吕宋海峡附近中尺度涡特征的统计分析

采用1993年1月到2008年12月16a融合海面高度距平数据,追踪吕宋海峡附近海域(18°～23°N,116°～126°E)中尺度涡的移动轨迹,结果表明:时间分辨率为7d的卫星高度计资料难以观测到中尺度涡从西北太平洋通过吕宋海峡传进南海的过程,但对1994年吕宋海峡中部观测到的一个气旋涡及其附近中尺度涡的运动轨迹进行分析可见,西北太平洋海面高度变化会与吕宋海峡内部海面高度耦合后向南海传播。海面高度距平数据的时间-经度图表明,西北太平洋海面高度变化信号在西传至吕宋海峡附近(121°～122°E)时出现信号不连续。对21°N,116°～140°E断面的海面高度距平数据按周期分别为1～3月、3～6月、330～390d(年信号)进行分段带通滤波,发现不同周期的西北太平洋信号穿过吕宋海峡传入南海受到的阻隔作用、向西传播的速度以及它们所受的强迫机制均不同。     

吕宋海峡黑潮季节变化初步分析

本文根据吕宋海峡所处海域(17°~23°N、117°~122°E)1、4、7、10月的0、100、500m流场图、南海北部和台湾以东海域(17°~30°N、110°~130°E)逐月标准层温度场以及1、4、7、10月平均SSH场等相关资料,分别从冬、夏、春秋三种季节描述吕宋海峡黑潮流的季节特征,并试图从黑潮产生的机制着手,结合季节性风场及实际温盐分布状况,分析吕宋海峡黑潮的季节变化原因以及吕宋海峡黑潮对南海与西太平洋之间的物质能量交换过程的影响。     

黑潮源区次表层的低频季节内变化

根据黑潮源区吕宋岛附近(18°N,122.5°E)投放的ADCP测得的流速,发现次表层流动与海表黑潮(Kuroshio,KC)流动并不一致,除了流动方向不同外,次表层吕宋潜流(Luzon Undercurrent,LUC)在500~1000 m深度存在一个低频季节内周期变化(120 d),这一变化并非由海表黑潮的季节性变化引起。针对这一现象,结合混合坐标海洋模式(Hybrid Coordinate Ocean Model,HYCOM)数据,使用涡动能(Eddy Kinetic Energy,EKE)分析并追踪100~200 d周期温盐和流速变化异常,最终得出结论:吕宋潜流季节内变化存在两个频率的周期,较高频季节内变化(80 d)是由表层黑潮区的中尺度涡传递到次表层产生的,而低频季节内变化(100 d以上)由136°E附近的中尺度涡旋经过6~7个月的运动到达吕宋岛沿岸产生的。     

利用Argo浮标资料分析横跨吕宋海峡20.5°N断面的水文特征

基于Argo浮标资料,分析了一条横跨南海北部、吕宋海峡和西太平洋（20.5°N,114°~130°E）断面的海水温度、盐度的分布特征.其结果表明：Argo剖面资料得到的2008年秋季20.5°N断面海水的温度、盐度分布态势与气候态秋季的分布基本一致,主要差异在于南海次表层水的盐度极大值和西太平洋次表层水的盐度极大值,2008年秋季二者均比气候态秋季的低0.1左右.通过动力计算（选取1 200 m为速度零面）表明：Argo浮标剖面资料与融合的卫星高度计产品得到的20.5°N,117.5°~124.5°E断面的表层地转流北分量的分布比较吻合;吕宋海峡中部（20°~21°N）的黑潮主轴大致位于121.5°E附近,其东边界可达123°E,而西边界仅限于121°E以西,其可能原因是该季节黑潮的左侧存在着一个气旋式环流,阻碍了黑潮西进;黑潮在20.5°N断面的体积流量为27×106m3/s左右,最大流速约为55 cm/s,出现在70 m层左右.     

