台湾以东黑潮三维海流诊断计算

本文基于1940年2—3月日本“Komahashi”号调查船在台湾东部海区的调查资料,对调查海区进行三维海流的诊断计算,计算结果表明:(1)在调查期间黑潮经历了几次弯曲,首先是气旋式弯曲,并伴随着冷涡,冷涡强度较强,黑潮在此涡附近,分为东、西两侧流,当黑潮继续北上时,又经历了反气旋弯曲;(2)深层流有一些重要特点,例如在海区西部出现逆流以及东部流向向东北等等;(3)即使在冬季,在台东附近仍出现较强的上升流,相应在这里出现冷水中心以及250米层及其以下水层存在气旋涡.     

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。     

东海黑潮活跃区表层流场的半年内时间尺度变化研究

利用高时空分辨率的资料,对东海黑潮表层海流的半年内时间尺度变化特征进行了分析研究,得到主要以下结论:(1)东海黑潮表层海流在台湾东北海区和吐噶喇海峡附近海区存在着最为显著的变化;(2)那里的表层海流都存在半年内时间尺度的变化,其谱峰主要在50~70d及90~140d两个频段内,两个准周期变化的基本特征都是异常气旋涡和反气旋涡的准周期转换;(3)异常气旋涡和反气旋涡的活动都与东海黑潮在两个海区的流轴变化相联系,气旋涡与黑潮流轴在该海区的向东南退缩相伴,而反气旋涡与黑潮流轴在该海区的向西北推进相伴;(4)初步分析表明,在台湾东北海域导致50~70d变化的异常涡旋主要源于黑潮自身存在的中尺度过程,而90~140d的变化则主要受从台湾以东传来的中尺度涡影响。类似地,吐噶喇海峡附近的黑潮海流同样在50~70d及90~140d两个频段内存在显著的准周期变化,回归分析表明,导致50~70d变化主要源于上游黑潮海流的中尺度过程,而90~140d的变化则主要受琉球群岛以东传来的中尺度涡影响。     

台湾以东中尺度涡对黑潮入侵东海路径的影响

利用AVISO数据集的卫星高度计资料,分析了中国台湾以东中尺度涡的时空特征,通过具体的中尺度涡实例探讨了其对台湾以东黑潮路径的影响。研究表明气旋式中尺度涡在春夏季节的数目要少于反气旋式中尺度涡,在秋冬季节气旋式涡旋个数则多于反气旋涡;并且台东以东区域涡旋传播存在多种路径,涡旋的存在对台湾东北部黑潮入侵东海的路径具有重大影响,特别是2004年夏季台湾以东区域存在多个涡旋,相应的吕宋海峡黑潮主轴向东偏移明显,台湾东北黑潮入侵东海的路径发生了显著变化。     

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.     

1992的东海黑潮的变异

基于１９９２年４个航次的水文调查资料,运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断面黑潮在春季和秋季有两个流核,冬季和夏季则只有一个流核,主核心皆位于坡折处,Ｖｍａｘ值春季最大,冬季和夏季次之,而秋季最小,黑潮以东及以下都存在逆流,（２）ＴＫ断面黑潮在科季为两核,春、夏季为３核,海峡南端及海峡深处存在西向逆流,（３）通过Ａ断面的对马暖流Ｖｍａｘ值在秋季最大,冬季最小     

1995与1996年夏季琉球群岛两侧海流

基于1995,1996年夏季日本调查船的观测资料,采用P矢量方法对琉球群岛两侧的海流进行了计算.结果表明:黑潮为琉球群岛以西海域的一支东北向强流,1996年夏季的流速比1995年夏季的强,在深层出现南向逆流.黑潮东、西两侧分别存在一个反气旋式暖涡和一个弱的气旋式冷涡.1995年夏季,琉球群岛以东,从表层至以下层都存在一支沿岸北上的海流,即琉球海流.该海流来自黑潮分支,为本海区的一个主要物理特征.琉球海流以下出现弱的南向流.冲绳岛以东海域,在25°～25°30'N,128°30'～129°10'E附近从表层至700m水深存在一个中尺度的反气旋式暖涡.在温、盐水平分布图上,对应的出现一个较高温、低密水块.1996年夏季,冲绳岛西南海域存在一个中尺度的反气旋式暖涡和一个气旋式冷涡,形成一个偶极子,中间为较强的南向流,该现象为本海区的一个重要物理特征,属首次报道.冲绳岛以东表层主要被南向流控制,琉球海流不明显.200m以深在近岸出现北向流,这表明琉球海流的核心位于次表层.琉球海流的下面出现南向流.计算海区东北部从表层到700m水深出现一个中尺度的反气旋式暖涡,与1995年夏季时比较,其位置向北移动.此外在1996年夏季从近表层到深层,垂直方向和水平方向上的等温线、等盐线波动很大,例如在C断面上冷、暖涡相间出现,且暖     

