春季东海黑潮锋面涡旋的观测与分析

本文根据1992年春季东海黑潮锋面涡的专题调查资料,分析了黑潮锋面涡的基本形态以及它在陆架-黑潮水相互交换中的作用。其主要结果是:(1)在30°N以南黑潮锋面涡呈折叠波状,其倒卷暖水舌的厚度约50m,冷中心呈带状;(2)在锋面涡的卷挟下,陆架混合水被卷入黑潮中;(3)锋面涡经过的水域生物生产力明显增高。文中还比较了1988、1989和1992年三次春季观测到的屋久岛西侧海域的锋面涡旋形态,认为这里的锋面涡约以30cm/s;速度随黑潮东移,锋面涡舌已发展成暖丝结构。当暖丝西行抵陆架边缘后,它可能直接北上归入对马暖流,也可能在九州西侧海区演变成暖环。     

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.     

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。     

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.     

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。     

东海东北部春季若干重要水文结构的分析

本文主要基于韩国海洋研究所在东海沿岸海洋过程试验中收集的ＣＴＤ资料，分析了１９９５年春季出现在东海东北部的一些重要水文结构。结果表明，一种锋涡状结构出现在黑潮向东转折点附近。它不仅使邻近海域的水文结构变得更复杂，而且诱发黑潮水与陆架水间活跃的交换。在陆架坡折处观测到若干孤立的陆架水块，可能是锋涡的卷挟作用所致；该海域存在４个水团，即黑潮水、对马暖流水、陆架水和混合水。对马暖流水分为上下两层：上层水为变性黑潮水，盐度比黑潮水约低０．１，底层对马暖流水仅位于冲绳海槽区，并有着与黑潮中层水相同的温、盐特性；一种双锋结构出现在邻近黑潮的陆架边缘附近。在内陆架形成的陆架锋，由北向南伸展时，愈来愈偏向陆架边缘。而黑潮锋沿九州以西深槽的陆架边缘向北伸展。在黑潮转折点附近，两锋几乎合并为一条锋。狭窄的锋带由黑潮水及其变性水和陆架水的混合水所占据。     

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。     

东海PN断面水团分布的季节变化

利用PN断面的高分辨率CTD温度、盐度和密度资料,采用曲线族拟合的水团分析方法分析发现,PN断面处的水团有明显的陆架水和黑潮水的交汇特征,且随着季节的变化PN断面处的水团特征也发生明显的变化.夏季,黑潮水核心离陆架的距离最远且深度较深,陆架水与黑潮的混合水浮置于黑潮水本体之上且向深海拓展的最远,隶属度在PN断面上200 m的分布几乎呈水平状;秋季,黑潮水主体离陆架的距离最近,并将陆架混合水向陆架压迫,使得隶属度等值线由夏季的平直状态向陆地弯曲;冬季,黑潮水团的核心占据了深海区域的整个表层和次表层,且位置相对于秋季更向深海移动,黑潮水与陆架水的交汇处也由秋季的陆架移向陆坡;春季,是唯一可以清楚地看到陆架混合水隶属度分布的季节,此时陆架混合水充满整个陆架海域,而黑潮水的核心进一步远离陆架.海面风场和净热通量场通过改变混合层的深度影响PN断面处黑潮水和陆架水之间的混合,而海面降水对于PN断面上的水团分布特征没有显著影响.     

水团对吕宋海峡浮游植物群落结构的影响

根据2008年8月18日至9月19日在吕宋海峡3个断面获得的0~200 m层浮游植物数据,探讨了群落结构及其与不同理化性质水团的关系。本研究共鉴定浮游植物4门61属169种（包括变种、变型和未定种）,其中甲藻和硅藻物种数基本相当,各占所有物种数的50%左右;另记录了金藻门3属3种;蓝藻门1种。海区优势种为卡氏前沟藻Amphisdinium carterae、锥状施克里普藻Scrippsiella trochiodea、角毛藻Chaetoceros sp.和原甲藻Prorocentrum sp.。丰度范围是（0.08~9.48）×106个/m3,平均为1.448×106个/m3。甲藻占总细胞丰度的74.68%;硅藻占24.96%。在水平方向,B断面和C5站浮游植物丰度较高,甲藻主要分布于远离陆地的海峡中部,而硅藻主要分布于台湾岛和吕宋岛附近;浮游植物垂直分布主要在水体的0~50 m层。聚类分析并结合水文数据表明浮游植物基本可划分为3个类群,分别受南海水、黑潮水和混合水的影响。南海水与黑潮水交汇的锋面区域,具有较周围区域更高的物种数、水柱平均丰度及硅甲藻丰度比,体现出强烈的锋面效应。     

东海黑潮水与陆架水的季节性输运和交换

在流星分析和ｔ－Ｓ点聚分析的基础上，在台湾东北部ＩＳ断面和东海中部ＰＮ断面上选取适当的纵剖面作为分界面，将以面分成东、西两侧，计算了界面两侧的海水交换星。结果表明：１．东海陆架区海水交换可归纳为两种类型，即“穿插型”和“进退型”。２．参与分界面处海水交换总量的年平均是夏季最大，春、秋季次之，冬季最小。黑潮水向陆架区输运量为０．５８×１０６ｍ３／ｓ，陆架水向黑潮刚输运量为０．８４×１０６ｍ３／ｓ；参与交换的总量为１．４２×１０６ｍ３／ｓ．３．相对输运量计算结果表明；黑潮水对陆架区水文状况的影响是冬季最强，秋、春季次之，夏季最弱，而陆架水对黑潮区水文状况的影响是夏季最大，秋季次之，春季和冬季最小。     

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.     

