許素芹，陳 標(biāo)，陶榮華，張春華，劉洪偉

（1海軍潛艇學(xué)院 青島 266042 2 北京5111信箱 北京 100094）

引 言

海洋鋒一般是指性質(zhì)明顯不同的兩種或幾種水體之間的狹窄過渡帶。中國大百科全書（海洋科學(xué)卷，1987）的定義：海洋鋒是“特征明顯不同的兩種或幾種水體之間的狹窄過渡帶。它們可用鹽度、溫度、密度、速度、顏色、葉綠素等要素的水平梯度，或它們更高級的微商來描述，因此一個鋒帶的位置可以用一個或幾個上述要素來確定”。鋒面所在區(qū)域，動量、熱量和水汽等的交換活躍[1]，海氣相互作用對天氣和氣候的影響很大[2，3]，這不僅使得鋒區(qū)成為海上風(fēng)暴的易生區(qū)，大尺度天氣和氣候現(xiàn)象的發(fā)源地，也對局地海霧的形成有著重要影響。另外，鋒區(qū)的分布與海洋生產(chǎn)力的分布存在緊密聯(lián)系。鋒面同躍層一樣，能夠在很大程度上影響海洋物理過程，如水聲技術(shù)等，成為海洋軍事學(xué)必須考慮的問題。

作為重要的中尺度現(xiàn)象之一，海洋鋒的研究受到人們的關(guān)注和重視，并開展了一系列的調(diào)查和研究。20世紀(jì)80年代后，海洋中尺度過程的研究進(jìn)入活躍時期，學(xué)者們首先從衛(wèi)星圖片分析入手，發(fā)展了一系列的解析模式和數(shù)值模式，探討各類中尺度現(xiàn)象生成的動力過程和動力機(jī)理[4～6]。在中日黑潮合作調(diào)查期間，還專門開展了針對中尺度過程的調(diào)查研究。黃大吉等[7]在數(shù)值計(jì)算渤海的溫度變化時指出在渤海內(nèi)部存在著潮汐鋒現(xiàn)象，趙保仁等[8]進(jìn)一步給出了渤海的潮汐鋒分布。

Zheng和Klemas[9]用多年的衛(wèi)星圖片發(fā)現(xiàn)了山東半島沿岸鋒、浙閩沿岸鋒和朝鮮南部沿岸鋒。劉寶銀[10]早在1982年便嘗試?yán)眉t外遙感資料分析東海黑潮表層溫度鋒。趙保仁[11，12]通過計(jì)算黃海和東海北部的層化參量，結(jié)合衛(wèi)星圖片和歷史水文資料，給出了夏季黃海溫度鋒的位置。鄭義芳等[13]用歷史資料結(jié)合衛(wèi)星圖片確定了南黃海和東海北部2月份的海洋鋒，并稱之為黃海暖流鋒。林傳蘭[14]通過分析1955～1983年的觀測資料，給出了東海黑潮鋒的多年平均位置。林敏基等[15]利用NOAA衛(wèi)星的 AVHRR-SST（Advanced Very High Resolution Radiometer Sea Surface Temperature）資料分析臺灣海峽1989年初冬海表溫度場，通過海表溫度場解析出了浙閩沿岸流、黑潮、臺灣暖流、臺灣淺灘上升流等主要表層流系。Lin等[16]通過分析百余張1989～1990年的AVHRR-HRPT（Advanced Very High Resolution Radiometer High Resolution Picture Transmission）圖像，著重分析了臺灣東北部海域的黑潮鋒和冷渦。郭炳火等[17]利用20世紀(jì)80年代中期到90年代中期獲得的NOAA衛(wèi)星紅外圖像，較為系統(tǒng)地分析了東海黑潮鋒、對馬暖流鋒和浙江沿岸鋒的波動譜特征以及形態(tài)的演變，同時還利用浮標(biāo)測流結(jié)果分析了鋒面波動中的流態(tài)。湯毓祥[18，19]利用1934～1988年東海長周期水文觀測資料，結(jié)合中日黑潮合作調(diào)查研究成果，較為系統(tǒng)地總結(jié)了東海海洋鋒面的類型、分布特征和季節(jié)變異。另外，湯毓祥[20]明確指出黃、東海主要存在8個鋒區(qū)。Ning等[21]用衛(wèi)星海色遙感和衛(wèi)星SST圖片，刻畫了黃、東海水團(tuán)和鋒面分布的大體結(jié)構(gòu)。Hickox等[22]利用1985～1996年共12年的AVHRR-SST數(shù)據(jù)，對中國東海、黃海和渤海進(jìn)行海表溫度鋒的研究，在對黑潮鋒、浙閩沿岸流鋒等10個海表溫度鋒進(jìn)行研究的同時，還對鋒面的季節(jié)變化做了探討。He等[23]利用衛(wèi)星SST和衛(wèi)星高度計(jì)圖片對中國海的中尺度現(xiàn)象進(jìn)行了研究，確定了黃、東海主要的8個鋒區(qū)。Yuan等[24]用MODIS/Terra衛(wèi)星葉綠素濃度和SST圖片首次報(bào)道了夏秋季浙閩沿海葉綠素濃度的跨陸架穿刺鋒面，初步分析了其形成的原因。

