太平洋—印度洋贯穿流南海分支研究综述

从海洋动力学角度,概述了太平洋-印度洋贯穿流南海分支的主要入流和出流通道—吕宋海峡和卡里马塔海峡的研究现状。太平洋-印度洋贯穿流南海分支是太平洋、南海和印度尼西亚海域进行水体和热盐交换的传输带,对西太平洋、南海、印尼海和东印度洋的环流系统有重要影响。吕宋海峡水交换和卡里马塔海峡贯穿流都呈现冬季大夏季小的季节变化特征,对维持南海的物质、能量和动量平衡起重要作用。太平洋通过吕宋海峡向南海输运水体和热盐,并传递ENSO等气候信号,对南海的环流、水体和海洋环境都产生重要影响。卡里马塔海峡向印度尼西亚海区的水体和热盐输运对印度尼西亚贯穿流有重要意义。太平洋-印度洋贯穿流南海分支和印尼贯穿流的年际变化趋势呈反位相,两者相互调制相互影响,维持了太平洋-印度洋两大洋间的平衡关系,对全球大洋环流的结构和长期的气候变化有重要作用。     

卡里马塔海峡贯穿流与印尼贯穿流的相互作用

卡里马塔海峡贯穿流将中国南海的低盐水输运到爪哇海,与印度尼西亚贯穿流(印尼贯穿流)携带的西太平洋高盐水在印度尼西亚海(印尼海)交汇,二者通过混合、浮力强迫等过程相互作用.这改变了印度尼西亚海的水体热盐性质,影响局地海气交换和热带太平洋-印度洋之间的热盐交换.依据卡里马塔海峡、龙目海峡和望加锡海峡的实测表层海流数据,采用...     

南海南部与外海间的体积和热、盐输运及其对印尼贯穿流的贡献

根据中国近海高分辨率 ( 1 / 6°)环流模式的模拟结果 ,计算了南沙邻近海域与外海之间的海水体积、热量和盐量输运及其对印度尼西亚贯穿流的贡献。研究海域为 0°— 1 4°N的整个南海南部海域。计算得出 ,穿过研究海域流向印度尼西亚海域 ,最终流向印度洋的年平均体积、热量和盐量输运分别为 5 .2Sv( 1Sv =1× 1 0 6m3·s- 1 )、0 .5 7PW和 1 84Gg·s- 1 ,大约占印度尼西亚贯穿流相应输运量的 1 / 4。这一结果表明南海是全球大传送带这一全球海洋最主要热盐环流系统的重要通道之一。从南海流向印度尼西亚海域的通道以卡里马塔海峡为最主要 ,以下依次为巴拉巴克海峡、民都洛海峡和马六甲海峡。大的南向通量主要发生在冬、秋季 ,春末夏初总的通量向北。计算还得出输入本海区的热输运量比输出少 0 .0 64PW ,由这一结果推得 ,通过海 -气界面由大气进入海洋的年平均净热通量约为 30W·m- 2 。     

南海贯穿流季节变化数值模拟研究

本文采用美国伍兹霍尔研究所研发的海洋-大气-波浪-泥沙输运耦合模式COAWST(Coupled Dcean-Atmosphere-Wave-Sediment Transport)对南海及邻近海域进行了9 km分辨率的数值模拟研究。结果表明,南海贯穿流的季节变化再现了冬强夏弱的特征,在南海内部冬季呈现气旋环流结构,夏季呈现反气旋环流结构,尤其在冬季其流轴结构更为清晰和稳定,海水从吕宋海峡进入南海,从民都洛海峡、卡里马塔海峡、台湾海峡和巴拉巴克海峡流出,吕宋海峡断面流量与其他4个海峡流量合计在数量级上相当,保持南海海水总量不变。吕宋海峡、卡里马塔海峡、民都洛海峡的流量呈现明显相关性,吕宋海峡流量增大时,民都洛海峡和卡里马塔海峡的流量也相应增大,相关系数分别达到0.78和0.9。通过更适于分析中短期变化的简化绕岛环流理论,定量计算2019年吕宋海峡、黑潮和棉兰老流流量与北赤道流分叉点位置的关系,发现夏季北赤道流分叉点NECBL(North Equatorial Current Bifurcation Latitude)偏南,在13.6°N附近;冬季NECBL偏北,在15.6°N左右,同期黑潮流量减少,棉兰老流流量增加,作为南海贯穿流入流的吕宋海峡流量可达13.4 Sv。吕宋海峡输运补偿了北赤道流到达菲律宾海岸后的北向分支的流量,与棉兰老流的流量呈正相关,相关系数达到0.5361。     