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.     

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。     

中国近海及其附近海域若干涡旋研究综述Ⅱ.东海和琉球群岛以东海域

综述东海和琉球群岛以东海域若干气旋型和反气旋型涡旋的研究.对东海陆架、200m以浅海域,主要讨论了东海西南部反气旋涡、济州岛西南气旋式涡和长江口东北气旋式冷涡.东海两侧和陆坡附近出现了各种不同尺度的涡旋,其动力原因之一是与东海黑潮弯曲现象有很大关系,其次也与地形、琉球群岛存在等有关.东海黑潮有两种类型弯曲:黑潮锋弯曲和黑潮路径弯曲.黑潮第一种弯曲出现了锋面涡旋,评述了锋面涡旋的存在时间尺度与空间尺度和结构等;也指出了黑潮第二种弯曲,即路径弯曲时在其两侧出现了中尺度气旋式和反气旋涡,讨论了它们的变化的特性.特别讨论了冲绳北段黑潮弯曲路径和中尺度涡的相互作用,着重指出,当气旋式涡在冲绳海槽北段成长,并充分地发展,其周期约在1~3个月时,它的空间尺度成长到约为200km(此尺度相当于冲绳海槽的纬向尺度)时,黑潮路径从北段转移到南段.也分析了东海黑潮流量和其附近中尺度涡的相互作用.最后指出在琉球群岛以东、以南海域,经常出现各种不同的中尺度反气旋式和气旋式涡,讨论了它们在时间与空间尺度上变化的特征.     

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.     

2001年冬春转换期间南海东北部水文和环流特征

根据2001年3月份南海东北部航次调查温、盐资料,分析了2001年冬末春初南海东北部温、盐结构和环流的特征.分析结果表明:观测期间南海东北部环流主要受一次海盆尺度气旋型冷环流支配,冷环流呈现双核结构,垂向尺度接近1000 m.吕宋海峡内侧断面的水交换在600 m以浅海水流入南海,在断面南部(20°N以南)中层和深层有流出,断面法向地转流向西净输运量为6.9×106m3/s;直接的黑潮入侵不超过120.5°E,但有部分的黑潮水沿陆坡达到台湾岛西南部海域,并更有一部分逸入东沙岛以西海域,与南海水混合变性.     

横穿黑潮锋断面的流场结构

基于一组简化了的运动方程组，在充分考虑底Ekman层作用的情况下，提出一种横穿锋面的断面上流场结构的计算方法。应用该方法对东海横穿黑潮锋的不同断面上的流场（1989－1990年资料）进行计算。结果表明，黑潮锋左侧（向岸侧）存在较强的上升流，而锋区右侧（离岸侧）表现为海水的下降运动。垂直流速为（1－20）×10－3cm／s的量级，而横穿锋面方向的水平流速为1－3cm／s，其中以夏、秋季跃层附近最强。在陆架坡折处，上升流转向陆架。同时，还分析了正压场和斜压场对这种流场的不同贡献，认为在黑潮区，正压场起主要作用;而在内陆架区，斜压场则变得重要。将计算的流场与硝酸盐的分布比较表明，两者有较好的对应关系。     

牟氏角毛藻培养研究——Ⅱ.海泥提取液和不同氮肥对生长率的作用

采用海泥提取液和不同氮源的培养基对牟氏角毛藻进行培养研究的结果,表明海泥提取液对牟氏角毛藻的生长繁殖具有明显的促进作用,比施用维生素和生物素好,尤以2%浓度为佳.不同氮源的培养结果表现出牟氏角毛藻在短时间内,每小时每个细胞吸收NO₃-N1.6-4.4×10-8毫克,而吸收NH₄-N 4.9-5.9×10-8毫克;这证实了牟氏角毛藻吸收NH₄-N的能力强于NO₃-N,所以生长在NH₄-N培养基中胜过生长在NO₃-N培养基中.从培养利用出发,我们认为采用铵盐培养基为宜.     

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。     

黑潮跨陆架入侵东海年际变化的数值模拟

为了研究黑潮跨过200m等深线对东海入侵的年际变化特征,本文基于ROMS(Regional Ocean Modeling System)海洋模式,对西北太平洋海域进行了高分辨率的数值模拟,模式水平分辨率高达4km,该分辨率可以很好地分辨黑潮以东区域的中尺度涡旋等过程。模式首先进行了6年的气候态模拟,然后进行了1993到2015年的后报模拟。模式很好地再现了东海陆架已知的环流结构,模拟出的对马海峡和台湾海峡的年平均流量和观测结果也比较一致。基于模式结果,利用旋转经验正交函数(REOF)的方法,对黑潮跨过200m等深线流量的年际变化进行分析。REOF的主要模态表明,黑潮跨过200m等深线对东海陆架的入侵主要发生台湾东北,并且入侵主要集中在黑潮次表层水中。主要模态的时间系数表明,黑潮入侵东海陆架的年平均流量存在一个8年的变化周期。相关性分析表明,黑潮入侵东海陆架的年际变化和太平洋年代际振荡PDO(Pacific Decadal Oscillation)指标具有显著的负相关,其相关系数达–0.63。该相关可以通过如下过程解释:PDO会导致东太平洋风应力涡度异常,由Sverdrup关系可知向赤道的体积输运也会相应地产生异常,根据质量守恒,向赤道体积输运的异常必然通过西边界流-黑潮的异常来平衡,从而导致黑潮入侵东海陆架强烈的年际变化。