李立

（1.國家海洋局第三海洋研究所，福建廈門 361005）

中國海和泰國灣海域海平面的經(jīng)向濤動(dòng)

李立1

（1.國家海洋局第三海洋研究所，福建廈門 361005）

衛(wèi)星高度計(jì)遙感海面高度距平資料（1992－2012年）的分析結(jié)果證實(shí)中國海（渤、黃、東海及南海）和泰國灣作為一個(gè)半封閉的狹長水域，其海平面存在顯著的南北經(jīng)向濤動(dòng)。濤動(dòng)呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性，冬季南高北低，夏季北高南低，以渤海和泰國灣的海平面高差作為濤動(dòng)的測(cè)度，其多年平均波動(dòng)幅度達(dá)63 cm，較差超過80 cm。時(shí)間序列分析顯示，在季節(jié)尺度上這一濤動(dòng)幾乎完全受東亞季風(fēng)的支配，表明東亞季風(fēng)的局地強(qiáng)迫是造成季節(jié)濤動(dòng)的主要原因。進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)，除季節(jié)波動(dòng)之外研究海域海平面的經(jīng)向濤動(dòng)還存在明顯的年際變化。不過，與季節(jié)尺度的波動(dòng)有所不同，經(jīng)向濤動(dòng)的年際變化不僅是東亞季風(fēng)區(qū)局地作用的結(jié)果，而且與太平洋海盆尺度的大氣強(qiáng)迫有關(guān)，其作用與季風(fēng)在同一數(shù)量級(jí)。濤動(dòng)的年際變化大致滯后各氣候因子兩個(gè)月。采用多輸入線性模型做偏相關(guān)分析篩選的結(jié)果顯示，除東亞季風(fēng)指數(shù)之外，研究海域的海平面濤動(dòng)指數(shù)主要與太平洋的南方濤動(dòng)指數(shù)（SOI）和西太平洋遙相關(guān)指數(shù)（WP）相關(guān)。這表明外部強(qiáng)迫既來自熱帶，也來自中緯度。南方濤動(dòng)所導(dǎo)致的赤道海域海平面的東西向年際濤動(dòng)，以及中緯度西風(fēng)急流年際波動(dòng)對(duì)西北太平洋海平面的作用，都有可能導(dǎo)致研究海域海平面經(jīng)向濤動(dòng)的年際變化，其機(jī)制有待進(jìn)一步探討。

中國海；泰國灣；海平面；經(jīng)向濤動(dòng)；季節(jié)震蕩；年際變化

1 引言

中國海（本文指渤海、黃海、東海及南海）和泰國灣一起構(gòu)成了一個(gè)狹長的海域（見圖1）。該海域西側(cè)為亞洲大陸，東側(cè)則受限于朝鮮半島，以及由九州島、琉球群島、臺(tái)灣島、菲律賓群島和大巽他群島組成的第一島鏈。此外，陡峭的東海陸坡和自呂宋島北上的黑潮則構(gòu)成海域東側(cè)開放水域的動(dòng)力學(xué)限制，構(gòu)成另一類邊界。這一地理格局，以及東亞季風(fēng)冬、夏季的交替驅(qū)動(dòng)，造成了該海域的半封閉特征和若干獨(dú)特的海洋學(xué)現(xiàn)象。中國海和泰國灣海域海平面的經(jīng)向濤動(dòng)，即南北相位相反的長周期海平面波動(dòng)，便是其中之一。

多年以來，雖然不乏關(guān)于中國海月平均海平面變化的分析，但早期工作大都承襲潮汐研究的思路，側(cè)重于長周期分潮特征，特別是其年波動(dòng)的探討［1—5］。從20世紀(jì)80年代開始，全球氣候變化日益受到重視，相關(guān)研究也相應(yīng)地聚焦于海平面的年際變化［5—10］和上升趨勢(shì)［11—14］以及它們與全球變暖、厄爾尼諾的聯(lián)系等熱點(diǎn)問題，對(duì)于波動(dòng)的空間形態(tài)，則少有涉及。

目前有關(guān)海域海平面長周期波動(dòng)空間形態(tài)的研究多來自早期的沿岸水位觀測(cè)，并局限于其季節(jié)波動(dòng)規(guī)律的分析［1—5］。這些工作表明，中國海和泰國灣海域海平面存在明顯的季節(jié)性濤動(dòng)，冬季北低南高夏季則北高南低，南北相位大抵相反，而季節(jié)波動(dòng)的幅度則以渤海最大，南海較小，并可歸因于季風(fēng)的作用，有些文獻(xiàn)更給出了冬、夏季中國海水位大致的平面分布圖［3］。受條件所限，上述早期工作多基于我國沿岸的測(cè)站，并局限于季節(jié)尺度，難以準(zhǔn)確揭示包括泰國灣在內(nèi)的整個(gè)半封閉海域的海平面濤動(dòng)的特征。近20年來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化運(yùn)行的衛(wèi)星高度計(jì)業(yè)已有效應(yīng)用于中國海海平面波動(dòng)的研究［10—12，14—15］，為進(jìn)一步延伸上述研究工作，探討中國海和泰國灣海域海平面長周期濤動(dòng)的規(guī)律和機(jī)制提供了有效的手段。

圖1 中國海和泰國灣海域多年平均SLA季節(jié)波動(dòng)的方差分布Fig.1 Distribution of variance for climatological annual variation of SLA in the China Seas and the Gulf of Thailand