吕宋海峡及周边海域湍流混合的时空分布特征研究

利用1992—2002年的温盐深数据与2012—2016年的Argo数据,基于细尺度参数化方法研究了吕宋海峡及周边海域(12°—30°N,115°—129°E)湍流混合的时空分布特征,并分析了地形粗糙度、内潮以及风输入的近惯性能通量对湍流混合的影响。结果表明,吕宋海峡和东海陆坡处具有强混合的特征,扩散率高达4×10~(-3) m~2/s,主要是由内潮产生导致的,其中吕宋海峡主要是M2、K1和O1内潮的贡献,而东海陆坡处主要是M_2内潮的贡献;南海北部也呈现较强的混合,且陆坡处的混合比海盆高1—2个量级;南海中央海盆和离岸的菲律宾海混合较弱,扩散率为O (10-5 m2/s)。此外,在研究区域内,湍流混合的年际变化和季节变化均不明显,且混合扩散率与风输入的近惯性能通量未表现出明显的季节相关。     

吕宋海峡120°E断面水交换特征

利用2007年7～8月吕宋海峡120°E断面(18.5°N～21.5°N)CTD观测数据,分析了该断面的温度、盐度和密度分布特征,并用动力计箅方法计算了断面的流速,得到了通过该断面的海水体积通量.计算结果显示,通过断面的海水主要由南海向太平洋输送,总的交换量为3.15 Sv.19°30'N～20°30'N之间,南海水通过吕宋海峡进入太平洋,而19°30'N以南和20°30'N以北至21°30'N之间.海水由太平洋进入南海.此外,流出吕宋海峡的表层流速最大可达1.3 m/s,流入南海的表层流速最大可达60 cm/s,位于19°30'N以南.     

吕宋海峡水交换季节和年际变化特征的数值模拟研究

利用ROMS(Regional Ocean Modeling System)建立了一套覆盖西北太平洋的涡尺度分辨率环流模型,并对吕宋海峡附近的环流进行了模拟研究。结果表明,吕宋海峡120.75°E断面净流量季节变化显著,全年均为西向输运,6月份达到最小,为0.40×106 m3/s,然后逐渐增大,在12月份达到最大,为6.14×106 m3/s,全年平均流量为3.04×106 m3/s。在500 m以浅,秋、冬季都有明显的黑潮流套存在,并伴有黑潮分支入侵南海,而春、夏季黑潮南海分支减弱或消失,黑潮入侵不明显。在500 m以深,冬、春季,吕宋海峡以东有非常明显的南向流存在,流速约10 cm/s,而到了夏、秋季该南向流出现明显的减弱,黑潮与南海的水交换主要通过吕宋海峡以北的吕宋海沟进行。在垂向结构上,120.75°E断面浅层呈多流核结构,并且流核的位置和强弱受黑潮的季节性变化影响显著,深层流的季节变化不大。在年际尺度方面,吕宋海峡年际体积输运量异常与Niño3.4滞后6个月相关系数达到41.6%,吕宋海峡水交换与ENSO现象有较为显著的正相关关系,并存在2~3 a和准8 a周期的年际变化。     

1985年9月的吕宋海峡黑潮及其输送

吕宋海峡黑潮的主流轴大致在121°E附近,其西边界可达120°E,东边界在123°E之东。由于受吕宋冷涡之影响,在巴林搪海峡西口,黑潮流速达最高值(超过2kn)。在吕宋海峡的南部和北部,黑潮的体积输送分别为43×10~6m~3/s和32×10~6m~3/s。黑潮有一个向西的11—12×10~6m~3/s的净体积输送,它贡献给进入南海的“黑潮南海分支”。黑潮的一个分支在21°N与黑潮主流脱离,通过120°E向西进入南海,流速达1.6kn,体积输送为11—12×10~6m~3/s。吕宋海峡右侧的暖涡较往常靠东北,其影响深度可达1200m以深。     

