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。     

东海黑潮表层最大流速、表层流量与热容量关系的初步分析

在研究海流发生的机制及其变异规律时,有些学者是从风场对流场的作用出发,也有些是从温度、盐度、密度场的分布特征来研究的。本文利用日本气象厅出版的《气象厅海洋气象观测资料》中的表层流GEK(电磁海流计)资料和水温资料,分析了东海黑湖区域(G,Y断面)表层最大流速、表层流量与热容量的关系,同时并与湾流中所发生的类似现象相比较,借以探讨产生这一现象的原因。这方面的工作,对于研究黑潮本身的变异及其对我国东海沿岸区域气候的变化以及农业生产的影响等均有比较重要的意义。     

东海黑潮区域性变异的分析

基于中日黑潮合作调查研究期间所获历史和现场观测资料,本文较详细地分析了东海黑潮区域性变异.结果表明:(1)与PN断面及其邻近海域的黑潮中段相比,台湾东北海域的黑潮南段,流轴有较大弯曲,并有明显的季节变化.但该海域黑潮的流速和流幅,以及它们的季节间变幅却比黑潮中段和北段小.(2)东海黑潮南段不仅流轴变化复杂,而且其左侧常有气旋性冷涡出现.而黑潮中、北段接壤区,既是黑潮向东流的转折处,又是黑潮锋面涡旋频繁发生的区域.可认为该两处海域是黑潮影响东海及其邻近海域的关键区段.(3)初步分析指出,地形是导致黑潮区域性变异的主要因素.此外,季风和密度场的变化也起着重要的作用.     

东海黑潮混沌特征的数值分析

以英国 OCCAM(The Ocean Circulation and Climate Advanced Modeling Project)全球环流模式的 1 994年计算结果作为初始场和边界条件 ,用 POM模式 ,对东中国海黑潮季节变化进行了数值模拟 ,特别注意了海水运动的混沌特点和质点移动轨迹。研究结果表明 :东海黑潮区地形引起的黑潮流剪切是导致混沌的主要原因 ;东海黑潮区混沌运动有明显的季节变化 ;黑潮主轴区基本是输运的屏障区。     

东海黑潮温度锋分布特征研究

采用WOA13气候态季节温度数据,利用绝对梯度法对东海黑潮不同水深海洋锋的季节变化特征进行了分析,得出结论：东海黑潮温度锋具有显著的季节变化特征,它的范围和强度存在多个大值区,不同季节,温度锋的大值区存在于不同深度。在200 m以浅海域,按照冬季、春季、夏季的季节顺序,温度锋的大值区由表层逐渐增加到100 m层处;在200 m以深海域温度锋的大值区没有季节变化,大值区大约出现在400 m层附近。     

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。     

东海黑潮区温度的月际变化特征

使用美国海洋大气局2010年发布的海洋温度数据库、地球物理数据中心2006年发布的海底地形数据库,研发三维体积、切面可视和分析技术,探讨东海黑潮区温度逐月空间变化。得出,从东海黑潮的入口到出口,表层平均温度的差值在4—5月份最大,8—9月份最小,反映黑潮与东海热交换的月季变化;表层温度的年较差和月差值在128°E附近最大,指示了黑潮与东海陆架水热量交换最多的部位。以深度220m为转换层,从东海黑潮的入口到出口,在转换层以上同深度温度呈下降趋势,以下呈上升的趋势;反映黑潮进入东海后中层水的扩张。从温位差判断,在表层,东海黑潮区的热交换在3—4月份最大,在9月份最小;热交换主要出现在靠东海大陆架一侧,热交换最大的区域在台湾东北海域、127°E附近的海域和吐噶喇海峡东北侧。从平均温位差推断,在东海黑潮区,热交换主要出现在30—150m层,在7—9月份最大,11—1月份最小。     

