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.     

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.     

1998年夏季南海水团分析

根据 1 998年夏季“南海季风试验 ( SCSMEX)”期间所获的 CTD资料 ,使用系统聚类、Fuzzy模式聚类、Bayes判别分析和 Fuzzy分析等水团分析方法 ,对南海水体的结构和水团配置状况等进行了分析 ,划出了南海存在的 9个主要水团 ,并对各水团的温、盐度特征进行了初析。在调查期间 ,南海本地水 (南海水 )几乎控制了整个调查海区 ,而黑潮水仅出现在台湾岛的西南海域 ;海水强烈混合发生在吕宋海峡附近 ;在中南半岛以东和吕宋岛以西海域 ,表层水明显下沉 ;在南海东南部可能有来自苏禄海的海水 ,其温、盐度特征类似于吕宋海峡中的黑潮水     

南海北部次表层高盐水的季节变化及其与西北太平洋环流的关系

次表层高盐水(34.68‰)作为北太平洋热带水(NPTW)的示踪,可用来研究黑潮入侵,了解南海与太平洋的水体交换。文章利用基于高分辨率混合坐标海洋模式(HYCOM)的海洋再分析资料,研究了南海北部次表层高盐水的季节变化及其影响因子。模拟结果显示,南海北部高盐水位于100~200m水深,最西可达111°E,其体积存在明显的季节变化,12月达到极大值,6月达到极小值。进一步的分析表明,其季节变化主要受低纬度西北太平洋大尺度环流的调制,与北赤道流分叉点位置的季节变化(1月到达最北端、6月到达最南端)呈现很好的相关性。受太平洋大尺度风场的影响,北赤道流分叉点上半年(下半年)向南(北)移动,导致黑潮输运增强(减弱),通过吕宋海峡进入南海的盐通量减少(增加),从而使南海次表层高盐水的盐度降低(升高)。吕宋海峡断面的流速和盐通量分布特征显示,西太平洋高盐水主要通过吕宋海峡中部(20°~21°18'N)进入南海北部。     

1998年夏、冬季南海的水团及其与太平洋的水交换

根据 1998年夏季和冬季 2个航次的实测资料 ,对南海的水团进行划分和分析 ,并利用1997年 7月和 12月的实测资料 ,对巴士海峡 (吕宋海峡 )和民都洛水道附近的温盐分布进行分析。1998年冬季的资料分析结果表明 ,可将南海外海水划分为 6个水团 ,即南海表层水团 (S)、南海次表层水团 (U)、南海次 -中层混合水团 (UI)、南海中层水团 (I)、南海深层水团 (D)和南海底盆水(B)。 1998年夏季还可在南海中鉴别出黑潮表层水团 (KS)和黑潮次表层水团 (KU) ,但在冬季观测期间无黑潮水越过 119.5°E经线进入南海 ;夏季有苏禄海水在 5 0～ 75 m层经民都洛水道侵入南海。然而 ,1997年夏季和冬季的资料分析表明 :夏、冬两季都有大洋水通过吕宋海峡北段进入南海 ,南段有南海水流入太平洋。这些现象可能与 1998年前后的厄尔尼诺有关。     

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.     

南海的黑潮分离流环

黑潮与南海的相互作用是海洋学研究中一个悬而未决的课题。黑潮在离开吕宋岛跨越巴士、巴林塘等海峡（以下依习惯简称吕宋海峡）时作用于南海。虽然以往对黑潮通过日宋海峡侵入南海东北部有过若干研究，但未曾有过黑潮分离涡旋进入南海的观测报道。在1994年9月初，我们在南海东北部人陡坡外首次捕获一反气旋型的黑潮分离流环，本文报道此次观测结果。该流环为中心位于21°N，117.5°，直径约150km，垂直尺度超过1000m的反气旋；其外形沿大陆坡拉长，呈卵圆型。地转计算和ADCP直接测量均表明其近表层流速接近lms-1.流环中水温高于周围海水，密度则偏低，因而该中尺度涡属暖流环类（wormcorering）。T－S特性分析表明流环内海水特性不同于周围，次表层高盐核盐度高出四周，中层低盐核盐度则低于四周，说明该流环应源于黑潮。观测期间在巴士、巴林塘等海峡似有另一流环正在形成过程中。     