2 數(shù)據(jù)和方法

本文所采用的衛(wèi)星高度計(jì)遙感資料是在法國國家太空中心（Cnes）支持下，由Ssalto／Duacs多任務(wù)衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)完成，Aviso（Archiving，Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic data，http：／／www.aviso.oceanobs.com）分發(fā)的（1／3）°×（1／3）°之逐月（1992年12月－2012年10月）和氣候態(tài)月平均（1993－2010年）海平面高度異常（SLA）數(shù)據(jù)。該組數(shù)據(jù)業(yè)已通過在我國近海的廣泛應(yīng)用得以驗(yàn)證［10—12，14—15］。SLA給出的是觀測(cè)期間海面相對(duì)當(dāng)?shù)?993—1999年的星測(cè)平均海平面的高差，而且已對(duì)氣壓效應(yīng)（inverse barometer effect）加以校正，與未經(jīng)氣壓校正的岸基水位有些微差異，除非特別指出本文所討論的均為校正后的海平面。大連和Getting潮位站的實(shí)測(cè)資料則來自PSMSL（http：／／www.psmsl.org／data／obtaining／）［16］。必須說明的是，研究海域海平面近年存在明顯的年代際上升趨勢(shì)［11，15］，由于Aviso采用的是較早期的星測(cè)平均海平面，而本分析包含近期SLA資料，因此其時(shí)間平均結(jié)果會(huì)大于零。

逐月海面風(fēng)場(chǎng)則采用歐洲ERS（1991—2000年）和美國QuikSCAT（1999—2009年）星載微波散射計(jì)的MWF L3網(wǎng)格化的逐月資料，其空間分辨分別為1°和0.25°，均由法國ifremer（ftp：／／ftp.ifremer.fr）提供。同期的逐月南方濤動(dòng)指數(shù)（SOI）、厄爾尼諾指數(shù)（Ni?o 3.4）、太平洋年代振蕩指數(shù)（PDO）、以及西太平洋遙相關(guān)指數(shù)（WP）等均下載自美國NOAA／NWS下屬的氣候預(yù)測(cè)中心（http：／／www.nws.noaa.gov／）；印度洋偶極子模指數(shù)（DMI）則來自日本獨(dú)立行政法人海洋開發(fā)機(jī)構(gòu)JAMSTEC（http：／／www.jamstec.go.jp／）。

由于研究海域南北兩端海平面季節(jié)波動(dòng)最為顯著的位置分別位于泰國灣和渤海灣（圖1），本文定義兩個(gè)海域海平面高差ΔSLA＝SLABH-SLAGT為濤動(dòng)指數(shù)代表其南北濤動(dòng)水平，式中SLABH和SLAGT分別代表渤海和泰國灣的海面高度異常，為保證信度二者均取3°×3°方框內(nèi)所有有效遙感SLA數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均值，其中心分別位于（10.5°N，101.5°E）和（39°N，121° E）（圖1）。

以往的研究多認(rèn)為，季風(fēng)是中國海海平面波動(dòng)的重要驅(qū)動(dòng)因素［1—5］。為探討東亞季風(fēng)對(duì)研究海域南北水位濤動(dòng)所起的作用，本文參照李崇銀等［17］利用前述衛(wèi)星遙感海面風(fēng)場(chǎng)資料構(gòu)建了東亞季風(fēng)指數(shù)。指數(shù)仍采用實(shí)測(cè)月平風(fēng)矢NE－SW分量的空間平均實(shí)現(xiàn)，計(jì)算區(qū)域調(diào)整為5°～25°N，110°～120°E（圖1），范圍局限在研究海域之內(nèi)，以區(qū)別于來自外部的影響因素。季風(fēng)指數(shù)的時(shí)間序列由ERS和QuikScat兩段銜接而成，二者在其重疊段的微小差異已忽略。

3 海平面季節(jié)波動(dòng)的基本特征

圖2給出研究海域氣候態(tài)（1993—2010年平均）的逐月SLA分布。北部渤、黃海海域每年6－10月SLA為正值，海平面偏高，1－4月則為負(fù)值，海平面偏低，其間為過渡期；南部泰國灣一帶則10－3月間為正值，5－9月為負(fù)值，與前者大抵相反。渤、黃海SLA的年最高值大致出現(xiàn)在9月，東海在10月，南海北部在11月，南部在12月，自北向南依次推遲。渤、黃海的最低SLA值出現(xiàn)在2月；長江口以南沿岸至泰國灣則都出現(xiàn)在6、7月間，與最高值不同，其出現(xiàn)時(shí)間沒有明顯的差異。以上結(jié)果和以往基于我國沿岸潮位觀測(cè)站的分析基本一

致［2，4—5］。

受觀測(cè)的限制，以往的研究主要反映了近岸海域海平面的變化規(guī)律，并只局限于南海北部以北海域。而衛(wèi)星高度計(jì)則揭示了整個(gè)研究海域海平面的變化規(guī)律。就研究海域而言，圖2進(jìn)一步揭示：（1）泰國灣是整個(gè)半封閉海域不可或缺的重要部分，它和渤、黃海SLA的反相波動(dòng)表明該半封閉海域存在顯著的季節(jié)性南北濤動(dòng)；（2）在泰國灣和渤、黃海，各自內(nèi)部SLA季節(jié)波動(dòng)的位相基本一致；（3）自長江口往南至中南半島南部，亞洲大陸沿岸與外海SLA的季節(jié)波動(dòng)的位相是不同甚至相反的。關(guān)于這一點(diǎn)已有比較充分的研究，在東海和南海近岸可歸因于季風(fēng)驅(qū)動(dòng)的表層艾克曼輸運(yùn)所導(dǎo)致的沿岸增減水［2，4］，在南海內(nèi)區(qū)則可歸因于風(fēng)應(yīng)力旋度所引發(fā)的艾克曼泵吸作用［18］，本文不再贅述。