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。     

东海黑潮流量的年际和年代际变化

本文基于日本气象厅1956—2005年间在东海PN断面获得的观测资料,结合NCEP风场资料,研究了东海黑潮流量的年际和年代际变化特征,并探讨了西北太平洋风场和太平洋年代际振荡(PDO)对黑潮流量年际和年代际变化的影响。结果表明,东海黑潮流量基本服从正态分布,主要集中在19—33Sv范围内,其多年平均值为24.30Sv(1Sv=106m3/s);季平均、冬、夏季黑潮流量都存在着显著的年际和年代际变化。东海黑潮流量输送具有长期的线性增强趋势,在1956—2005年间它们分别增加了8.73Sv、9.86Sv和9.38Sv。相关与合成分析结果表明,黑潮源区和东海黑潮流域上空的经向风异常是黑潮流量年际变化的重要影响因素,而PDO则对黑潮流量的年代际变化有重要作用。     

东海黑潮热核的时空变化

利用美国国家海洋大气管理局2007年发布的全球海域温度数据库资料和美国国家地球物理数据中心2006年发布的海底地形数据库资料,对东海黑潮热核(即高温区)的时空分布进行了分析。结果显示:从表层到250m深,东海黑潮热核的分布区域由表层的靠近中轴线附近逐渐偏向黑潮的东部边缘,分布范围由表层占黑潮流幅的30%以上缩减到250m深度的10%左右,250m以下热核的分布范围和区域再没有明显的变化;从表层到水深200m,从东海黑潮的入口到出口,热核的温度与深度呈下降的趋势,在200m以下呈上升的趋势,2月份上层下降的趋势最明显;热核在台湾东北部和30°N附近进入吐噶喇海峡处均出现明显的转弯点,随着深度的增加热核的转弯点逐渐偏向东南,在台湾东北部200m水深以上热核转弯点分布还存在明显的季节变化。     

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。     

东海黑潮区硝酸盐含量及其高值区的季节分布特征

利用2010年NOAA发布的全球海域营养盐数据, 对东海黑潮区硝酸盐含量及其高值区的季节分布进行分析。结果表明: (1) 东海黑潮区NO3?-N平均浓度夏季最高、冬季最低, 陆架高、外海低, 硝酸盐浓度随深度而增高, 增高趋势秋季最强, 春季最弱。(2) 在东海黑潮区100—300m水层之间存在着硝酸盐跃层和深层水的涌升; 深层水涌升强度越大, 跃层位置深度越浅。(3) 在东海黑潮区, 从表层至深层的NO3?-N高值区主要分布在台湾东北海域、黑潮中段海域和九州西南海域, NO3?-N高值区和高值中心呈明显的季节性变化; 上述区域是今后东海黑潮区需要密切关注的海洋渔业资源丰富的海域。     

PN断面东海黑潮的地转经验模态分析

基于东海PN断面近50年的历史水文数据,本文中作者应用一种斜压流函数空间投影的方法分析冲绳海槽北部黑潮水团的季节性和年代际变异.诊断生成的地转经验模态(GEM)显示黑潮中层水的盐度在夏季相对较低,春季达到最高.通过比较1987年之后CTD数据生成的GEM场与1987年之前BOttle数据生成的GEM场,得以证实黑潮的年代际变化特征,即黑潮表层水近20年来温度升高而盐度减小,同时发现黑潮热带水具有盐度增加而中层水具有盐度减小的趋势.     

黑潮对东海网采浮游植物群落组成与分布的影响

黑潮入侵深刻影响东海生态环境,但对其如何影响浮游植物群落组成与分布仍知之甚少。为此,于2011年四季对东海(26°～33°N,121°～128°E)共164个站位进行浮游植物拖网采集和环境因子测定,分析了浮游植物丰度和优势种组成及其对黑潮入侵的响应。调查共检出浮游植物9门509种(含变种、变型和未定种),其中硅藻305种、甲藻154种,蓝藻、定鞭藻、金藻、裸藻、绿藻、隐藻和黄藻种类数较少。秋季浮游植物细胞丰度最高(30 496.91×10³ cells/m3),高值区位于黑潮与长江冲淡水交汇形成的锋面处;夏季次之(28 911.28×10³ cells/m³),高值区分布与秋季相似;春季较少(19 180.76×103 cells/m3),高值区位于舟山群岛东南部;冬季最低(472.36×10³ cells/m³),高值区位于东海南部。冬季受黑潮表层水入侵影响,主要优势种为铁氏束毛藻(Trichodesmium thiebautii);春、夏季主要优势种为骨条藻(Skeleto...     