2006年9月南海北部表层温盐场的走航观测

通过2006年9月南海北部开放航次的走航观测,得到了该海区多个断面的表层温度、盐度分布曲线.QuikScat海面风场资料显示观测期间处于西南季风向东北季风的转换阶段,走航观测所得的温、盐资料显示出在这一季风转换的特殊阶段该海区表层的水文特征.珠江口冲淡水的扩散范围在季风转向前后有显著的变化,低盐的冲淡水在西南季风阶段向珠江口外海区的东南方延伸较远,而在东北季风阶段则受珠江径流量、南海北部表层环流等因素的影响收缩至珠江口附近.闽南近岸和台湾浅滩南部表层具有低温高盐特征,但CTD资料表明台湾浅滩区域存在上升流,结合风场资料,可证实观测期间此处的上升流由海流-地形因素所造成.     

吕宋海峡及南海北部海域的水团分析

根据1992年3月和1994年9月台湾海峡两岸科学家对南海北部两次协同调查的CTD资料以及由此计算的重力势资料,对吕宋海峡及南海北部400m以上海水的温盐性质进行分析。结果发现,调查海区基本可划分为两种水团,即黑潮水和南海水。黑潮水主要从吕宋海峡中部和北部进入南海,侵入的黑潮水向西北方向扩展,受到台湾海峡海底地形的阻挡而大部分集中于台湾西南海域,向西的范围基本不超过119°E。虽然两次观测所处的季节不同（分别为春初和夏末）,但黑潮入侵南海的差异并不明显。另外,在二次调查的部分层次上,南海北部陆坡边缘都发现有一团水平尺度约百公里的黑潮性质水。配合重力势的水平分布形式,可以用地转流场的结构解释水团分析的结果。     

南海北部深水海域温度以及盐度的季节及年际变化特征

利用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)再分析资料,分析了南海北部深水海域温度及盐度的季节和年际变化特征,讨论了季节及年际变化时间尺度上黑潮通过吕宋海峡对南海北部温、盐场的影响.资料分析表明:南海北部深水海域温、盐场存在明显的季节及年际变化特征.在气候平均态下,吕宋海峡处黑潮对南海北部温、盐场的影响主要存在于119°E以东;黑潮对南海的入侵程度在冬季最大,可影响到118°E附近;在秋季最小.吕宋海峡以西的温度水平梯度在秋季最弱,而盐度水平梯度则在夏季最弱.在吕宋海峡处黑潮形变的南侧,温、盐场年际变化信号最强.通过EOF(Empirical Othorgnal Function)分析,发现南海北部深水海域盐度和温度场第一模态的最大变率均分布在吕宋海峡处黑潮形变的南部,且均具有2～5 a的年际变化周期.另外,在年际变化时间尺度上,南海北部深水海域盐度场受黑潮形变的影响较大,在黑潮流量大的年份吕宋海峡处盐度值较低,在黑潮流量小的年份吕宋海峡处盐度值较高,而温度场则和Nino3.4指数呈明显的负相关变化.     

