东海主要水道的流量估算

本文以1977—1984年KER调查资料讨论了大隅—吐噶喇海峡中黑潮的流速结构和流量变化,得出经过这两个海峡流出东海的地转流量平均为24.5×106m3/s。大隅海峡中的流量仅占其中的1/12。在吐噶喇海峡黑潮主干两侧均有逆流存在。计算表明,多年平均的表层地转流速系统偏低于GEK观测流速,约8—20cm/s。本文还以实测流速资料估算了经台湾海峡北上的流量,冬、夏季分别为1.05×106m3/s和3.16×106m3/s。据朱祖佑[1]资料,从台湾以东流入东海的黑潮流量平均为29.3×106m3/s。依Miita等人[2]的资料经对马海峡流出东海的平均流量为3.6×106m3/s。如此经东海四个主要水道流入流出的流量接近平衡,流入大于流出3.3×106m3/s。本文还讨论了引起这种差异的可能原因。     

2002年春季吕宋海峡海流:观测与改进逆模式计算

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处锚碇测流以及CTD观测,采用改进逆方法对调查海域进行海流计算.(1)主要观测的结果:1)在200m处,观测期间海流平均速度为(47.4cm/s,346°).在500m处,海流观测期间平均速度为(20.3cm/s,350°).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,海流观测期间平均速度为(1.2cm/s,35°),它的方向为东北向.比较每层实测流结果,表明800m层海流状况与200和500m层流况不同.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)在调查海区西部的中间区域存在一个高密、冷水中心(HDCW),其中心位置位于断面A的水文站3附近.5)在调查海区东南区域存在一个低密、暖水(LDWW)中心,其中心位置位于断面B的水文站8附近.(2)主要计算结果:1)通过断面B的偏北方向与偏南方向的流量分别为32.48×106m3/s(包括反气旋涡的流量)与3.34×106m3/s.因此通过断面B的净北向流量为29.14×106m3/s.2)通过断面A的东向与西向的流量分别为16.71×106m3/s与8.57×106m3/s(包括气旋涡的流量).因此,通过断面A的净东向流量为8.14×106m3/s.3)通过断面M北向的净流量为24.68×106m3/s.4)黑潮通过断面M后分为主流和一个支流,其主流,流量为16.54×106m3/s,流向断面C的东部分.主流通过断面C的东部分后,最后流向台湾以东海域.而其一个分支,净流量为8.14×106m3/s,在一个高密、冷水中心(HDCW)的区域以东作气旋式弯曲,然后向西北方向通过断面C的西部.因此,黑潮在断面C有两个流核.5)比较计算得到的在锚碇测流站M附近流方向与在200与500m处观测流方向为西北向,它们甚为一致.6)在断面B西侧位于550m以深水层南海水可能缓慢地从西北流向东南,通过断面B的南向流量大约为3.34×106m3/s.     

东海与邻近海域水、热、盐通量的季节变化研究

本文基于高分辨率的区域海洋数值模式对东海及邻近海域进行温、盐、流的数值模拟,模拟结果与实测结果拟合较好。结果表明:东海与邻近海域的水交换过程具有显著的季节变化特征。从流量的角度看,台湾海峡、台湾-西表岛之间水道和西表岛-冲绳岛之间水道是外海水流入东海的3个主要水道,而冲绳岛-奄美大岛、吐噶喇海峡、大隅海峡、济州岛东部和黄东海断面是海水流出东海的水道;其年平均体积输运值分别为1.06×106 m3/s、20.49×106 m3/s、3.20×106 m3/s、-0.92×106 m3/s、-20.59×106 m3/s、-0.30×106 m3/s、-2.37×106 m3/s和-0.37×106 m3/s（向内为正）。对比发现,东海与邻近海域之间各水道的体积、热量和盐量输运均具有相似的季节变化趋势,其最大值往往出现在夏季（7月或8月）,最小值往往出现在冬季（1月或2月）。从7月到11月整个东海是流量净流出的过程,而从12月到翌年6月是流量净流入的过程,全年流量基本上保持平衡状态。东海终年存在向黄海的净输入,其体积、热量和盐量的年平均输运值分别为0.37×106 m3/s,0.027×1015 W和12.7×106 kg/s。     