圖2 中國海和泰國灣海域多年平均SLA分布的周年變化Fig.2 Climatological annual variation of SLA in the China seas and the Gulf of Thailand

多年平均SLA季節(jié)波動(dòng)的方差分布（見圖1）

同樣顯示泰國灣和渤海灣分別是研究海域南北兩部分季節(jié)波動(dòng)最顯著的地方，而且前者比后者波動(dòng)更為強(qiáng)烈。從圖中我們可識(shí)別出10處季節(jié)波動(dòng)較顯著的中心區(qū)，分別如圖1中A1～A8和B1～B2所示。其中A1～A7均位于亞洲大陸近岸，A8在對(duì)馬海峽口上，B1和B2位于南海內(nèi)區(qū)。圖1還顯示在黃海中部有一孤立的低值中心C，其季節(jié)波動(dòng)十分微弱。

上述10個(gè)高值中心表明這些地方在動(dòng)力學(xué)上較其他海區(qū)更為活躍。其中B1和B2顯然反映了南海次海盆尺度環(huán)流季節(jié)變化的南北兩個(gè)中心［19—20］，而A1～A8似乎更多地反映了地形的影響。其中除A1和A7位于整個(gè)半封閉海域的南北兩端之外，A3、A4、A6均位于凹入岸段的南側(cè)，而A2、A5和A8則位于海底地形的突變處（A2臨近陸坡，A5處于臺(tái)灣海峽南部大陸與澎湖列島間的海脊附近，A8在對(duì)馬海峽口上）。這些位置受季風(fēng)引發(fā)的沿岸流或漂流影響，可導(dǎo)致迎風(fēng)面水體顯著堆積水位上升，或者背風(fēng)面海平面下降，并可誘發(fā)沿岸上升流（A2、A4、A5分別與越南南部、廣州灣、閩南沿岸夏季上升流的中心區(qū)重合［21］）。季風(fēng)交替引起方向相反的海平面升降，可導(dǎo)致顯著的SLA季節(jié)波動(dòng)，從而形成A1～A8高值區(qū)。因此，季風(fēng)（及其所驅(qū)動(dòng)的季節(jié)環(huán)流）和地形的作用應(yīng)是它們?cè)趧?dòng)力學(xué)上較其他海區(qū)活躍的主要原因。

以上各高值點(diǎn)的平均年過程曲線（圖3a）可明顯分為兩組。沿岸以臺(tái)灣海峽為界，其南面A1～A5為一組，夏季（6－8月）偏低，秋冬（10－12月）最高，北側(cè)位相領(lǐng)先約一個(gè)月；其北面A6～A8為另一組，冬末春初（1－3月）偏低，秋季（8－9月）最高。黃海內(nèi)區(qū)的C和南海內(nèi)區(qū)的B1、B2點(diǎn)的季節(jié)波動(dòng)規(guī)律則與后者雷同。圖3b給出的是各點(diǎn)SLA的多年平均月增幅曲線，同樣可以看到兩組曲線位相大致相反，但最大變幅均發(fā)生在秋季。南海沿岸的最大增幅出現(xiàn)時(shí)間自北向南推移，北部（A4、A5）、西部（A2、A3）、泰國灣（A1）分別出現(xiàn)在9、10、11月；臺(tái)灣海峽以北則相反，渤海（A7）10月開始下降，黃海（A6、A8）的月增幅則在11月才出現(xiàn)較大負(fù)值。南海內(nèi)區(qū)（B1、B2）的下降也始于10月，但最大減幅分別發(fā)生在11月和10月。

縱觀圖1～3，研究海區(qū)SLA季節(jié)變化最突出的特征是其南北波動(dòng)規(guī)律的差異。其中渤、黃海與泰國灣和巽他陸架一帶的波動(dòng)規(guī)律幾乎完全相反，說明整個(gè)研究海域海平面存在顯著的季節(jié)性南北經(jīng)向濤動(dòng)。SLA季節(jié)波動(dòng)的另一重要特征是沿岸與內(nèi)區(qū)間的差異。由圖2可見，自長江口以南近岸和外海SLA明顯正負(fù)相反，在南海尤其明顯（圖3）。

圖3 圖1所示各中心點(diǎn)SLA的多年平均年過程曲線（a）和月增幅曲線（b）Fig.3 Climatological variation of monthly mean（a）SLA and its increment（b）at each central point indicated in Fig.1

4 影響波動(dòng)的可能因素

前人工作表明季風(fēng)（及其所驅(qū)動(dòng)的季節(jié)環(huán)流）、海水的比容變化、大氣靜壓效應(yīng)、徑流等是影響研究海域海平面季節(jié)變化的可能原因，但對(duì)各因素重要性的評(píng)價(jià)各異［2，4—5，8］。由于SLA數(shù)據(jù)已經(jīng)大氣靜壓校正，而徑流影響偏于局部亦可忽略（徑流對(duì)河口潮位站的影響在以往的工作中不能忽視）。因此海水比容的季節(jié)變化和冬夏交替的季風(fēng)應(yīng)是導(dǎo)致研究海域SLA季節(jié)變化的主要驅(qū)動(dòng)，前者是其熱力原因，而后者則是其動(dòng)力原因。其中季風(fēng)的作用又有兩條不同途徑：風(fēng)致表層艾克曼輸運(yùn)引起的增減水（包括內(nèi)區(qū)的艾克曼泵吸）和季風(fēng)海流與地形的相互作用（包括全局尺度的和局地的響應(yīng)）。

