEC分叉纬度处于最北端,在La Nio事件处于最南端.对于分叉点位置的定量化研究,仍然需要更多的观测结果进行研究.季风和黑潮是影响南海北部环流的两种主要因素.南海北部上层流场主要由广东沿岸流、黑潮入侵流套、东沙海流、南海暖流和吕宋海流组成.除海盆、次海盆尺度环流外,受季风、黑潮和地形等因素的影响,南海表现出多涡结构.通过近些年的卫星观测和数值模拟的结果,人们对南海中尺度涡的认识大大加深,但要想模拟出风应力形成涡的机制,还需要提高风场和模式的分辨率.由于观测资料的限制,对南海流场的垂直结构、以及春-秋季季风转相时期的流场结构等还研究得较少.吕宋海峡水交换是西太平洋对南海影响的主要途径.黑潮在吕宋海峡附近的形变一直是有争议的热点问题,目前对于黑潮入侵有3种观点:(1) 认为黑潮经过吕宋海峡形成流套结构,并分离出中尺度涡影响南海流场、水团结构;(2) 认为黑潮有一直接分支分离出来进入南海形成黑潮分支;(3) 认为吕宋海峡水交换不属于以上两种情况,西太平洋对南海的水团输送另有机制.北赤道流分叉点在对黑潮的水体、热量、盐度输运的分配中起着重要的作用,黑潮对南海北部环流的影响可能与NEC的分叉点位置有关,但目前对NEC的分叉点位置与南海北部环流相关性的研究甚少.最后提出了对未来加强该方面研究的一些展望.     

1987及1988年夏季西北太平洋主流系和水位与大气环流关系的数值研究

用一个包括风应力顶的二维绝热非线性数值模式计算分析了１９８７年１９８８年夏季北太平洋主流系和水位与大气环流的关系。将模拟的１９８７年和１９８８年流场作比较可知：１９８７年南赤道较弱，而弱赤道逆流、北赤道流及太平洋流较强，同时各流系位置也都偏南１－２个纬距；模拟的１９８７年黑潮及对马暖流也明显比１９８８年强。分析表明，１９８７年夏季南赤道流弱、北赤道逆流强的主要原因是该年东南信风弱，而弱赤道流、黑潮     

黑潮环流的数值模拟

黑潮是太平洋一支强的西边界流,具有高温、高盐、流幅窄、流速高、流量大的特征,主要来源于北赤道洋流,把大量热量从低纬输送到高纬,它的季节和年际变化都会对气候产生重大影响,对我国近海的温盐分布及环流的影响起到至关重要的作用.     

源区黑潮季节变异及其动力机制的数值研究

应用POM2K模式对中国海黑潮区气候态平均环流进行了数值模拟。采用正交曲线网格, 模式区域为太平洋海盆, 特别的在中国海区域进行加密并较好的拟合了岸线; 垂向分为21层, 并在海表9层以上采用对数网格分布; 采用COADS气候态月平均的风应力, 并将模式的温度结果和MODIS月平均的SST数据进行同化, 然后将模式模拟出的流量、海表高度异常同实测数据和卫星观测数据进行了对比验证, 结果均显示模拟结果可信度较高。接着本文探讨了北赤道流分岔位置季节性的变化对源区黑潮流量的影响, 结果表明, 秋冬季节北赤道流分岔位置较靠北, 源区黑潮流量较大, 而春夏季节北赤道流分岔位置较靠南, 黑潮流量较小。在此基础上, 针对源区黑潮的动力机制进行了数值实验。实验中主要考虑了以下动力因子对源区黑潮季节性变化的影响: (1)风应力; (2)非线性; (3)黑潮的斜压敏感性, 然后通过与控制实验的对比, 讨论了不同的动力因素对吕宋海峡净流量和吕宋海峡上层环流场的影响。     

ENSO相联系的热带太平洋上层海洋异常环流

本文使用SODA(simple ocean data assimilation)海洋同化资料,系统分析了厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO)循环中冷暖位相期间热带太平洋上层海洋环流的演变规律,探讨了形成海洋环流异常的新机制。结果表明,在厄尔尼诺成熟期,热带中东太平洋赤道潜流最弱,赤道两侧出现反气旋性环流异常;西太平洋赤道外热带海域出现气旋性环流异常,该区南、北赤道流、棉兰老流、黑潮、新几内亚沿岸潜流及南赤道逆流增强;北赤道逆流区出现异常气旋性环流串,北赤道逆流接近正常。在厄尔尼诺衰退期和拉尼娜发展期,热带中西太平洋赤道潜流达到极强,赤道两侧出现气旋性环流异常;西太平洋赤道外热带海域异常环流减弱,该处主要流场的强度减弱或处于正常状态;北赤道逆流区反转为异常西向流。结果表明, ENSO循环期间的上层海洋环流异常受到热带太平洋温跃层深度异常产生的压强梯度力异常调控,在赤道外热带海洋温跃层深度异常和科里奥利力共同作用产生大尺度海洋环流异常,而在赤道海域,海洋温跃层深度异常和Gill效应造成赤道潜流异常以及关于赤道对称的气旋或反气旋性环流异常。     