基于Argo数据的吕宋海峡东部海域的会聚区特征分析

利用2010-2013年的Argo浮标观测资料,对吕宋海峡东部海域(19°~23°N,123~127°E)的会聚区特征进行综合分析。研究结果如下:(1)吕宋海峡东部海域4个季节表面的声速从大至小依次为夏季、秋季、春季和冬季,夏季最大为1 543.5m/s,冬季最小为1 533.4m/s;混合层深度从大到小依次为冬季、秋季、春季和夏季;(2)采用WOA13气候态数据对声速剖面进行深海延拓,获得全海深的声速剖面,分析4个季节的声道特征。声道轴深度和声速较为稳定,声道轴深度在1 000~1 040m之间,声道轴处的声速为1 482m/s,4个季节的平均声道厚度都超过4 500m,利于会聚区形成;(3)研究区较易发生会聚现象,发生会聚现象概率高于50%的占70.6%;会聚现象的发生概率季节变化明显,春季、冬季极易发生声场的会聚现象,夏季最小;(4)运用RAMGeo声场模型对研究区4个季节的声传播损失进行仿真,分析会聚区的季节变化特征。当声源深度100m,接收深度10m时,第一会聚区,离声源的距离在61~64km左右,夏季离声源最近,春、冬季较远;会聚区宽度上,夏季最宽为10km,春季最窄为4.6km;会聚区增益分布特点与会聚区宽度刚好相反,春季最大为14.6dB,夏季最小为8.5dB。     

吕宋海峡纬向海流及质量输送

分析和计算了吕宋海峡PR21断面最近海洋调查的部分CTD资料和ADCP资料,再一次证明吕宋海峡常年存在纬向流。但对于天气尺度而言,该流型是多变的。根据高分辨率的海洋环流数值模式4a(1992～1996年)海平面高度(SSH)的输出值,运用地转关系估计了吕宋海峡纬向流的月平均值。研究表明;通过海峡流入、流出南海纬向流的深度一般达到500m左右,200m以上流速较大,平均流速为50cm/s,最大时达80cm/s以上。500m以下的纬向地转流流速较小,通常小于10cm/s.由大洋进入海峡的入流位置位于海峡的中部和南部,月平均入流最大值出现在11月,为50cm/s.位于海峡的北部和南部上层海洋的月平均出流,最大流速亦出现在11月,也为50cm/s,这与秋季北赤道流分叉位置最北(15°N),春季分叉位置最南(14°N)有关。上层流入、流出海峡的流量的月平均值分别约为10×106m3/s和5×106m3/s.当东北季风盛行时(从10月到翌年2月),流入海峡的流量远大于流出海峡的流量,两者的差可达8×106m3/s,而在其他季节两者的差仅为3×106m3/s.这说明东北季风盛行时,会有较多的水从南海南？     

南海等密度面环流季节变化的数值模拟研究

In this study, we develop a variable-grid global ocean general circulation model(OGCM) with a fine grid(1/6)°covering the area from 20°S–50°N and from 99°–150°E, and use the model to investigate the isopycnal surface circulation in the South China Sea(SCS). The simulated results show four layer structures in vertical: the surface and subsurface circulation of the SCS are characterized by the monsoon driven circulation, with basin-scaled cyclonic gyre in winter and anti-cyclonic gyre in summer. The intermediate layer circulation is opposite to the upper layer, showing anti-cyclonic gyre in winter but cyclonic gyre in summer. The circulation in the deep layer is much weaker in spring and summer, with the maximum velocity speed below 0.6 cm/s. In fall and winter, the SCS deep layer circulation shows strong east boundary current along the west coast of Philippine with the velocity speed at 1.5 m/s, which flows southward in fall and northward in winter. The results have also revealed a fourlayer vertical structure of water exchange through the Luzon Strait. The dynamics of the intermediate and deep circulation are attributed to the monsoon driving and the Luzon Strait transport forcing.     