鑒于研究海域全在北半球，海水比容的季節(jié)變化在整個(gè)海域是一致的，比容的變化不可能造成上述南北之間或近遠(yuǎn)岸之間SLA的顯著空間差異，因而季風(fēng)應(yīng)為造成差異的主要原因。進(jìn)一步分析不難判斷，長江口以北沿岸艾克曼增減水并不明顯，因此季風(fēng)海流所引起的端邊界堆積或流失起著主要作用，與海水的比容的季節(jié)變化一起形成渤黃東海SLA波動(dòng)特征（見圖2）。與此相反，風(fēng)致表層艾克曼輸運(yùn)在南海卻顯得十分重要。首先，在南海西部沿岸可見顯著的季節(jié)性增減水（見圖2），鑒于其波動(dòng)特征與比容的變化規(guī)律相反，西部沿岸的波動(dòng)應(yīng)主要受季風(fēng)所致表層艾克曼輸運(yùn)所支配。其次，季風(fēng)在南海內(nèi)區(qū)所引起的艾克曼泵吸現(xiàn)象也十分明顯。凜冽的冬季風(fēng)在每年10月快速建立，在南海北部呂宋島以西海域形成強(qiáng)勁的風(fēng)應(yīng)力正渦度，并維持到次年3、4月間［22—23］。受艾克曼泵吸作用驅(qū)動(dòng)B1點(diǎn)附近的SLA在整個(gè)冬季呈負(fù)異常（見圖2、3）。B2也可觀察到類似變化，但因風(fēng)應(yīng)力渦度較小持續(xù)時(shí)間較短，過程較B1偏弱。至于夏季的狀態(tài)則與冬季大致相反，不過夏季風(fēng)較弱，影響不如冬季典型。因此在南海內(nèi)區(qū)，季風(fēng)所致艾克曼泵吸作用和比容季節(jié)變化所導(dǎo)致的海平面波動(dòng)的是同相位的，其SLA季節(jié)波動(dòng)是二者相互疊加的結(jié)果，規(guī)律不同于南海西部沿岸卻與研究海域北部類似（見圖3）。至于泰國灣，它處于半封閉海區(qū)的最南端，灣內(nèi)SLA的波動(dòng)規(guī)律差異很小，明顯受季風(fēng)海流所引起的端邊界堆積或流失所支配（見圖2）。

上述分析說明，雖然SLA的季節(jié)波動(dòng)是海水比容和季風(fēng)的變化共同作用的結(jié)果，造成其空間差異的主要原因卻來自季風(fēng)及其所驅(qū)動(dòng)海流。

季風(fēng)對(duì)SLA的重要作用不僅表現(xiàn)在空間上，而且體現(xiàn)在時(shí)間上。從圖3b可以看到，除A1和B1略晚外，所有SLA高能特征點(diǎn)的年過程曲線最突出的轉(zhuǎn)折都出現(xiàn)在冬季風(fēng)暴發(fā)初期。在南海9月出現(xiàn)于北部，10月見于西部沿岸，11月到達(dá)泰國灣，呈南傳趨勢(shì)；渤、黃、東海的轉(zhuǎn)折則略為滯后，西側(cè)（A6、A7）和東側(cè)（A8、C）分別出現(xiàn)在11、12月間。除此之外，南海內(nèi)區(qū)的的降幅峰值也出現(xiàn)在9、10月間。秋季SLA的激烈變化與快速暴發(fā)的強(qiáng)大冬季風(fēng)在時(shí)間上契合，進(jìn)一步顯示了季風(fēng)對(duì)SLA的重要影響。

值得注意的是，雖然東北季風(fēng)持續(xù)到翌年3月，南海沿岸的SLA并非在整個(gè)冬季維持上升態(tài)勢(shì)。北部在11月開始下降，西部和泰國灣的增幅則在1月降為負(fù)值。由于沿岸SLA的下降反映離岸壓力梯度減小，該結(jié)果似乎提示南海的西邊界流［24］在秋末冬初已達(dá)其峰值，11月在北部已開始減弱，并逐步南傳，這一推測(cè)有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

5 季節(jié)濤動(dòng)及其季風(fēng)驅(qū)動(dòng)

前面的分析業(yè)已表明海平面的季節(jié)性南北濤動(dòng)是中國海和泰國灣這一半封閉海域海平面波動(dòng)的重要特征，為此本節(jié)首先聚焦于季節(jié)尺度濤動(dòng)的過程及其驅(qū)動(dòng)的分析。

既然波動(dòng)最為顯著的位置分別位于泰國灣和渤海灣，而且位相相反，我們可以用第2節(jié)定義的濤動(dòng)指數(shù)ΔSLA＝SLABH-SLAGT來表征濤動(dòng)的強(qiáng)度，并給出其多年平均年過程曲線（見圖4a）。圖中可見，濤動(dòng)指數(shù)夏半年（5－9月）大于零（北高南低），峰值逼近30 cm，出現(xiàn)在8月；冬半年（11－3月）小于零（南高北低），谷值約－33 cm，發(fā)生在1月。指數(shù)的多年平均波動(dòng)幅度高達(dá)63 cm，表明季節(jié)性的南北濤動(dòng)是中國海和泰國灣這一半封閉海域海平面變化的關(guān)鍵物理過程之一。這一點(diǎn)也可從渤海灣口大連（38.867°N，121.683°E）和泰國灣口Geting（6.233°N，102.250°E）驗(yàn)潮站潮位的多年平均年過程曲線的得到證實(shí)（見圖4b）。統(tǒng)計(jì)表明1992—2010年間ΔSLA的最大值為38.65 cm，出現(xiàn)在1994年8月；最小值為－49.2 cm，出現(xiàn)在2011年1月；較差達(dá)88 cm（見圖5a）。