2002年4～5月琉球群岛两侧海流的研究

基于日本气象厅“长风丸”调查船在2002年4～5月航次期间的CTD资料,结合卫星风场资料,采用改进逆方法计算了琉球群岛两侧海域各断面的流速和流量分布,并分析卫星跟踪浮标资料和同期的卫星高度计资料,得出下面一些主要结论:(1)黑潮流速在PN断面上只有一个流核.通过断面PN的净东北向流量约为34.7×106m3/s,此流量包括台湾暖流、东海黑潮和黑潮以东的反气旋涡的流量.(2)黑潮流速在断面TK上有两个流核,通过断面TK净东向的流量为25.6×106m3/s,黑潮通过海峡后流向断面ASUKA.(3)冲绳岛东南海区琉球海流的流量约为8.8×106m3/s,并流向断面AM.(4)奄美大岛以东的北向海流的流量为12.7×106m3/s,并流向断面ASUKA.在断面ASUKA东南部出现一个中尺度反气旋涡,直径约240 km,其流量约为28.5×106m3/s.(5)四国以南黑潮第一层水体基本来源于通过吐噶喇海峡的黑潮,第二、三层水体来自吐噶喇海峡和奄美大岛以东海域的流量大致相当,而第四层的流量则主要来自于奄美大岛以东海域.(6)浮标资料显示,奄美大岛以东的海流部分来自于断面AM以东海区,并通过断面ASUKA.     

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？     

1997年夏季西北太平洋环流模拟

采用1997年7月中日副热带环流合作调查资料,即“向阳红14”号、“东方红”两调查船CTD观测资料、日本TK和IK断面资料以及GTSPP同步资料,应用开边界情形的MOM2模式计算了西北太平洋21.875°～35.125°N,120.875°～137.125°E范围的环流,主要结果如下:在此期间,(1)黑潮在台湾以东并不存在东分支流向琉球群岛以东海域;(2)东海黑潮的流量约为30×106m3/s,日本以南黑潮流量最大约为70×106m3/s;(3)在21.875°～25°N之间大约有15×106m3/s的流量向西流去.速度分布与流函数分布均表明这一支向西的海流大约在冲绳岛西南分为3支,主要分支转向东北沿冲绳岛以东海域向东北流去;(4)琉球海流主要来自上述西向海流.     

1993和1994年东海黑潮的变异

基于“长风丸”1993～1994年共8个航次的水文调查资料,采用改进逆方法计算了东海黑潮的流速、流量和热通量.计算结果表明:(1)PN断面黑潮流速在秋季时均呈双核结构;而在其他季节,有时为单核,有时为双核;黑潮主核心皆位于坡折处.黑潮以东及黑潮以下都存在南向逆流.(2)TK断面较复杂,可出现单、双或三核结构.在吐噶喇海峡中部、北部出现流核的机率较高.海峡南端及海峡深处都存在西向逆流,而且海峡南端的逆流在秋季较强.(3)在A断面,对马暖流核心位于陆坡上,但有时偏西或偏东.Vmax值的变动范围为26～46cm/s.黄海暖流位于其西侧,流速则相对减小.(4)东海黑潮流量在这两年中,在春季均出现最小值,在夏季出现最大或较大值.黑潮流量,以PN断面为例,每年四季平均流量值1994年与1993年几乎相同,但略小于1992年的平均流量值.8个航次中通过PN、TK断面的平均净流量分别为27.1×106和25.0×106m3/s.(5)8个航次中,通过PN、TK断面的热通量的平均值分别为1.99×1015和1.78×1015W.(6)在计算海域秋季和冬季均是由海洋向大气放热;夏季则均从大气吸热;春季则不确定.海面上热交换率在冬季最大,而春、夏季较小.     