热带西太平洋主要流系的季节变化和年际变化

利用美国国家环境预报中心的太平洋海域 1 980— 1 995年四维同化资料 ,计算了棉兰老海流和与之有密切联系的北赤道流、北赤道逆流流量的年际变化和季节变化特征。由此得出以下结论 :( 1 )棉兰老海流对北赤道逆流的初始流量贡献较大 ,是北赤道逆流的主要水源提供者之一 ,棉兰老海流与黑潮在季节变化中存在反相关系 ;( 2 )棉兰老海流在厄尔尼诺年初期加强 ,在反厄尔尼诺期间减弱 ;( 3)棉兰老海流的季节变化信号强于年际变化信号。     

1964—1983年西太平洋北赤道流的变化特征

据西太平洋七个经向剖面上北赤道流南北界面上20℃等温线深度差(ΔD),分析了西太平洋北赤道流的平均季节变化和年际变化。并探讨了它与黑潮、北赤道逆流及埃尔尼诺之间的关系。各剖面上的ΔD平均变化曲线表明,西太平洋北赤道流平均强度自东向西增强。从ΔD距平值的时间经度剖面图中可以得出一些有趣的结果。例如,ΔD距平向西传播,并有与埃尔尼诺事件相一致的3—4年的变化周期;当日本南部黑潮大弯曲及埃尔尼诺事件发生时,西太平洋北赤道流强度均明显减弱;但对此两种不同的现象,北赤道流的减弱又有不同的特点。     

黑潮入侵南海的强弱与太平洋年代际变化及厄尔尼诺-南方涛动现象的关系

在黑潮入侵南海强弱的问题上,到底是太平洋年代际变化(Pacific Decadal Oscillation,PDO)还是厄尔尼诺-南方涛动(El Nio-Southern Oscillation,ENSO)现象在起关键作用,目前还存在着较大争议。本文先以高盐水作为黑潮入侵强弱的示踪物,用120°E断面的高盐水数据和北赤道流分叉点(North Equator Current Bifurcation,NEC-Y)的南北变动进行相关分析,接着,进一步用学者所用的黑潮入侵指数(KI指数,Kuroshio intrusion index和NEC指数,North Equatorial Current index)与北赤道流分叉点南北变动进行相关分析。最后,用EMD(Empirical Mode Decomposition)方法和相关关系分析法分别分析了PDO指数、Nio3.4指数与北赤道流分叉点南北变动的关系并用NECP风场数据探讨其影响机制。结果表明:(1)通过对120°E断面的高盐水的KI指数、NEC指数与NEC-Y的相关分析,表明了北赤道流分叉点的南北变动能够很好地指代黑潮入侵南海的强弱;(2)通过PDO指数和Nio3.4指数与北赤道流分叉点的南北变动的相关性分析,发现PDO指数、Nio3.4指数与北赤道流分叉点的南北变动都具有较好的相关性,都在0.5水平。这些良好的相关性表明了PDO和ENSO对黑潮入侵南海的强弱都具有重要的影响;(3)当处于厄尔尼诺年(拉尼娜)时,赤道太平洋发生西(东)风异常,使得北赤道流分叉点偏北(南),使吕宋岛东侧的黑潮流速减弱(加强),黑潮入侵南海增强(减弱);当PDO处于暖(冷)阶段时,会加强热带太平洋的西(东)风异常,使得黑潮入侵南海增强(减弱)。     

南海上层海流的数值模拟

用一个水平分辨率较高的太平洋区域海洋模式计算了太平洋的上层海流.太平洋海域大的海流流系,如黑潮、亲潮、北(南)赤道流、北赤道逆流、加利福尼亚海流和东澳大利亚海流等都再现在模拟结果之中了.本文只给出了南海四季代表性月份的上层环流的数值模拟结果.结果表明:南海黑潮分支是南海北部最重要的一支海流,它不仅是南海暖流的水体来源,而且构成了南海环流重要的一翼.除了个别月份外,终年都有一支较强的NE向海流穿过台湾海峡进入东海.这些计算结果有的已被观测结果所证实.     