圖5a給出1992—2010年濤動(dòng)指數(shù)與東亞季風(fēng)指數(shù)的時(shí)間序列，不難看出二者均呈現(xiàn)十分顯著的季節(jié)波動(dòng)，而且?guī)缀跬耆?。?duì)上述兩個(gè)序列的互譜分析表明其主功率譜峰均位于周年頻段，高出其他譜峰一個(gè)量級(jí)以上（見圖5b），在該頻段二者在99%置信水平上高度相干（見圖5c），季風(fēng)的波動(dòng)的相位領(lǐng)先約半個(gè)月（約15°，見圖5d）。此外，二者在4個(gè)月處還有一次級(jí)相干頻帶。這一分析結(jié)果證明東亞季風(fēng)確系中國海和泰國灣海平面的南北濤動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力。

作為一個(gè)封閉或半封閉海域，海平面的南北濤動(dòng)必然導(dǎo)致水體體積分布的變化。對(duì)SLA做面積分的結(jié)果顯示，研究海域北部海區(qū)（24°N以北）體積在3－6月為負(fù)距平，4月最小，7－11月為正距平，9月最大（見圖4c），5－8月平穩(wěn)增水，11－翌年2月緩慢減水（見圖4d）；南部海區(qū)（24°N以南）則在4－7月為弱負(fù)距平，6月最小，9－2月為正距平，11月最大（見圖4c），月增水峰、谷值分別出現(xiàn)在11月和翌年1月，其間月增量陡降，而2－11月間則平穩(wěn)上揚(yáng)（見圖4d）?？偟恼f來，北區(qū)4－9月增水，10－翌年3月減水，與季節(jié)基本同步，體積的消漲過程平穩(wěn)對(duì)稱；南區(qū)則從12月開始減水，7－11月增水，月增量上升時(shí)段長達(dá)9個(gè)月，而下降時(shí)段僅3個(gè)月，明顯不對(duì)稱。不過由于是海區(qū)積分的結(jié)果，與SLABH、SLAGT以及濤動(dòng)指數(shù)不同，兩區(qū)體積距平季節(jié)變化的相位并非完全相反，北區(qū)領(lǐng)先約3個(gè)月。

圖4 多年平均年過程曲線Fig.4 Climatological annual variation curves

圖5 中國海和泰國灣海平面的南北濤動(dòng)指數(shù)（黑線）和東亞季風(fēng)指數(shù)（灰線）的時(shí)間序列分析結(jié)果Fig.5 Results of time series analyses of the N－S sea level seesaw index of the South China Sea and the Gulf of Thailand（dark line）with the East Asia monsoon index（grey line）

上述體積變化的過程曲線進(jìn)一步說明了南北兩區(qū)海平面季節(jié)變化的機(jī)制有所不同。值得注意的是，南北兩區(qū)水量的季節(jié)增減雖然在一定程度上互補(bǔ)，但并不相互平衡。從圖4c可見，從9月開始北區(qū)曲線逐步下行，南區(qū)則快速上升，此時(shí)北區(qū)有可能向南區(qū)輸水。然而，北區(qū)的下降雖一直維持到翌年3月，南區(qū)卻從11月開始便一路向下，從而形成10月增水峰值（見圖4d）。以上事實(shí)顯示秋季（10月前后）是南海和泰國灣的快速增水期，此間除部分水體來自研究海域北部外，有相當(dāng)一部分來自外洋。冬季東北季風(fēng)不僅覆蓋研究海域，而且作用于西北太平洋，因此它所驅(qū)動(dòng)外洋表層艾克曼漂流可通過呂宋海峽等影響南海［1］，令南區(qū)增水，濤動(dòng)加強(qiáng)。

因此分析表明，研究海域海平面的經(jīng)向季節(jié)濤動(dòng)主要是東亞季風(fēng)驅(qū)動(dòng)所致，它不僅源自季風(fēng)對(duì)研究海域的局地強(qiáng)迫，還在很大程度上受外洋季風(fēng)遙強(qiáng)迫的影響，是二者共同作用的結(jié)果。值得注意的是，南海和泰國灣快速增水的時(shí)段出現(xiàn)在秋季東北季風(fēng)的成長期，而不是其成熟期（冬季），此時(shí)通過呂宋海峽和臺(tái)灣海峽的輸運(yùn)量應(yīng)該最大，流最強(qiáng)。

6 海平面經(jīng)向濤動(dòng)的年際變化

既然季風(fēng)是驅(qū)動(dòng)中國海和泰國灣海平面季節(jié)波動(dòng)的主要?jiǎng)恿ΓS著大氣環(huán)流的變化濤動(dòng)也應(yīng)該存在頻率更低的年際波動(dòng)。為此，本節(jié)討論濤動(dòng)的年際變化與可能影響研究海域的各主要?dú)夂蛞亻g的關(guān)系。