LICOM模拟的南海贯穿流及其对南海上层热含量的影响

利用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)数据、XBT(Expendable Bathythermograph)观测数据和绕岛环流理论(island rule)诊断计算结果评估了一个涡相容(eddy-permitting)全球海洋环流模式——LICOM对南海贯穿流及南海上层热含量的模拟能力,同时利用模式输出探讨了南海贯穿流对南海上层热含量的影响。NEC(North Equatorial Current)分叉的垂向结构、南海内区环流的季节和吕宋海峡体积输送的年际变化等分析结果都表明,LICOM能获取西北太平洋-印尼海域环流和南海贯穿流的合理模拟结果。模式模拟的南海上层热含量季节变化与观测及同化数据都表现出良好的一致性,尤其在南海内区。相关分析表明,吕宋海峡热输送主要控制着南海内区上层的热含量变化,两者呈显著负相关,这进一步证实了南海贯穿流作为一支冷平流调制着南海上层热含量变化的重要事实。     

印尼贯穿流与南海贯穿流的年代际变化特征及机制

通过绕岛环流理论和SODA(Simple Ocean Data Assimilation)数据对印尼贯穿流(ITF)和南海贯穿流(即吕宋海峡水交换,LST)在1976年气候突变前后的特征进行分析。结果表明,1976年后吕宋海峡水交换体积输送(LSTT)异常增大,而印尼贯穿流体积输送(ITFT)异常减少。吕宋海峡东部东风分量和南海内部的北风分量的局地驱动是导致LSTT在1976年后增加的主要因素,南海内部异常北风分量对LSTT增加的贡献能够达到53%;而赤道太平洋的西风分量则是导致ITFT在1976年后减少的主要因素,其贡献大约为61%。1976年后15°N左右的NEC(North Equatorial Current)体积输送异常增强,但总NEC体积输送异常减弱。KC(Kuroshio Current)体积输送异常增强,而MC(Mindanao Current)、NECC(North Equatorial Countercurrent)、SEC(South EquatorialCurrent)体积输送异常减弱。赤道西太平洋由风场变化通过Sverdrup动力过程产生的异常气旋性环流阻碍了太平洋水体向印度洋的输入。     

2004～2011年印度尼西亚贯穿流在望加锡海峡中的年际变化

文章基于2004年1月~2006年11月的"国际努加登沙层结与输运"(international Nusantara stratification and transport,INSTANT)计划以及2006年11月~2011年7月的"印度尼西亚贯穿流观测"(monitoring the Indonesian throughflow,MITF)计划的实测数据,从长时间序列研究印度尼西亚贯穿流的变化。在望加锡海峡中,印度尼西亚贯穿流的周期信号分布非常丰富,涵盖潮汐、季节内、季节和年际信号。对于季节变化,东南季风期间温跃层深度上最大南向流速约为1.0m·s-1,而西北季风期间最大南向流速约为0.8m·s-1。印度尼西亚贯穿流的年际变化与尼诺3.4区指数(NINO3.4)呈正相关,最大相关系数大约在NINO 3.4前1~2个月;水深150m以上,印度尼西亚贯穿流与偶极子模态指数(dipole mode index,DMI)呈负相关,200m以下呈正相关,在时间上较DMI滞后约1~2个月。季节变化的经验正交分解(empirical orthogonal function,EOF)前2个模态方差的总贡献率为97%,其中第一模态为65%,第二模态为32%;年际变化的EOF前2个模态的方差贡献率为90%,其中第一模态为51%,第二模态为39%。季节变化的第二模态和年际变化的第一模态表征赤道印度洋开尔文波模态,该模态的空间结构在垂向会发生相位反转;季节变化的第一模态和年际变化的第二模态表征赤道太平洋罗斯贝波(Rossby waves)的厄尔尼诺与南方涛动(El Ni?o and southern oscillation,ENSO)模态,其垂向的空间结构变化比较一致。     

印度尼西亚海潮致混合研究现状与展望

印度尼西亚海(简称印尼海)位于热带太平洋和印度洋交汇的海域,是全球最大的内潮生成海域.内潮耗散导致强烈的潮致混合,一方面将温跃层以下的海水卷入上层,降低印尼海海表温度,之后通过海气相互作用产生显著的天气和气候效应;另一方面对穿越印尼海的印度尼西亚贯穿流的物质与能量输运也有着重要影响.自Ar-lindo计划以来,人们对印...     

