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。     

台湾以东及东海黑潮调查研究的主要动向及结果

本文阐述台湾以东及东海中黑潮调查研究的情况.但本文不拟就此作一全面的历史性回顾,而是着重介绍六十年代中期,即“黑潮及其邻近海域合作调查(CSK)”开展以来,特别是近几年来,这一海域黑潮调查研究的主要动向及结果.     

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...     

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。     

台湾以东及东海南部黑潮的动力研究

一个数值计算模型用以模拟黑潮受南东海大陆坡折阻挡时的路径变化,参照台湾东北部实际地形,本文设计了一个理想化的计算区域。计算结果表明,一部分黑潮水受阻于坡折而直接右拐,另一部分爬坡侵入陆架,而后回到坡折,与前一部分汇合一起几乎沿着坡折前进。通过数值分析,我们得到,在台湾东部及东北部附近,非线性效应不可忽略,而在其他海区,地转平衡是一种很好的近似。惯性效应是黑潮源地涡旋的主要形成机制。黑潮在陆架坡折附近的流型是以定态地形Rossby波表现出来的。波长与基本流的流速、涡度及涡度的侧向剪切有关。另外,波长分布不但与地形坡度,而且也与水深有关。在坡折附近,随着水深变浅,其波长逐渐变短。这种流态在我们的数值模拟结果中得到了显示,并且与实测资料中的陆架坡折附近水温等值线的弯曲形态是一致的。     

台湾以东黑潮的低频变化及机制研究

本文基于AVISO（Archiving, Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic data）1993-2015年间的海表面绝对动力高度数据,研究了台湾以东黑潮的低频变化特征,并探讨了影响其变化的机制。结果表明,台湾以东多年平均的黑潮流幅值约为136 km,表层流量值约为7.75×104 m2/s,对应的标准差分别为28 km和2.14×104 m2/s。台湾以东黑潮不仅具有显著的季节变化特征,还具有显著的年际变化特征。功率谱分析结果表明,台湾以东黑潮表层流量具有1 a和2.8 a的显著周期。空间上,台湾东南部黑潮的年际变化幅度比东北部强烈。相关性及合成分析结果表明,台湾以东黑潮的年际变化与PTO（Philippines-Taiwan Oscillation）之间存在显著的相关性。PTO年际震荡所导致的副热带逆流区反气旋式涡旋与气旋式涡旋的相对强度是影响台湾以东黑潮年际变化的主要动力因素。     

台湾岛以东黑潮热输运的季节及年际变化特征

黑潮热输运对我国沿海区域气候变化及海洋生态环境具有重要影响。基于JCOPE2(Japan Coastal OceanPredictabilityExperiment2)模式1993—2016年的高分辨率数值模拟结果,计算了通过台湾岛以东24°N KET(Kuroshio East of Taiwan Island)断面的黑潮热输运,分析了其季节及年际变化特征,结合ONI指数(Oceanic Nino Index)探讨了其与ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)事件的关系。研究结果表明, KET断面黑潮热输运具有显著的季节变化,春夏季较大,秋冬季偏小;年均值为1.98 PW(1 PW=10¹⁵ W),标准差为0.18 PW,热输运强年为1996—1997年和2015年,热输运弱年为2000年, 2002年和2013年。超强ENSO过程对黑潮热输运有显著影响。受超强厄尔尼诺事件影响,台湾岛以东黑潮热输运明显增加,热输运极大值超前ONI指数极大值约5～10个月。利用方差分析得到流速方差项对KET断面黑潮热输运总时域方差贡献最大,解释了热输运总方差最大值的77%,其次是温度与流速...     

台湾以东海域黑潮热结构的一个简单模型

多年来,对紧邻台湾东侧的黑潮区域,已积累了一定数量的温、盐度观测资料。从实测的水温垂直断面图上,可以看出该区域的水温分布有如下特点。 1.在水平方向上:水温自西向东逐渐增加,其最大值在离岸70km左右(即所谓“热核”所在处);再向东温度开始递减,其低温区呈现在“热核”东侧。图1示台湾以东海域100m层的水温分布,可看出温度水平分布的这些特点。     