首先，對(duì)經(jīng)向濤動(dòng)指數(shù)、東亞季風(fēng)指數(shù)及各相關(guān)氣候指數(shù)的時(shí)間序列作低通濾波，以移除季節(jié)波動(dòng)得到其低頻序列（圖6），濾波器的截止頻率為16個(gè)月。從圖中可看到包括濤動(dòng)在內(nèi)的所有的指數(shù)都呈現(xiàn)明顯的年際變化，其中季風(fēng)與濤動(dòng)指數(shù)的波動(dòng)具有一定的相似性，而SOI的波動(dòng)也與濤動(dòng)指數(shù)關(guān)聯(lián)但相位大抵相反。除此之外，其他指數(shù)與濤動(dòng)之間難以直觀察覺到規(guī)律性的聯(lián)系，包括Ni?o 3.4指數(shù)，盡管它與SOI是高度相關(guān)的。

圖6 海平面經(jīng)向濤動(dòng)指數(shù)（黑色）及各氣候指數(shù)的低頻時(shí)間序列Fig.6 Low-pass filtered time series of the N－S sea level seesaw index and the climate indexes

為探討海平面經(jīng)向濤動(dòng)的年際變化與各氣候要素間的關(guān)系，進(jìn)一步計(jì)算了濤動(dòng)指數(shù)與低通濾波后的各氣候指數(shù)的滯后相關(guān)曲線（圖7）。因各時(shí)間序列長度略有差異，相關(guān)系數(shù)顯著水平的臨界值按最短序列給出。由圖可見季風(fēng)指數(shù)與濤動(dòng)的相關(guān)性最高，依次為EAMI＞SOI＞Ni?o 3.4＞W(wǎng)P＞DMI＞PDO，其中PDO低于0.01顯著水平的臨界值。同時(shí)季風(fēng)指數(shù)EAIM和反映熱帶波動(dòng)的SOI、Ni?o 3.4和DMI指數(shù)的曲線均顯示一個(gè)明顯的相關(guān)峰，而且峰值均出現(xiàn)在Δt＝2處，即領(lǐng)先兩個(gè)月，而WP和PDO的曲線在計(jì)算區(qū)間內(nèi)則沒有明顯的相關(guān)峰，其波動(dòng)周期似乎更長。

圖7 低通濾波后經(jīng)向濤動(dòng)指數(shù)與各個(gè)氣候指數(shù)的滯后相關(guān)系數(shù)Fig.7 Lagged correlation coefficient for low-passed time series of the N－S sea level seesaw index with each climate index

由于大氣環(huán)流系統(tǒng)是一個(gè)整體，各氣候指數(shù)間相互關(guān)聯(lián)。因此，以下進(jìn)一步篩選導(dǎo)致海平面經(jīng)向濤動(dòng)的主要大氣強(qiáng)迫因素。為排除次要因素，在上述相關(guān)分析的基礎(chǔ)上采用多輸入線性模型做偏相關(guān)分析。模型以ΔSLA為輸出項(xiàng)，各氣候指數(shù)為輸入項(xiàng)，探討各自對(duì)ΔSLA的影響力。鑒于多數(shù)指數(shù)領(lǐng)先濤動(dòng)2個(gè)月，分析基于此滯后時(shí)刻的相關(guān)矩陣展開（見表1，由于所用樣本大小不同，表1與圖7給出的值有差異）。

表1顯示各氣候指數(shù)均在0.01顯著水平上與濤動(dòng)相關(guān)，尤以SOI相關(guān)性最高，EAMI和Ni?o 3.4次之，而DMI和PDO指數(shù)與ΔSLA的相關(guān)性偏低。相互之間，各氣候指數(shù)的相關(guān)系數(shù)也有不少高于顯著水平，其中SOI與Ni?o 3.4的相關(guān)性尤其突出。顯然，它們之間存在關(guān)聯(lián)，從而導(dǎo)致相關(guān)系數(shù)普遍偏高。

偏相關(guān)分析結(jié)果則顯示（見表2），在上述各氣候指數(shù)中，僅EAMI、SOI和WP指數(shù)與ΔSLA的偏相關(guān)系數(shù)通過顯著性檢驗(yàn)，而Ni?o 3.4，PDO和DM卻沒通過。后者幾個(gè)指數(shù)在常規(guī)相關(guān)分析中所顯示的與ΔSLA的相關(guān)性（見表1），應(yīng)該是因相互關(guān)聯(lián)所致。這一結(jié)果表明，雖然在季節(jié)尺度上研究海域的海平面經(jīng)向濤動(dòng)受東亞季風(fēng)控制，但濤動(dòng)的年際變化卻不盡如此。除東亞季風(fēng)外，濤動(dòng)還與SOI和WP指數(shù)所反映的物理過程有關(guān)。因?yàn)镾OI和WP所代表的都是比研究海域大得多的大尺度的大氣過程，所以除了東亞季風(fēng)之外，經(jīng)向濤動(dòng)的年際變化還和太平洋海盆尺度的波動(dòng)有關(guān)，是季風(fēng)區(qū)外大洋強(qiáng)迫的結(jié)果。而這些外部強(qiáng)迫不僅來自SOI所代表的熱帶太平洋的緯向南方濤動(dòng)，而且來自西太平洋阿留申低壓與熱帶、副熱帶海域之間的經(jīng)向遙相關(guān)震蕩（WP）。