琉球群岛以东的西边界流与东海黑潮流量时空特征的研究

通过最新的高分辨率再分析海洋数据资料,对于东海黑潮以及琉球群岛以东海域的海流进行了研究。结果表明琉球群岛以东西边界流最大流速出现在600~1200 m深度的地形坡度最大处,大小约为0.2 m/s。由于冲绳岛以南庆良间水道的水交换对于东海黑潮流量有重要的影响,东海黑潮的平均流量从南向北逐渐递增,平均流量为28×106~35×106m3/s;琉球群岛以东的西边界流流量则比东海黑潮小一个量级,平均值小于其变化的方差;由于受庆良间水道海流的影响,冲绳岛东侧的流量要远小于奄美大岛东侧的流量。同一纬度大洋中西传的Rossby波对琉球群岛以东的西边界流有较大影响,因此琉球群岛以东西边界流的流量有大约100 d的显著变化周期。庆良间水道以南的东海黑潮由于主要受台湾以东黑潮流量的控制,也有大约100 d的显著变化周期,庆良间水道以北的东海黑潮则没有该特征。     

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。     

吐噶喇海峡黑潮流速结构和流量的研究

利用1977－1991年日本“KuroshioExploitationandUtilizationResearch”（KER）资料和日本气象厅海洋观测资料计算吐噶喇海峡的黑潮流速和流量。结果表明，海峡处黑潮主轴的平均核心流速为92．0cm／s，平均流量为周．1×106m3/s；揭示了吐噶喇海峡黑潮流速的多核结构和多股流动的突出特征。探讨了海峡中流量分布状况和季节变化。     

137°E经向断面上的副热带逆流

根据137°E断面1967～1995年间冬、夏两季的温、盐资料,计算和分析了该断面的地转流和副热带逆流.主要结果如下:(1)副热带逆流在冬季和夏季均存在.冬季,副热带逆流出现1支、2支、3支、4支4种形式,夏季出现2支、3支两种形式,两季均以2支形式占优势.(2)冬季副热带逆流主要出现在22°～23°N、26°～27°N两区间;夏季主要出现在21°～22°N、24°～25°N两区间.(3)副热带逆流的流速呈带状结构,多为单束单核,个别为单束双核形式.流速具有更强,冬弱的特点.(4)副热带逆流的流量年际差异较大,多年平均而言,冬季流量为14.3×106m3/s,夏季的为22.9×106m3/s.(5)冬季,副热带逆流的“源地”与黑潮“源地”同为一体.前者是台湾省以东黑潮东侧海流的一个分支,并沿着暖脊、冷槽边缘而东流.     

2000年东海黑潮和琉球群岛以东海流的变异 Ⅱ.冲绳岛东南海域海流及其附近中尺度涡的变异

基于日本“长风丸”调查船在2000年5个航次水文资料及同时期QuikSCAT风场资料,采用改进逆方法计算了冲绳岛东南海域海流的流速与流量等,获得了以下主要结果.(1)在琉球群岛以东海区1~2,4,7,10与11月分别为东北风,东北风,东南风,偏东风,东北风.风速在4与7月较小,1~2,10与11月较大.表层风海流只有7月时偏北向,其余月偏西方向.(2)琉球海流是琉球群岛以东一支东北向的西边界流.琉球海流结构:最大流速在5个航次中1~2,4,7,10与11月分别为40 cm/s以上,15,20,20与55 cm/s.琉球海流的核心一般位于次表层.琉球海流在5个航次中垂向方向可达1 200 m以深,在琉球海流以深存在弱的、西南向海流.(3)琉球海流的流量在1~2与11月时最大,分别为20×106与14.5×10 m3/s,而在4月时流量最小,只有3.1×106m3/s.这表明琉球海流的流量在2000年季节变化很大.(4)在5个调查航次中,琉球海流以东调查海域都存在尺度不同的、各种冷的气旋式和暖的反气旋式涡.1~2月时,计算区域中部与东部,分别存在反气旋暖涡W1,W2和气旋式冷涡C1,C2;在4月时存在一对较强的、水平尺度都较大的、暖的反气旋涡和冷的气旋式涡,在它们中间出现南向流,它们可能组成一个偶极子等.这些表明,在5个航次中,琉球群岛以东调查海域存在各种强度不等的中尺度涡,其变化都很大.(5)琉球海流的流量受其附近各种涡的影响很大,特别是涡的强度增大时,可能减少琉球海流的流量.(6)在5个调查航次中,琉球群岛以东调查海域都存在南向流,其中11月时最大,其流量大于15×106m3/s,其次在1~2月,其流量大于10×106m3/s,在4月最小,流量约为3×106m3/s.上述南向流的季节变化趋向与琉球海流的季节变化趋向基本一致.     