印尼贯穿流的诊断计算

利用全球大洋二维的自由表面诊断模型并采用气候态Levitus(2001)温盐资料及COADS风应力资料估算印尼贯穿流及其季节变化。结果表明,南海的Karimata海峡出流量对印尼贯穿流有显著的贡献,印尼贯穿流的平均流量为16.6Sv,流量在6月最大(18.5Sv),4月最小(12.7Sv)。与其它模式结果和观测结果一致的是,Makas-sar海峡流量在7月最大(13.8Sv),1月最小(0.2Sv),其年平均流量为6.7Sv;Karimata海峡是南海南部最大的出水口,年平均流量为2.6Sv,爪哇海水在5—9月之间流入南海,其它月份南海南部水流入爪哇海;Timor海峡是印尼贯穿流最大的出口;Lombok流量的季节变化表现为半年周期。通过模拟计算结果,结合动力计算,获取了Makassar海峡经向速度的垂向结构,结果显示Makassar海峡的经向速度有明显的垂向切变,100m层次的南向速度为30—35cm.s-1。     

南海次表层和中层水团年平均和季节变化特征

为了弄清北太平洋水入侵南海的状况,利用历史观测温-盐数据等资料对其进行了分析。结果表明:在盐度极大值层北太平洋水通过吕宋海峡的入侵整年发生,并且其入侵有很大的季节变化,冬季东北季风盛行时最强。北太平洋热带水(NPTW)入侵的季节变化与次表层地转流和南海的经向翻转环流结构有密切联系。具有盐度极小值特性的北太平洋中层水(NPIW)也通过吕宋海峡入侵南海,但其季节变化与NPTW完全反位相。冬季,由于在中层水深度北向运动的南海经向翻转环流的阻碍作用,NPIW入侵南海最弱。作者认为,北太平洋水入侵南海的机制可以基本上从南海的地转流及经向翻转环流得到解释。     

卡里马塔海峡水体交换的季节变化

Four trawl-resistant bottom mounts, with acoustic Doppler current profilers(ADCPs) embedded, were deployed in the Karimata Strait from November 2008 to June 2015 as part of the South China Sea-Indonesian Seas Transport/Exchange and Impact on Seasonal Fish Migration(SITE) Program, to estimate the volume and property transport between the South China Sea and Indonesian seas via the strait. The observed current data reveal that the volume transport through the Karimata Strait exhibits significant seasonal variation. The winteraveraged(from December to February) transport is –1.99 Sv(1 Sv=1×10~6 m~3/s), while in the boreal summer(from June to August), the average transport is 0.69 Sv. Moreover, the average transport from January 2009 to December2014 is –0.74 Sv(the positive/negative value indicates northward/southward transport). May and September are the transition period. In May, the currents in the Karimata Strait turn northward, consistent with the local monsoon. In September, the southeasterly trade wind is still present over the strait, driving surface water northward, whereas the bottom flow reverses direction, possibly because of the pressure gradient across the strait from north to south.     

Observations of the Karimata Strait througflow from December 2007 to November 2008

In order to quantitatively estimate the volume and property transports between the South China Sea and Indonesian Seas via the Karimata Strait, two trawl-resistant bottom mounts, with ADCPs embedded, were deployed in the strait to measure the velocity profile as part of the South China Sea-Indonesian Seas transport/exchange (SITE) program. A pair of surface and bottom acoustic modems was employed to transfer the measured velocity without recovering the mooring. The advantage and problems of the instruments in this field work are reported and discussed. The field observations confirm the existence of the South China Sea branch of Indonesian throughflow via the Karimata Strait with a stronger southward flow in boreal winter and weaker southward bottom flow in boreal summer, beneath the upper layer northward (reversal) flow. The estimate of the averaged volume, heat and freshwater transports from December 2007 to March 2008 (winter) is (-2.7 ± 1.1) × 10 6 m3/s, (-0.30 ± 0.11) PW, (-0.18 ± 0.07) × 106m3/s and from May to September 2008 (summer) is (1.2 ± 0.6) × 106m3/s, (0.14 ± 0.03) PW, (0.12 ± 0.04) × 106m3/s and for the entire record from December 2007 to October 2008 is (-0.5 ± 1.9) × 10 6 m3/s, (-0.05 ± 0.22) PW, (-0.01 ± 0.15) × 106m3/s (negative/positive represents southward/northward transport), respectively. The existence of southward bottom flow in boreal summer implies that the downward sea surface slope from north to south as found by Fang et al. (2010) for winter is a year-round phenomenon.     