目前尚不清楚這些來自大尺度外強(qiáng)迫如何影響研究海域海平面的經(jīng)向濤動(dòng)。不過，以往的研究業(yè)已表明，南方濤動(dòng)／厄爾尼諾所導(dǎo)致的赤道太平洋海平面緯向震蕩可波及我國近海，對(duì)南海影響尤為顯著［6，9］。因此，厄爾尼諾所引發(fā)的熱帶西太平洋海平面變化可能波及南海，導(dǎo)致南北水位差，令濤動(dòng)指數(shù)升高。至于WP指數(shù)所代表的西太平洋經(jīng)向震蕩，是太平洋低頻變異的主要模態(tài)之一，在冬春季它表現(xiàn)為堪察加半島與副熱帶西太平洋至東南亞一帶氣壓的南北向偶極子形態(tài)［25—26］。它反映了東亞西風(fēng)急流的波動(dòng)，也在某種程度上反映了太平洋西風(fēng)帶的移動(dòng)。這一來自中緯度的大氣強(qiáng)迫也有可能造成海平面的波動(dòng)。它們究竟如何影響研究海域海平面及其的經(jīng)向濤動(dòng)，仍有待今后探討。

7 結(jié)論

對(duì)近20年的衛(wèi)星高度計(jì)遙感資料的分析結(jié)果證實(shí)中國海（渤、黃、東海及南海）和泰國灣作為一個(gè)狹長的半封閉水域，其海平面呈現(xiàn)顯著的季節(jié)性南北經(jīng)向濤動(dòng)。冬季南高北低，夏季北高南低，濤動(dòng)（渤海和泰國灣的海平面高差）的較差可達(dá)80 cm以上。分析顯示在季節(jié)尺度上，這一濤動(dòng)幾乎完全受東亞季風(fēng)支配，表明季風(fēng)是造成季節(jié)濤動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)因素。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，研究海域海平面的經(jīng)向濤動(dòng)存在明顯的年際變化。然而，與季節(jié)尺度的波動(dòng)有所不同，經(jīng)向濤動(dòng)的年際變化并不僅僅是東亞季風(fēng)作用的結(jié)果，而且受到太平洋海盆尺度大氣環(huán)流波動(dòng)的影響，濤動(dòng)滯后大氣波動(dòng)約兩個(gè)月。采用多輸入線性模型偏相關(guān)分析的結(jié)果顯示，除東亞季風(fēng)指數(shù)之外，研究海域的海平面經(jīng)向濤動(dòng)主要與太平洋之南方濤動(dòng)指數(shù)SOI及西北太平洋之遙相關(guān)指數(shù)WP相關(guān)。這表明大洋強(qiáng)迫既來自熱帶海域，也來自中緯度。南方濤動(dòng)所導(dǎo)致的赤道海域海平面的東西向年際濤動(dòng)，以及中緯度西風(fēng)急流年際波動(dòng)對(duì)西太平洋海平面的作用，都可能對(duì)研究海域海平面年際變化有所影響，從而導(dǎo)致中國海和泰國灣的海平面經(jīng)向濤動(dòng)的年際變化，但其間的聯(lián)系尚待探討。

表1 濤動(dòng)指數(shù)滯后兩個(gè)月時(shí)的相關(guān)系數(shù)矩陣（n=200，α=0.01的臨界值0.182）Tab.1 Correlation matrix of the sea level seesaw index（lagged by two months）with the climate indexes（n=200，the critical value is 0.182 atα=0.01）

表2 濤動(dòng)指數(shù)滯后兩個(gè)月時(shí)的偏相關(guān)系數(shù)r和顯著性檢驗(yàn)p值Tab.2 The partial correlation coefficient r and the p value of significance test，the sea level seesaw index is lagged by two months.

［1］Wyrtki K.Physical oceanography of the Southeast Asian waters［R］／／NAGA Report vol.2，Scientific Results of Marine Investigations of the South China Sea and the Gulf of Thailand，Scripps Institution of Oceanography，La Jolla，California，1961：195.

［2］周天華，李坤平，陳宗鏞.中國海月平均海面季節(jié)變化的物理成因［J］.海洋科學(xué)，1981（2）：16－21.

［3］鄭文振，趙緒才.中國近海海平面長周期變化的研究［J］.海洋學(xué)報(bào)，1985，7（3）：276－279.

［4］Li Kunping，Zhou Tianhua，Chen Zongyong.A preliminary analysis of the monthly mean sea level of variation of the seas near china and its causes［J］.Acta Oceanologica Sinica，1983，2（1）：1－11.

［5］于克俊.中國東部近海沿岸平均海面變化的分析［J］.海洋與湖沼，1985，16（2）：127－137.

［6］李立.我國東南沿岸海面對(duì)埃厄尼諾的響應(yīng)［J］.臺(tái)灣海峽，1987，6（2）：132－138.

［7］Li Li，Wimbush M.Sea level along the southeast coast of China during El Nino［J］.Chinese Journal of Oceanology and Limnology，1988，6（4）：330－333.

［8］左軍成，于宜法，陳宗鏞.中國沿岸海平面變化原因的探討［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，1994，9（5）：48－53.

［9］田暉，陳宗鏞.中國沿岸近期多年月平均海面隨機(jī)動(dòng)態(tài)分析［J］.海洋學(xué)報(bào)，1998，20（4）：9－16.

［10］Han Guoqi，Huang Weigen.Pacific Decadal Oscillation and Sea Level Variability in the Bohai，Yellow，and East China Seas［J］.Journal of Physical Oceanography，2008，38：2772－2783.

［11］Li Li，Xu Jindian，Cai Rongshuo.Trends of sea level rise in the South China Sea during 1990s：An Altimetry result［J］.Chinese Science Bulletin，2002，47（7）：582－585.

［12］Cheng Xuhua，Qi Yiquan.Trends of sea level variations in the South China Sea from merged altimetry data［J］.Global and Planetary Change，2007，57（3／4）：371－382.