2000年东海黑潮和琉球群岛以东海流的变异Ⅰ.东海黑潮及其附近中尺度涡的变异

基于日本“长风丸”调查船在2000年5个航次水文资料及同时期QuikSCAT风场资料,采用改进逆方法计算了东海黑潮的流速与流量等,获得了这5个航次期间的主要结果:(1)在东海海区风速1~2月比其他月份时大,风海流也最强.只在7月表层风海流为北向,加强了黑潮流速.(2)表层最低盐度值夏季时最小,1~2月时最大.这再次表明,夏季时长江冲淡水向东北方向扩散,冬季时基本上向南,其他季节在上述两者之间.(3)PN断面流速结构及其变化:黑潮流核在1~2,10和11月时有两个,在4和7月皆只有1个.黑潮主流核在1月位于计算点9,在4,7,10与11月都位于计算点8,即向陆架方向移动.(4)黑潮在TK断面出现多流核结构特性.11月主流核出现在TK断面中部,存在于水深大于1 200 m区域,其余月份主流核皆出现在TK断面北部,存在于深度400m以浅水层.(5)通过PN断面的净东北向流量在11月最大,为28.1×106m3/s,7月时其次,10月时最小,为24.6×106m3/s.通过PN断面的净东北向流量年平均值为26.4×106m3/s.(6)1~2,4,7与10月在PN断面以东都出现暖的、反气旋式涡,10月份时,反气旋式涡最强.只在11月时出现弱的、气旋式涡.黑潮以东反气旋涡加强时,黑潮流量似乎减小(例如10月);相反,当黑潮以东反气旋涡减弱(例如7月)或者代之出现气旋涡时(例如11月),黑潮流量似乎增大.10和11月在PN断面附近流态的比较,揭示了环流变化较大,这进一步表明,黑潮和其附近中尺度涡的相互作用是重要的.(7)通过TK断面的净东向流量,11月最大,7月其次,10与1~2月最小.通过TK断面净东向流量年平均值为21.9×106m3/s.(8)通过A断面的北向流量在1~2与4月较大,分别为3.5×106与3.1×106m3/s,7月最小.通过A断面的年平均北向流量约为2.7×106m3/s,这表明,在2000年1~2与4月通过对马暖流的流量最大,7月时最小.     

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。     

台湾海峡夏季与冬季的水体及热盐通量观测

利用在台湾海峡附近的下放式声学多普勒流速剖面仪(Lowered Acoustic Doppler Current Profiler,LADCP)观测资料和温盐观测资料,通过对连续站的两个季节观测进行正压和斜压潮流分析从而去除潮流得到准定常流,并在此基础上计算了南海和东海之间通过台湾海峡输运的水体及热盐通量。结果表明:台湾海峡大部分海域是半日潮海区(正规半日潮及不正规半日潮海区),半日潮主要分量为太阴半日分潮M2;台湾海峡的水体输运及热盐通量呈现明显的季节变化:夏季台湾海峡内表现为一支东北流向的海流,即台湾海峡暖流,存在3.3 Sv(1Sv=106 m3/s)的东北向水体输运,冬季东北季风较强,西南方向的海流加强,混合层可达到底部,存在1.8 Sv的东北向水体输运。与此对应的热盐通量分别为:夏季热通量为0.34×1015 W,盐通量为118.6×109 g/s;冬季热通量为0.14×1015 W,盐通量为72.9×109 g/s。该结果对台湾海峡通量的研究给出了一个直接观测的准确值,并为相关的数值研究提供了参考。     

台湾海峡西部沿岸上升流的研究

本文分析了台湾浅滩至闽江口南近海海水的温度、盐度和密度等要素的分布特征,获知夏季海峡西部沿岸存在着上升流。上升流最强的位置有两处:其一在平潭岛附近海域,另一处位于台湾浅滩西北侧东山岛以东海域。文中从底层海流逆坡爬升及风生海流引起的海水涌升等动力学因素方面,对台湾海峡西北部沿岸上升流形成的可能机制进行了探讨,并用等密度线位移估算了平潭岛附近海域上升流的速度为1.6×10~(-3)cm/s。     