印尼贯穿流源区马鲁古海与哈马黑拉海水团来源的季节和年际变化

So far, large uncertainties of the Indonesian throughflow(ITF) reside in the eastern Indonesian seas, such as the Maluku Sea and the Halmahera Sea. In this study, the water sources of the Maluku Sea and the Halmahera Sea are diagnosed at seasonal and interannual timescales and at different vertical layers, using the state-of-the-art simulations of the Ocean General Circulation Model(OGCM) for Earth Simulator(OFES). Asian monsoon leaves clear seasonal footprints on the eastern Indonesian seas. Consequently, the subsurface waters(around 24.5σ_θ and at ～150 m) in both the Maluku Sea and the Halmahera Sea stem from the South Pacific(SP) during winter monsoon, but during summer monsoon the Maluku Sea is from the North Pacific(NP), and the Halmahera Sea is a mixture of waters originating from the NP and the SP. The monsoon impact decreases with depth, so that in the Maluku Sea, the intermediate water(around 26.8σ_θ and at ～480 m) is always from the northern Banda Sea and the Halmahera Sea water is mainly from the SP in winter and the Banda Sea in summer. The deep waters(around27.2σ_θ and at ～1 040 m) in both seas are from the SP, with weak seasonal variability. At the interannual timescale,the subsurface water in the Maluku Sea originates from the NP/SP during El Ni?o/La Ni?a, while the subsurface water in the Halmahera Sea always originates from the SP. Similar to the seasonal variability, the intermediate water in Maluku Sea mainly comes from the Banda Sea and the Halmahera Sea always originates from the SP. The deep waters in both seas are from the SP. Our findings are helpful for drawing a comprehensive picture of the water properties in the Indonesian seas and will contribute to a better understanding of the ocean-atmosphere interaction over the maritime continent.     

印尼海龙目海峡上层环流季节变化及影响机制

本文基于2002—2016年OFAM(Ocean Forecast Australian Model)模式数据,通过谱分析与相关分析等方法,研究了龙目海域上层环流结构的季节变化特征及主要的影响因素。分析结果表明,龙目海峡(Lombok Strait)平均流量占印尼贯穿流(Indonesian throughflow, ITF)总出口流量的15%,呈现出南半球冬强夏弱的特点,具有半年和一年的周期特征;龙目海域上层环流结构具有明显的季节特征,受到卡里马塔海峡贯穿流(Karimatastraitthroughflow,KSTF)和望加锡海峡贯穿流(Makassarstrait throughflow,MSTF)的周期性影响,一年可以分为四个阶段,存在结构性差异。KSTF(MSTF)为上层龙目海峡带来高温低盐(低温高盐)水团。进一步分析发现局地风场、大气季节内振荡(Madden-Julian Oscillation, MJO)以及海底地形是龙目海域上层环流结构季节变化的主要影响因素。     

南海上层环流季节变化的诊断计算

通过一个全球的二维诊断模型,采用Levitus温盐资料和COADS风应力资料,并结合动力计算来研究南海上层环流的季节变化。计算结果与其它模式结果和观测结果非常相似。南海北部(南部)全年存在一气旋式(反气旋式)环流。在冬季气旋式环流几乎占据了整个南海,夏季则以反气旋式环流为主。泰国湾的环流在冬季(夏季)是气旋式的(反气旋的)。南海的西边界流有明显的季节变化,其在冬季从卡里马塔海峡流出南海,夏季部分西边界流从台湾海峡流出南海。越南离岸流在春季就开始出现,其位置比夏季的越南离岸流的位置偏北。     

印尼贯穿流对印度洋的热量贡献

本文基于海洋环流模式模拟的高分辨率欧拉场,利用拉格朗日追踪方法,评估了印尼贯穿流（ITF）对印度洋的热量贡献。通过计算ITF水体在印度洋的传输路径及伴随的温度变化来获取ITF水体在印度洋的热量传输过程。模拟结果表明ITF进入印度洋后主要向西流动并在到达马达加斯加后分叉,进入南、北印度洋。热收支分析表明ITF在北印度洋吸收0.41 PW热量,在南印度洋释放0.56 PW热量;这两个过程相互补偿,导致ITF对整个印度洋的净加热贡献并不显著,只有0.15 PW。进一步的检查ITF离开印度洋的出口（跨过34°S）,结果表明ITF主要随着位于西边界的奥古拉斯流和位于东边界的利文流离开印度洋。约89%的ITF水体沿着西边界离开印度洋,其余的11%主要沿着东边界离开印度洋;前者对整个印度洋的净加热贡献为0.10 PW,后者的净加热贡献为0.05 PW。