［13］Chen Manchun，Zuo Juncheng，Chen Meixiang，et al.Spatial distribution of sea level trend and annual range in the China Seas from 50 long term tidal gauge station data［C］／／Proceedings of the Eighteenth（2008）International Offshore and Polar Engineering Conference Vancouver，BC，Canada，2008：583－587.

［14］Tseng Y H，Breaker L C，Chang E T Y.Sea level variations in the regional seas around Taiwan［J］.Journal of Oceanography，2010，66：27－39.

［15］Fang Guohong，Chen Haiying，Wei Zexun，et al.Trends and interannual variability of the South China Sea surface winds，surface height，and surface temperature in the recent decade［J］.J Geophys Res，2006，111：C11S16.

［16］Holgate S J，Matthews A，Woodworth P L，et al.New data systems and products at the permanent service for mean sea level［J］.Journal of Coastal Research，2013，29（3）：493－504.

［17］李崇銀，闕志萍，潘靜.東亞季風(fēng)演變與對(duì)流層準(zhǔn)兩年振蕩［J］.科學(xué)通報(bào)，2010，55（29）：2863－2868.

［18］Qu Tangdong.Upper-layer circulation in the South China Sea［J］.Journal of Physical Oceanography，2000，30：1450－1460.

［19］毛慶文，施平，齊義泉.GEOSAT衛(wèi)星遙感資料研究南海海面動(dòng)力高度場(chǎng)和地轉(zhuǎn)流場(chǎng)［J］.海洋學(xué)報(bào)，1999，21（1）：11－16.

［20］李立，吳日升，郭小鋼.南海的季節(jié)環(huán)流——TOPEX／POSEITON衛(wèi)星測(cè)高應(yīng)用研究［J］.海洋學(xué)報(bào)，2000，22（6）：13－26.

［21］吳日升，李立.南海上升流研究概述［J］.臺(tái)灣海峽，2003，22（2）：269－277.

［22］Chern Ching-Sheng，Wang Joe.Numerical study of the upper-layer circulation in the South China Sea［J］.Journal of Oceanography，2003，59：11－24.

［23］Bayler E J，Liu Z.Basin-scale wind-forced dynamics of the seasonal southern South China Sea gyre［J］.Journal of Geophysical Research，2008，113：C07014.

［24］Fang Guohong，Wang Gang，F(xiàn)ang Yue，et al.A review on the South China Sea western boundary current［J］.Acta Oceanoogical Sinica，2012，31（5）：1－10.

［25］Wallace J M，Gutzler D S.Teleconnections in the geopotential height field during the Northern Hemisphere winter［J］.Mon Wea Rev，1981，109：784－812.

［26］Barnston A G，Livezey R E.Classification，seasonality and persistence of low-frequency atmospheric circulation patternsr［J］.Mon Wea Rev，1987，115：1083－1126.

The meridional sea level oscillation of the China seas and the Gulf of Thailand

Li Li1

（1.Third Institute of Oceanography，State Oceanic Administration，Xiamen 361005，China）

Analyses of sea level anomalies（SLA）from satellite altimetry，ranging from 1992 to 2012，indicate that，as a semi-enclosed narrow water body，the China seas（consisted of the Bohai Sea，the Huanghai Sea，the East China Sea，and the South China Sea）and the Gulf of Thailand are subject to significant meridional sea level oscillation.The north-south SLA seesaw is strongly seasonal，with sea level being high in the south but low in the north during winter seasons，and vise versa in summer.The sea level difference between the Gulf of Bohai and the Gulf of Thailand is taken as a measure of the oscillation，which has a range of over 80 cm and a climatological annual mean of 63 cm.The analysis shows that，in the seasonal time scale，the meridional oscillation is almost totally dominated by variations of the East Asian monsoon，which indicates that monsoon is the main cause of the seasonal seesaw.Further analysis reveals that，in addition to seasonal variation，the meridional sea level oscillation is also subjected to considerable interannual variation.Unlike the oscillation in the seasonal time scale，its interannual variation appears correlated no only with the fluctuations of the East Asian Monsoon but also with the basin scale variation of the Pacific.The influences of remote forcings are comparable with that of the East Asian monsoon，and the seesaw generally lags two months behind the atmospheric forcings.The results from a multi-input，linear partial coherience model shows that，among the mumberous input factors other than the East Asia Monsoon Index，the interannual variation of the sea level oscillation index is correlated with SOI and WP.It is thus suggested that，in addition tothe East Asian monsoon，remote forcings are from the tropics as well as the mid-latitude.The east-west sea level seesaw in the tropical Pacific associated with the southern oscillation，and the possible effects of interannual migration of the mid-latitude East Asian jet stream on the sea level，are both possible to cause interannual variation of the north-south sea level seesaw in the area.Further investigation is needed to determine their mechanism.

China seas；Gulf of Thailand；sea level；meridional seesaw；seasonal oscillation；interannual variation

P731.21

A

0253-4193（2014）09-0007-11

.中國海和泰國灣海域海平面的經(jīng)向濤動(dòng)［J］.海洋學(xué)報(bào)，2014，36（9）：7—17，

10.3969／j.issn.0253-4193.2014.09.002

Li Li.The meridional sea level oscillation of the China seas and the Gulf of Thailand［J］.Acta Oceanologica Sinica（in Chinese），2014，36（9）：7—17，doi：10.3969／j.issn.0253-4193.2014.09.002

2013-09-13；

2013-12-01。

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究規(guī)劃（973）項(xiàng)目（2011CB403502）；國家自然科學(xué)基金（41306027）。

李立（1946—），男，福建省泉州市人，研究員，主要從事物理海洋學(xué)研究。E-mail：lili＠tiosoa.cn