台湾岛以东涡旋及东海黑潮的变化特征

台湾岛以东海域是黑潮变异最为强烈的区域之一,副热带逆流(STCC)区产生的大量涡旋西传至此,对台湾以东的黑潮流径和流量产生较大影响。但是受观测资料限制,目前对这些涡旋的垂向结构尚不清楚。利用ARGO剖面浮标资料并结合卫星高度计资料,对台湾岛以东的涡旋垂向结构及其运动特征进行了详细的分析。通过分析表明,这些涡旋垂向尺度可以深达2 000 m,水平尺度约200 km,其表层切向速度可以达60 cm/s,与黑潮流速相当,而在1 000 m层上的平均切向流速还可达8 cm/s左右。根据高度计资料分析,这些涡旋是源自STCC区的Rossby波西传结果,其Rossby变形半径为43 km,其相速度约4.2 cm/s。另外,根据浮标观测表明,1 000 m层上东海黑潮按照流速可明显分成3个区段。     

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。     

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。     

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。     

台湾以东表面黑潮流量与涡旋场相互作用研究

本文基于法国空间局AVISO中心提供的1993年~2015年的卫星遥感海面高度和海表流场逐日资料，分析了台湾以东表面黑潮流量及其邻近海域的涡旋场（海面高度异常），得到了台湾以东表面黑潮流量和涡旋场的四个主要周期，并研究了不同对应周期的黑潮表面流量及其邻近涡旋场之间的相互作用关系。论文主要结论如下：（1）基于小波分析法，分析了台湾以东表面黑潮流量及其邻近的涡旋场，发现两者都具有明显的季节、年和年际变化周期。对于表面黑潮流量，除了具有182天（0.5年）和365天（1年）的显著周期外，还存在860天（2.35年）和2472天（6.8年）左右的较为明显的周期。涡旋场也相应地存在200天（0.55年）、374天（1年）、889天（2.43年）和2374天（6.5年）四个较明显的周期，但在不同的纬度存在一定差异；（2）基于相关分析和因果分析法，分析了以上四个周期内表面黑潮流量及其邻近涡旋场的相关性，揭示了黑潮与涡旋在不同周期区间、不同纬度相互影响关系的差异。     

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。     

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.     

反映台湾以东黑潮流量变化的海表面高度关键区域的确定

根据HYCOM模型结果,主要分析了台湾以东黑潮流量年际变化和海表面高度变化的相关性。得出黑潮流量的年际变化和台湾以东123°E~125°E,24°N~25°N区域的海表面高度年际变化相关性最好,而且相关系数可这0.8左右。在季节l生变化上,二者总体变化趋势也是比较一致的,但黑潮流量的变化滞后该区域海表面高度1个月左右。黑潮流量整体随时间的变化与该区域海表面高度的相关性也可达到0.73。因此可以看出,这个区域的海表面高度变化可以反映黑潮流量的变化趋势,本文定义这个区域为关键区域,这是对以往利用基隆和石垣两站水位差异常回归得到黑潮流量变化的研究方式的一种较大改进。通过分析影响关键区域海表面高度变化的机制,可以进一步得出影响黑潮流量变化的因素,从而对其进行预测。     

台湾以东黑潮路径识别与变化规律

为研究对中国台湾以东海域黑潮路径及其变化,本文基于法国空间局AVISO中心提供的1993—2015年的卫星遥感海表流场逐日资料,对121°—125°E,22.4°—25°N海域黑潮路径进行了逐日识别,得到了共计23年累计8400天的台湾以东黑潮流轴的逐日路径,并研究其在不同纬度的流轴位置及其对应的表面黑潮流量的时空变化规律。主要结论如下:(1)采用模糊C-均值聚类法对台湾以东黑潮流轴路径进行聚类分析,发现台湾以东黑潮流轴在24°N以南出现明显摆动,形成正常和偏东两种路径;黑潮流轴存在明显的时间变化,流轴偏东现象年平均大约出现25次,大致每隔3年出现一次偏东较少的现象,各月流轴偏东次数以4、5月最少,10月至次年3月较多;(2)台湾以东黑潮表面流量大小在6.2—8.3×104m2/s之间;总体上来说,纬度越高流量越大,在23.5°N左右范围内存在一个流量低值中心;在24.3°N以北流量总体较大,且增长趋势稳定,同时表面流量大小具有较强的季节和年际变化特征。     

台湾以东黑潮深层流的途径——1940年2—3月观测结果的分析

本文根据日本“Komahashi”号调查船1940年2—3月的深海观测资料,从温度和动力高度的分布探讨了台湾以东黑潮深层流的途径。结果表明,在兰屿以东附近区域存在着一个尺度约为100×200km的气旋式(冷)涡旋。沿台湾东南北上的黑潮途径,约从200 m层起,随着深度的增加,绕冷涡作气旋式弯曲,主流不再径直北上,而逐渐转向东—东南。这主要是由于深层水北流时受到台湾东北方海脊的阻塞作用所致。这次台湾以东黑潮所出现的弯曲和冷涡,虽其尺度较小,强度亦弱,但其时间落在日本以南黑潮出现大弯曲和冷水团的期内(1934—1944),这两者是否存在着内在联系,值得研究。     