夏季巴拉望岛西北部海域净热通量的时空变化特征和形成机理初析

利用OAFLUX气候态月平均热通量资料及TMI云量、降雨、SST和QuikScat风场资料,对南海、特别是巴拉望岛西北海域净热通量的时空特征进行了深入分析.研究发现,夏季在巴拉望岛西北海域存在一局域净热通量极小值区,在7月份该海域海洋甚至呈现失热达20 W/m2情况.分析认为该局地净热通量异常可能与南海暖水的发生、发展有关,即由于西南季风爆发,巴拉望岛西北海域对流加强,一方面,蒸发增大使得潜热增大、云量增多,导致入射太阳短波辐射的减少;另一方面,降水的增大使得该海域出现障碍层现象,障碍层导致的局地海温正反馈进一步增强了局地对流,从而加剧海洋失热过程,促成了巴拉望岛西北海域净热通量局地异常的出现.进一步的经验正交模态（EOF）分析表明,在季节变化尺度上,南海净热通量的第一模态（89.1%）呈同位相变化,反映了南海受冬、夏季风的交替驱动特征;其中南海北部（海南岛至台湾海峡南段的带状海域）为振幅最大区,这与该海域存在年平均最大风速有关;第二模态（10.0%）以吕宋岛至雷州半岛一线为界,南北两侧反相,并具有显著的局域特征;不仅反映了黑潮入侵与南海环流的季节变化,而且还发现巴拉望岛西北海域存在一局地极值域,对应夏季净热通量异常区.     

Intrusion of the Kuroshio into the South China Sea,in September 2008

Using widespread conductivity–temperature–depth (CTD) data in the Philippine Sea and northern South China Sea near the Luzon Strait together with altimeter data, we identified an intrusion of water from the Kuroshio into the South China Sea (SCS) through the Luzon Strait in September 2008. The Kuroshio water obviously intruded into the SCS from 20 to 21°N, and existed mainly in the upper 300 m. The intrusion water extended as far west as 117°E, then looped around in an anticyclonic eddy and returned to the Philippine Sea further north. The dynamics of the Kuroshio intrusion are discussed using a 1.5-layer nonlinear shallow-water reduced-gravity model. The analysis suggests that the strong cyclonic eddy to the east of the Kuroshio in September 2008 was of benefit to the intrusion event.     

A numerical study of the summertime flow around the Luzon Strait

Luzon Strait, a wide channel between Taiwan and Luzon islands, connects the northern South China Sea and the Philippine Sea. The Kuroshio, South China Sea gyre, monsoon and local topography influence circulation in the Luzon Strait area. In addition, the fact that the South China Sea is a fairly isolated basin accounts for why its water property differs markedly from the Kuroshio water east of Luzon. This work applies a numerical model to examine the influence of the difference in the vertical stratification between the South China Sea and Kuroshio waters on the loop current of Kuroshio in the Luzon Strait during summer. According to model results, the loop current’s strength in the strait reduces as the strongly stratified South China Sea water is driven northward by the southwest winds. Numerical results also indicate that Kuroshio is separated by a nearly meridional ridge east of Luzon Strait. The two velocity core structures of Kuroshio can also be observed in eastern Taiwan. Moreover, the water flowing from the South China Sea contributes primarily to the near shore core of Kuroshio.     

A case study of a Kuroshio main path cut-off event and impacts on the South China Sea in fall-winter 2013–2014

This study examines a Kuroshio main path(KMP) cut-off event east of Taiwan Island occurred in fall-winter2013–2014 and its impacts on the South China Sea(SCS) by analyzing satellite altimetry and mooring observations. Satellite altimeter sea level anomaly(SLA) images reveal a complete process that a huge cyclonic eddy(CE) from the Pacific collided with the Kuroshio and the western boundary from 15 October 2013 to 15 January 2014. Mooring observations evidenced that the Kuroshio upper ocean volume transport was cut off more than 82% from 17×106 m~3/s in September to 3×106 m~3/s in November 2013. The KMP cut-off event caused the Kuroshio branching and intruding into the SCS and strengthened the eddy kinetic energy in the northern SCS west of the Luzon Strait. Using the total momentum as a dynamic criterion to determine the role of eddy collision with the Kuroshio reasonably explains the KMP cut-off event.     