台湾以东黑潮锋的中尺度过程研究

采用海洋再分析结果,研究了海洋涡旋和锋面波动对台湾以东黑潮锋的影响,结果表明,Rossby波第一斜压模态形成的冷涡(暖涡),减弱(增强)台湾以东黑潮温度锋强度,减小(加大)锋的宽度.在再分析结果中,捕获到1991年1-2月台湾以东的一次黑潮锋面波动.锋面波动的波槽(波脊)到达时,该温度锋强度减弱(增强),宽度和厚度减小...     

台湾以东黑潮锋的中尺度过程研究

采用海洋再分析结果,研究了海洋涡旋和锋面波动对台湾以东黑潮锋的影响,结果表明,Rossby波第一斜压模态形成的冷涡(暖涡),减弱(增强)台湾以东黑潮温度锋强度,减小(加大)锋的宽度.在再分析结果中,捕获到1991年1-2月台湾以东的一次黑潮锋面波动.锋面波动的波槽(波脊)到达时,该温度锋强度减弱(增强),宽度和厚度减小...     

台湾以东黑潮流量变异与冬季西北太平洋海洋-大气相互作用

通过对历史资料进行奇异值分解、合成分析及相关分析,揭示了对应冬季台湾以东黑潮流量增强(减弱)时,西北太平洋海区异常失热(得热),北太平洋(北纬20°N以北)上空500hPa位势高度负异常(正异常);进一步证实了冬季西北太平洋海洋-大气相互作用是一个正反馈过程;发现了冬季台湾以东黑潮的暖平流作用可能是维持该正反馈过程进行的一个必要条件;通过超前和滞后相关及合成分析,提出从10月开始,台湾以东黑潮流量异常形成的暖平流作用会对冬季西北太平洋海区海洋-大气相互作用有贡献。     

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.     

春季南沙群岛海区环流结构的探讨

根据春季在南沙群岛海区2个航次的调查资料,利用P矢量方法对流场进行计算。结果表明,春季从加里曼丹岛至巴拉望岛以西附近海区的上层流场基本表现为反气旋性弯曲(涡),南沙群岛海区北部的深层水大体呈偏东向流动;2个航次得到的海区温、盐和流场的空间分布变化十分明显,这可能与调查期间风场的差异有关;2个航次的结果都表明春季巴拉巴克海峡水交换的流量都较小。     

黄海、东海入海气旋爆发性发展过程的海气相互作用研究

基于 1 999年 6月中、韩、日三国联合调查的两个航次资料 ,对“黄东海入海气旋爆发性发展过程的海气相互作用研究”项目进行了物理海洋学与气象学相结合的研究 ,也结合了历史调查资料的研究 ,得到了以下主要结果 :( 1 )以 1 999年 6月资料与历史调查资料对黄海、东海海域黄海冷水团 ,长江冲淡水 ,黄海沿岸流 ,台湾暖流 ,黑潮及其两侧冷、暖涡等进行了水文分析 ,并采用了改进逆方法 ,P矢量方法 ,三维海流诊断、半诊断模式与预报模式 ,MOM2模式等 ,计算了 1 999年 6月与历史资料调查期间黄海、东海海域环流 ,结合锚碇测流与ADCP测流等的实际观测 ,揭示了调查海区各流系的时空变化 ,以及它们的相互作用 ,指出这些流系的相互作用对入海气旋发展过程有重要影响 .( 2 )计算了调查海区各流系的流速与流量分布等 .( 3)阐明了气旋发展过程中对海洋的反应 .( 4 )在 1 999年 6月海上调查时期观测发现 ,在气旋中心区等存在负的潜热通量和感热通量 .出现负的潜热通量和感热通量的海域分别位于黑潮以西、温度相对低的气旋涡区域 ,黄海沿岸水向东南方向流动 ,然后作气旋式弯曲处 ,济州岛西南冷的、气旋...     

P矢量方法在南海夏季环流诊断计算中的应用

基于1998年6～7月南海调查航次的CTD资料,对南海环流采用最近发展的P矢量方法进行诊断计算.计算结果:黑潮向西入侵南海,然后做反气旋弯曲向东北方向流动,最终有通过巴士海峡流出南海的趋势.在南海北部存在一个气旋性环流,这个环流的强度和范围随深度增加而减小.该环流的冷中心位置随深度增加稍向南移.南海中部、越南以东海域存在一个明显的气旋涡和反气旋涡,尤其在200m及其以上水层均相当稳定,反气旋涡位于越南以东,其中心位置在11°53'N,111°50'E,气旋涡的中心位置在13°17'N,112°55'E,两者的尺度皆约为250km.吕宋岛西侧存在一个反气旋涡.在计算海区南部、巴拉望岛西南海域,100m以上层存在一个反气旋式涡.从各层流场分布均可以显示海流在西部强化的现象.     