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。     

黑潮入侵东海陆架途径及其影响研究进展

基于中国科学院战略性先导科技专项(A类)"热带西太平洋海洋系统物质能量交换及其影响"的项目二"黑潮及其变异对中国近海生态系统的影响"的航次调查资料、历史资料和数值模拟结果,对黑潮入侵东海的途径、机理和影响研究取得了重要进展,主要认识和成果如下。在长江口邻近海域的赤潮高发区,多学科研究结果证实存在黑潮入侵东海陆架近岸的底部分支,该分支是黑潮影响近海生态过程的主要途径。进一步的研究发现该底部分支存在季节变化:通常情况下,在春季开始出现,在夏季7月份达到最强,可以入侵到近岸50m等深线位置,向北可到达30.5°N附近,然后在秋、冬季其入侵主轴位置逐渐远离岸线向外海偏移,不会入侵到50m等深线以西的近岸区域,该底部分支出现和赤潮发生具有一定的同步性。数值模拟和观测结果表明黑潮入侵底部分支还存在年际变化。基于地球动力学理论,提出了地形β-spiral理论,并为模拟结果和观测资料所验证,该理论可以很好的解释为什么黑潮入侵分支会存在,并且该理论预测出凡是黑潮路径与等深线不平行的地方都会发生入侵流的垂向偏转,底层流的方向和地形梯度的角度决定了入侵主要发生在底层还是表层,且该理论在世界大洋具有普适性。此外,研究还表明,黑潮入侵底部分支可以把具有高磷酸盐、高盐、溶解氧含量相对较低等特征的黑潮次表层水及热带藻种等物质输送到长江口邻近海域,从而对东海陆架生态系统产生重要影响。     

东海磁场及磁性基底特征

利用东海及邻域最新的磁力异常数据,分析东海的磁场特征,并利用该磁力数据计算东海的磁性基底界面,分析解释磁性界面的特征及地质特征。研究表明,从陆区、陆架盆地到冲绳海槽中部,磁力异常呈正负相间变化,最大值出现在福建沿海地区;磁性基底深度在4~11 km之间变化。从冲绳海槽中部到琉球群岛,磁异常从正磁异常变为负磁异常;磁性基底深度为7~12 km之间变化。从琉球弧前盆地到琉球海沟,磁力异常为正负相间变化,中部磁异常为负值,两侧异常为正值;磁性基底深度为7.5~11 km之间变化。     

东海异养细菌生产力的时空分布

1997年 2— 3月和 1 998年 7月 ,在东海海区乘“科学一号”考察船进行两个航次的调查 ,利用异养细菌特异示踪物 [甲基 - 3H]胸腺嘧啶核苷 (3H -Tdr)并入DNA的速率测定东海 (2 7°— 32°N ,1 2 2°— 1 30°E)异养细菌生产力 (BP)。结果表明 ,1 997年 2— 3月 (冬季 )异养细菌生产力较低 [0 46— 2 62 μgC/(L·h) ],1 998年 7月 (夏季 )异养细菌生产力较高 [3 50—1 5 70 μgC/(L·h) ]。冬季和夏季在长江口和 41 0站附近都有一个异养细菌生产力的高值区。通过两个连续站的昼夜观测发现冬季异养细菌生产力变化是底层 >中层 >表层 ,夏季是中层>底层 >表层。异养细菌生产力与初级生产力 (PP)之比 ,即BP PP ,冬季的均值为 0 1 7(0 0 4— 0 30 ) ,夏季的均值为 0 32 (0 2 1— 0 43)。BP PP冬季的高值区在长江口附近 ,夏季的高值区在 1 1 1站附近 ,这与长江冲淡水有密切相关。