台湾以东黑潮及邻近东海水中的放射性核素及其对黑潮入侵的指示

根据2014年5—6月对台湾以东黑潮主流以及东海陆架海域的调查,研究了海水中放射性核素K-40、Ra-226和U-238的分布特征,并以放射性核素为指标定量评估了黑潮入侵东海的程度和范围。结果表明,黑潮主体放射性核素的含量有明显的层次差异,整体上看从表层至深层逐渐减小,K-40、Ra-226和U-238的含量范围分别为13.47—26.11、5.08—9.51和7.38—14.72m Bq/L。在台湾东部河流带来的陆源物质输入影响下,黑潮主流下游的放射性核素含量略高于上游。从水平分布上看,近岸海域放射性核素含量明显高于黑潮主流区,而长江口和杭州湾外也存在K-40和Ra-226的低值区,并且底层海水中更明显。海水的物理化学参数对放射性核素分布的影响不大,不同水团放射性核素的含量差异主要由陆源物质输入的不同引起。以放射性核素K-40、Ra-226以及温盐为指标,根据端元混合模型的计算结果显示,黑潮在台湾东北部涌升后,继续沿东北方向流动,并可入侵至长江口和杭州湾外,而福建近岸海域基本不受黑潮水的影响。放射性核素指标K-40和Ra-226可作为温盐参数的补充,用于指示黑潮入侵东海的程度和范围,并可结合温盐参数,用于多水团混合的半定量研究。     

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。     

台湾以东黑潮经向热输送变异及可能的气候效应

基于日本气象厅长序列水文再分析资料,通过估算台湾以东黑潮24°N断面热输送量,分析了该断面黑潮热输送的低频变异特征,并探讨了热输送变异与我国近海海表温度异常变化以及前期(前秋、前冬和春季)和同期(夏季)热输送变异与我国夏季降水异常变化的关联性。小波分析显示,台湾以东黑潮(24°N断面)热输送异常存在着显著的准2 a周期振荡和约16 a的年代际变化,且以上显著周期主要存在于20世纪60年代中期以后,另外,台湾以东黑潮(24°N断面)热输送变异的季节差异明显;50多年来,台湾以东黑潮(24°N断面)热输送呈现出长期增强趋势,但变化幅度不大,且各季节长期趋势也有所不同。相关分析表明,台湾以东黑潮(24°N断面)热输送低频变异可能是我国东部近海SST变化的一个重要因素。另外,回归分析发现,前期及同期台湾以东黑潮(24°N断面)热输送变异对我国东部夏季降水异常变化有显著指示性,可能存在较大影响。     

台湾东北部黑潮在流函数空间的水文分析

利用一种流函数投影方法对台湾东北部黑潮近20年的历史水文数据进行了诊断分析。结果表明,苏澳海脊北部位于冲绳海槽西南角的黑潮中层水的盐度明显高于周围海区;而位于1000m以下的冲绳海槽黑潮深层水相对于苏澳海脊以南的黑潮深层水具有高温低盐的特征,反映了苏澳海脊对黑潮水团的阻挡作用;位于300m以浅的冲绳海槽黑潮热带水相对于苏澳海脊以南的黑潮热带水具有低温低盐的特征。对冲绳海槽西南角黑潮中层水高盐中心的成因分析表明,除苏澳海脊的阻挡作用外,台湾东北部常年存在的气旋式冷涡与黑潮主体在陆架坡折交汇区的垂直混合过程也是需要考虑的物理因素。     

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。     

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。     

Argos表面漂流浮标在黑潮区的若干观测结果

利用近几年国家海洋局第二海洋研究所及国家海洋技术中心在南海和西北太平洋海域布放的部分卫星跟踪表面漂流浮标所取得的观测资料,分析了浮标流经海域的表层海流特征及浮标漂移路径上水温的变化。结果表明:2003年1月,黑潮表层水有入侵南海的趋势,夏季南海表层水经吕宋海峡流出,汇入黑潮主干;夏末冬初,黑潮主干经过东海时明显呈弯曲流动;2003年春季,日本以南海域黑潮弯曲不明显;台湾东北部海域存在一个强反气旋涡;表层海水的温度日变化和季节变化明显,在浮标漂移路径呈反气旋或气旋式转动的区域,对应出现了表层水温的高、低温区。     

近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物来源及其对气候波动的响应

基于AMS¹⁴C定年结果,对近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物的粒度、黏土矿物组成及结晶学特征等进行研究,分析该区沉积特征、物质来源及近千年来环境演化的沉积记录。结果表明,台湾以东黑潮主流区沉积物主要为细粒的粉砂和黏土,沉积速率平均为34.44 cm/ka,低于东海陆架和冲绳海槽南部,高于开阔大洋,具有从陆架向大洋过渡的沉积特征。黏土矿物组成的分析结果表明,台湾以东黑潮主流区沉积物黏土矿物组成以伊利石(平均57%)和蒙脱石(平均25%)为主,含有少量绿泥石(平均16%),几乎不含高岭石(平均2%),其中蒙脱石主要来源于吕宋岛弧物质输送和附近海域原位的基性火山物质蚀变,伊利石和绿泥石主要来源于亚洲大陆风尘输送和台湾东部河流输入,高岭石主要来源于台湾东部河流和吕宋岛弧物质输入。黏土矿物的物源定量识别研究表明,研究站位的黏土矿物有26%～72%来源于亚洲大陆风尘输送,11%～55%来源于台湾东部河流输入,11%～26%来源于吕宋岛弧物质输送。近千年来沉积物物源的变化特征较好地反映了中世纪暖期、小冰期和现代暖期这3个百年尺度的全球性气候变化阶段。亚洲大陆风尘输送和台湾东部河流输入对研究区沉积物的相对贡献量变化反映了中世纪暖期较强的东亚冬季风特征和台湾地区较为干旱的气候环境,同时也反映了小冰期逐渐减弱的东亚冬季风强度和台湾地区较为湿润的气候环境。现代暖期和中世纪暖期在东亚热力差异和降水异常上的差别反映了人类活动对沉积物的扰动。而研究区小规模的沉积特征突变事件主要与暴雨、台风和地震活动相关。     