南海中尺度涡的时空变化规律Ⅰ.统计特征分析

利用TOPEX/Poseidon混合ERS1/2高度计资料对1993～2002年间南海中尺度涡进行辨认和动态追踪,并对其时空变化规律进行统计分析,结果表明:南海平均每年出现18个涡旋,出现数量的年际变化与El Niño/La Niña有一定关系.多数涡旋的生命周期在180 d以内,近半数为30～60 d;半径大致在100 km到250 km间,其经向变化与斜压罗斯贝变形半径的经向变化趋势一致;80%的涡旋向西移动,纬向移速大致为在-8 cm/s到3 cm/s间,随纬度变化呈“∑”型分布.涡旋发生的区域主要位于越南南部以东至台湾西南一线海域,呈东北-西南向分布,其中,吕宋海峡以西海域和越南南部以东海域涡旋的出现概率相对较大,约为23%和25%,是涡旋的高发区.涡旋的存在对水深大于200 m海域的海面高度变化的平均贡献约为36%,在涡旋高发区的贡献高达80%.从涡旋出现地点、传播路径和速度、出现概率及对海面高度变化的贡献综合来看,涡旋大体可以沿17°N分成南北两个相对独立系统,一般不会有涡旋跨系统传播.     

南海中部海域障碍层特征及其形成机制

南海中部海域(10°~19°N,108°~122°E)存在显著的季节变化的障碍层.障碍层发生概率夏季最大(52.8%),秋季次之(41.0%),春季最小(10.5%).夏季(2000年8~9月)障碍层最显著,平均厚度约为14.2m;除114°E以东、吕宋岛以西海域为障碍层的多发区外,中南半岛东南海域(12°~14°N,110°~114°E)也存在显著的障碍层;春季(1998年4~6月)和秋季(1998年12月)障碍层平均厚度分别为6.8和11.2m,障碍层多位于114°E以东、吕宋岛以西海域.此外,吕宋岛以西海域(12°~16°N,116°~120°E)及中沙和西沙群岛附近(16°~18°N,110°~116°E)海域障碍层年发生几率超过20%,相对而言,其他海域障碍层年发生几率偏小.降水机制和层结机制分别是南海中部海域春、夏季和秋季障碍层形成的主要原因.其中,降水机制及东南向的Ekman平流较好的解释了春、夏季吕宋岛以西附近海域成为障碍层多发区的原因;此外,强降水是夏季中南半岛东南海域(12°~14°N,110°~114°E)障碍层产生的关键,反气旋涡(暖涡)有助于形成更强的障碍层,上升流对障碍层的影响有待进一步研究.     

2002年春季吕宋海峡海流观测及其谱分析

基于2002年春季航次在吕宋海峡海域锚碇测流站(20°49'57"N,120°48'12"E)200,500与800m锚碇测流水层观测流,进行的海流特征分析与最大熵方法谱分析,得到以下主要结果.(1)在200m处,观测期间海流平均速度为(47.4cm/s,346°),最大观测海流速度V_max和最大日平均海流速度V_d,max分别为(103.8cm/s,10°)和(71.6cm/s,339°);在500m处,观测期间平均流速为(20.3cm/s,350°),最大观测海流速度V_max和最大日平均海流速度V_d,max分别为(74.1cm/s,17°)和(39.1cm/s,317°).这些都表明黑潮在吕宋海峡锚碇测流站200和500m处向西北方向入侵南海.(2)在800m处,观测期间平均流速为(1.2cm/s,35°),最大观测海流速度V_max和最大日平均海流速度V_d,max分别为(10.8cm/s,76°)和(4.7cm/s,46°).这些都表明,它们的流向皆为东北向.比较在每层实测流的结果,表明在800m层海流状况与200和500m层海流状况是不相同的,流速随深度变深明显减弱,流向向右偏转.(3)在观测期间200,500和800m处,日平均流速在4月皆比3月时要强.(4)在200～800m潮流随深度变深有所变化,除了在500m处f<0情况全日潮峰值高于半日潮峰值以及对于半日潮以逆时针方向为主以外,其余情况在200～800m水层半日潮峰值都要高于全日潮的峰值,并且皆以顺时针方向旋转为主.(5)在200～800m水层都存在15d以上或14d左右的周期振动,例如在逆时针方向分量谱(f>0)在200,500m处存在19d左右的周期振动;在800m处存在14d左右的周期振动(f<0).(6)在200～800m处都存在4～6d周期天气过程的振动和2～3d周期振动.还都存在34.5h左右惯性振动周期,它的振动方向为顺时针方向.(7)通过交叉谱的计算,揭示:1)200与500m层两组流速时间序列对于半日潮周期、全日潮周期、15d以上的周期振动、2～3d的周期振动等都有很好的相关性,且对15d以上的长周期振动几乎是同步的;2)500与800m层两组流速时间序列对于4～6d天气过程的周期振动与2～3d的周期振动等都有很好的相关性,但它们之间有相位差,有滞后或提前现象.     