利用被动示踪物模拟对黑潮入侵南海的数值研究

由于缺少观测数据和对黑潮水准确定义,很难识别出从太平洋入侵到南海的黑潮水团。本文基于一个经过观测验证的三维模式MITgcm,利用被动示踪物标记黑潮水,研究了入侵南海的黑潮水的时空变化。研究表明,在冬季,黑潮水入侵的范围最广,几乎占据了18°N-23°N和114°E-121°E的区域;并有一个分支进入台湾海峡;黑潮入侵的范围随深度增加逐渐减小。在夏季,黑潮水被限制在118°E以东,且没有分支进入台湾海峡;入侵的范围从海面到约205米是增大的,之后随深度增加逐渐减小。通过分析从2003年到2012年黑潮入侵的年际变化,与厄尔尼诺年和正常年相比,冬季黑潮入侵后向台湾海峡的分支在拉尼娜年是最弱的,这可能与中国大陆东南方向的风应力旋度有关。通过吕宋海峡的黑潮入侵通量（KIT）是西向的,其年平均值约为-3.86×10⁶ m³/s,大于吕宋海峡通量（LST,约-3.15×10⁶ m³/s）。250米以上的KIT约占了全深度通量的60-80%。此外,从2003年到2012年KIT与Niño 3.4指数的相关系数到达0.41,小于LST与Niño 3.4指数的相关系数0.78。     

The Kuroshio east of Taiwan and the currents east of the Ryūkūy-guntōduring October of 1995

On the basis of hydrographic data obtained during two October cruises of 1995, a modified inverse method is used to compute the Kuroshio east of Taiwan and the currents east of the Ryukyu-gunto.The net northward volume transport(VT) of the Kuroshio through Section TK₂-K₂ southeast of Taiwan is about 57.8×10⁶ m³/s.There are four current cores of the Kuroshio at Section TK₂-K₂.Its main core is near the south of Taiwan, and its maximum speed is about 257 cm/s at the surface.After the Kuroshio flows through Section TK₂-K₂, there are three branches of the Kuroshio.The main branch of the Kuroshio flows northward into Section TKa east of Su''ao.The second branch of the Kuroshio flows northward through Section TKa and then enters the East China Sea through the region between Yonakunijima and Iriomote-shima.The net northward VT of the Kuroshio through Section TK4 is about 21.6×10⁶ m³/s.The eastern branch of the Kuroshio flows northeastward through the region between a stronger cyclonic eddy and a recirculating anticyclonic gyre, and then flows continuously northeastward to the region east of the Ryūkyū-guntō and becomes a part of the origin of the western boundary current east of the Ryūkyū-guntō.Another part of the origin of the western boundary current east of the Ryūkyū-guntō comes from a recirculating anticyclonic gyre.From the above, in the regions east of Taiwan end east of the Ryūkyū-guntō the pattern of circulation during October of 1995 differs from the pattern of circulation during early summer of 1985.There are several eddies of different scales in this computational region.For example, there is a meso-scale stronger cyclonic eddy whose center is located at about 23°N, 124°20''E.     

The Kuroshio East of Taiwan and in the East China Sea and the currents East of Ryukyu Islands during early summer of 1996

Using hydrographic data and moored current meter records and the ADCP observed current data during May–June 1996, a modified inverse method is applied to calculate the Kuroshio east of Taiwan and in the East China Sea and the currents east of Ryukyu Islands. There are three branches of the Kuroshio east of Taiwan. The Kuroshio in the East China Sea comes from the main (first) and second branches of the Kuroshio east of Taiwan. The easternmost (third) branch of the Kuroshio flows northeastward to the region east of Ryukyu Islands. The net northward volume transports of the Kuroshio through Section K₂ southeast of Taiwan and Section PN in the East China Sea are 44.4×10⁶ and 27.2×10⁶ m³s⁻¹, respectively. The western boundary current east of Ryukyu Islands comes from the easternmost branch of the Kuroshio east of Taiwan and an anticyclonic recirculating gyre more east, making volume transports of 10 to 15×10⁶ m³s⁻¹. At about 21°N, 127°E southeast of Taiwan, there is a cold eddy which causes branching of the Kuroshio there.     

The study of the Kuroshio in the East China Sea and the currents east of the Ryukyu Islands

In this study, the inverse method is used to compute the Kuroshio in the East China Sea and southeast of Kyushu and the currents east of the Ryukyu Islands, on the basis of hydrographic data obtained during September-October, 1987 by R/V Chofu Maru. The results show that: (1)A part of the Taiwan Warm Current has a tendency to converge to the shelf break; (2) the Kuroshio flows across the section C3 (PN) with a reduced current width, and the velocity of the Kuroshio at the section C3 increases and its maximum current speed is about 158 cm/s, and its volume transport here is about 26×106m3/s; (3) the Kuroshio has two current cores at the sections C3 (PN) and B2 (at the Tokara Strait); (4) the currents east of the Ryukyu Islands are found to flow northward over the Ryukyu Trench during September-October, 1987. The velocities of the currents are not strong throughout the depths. At the section C2 east of the Ryukyu Islands, the maximum current speed is at the 699 m levei and its magnitude is 25 cm/s, and i     

Estimation of water volume transports through the main straits of the East China Sea

The structure of current speed and the variability of volume transports of the Kuroshio in the Tokara-kaikyo and Osumi-kaikyo are discussed on the basis of data of KER in the period from 1977 to 1984. The average geostrophic transport through these two straits is estimated to be 24. 5×106 m3/s and only 1/12 of the transport is through the Osumi-kaiky5. Countercurrents on both sides of the Kuroshio trunk are observed in the Tokara-kaikyo. Calculation indicates that the average geostrophic current speed is less than the GEK current speed, systematically. On the basis of the current measurements, the northward transports through the Taiwan Strait in winter and summer are estimated to be 1. 05×106and 3. 16×106m3/s, respectively. From Chu's data (1976) the average transport of the Kuroshio flowing into the East China Sea passing through the passage east of Taiwan is about 29. 3×106m3/s. From Miita and Ogawa's data (1984) the average transport through the Tsushima-kaikyo is 3. 6×106m3/s. Thus the volume     

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.     

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.     

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.