南海北部次表层盐度的变化及其与北赤道流分叉点的关系

吕宋海峡是南海与外界水交换的重要通道,黑潮作为北太平洋最强的1支西边界流,在经过吕宋海峡时会对南海北部的环流和环境产生重要影响。本文用1991—2011年期间CTD断面实测资料和高度计资料,提取23.0~25.5 kg/m³等密度面之间的盐度极大值,研究了南海北部不同年月盐度极大值变化、黑潮入侵方式与强弱,以及盐度极大值变化与北赤道流分叉点南北移动的关系,结果表明:(1)黑潮入侵南海方式多样,既有分支形式,也有弯曲、流套形式。(2)不同年月间,黑潮入侵南海的强弱存在较大差别,120°E断面的次表层盐度极大值的变动可超过0.3。(3)北赤道流分叉点位置的南北变动对黑潮入侵南海的强弱具有重要影响:北赤道流分叉点位置偏北,黑潮入侵南海较强;北赤道流分叉点位置偏南,则黑潮入侵相对较弱。     

东海黑潮锋面涡、暖丝和暖环

本文根据1989年4月10～21日在东海东北部的海洋调查资料以及1989年4月10日和16日的卫星红外影象分析了黑潮锋面涡、暖丝和暖环的特征.结果表明,出现在这里的锋面涡约以30cm/s 的速度随黑潮主干移动,在锋面涡的冷中心区陆架混合水插入同时,下层的高营养水上升,从而造成高生产力区.黑潮暖丝携带约4×10~6m~3/s 的输运量以50 cm/s 的速度逆黑潮西行,然后暖丝可能沿陆架坡转向北,或可能顺时针旋转形成暖环.     

1991年冬季菲律宾以东海流特征和盐度结构

本文根据１９９１年１１月１５日￣１２月２０日中国世界大洋环流实验首航ＡＤＣＰ测流资料并结合日本气象厅的ＡＣＭ次表层测流资料，描述了菲律宾以东的海流特征。同时应用该航次ＣＴＰ资料计算了各观测断面的地转流流量，并用盐度跟踪讨论了北赤道逆流、黑潮和棉兰老海流的水源。计算和分析表明，本航次期间有３个强流区，即黑潮源头区，棉兰老沿岸区和北赤道逆流区。此外，本航次本区海流特征与１９８６／１９８７ＥＮＳＯ事件同     

黑潮流域的环流数值研究

黑潮是北太平洋副热带环流系统的西边界强流.它由北赤道流向北流动的一个分支延续而来,其源地位于台湾东南海域,黑潮流经台湾东岸、东海和日本二的南岸及东岸,直至本州姚子外方,才延伸为黑潮延续体.北太平洋副热带流域的显著特征之一,是其西边界附近存在大量海脊和岛屿.     

吕宋海峡黑潮脱落涡旋的特征分析

涡旋脱落在西太平洋和南海的海水属性交换中起到重要作用。为研究吕宋海峡附近海域由黑潮脱落并进入南海的涡旋特征,本文采用1993—2014年法国空间局(AVISO)多卫星融合海面高度距平(SLA)和绝对动力地形(ADT)全球网格化延时数据,美国国家海洋数据中心(NODC)的WOA13年平均温盐剖面气候数据,以及1993—2010年SODA2.2.4月平均海洋同化数据集,并分析了黑潮脱落涡旋与大尺度环流的关系。结果表明:(1)暖涡脱落数量远多于冷涡数量,且脱落的冷涡绝大部分在黑潮西侧边缘生成,而脱落的暖涡则大部分在黑潮控制区生成。(2)冷涡、暖涡脱落时的平均半径、平均振幅相近,但是冷涡的平均生命、平均迁移距离约为暖涡的一半。(3)冷涡不是每年都有脱落,主要在冬季脱落;暖涡则每年均有脱落,主要发生在秋季。(4)脱落涡旋数量与脱落时的黑潮路径类型相关。(5)脱落涡旋的平均西行速度为5.8cm/s,与斜压第一模态长Rossby波波速及大尺度环流的西向平流流速之和相近。     

热带太平洋平均环流数值模拟

用中国科学院大气物理研究所发展的高分辨率自由表面热带太平洋环流模式(区域为南北纬30°,经纬圈方向水平分辨率分别为1°和2°,垂直方向分为不等距14层),在观测到的海表面风应力和热量及淡水通量驱动下,对热带太平洋平均环流进行了数值模拟.结果表明,模式成功地模拟了海面起伏中赤道槽、赤道脊、北赤道逆流槽及中小尺度涡旋(如棉兰老涡)系统等分布;与这些槽脊分布相对应的北赤道流,南赤道流和北赤道逆流等热带流系;对气候有重大影响的海表温度分布;次表层温跃层结构和赤道潜流等.文中特别讨论了海面起伏与模式其他变量场间的关系及其应用.