吕宋海峡两侧中尺度涡统计

利用1993-2000年间的T/P卫星高度计轨道资料的时间序列和MODAS同化产品中的卫星高度计最优插值资料对南海东北部海区中尺度涡旋进行动态追踪。按照给定的标准从2种资料中提取了涡旋信息并对其特征量进行统计分析。结果表明,南海东北部海区中尺度涡旋十分活跃,平均每年6个,其中暖涡4个,尺度一般为200~250 km,平均地转流速为44 cm/s;冷涡每年平均2个,尺度一般为150~200 km,平均地转流速为-37 cm/s。吕宋海峡两侧涡旋的比较分析表明,南海东北部海区仍属于西北太平洋副热带海区的涡旋带,冷、暖涡旋处于不断的形成—西移—消散过程中。南海东北部中尺度冷涡大多是南海内部产生的,而暖涡与吕宋海峡外侧暖涡有一定的联系又具有相对的独立性。分析认为西北太平洋的西行暖涡在到达吕宋海峡时,受到黑潮东翼东向下倾的等密度面的抑制和岛链的阻碍,涡旋停滞于吕宋海峡外侧并逐渐消弱,被阻挡于吕宋海峡东侧涡旋释放的能量,形成一支横穿吕宋海峡(同时横穿过黑潮)的高速急流,把能量传递给吕宋海峡西侧的涡旋,使其得到强化,这是吕宋海峡两侧涡旋联系的一种重要机制。     

The Luzon Strait transport variations during 1997~2000

1IntroductionTheSouthChinaSea(SCS)isthelargestmarginalseainSoutheastAsia.TheSCSiscon-nectedtotheopenoceanthroughseveralstraitsbetweenthesurroundinglandmassesandis-lands.TheLuzonStrait(seeFig.1)islocatedinthenortheastoftheSCSbetweenTaiwanIslandandthePhilippineIslands,whichisabout380kmwideanditslargestdepthismorethan2500m.Sincetheotherstraitsareveryshallow,theLuzonStraitistheonlymajorchannelallowingeffectivewaterexchangewiththewesternNorthPacific. Wyrtki(1961)firstlyassocia…     

基于潜标观测的吕宋海峡以东深海海流的低频变异

本文利用在菲律宾海布放的一套锚系潜标获取的长时间海流和水温观测数据，分析了吕宋海峡以东的深海海洋环境特征，着重阐释了该海域海流的全水深垂向结构及其低频变化特征。研究表明，表层(100～160 m)平均流向为西偏北，流速约为12.5 cm/s；中层(810 m)的平均流为西向，流速为2.6 cm/s；深层(1 550 m和2 560 m)的平均流速在1 cm/s以内，近底(4 040 m)的流向为较稳定的西南向，流速为2.3 cm/s。上层海流的动能比中层和深层大1～2个量级，总动能、平均动能、涡动动能均在表层最大，中层次之、深层最小，各层次涡动能均大于平均动能。中上层海流的低频变化具有极高的相似性，全年为81～85 d的周期振荡；近底层海流则不同，变化周期约为51 d。     

南海与西太平洋海水的交换:氧、氦同位素证据

研究了西太平洋海域(7°～26°N,122°～130°E)不同深度海水的氧、氦同位素组成和分布特征.结果表明,巴士海峡附近海域几个深度上δ18O等值线均向东弯曲,δ3He等值线也出现了类似的分布特征,可能反映了南海海水与黑潮水的混合作用.氧、氦同位素的研究结果为南海海水通过巴士海峡侵入了西太平洋提供了地球化学证据.