利用拉格朗日方法探究黑潮近岸分支流在2019年春季的起源深度

基于ROMS (regional ocean modelling system)模式模拟出2019年春季东海以及临近海域的环流结构和温盐分布。利用拉格朗日方法定量地研究了2019年春季黑潮近岸分支流在台湾以东起源的深度在100—450 m范围内,平均深度约260 m。通过针对台湾海峡流和台湾以东黑潮强度的敏感性实验,进一步得出结论,增大(减小)的台湾以东黑潮流速会减小(增大)黑潮近岸分支流的强度。而增大(减小)的台湾海峡流流速会增大(减小)黑潮近岸分支流的强度。同时,增大(减小)的台湾以东黑潮流会减小(增大)黑潮近岸分支流起源的平均深度。增大(减小)的台湾海峡流流速也会减小(增大)黑潮近岸分支流起源的平均深度。相关结论可为台湾东北黑潮入侵东海变化规律的研究提供参考。     

台湾以东黑潮流量的年际变化特征

利用长时间序列的石垣和基隆两个验潮站的海平面高度记录(18年)计算了台湾以东的黑潮流量,并结合风应力资料(SODA),探讨了台湾以东黑潮流量的年际变化及其和风应力旋度的关系。台湾以东黑潮流量的峰值出现在1980—1981、1982—1983、1986、1988及1991年。低值出现在1984、1990、1993—1995年。小波分析结果显示,台湾以东黑潮流量具有2—5年的显著周期(峰值在2年和5年);台湾以东北太平洋区域风应力旋度具有2—7年的显著周期(峰值在3年和6年)。在1980—1991年间,黑潮大弯曲频繁发生,台湾以东黑潮流量偏大,与台湾以东太平洋区域风应力旋度间的关系较好;而在1991—1995年间,没有黑潮大弯曲发生,台湾以东黑潮流量偏低,与台湾以东太平洋区域风应力旋度间的关系较差。     

南沙群岛海区冬夏季中,深层海流的计算

根据１９８８年夏季和１９８９年冬季南沙群岛海区两个航次的温，盐度调查资料，运用β螺旋方法对调查海区的海流进行了计算。计算结果表明，该海区表，中层环流相对比较一致，深层流动状态与表，中层的差异较大，其中的局地环流的季节变化不明显。此外，在北康蝉沙与南薇滩之间，夏季中，深层和冬季深层都明显反映出存在着一个迄今未见报道的局地反气旋式环流。文章对上述结果与该海区已有的一些海流分析结果作了比较。     

1992年东海黑潮的变异

基于1992年4个航次的水文调查资料,运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断面黑潮在春季和秋季都有两个流核,冬季和夏季则只有一个流核．主核心皆位于坡折处．Vmax值春季最大,冬季和夏季次之,而秋季最小．黑潮以东及以下都存在逆流．（2）TK断面黑潮在冬季为两核,春、夏季为3核．海峡南端及海峡深处存在西向逆流．（3）通过A断面的对马暖流Vmax值在秋季最大,冬季最小．黄海暖流位于其西侧,相对较弱．（4）通过PN断面净北向流量夏季最大,秋季最小,而冬、春季介于上述二者之间,1992年四季平均值为28．0×106m3/s;TK断面的净东向流量也是在夏季最大;A断面净北向流量则在秋季最大．（5）PN断面4个航次的平均热通量为2．03×1015W．TK断面3个航次的平均热通量为2．00×1015W．（6）在计算海区,冬、春和秋季都是由海洋向大气放热;夏季则从大气吸热．冬季海面上热交换率最大,而夏季热交换率最小．关键词##4东海;;黑潮;;季节变化     

南沙群岛海区冬夏季中、深层海流的计算

根据１９８８年夏季和１９８９年冬季南沙群岛海区两个航次的温、盐度调查资料，运用β螺旋方法对调查海区的海流进行了计算。计算结果表明，该海区表、中层环流相对比较一致，深层流动状态与表、中层的差异较大，其中的局地环流的季节变化不明显。此外，在北康暗沙与南薇滩之间，夏季中、深层和冬季深层都明显反映出存在着一个迄今未见报道的局地反气旋式环流。文章对上述结果与该海区已有的一些海流分析结果作了比较。     

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.