南海环流动力机制研究综述

南海的环流复杂,但通过近20 a来的研究工作,国内外学者对此已取得了不少的成果.本文就南海环流框架性的问题,综述了有关的文献,认为对南海上层海洋三方面的环流分量的驱动机制已有了初步的认识.这三方面分别是:(1)准季节性风场;(2)黑潮向南海的净输运;(3)黑潮向南海的涡度平流输送.但是对这些驱动的时空变化仍相当不清楚.三者皆增强了南海北部的海盆尺度气旋式环流,其强化的西南向西边界流靠近东沙群岛,建议称为“东沙海流”.没有水文证据显示黑潮水是以分支形式进入南海,其向南海的输运也不可能主要通过中尺度涡过程,具体机制有待研究.每年在南海生成的中尺度涡平均约有10个,风场与沿岸地形所生成的强风应力旋度可能是其主要的驱动机制.作为框架性的认识,也有三方面的工作进行得较少,即:(1)吕宋海峡的上层水交换;(2)南海的中尺度涡生成机制,虽然强风应力旋度及前述的第三种环流驱动机制也有中尺度涡伴生;(3)自吕宋海峡进入的深层水对南海上层海洋环流的影响.     

A Review on the Currents in the South China Sea: Seasonal Circulation, South China Sea Warm Current and Kuroshio Intrusion

Researches on the currents in the South China Sea (SCS) and the interaction between the SCS and its adjacent seas are reviewed. Overall seasonal circulation in the SCS is cyclonic in winter and anticyclonic in summer with a few stable eddies. The seasonal circulation is mostly driven by monsoon winds, and is related to water exchange between the SCS and the East China Sea through the Taiwan Strait, and between the SCS and the Kuroshio through the Luzon Strait. Seasonal characteristics of the South China Sea Warm Current in the northern SCS and the Kuroshio intrusion to the SCS are summarized in terms of the interaction between the SCS and its adjacent seas.     

中国近海及其附近海域若干涡旋研究综述 Ⅰ.南海和台湾以东海域

综述了南海和台湾以东海域若干气旋型和反气旋型涡旋研究.在南海存在着许多活跃的中尺度涡,我们分别对南海中、南部海域和南海北部海域中尺度涡作了评述.在南海北部海域,目前最感兴趣的问题为:南海水与西菲律宾海通过吕宋海峡的交换的物理过程,以及黑潮是否以反气旋流套形式进入南海.这些问题目前尚不清楚,尤其是这些问题的机理.这些问题必须通过今后深入和细致的、长时间的海流和水文观测,以及长时间卫星遥感观测资料的论证才能逐渐认识清楚.台湾以东海域,黑潮两侧经常出现中尺度涡,而且变化较大而复杂.文中着重讨论兰屿冷涡和台湾东北的气旋式冷涡.     

Sources of water in the Taiwan Strait

The conveyor of the source water that feeds into the Taiwan Strait (TS), particularly from the south, is investigated using historical CTD (Conductivity-Temperature-Depth) data and a North Pacific Ocean and East Asian seas coupled model. The modeled currents and drifter trajectories suggest that the Kuroshio Branch Water (KBW) rarely flows directly into the TS from the Luzon Strait (LS) in winter; instead the massive westward movement of the Kuroshio conveys high salinity water to the southeastern TS through a loop-like route. In summer, the modeled flow fields suggest that the Kuroshio surface currents hardly intrude into the TS directly from the LS. Observations and model results show that the monsoon-driven northeastwardflowing currents in the northern South China Sea transport relatively low salinity water through the entire TS.     

Several significant hydrographic characteristics and their formation mechanism in the South China Sea during the spring and summer of 1998

INTRODUCTIONTheSCSisthelargestmarginseainthewestoftheNorthPacificOcean .Theprevailingwindinwinterisnortheast,whileinsummeritissouthwest .Itisstilluncertainthathowthecirculationandtemperature -salinityfieldassociatewiththemonsoonforcingandaccompanywithseveralkindsofvariationsbeforeorafterthesummermonsoonburst .DuringSECMEXin 1 998,twointensiveobservationperiods (IOP)havebeencarriedoutntheSCS (Fig 1 ) :IOP1 ,from 1 0Aprilto 5May ;IOP2 ,from 1 2JunetoJuly 6 ,inordertounderstandthe…