台湾以东黑潮沉积物中的生源要素对近千年来气候环境变化的响应

基于台湾以东黑潮主流系沉积物中碳、氮、磷等生源要素指标的变化,在沉积物年代学的基础上,探讨了近千年来气候环境变化在黑潮沉积物中的历史记录。结果表明,近千年来台湾以东、琉球岛弧南侧斜坡的黑潮主流区平均沉积速率可达34.2 cm/ka,据其变化可大致分成的3个沉积阶段,与中世纪暖期、小冰期和现代暖期的划分基本一致。沉积物中碳以无机碳为主,总无机碳（TIC）的含量从1850年开始逐渐增大并伴随剧烈波动,恰好与大气CO₂水平的快速升高相对应;总有机碳（TOC）含量的变化则与东亚夏季风强度的变化关系密切,在夏季风较弱的小冰期其含量明显高于夏季风较强的中世纪暖期和现代暖期,这是由于较弱的夏季风有利于亚洲大陆风尘的产生和向海输送,从而促进了研究海域的初级生产力。1850年以来,沉积物中的C∶N∶P逐渐从低于转变为高于Redfield比,反映了上层水体营养盐结构从氮缺乏到氮充足的转变,这与近现代以来急剧增加的全球氮排放密切相关。总体来说,黑潮主流系沉积物中的生源要素指标,明确记录和响应了近千年来的气候环境变化,尤其是近150多年以来不断加剧的人类活动所造成的气候环境剧变。     

我国台湾及其附近海底地形对黑潮途径的影响

台湾是我国第一大岛，其形略呈椭圆，长轴指向NNE，约长205海里(~380公里),短轴约80海里(~150公里)。台湾东临太平洋，海底地形峻陡，等深线大都与海岸平行，在离岸数十海里处，水深激增达4千米以上；西临台湾海峡，海底地形平坦，水深多在50-60米左右。 台湾东北角，在三貂角—苏澳以东，地形急变，等深线变成与海岸近乎正交而作ESE走向，水深从南北两侧的1000-2000米陡减为500米左右，最浅处尚不及200米。这就是本文中所提到的海脊。 台湾西南角，在高雄、恒春以西，等深线亦呈横斜状，水深自南向北锐减(图1)。 北赤道流在吕宋以北分为两支：东支即沿台湾东岸北上的黑潮主干，西支(黑潮分支)一部分进入南海，另一部分在夏季，又沿台湾西岸北上，后者在流出台湾海峡后，在台湾东北方与黑潮主干相会，“并肩地”流向东北(须田皖次，1948)。所以，可以认为，夏季，台湾是位于黑潮及其分支(以下或称东支及西支)的绕流之中。 北赤道流主轴在吕宋以东部分的流幅约45-90海里(85-170公里)(见Stommel及Yoshida，1972，第155页，图26a，b，c)，故台湾东西向的幅度约为北赤道流流幅的1.8-0.9倍。这样尺度的一个大岛，屹立在黑潮所流经的区域中，其影响显然是可观的。 关于台湾及其附近海底地形对黑潮途径的影响，过去还很少予以注意。本文拟从下列两方面，(1)台湾岛本身对黑潮的影响；(2)台湾附近海底地形对黑潮的影响，试作一些探讨。这些都是黑潮动力学中的重要问题，是黑潮的姊妹流——湾流所没有遇到的，值得深入研究。本文旨在着重提出这一问题，以期引起同行的注意，并进而解决这一问题。 本文所用资料均分别引自：(1)日本水产试验场，《海洋调查要报》，Nos. 44-69；(2)日本气象厅，《气象厅海洋气象观测资料》，Nos. 28-30，54。     

1986—1988年黑潮的变异

对1986—1988年“向阳红09”号5个航次的黑潮调查及日本资料进行了分析,结果指出,这一期间黑潮又发生一次大弯曲现象。本文讨论了这次大弯曲的形成、强盛、衰消过程,认为东海PN断面的流量变异与黑潮大弯曲有一定联系,还对黑潮流量及流轴摆动均作了最大熵谱分析,获得其主要周期。