宫古海峡通道海流的高分辨率数值模拟

运用美国麻省理工大学MITgcm模式、模式嵌套技术和高分辨率网格(水平方向为1°/48×1°/48,垂向为22层),模拟了宫古海峡通道中的海流流动状况。流场不同分辨率的模拟结果表明,海底地形对宫古海峡通道中的海流流动影响显著;宫古海峡通道中的海流流动结构具有如下特征:垂向流动可分为3层,每层均存在流速核心;400 m以浅的上层海流从太平洋流入到东海,平均流速约为10 cm/s,流速核心位于160 m附近;400~1 000 m的中层海流从东海流出到太平洋,平均流速约为2 cm/s,流速核心位于650 m附近;1 000 m以下的深层海流从太平洋流入到东海,平均流速约为1 cm/s,流速核心位于1 200 m附近。宫古海峡通道中的海流流动具有较强的季节变化特征,秋末冬初流动较强,夏季流动较弱。     

台湾海区的风浪特点及分布规律

收集了1960～1990年间的31 a国际气象船舶报资料,以中国台湾周边海区为中心,范围自20°N～28°N,116.5°E～124°E,划分为1°×1°网格单位,对风向、风速、浪向、浪高、周期等要素进行累年逐月统计和作图.通过分析研究,我们发现了该区的风浪特点和分布规律冬季风浪以台湾海峡中部为最大,尤其是澎湖列岛北部地区(风速大于20 m/s,浪高大于3.0m),但在台湾西南部沿岸以高雄为中心,风浪最小;夏季风浪以台湾海峡南口为最大(风速大于13.0 m/s,浪高大于2.0 m),台湾海峡风浪最小(风速小于1.0m/s,浪高小于1.5m).这些新的特点,在以往的2°×2°或5°×5°的大网格分析研究中是显示不出来的.     

琼州海峡冬末春初潮余流场特征

1995年2月26日至3月6日,在琼州海峡的新海一四塘断面上,大小潮期间进行15条船同步测流.该断面上涨潮流速普遍大于落潮流速,实测最大涨潮流速为172cm/s,最大落潮流速为142cm/s;大潮期间北部6个站全层平均余流速度为18.4cm/s.海峡中间3个站0～20m层平均流速为18.3cm/s,南部6个站平均余流速度为10.2m/s.中间和北部诸站余流方向指向W一S范围,南部6个站因受地形影响,流向指向NE.用数值计算方法,再现了大小潮期间琼州海峡整个潮流场.大潮期间,通过西断面(灯楼角──玉苞角)落潮流总通量为4.73×1010m3,涨潮流总通量为4.29×1010m3;通过东断面(东营──龙塘镇)落潮流总通量为5.22×1010m3,涨潮流总通量为4.90×1010m3,其净通量,西、东断面分别为0.43×1010和0.32×1010m3,其方向指向西.     

台湾海峡海流结构及海水通量

主要根据台湾海峡的实测海流资料，以夏、冬为代表季节，分析了台湾海峡２—３个纬向断面的海流结构，计算出各断面的海水通量。结果表明：夏季，台湾海峡中、北部海域各层的海流一般偏Ｎ向流动，Ｎ向的海水净通量为３．３２×１０６ｍ３·ｓ－１；冬季，高温高盐的黑潮水和南海水由南向北经南部断面进入台湾海峡，其海水通量分别为１．６９×１０６ｍ３·ｓ－１和０．５９×１０６ｍ３·ｓ－１；而东海水由北向南通过北部断面进入台湾海峡，其海水通量为１．０２×１０６ｍ３·ｓ－１，其中，有０．４０×１０６ｍ３·ｓ－１的海水沿着福建和广东近岸流进南海，其余０．６２×１０６ｍ３·ｓ－１的海水在台湾海峡北部混合后随同黑潮水和南海水流入东海。总之，流经台湾海峡的Ｎ向海水净通量为１．７４×１０６ｍ３·ｓ－１。