陳俊昌[25]首先嘗試應(yīng)用1991～1998年紅外衛(wèi)星云圖分析了南海北部（臺灣海峽到北部灣海域）冬季存在的海洋鋒。Wang和Chern[26]詳細(xì)報(bào)道了冬季海峽中部東側(cè)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的海洋鋒。許建平等[27]通過1992年1月的衛(wèi)星遙感圖片研究了廣東外海大陸架（大體沿50m等深線分布）上一顯著的溫度鋒。洪鷹等[28]通過分析1994年8～9月在南海東北部獲取的現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)，指出夏季在臺灣海峽南部及附近海域的陸架坡折處廣泛存在表層及表層以下的鋒面現(xiàn)象。Wang等[29]利用1991～1998年連續(xù)8年的AVHRR-SST數(shù)據(jù)，研究了南海北部海域的海表溫度鋒。李立[30～32]對南海海洋鋒現(xiàn)象的研究進(jìn)行了概述，并結(jié)合實(shí)測資料和衛(wèi)星遙感資料，對臺灣海峽南部的海洋鋒現(xiàn)象進(jìn)行了整體分析。蕭屏東[33]根據(jù)CTD（Conductivity-Temperature-Depth）觀測報(bào)道了1986年臺灣西南海域的黑潮入侵現(xiàn)象。李立等[34]總結(jié)前人的結(jié)果，提出了“黑潮流套”的觀點(diǎn)。羅琳[35]依據(jù)1991～1998年的衛(wèi)星遙感海水表面溫度資料，對北部灣溫度鋒的季節(jié)變化與年際變化規(guī)律進(jìn)行了探討。

本文主要綜述近幾年來國內(nèi)外學(xué)者對中國近海海洋溫度鋒的一些研究結(jié)果，以求對中國近海，包括渤海、黃海、東海、南海北部海域海洋鋒的時空分布特征有一個系統(tǒng)全面的認(rèn)識。首先，結(jié)合已公開發(fā)表文獻(xiàn)，對中國近海海洋鋒的時空分布特征進(jìn)行了概括。然后，利用2006～2012年共7年的OSTIA（Operational SST & Sea Ice Analysis）數(shù)據(jù)，分別對1～12月的鋒面空間分布和鋒面出現(xiàn)頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)[36]，給出了1～12月份海洋鋒的出現(xiàn)頻率圖，分析了海表溫度鋒的時空分布特征。

1 數(shù)據(jù)說明和算法概述

1.1 數(shù)據(jù)說明

本文所用的數(shù)據(jù)為GHRSST-PP（GODAE High-Resolution Sea Surface Temperature Pilot Project）提供的全球海面溫度4級數(shù)據(jù)集OSTIA，GHRSST-PP海面溫度4級數(shù)據(jù)（Level4 SSTs）為全球網(wǎng)格化無縫隙近實(shí)時海溫?cái)?shù)據(jù)。OSTIA數(shù)據(jù)集起始時間為1985年，其中1985～2007年數(shù)據(jù)使用實(shí)測數(shù)據(jù)、AVHRR數(shù)據(jù)、AATSR（Advanced Along-Track Scanning Radiometer）數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，而2006年4月以后的數(shù)據(jù)由實(shí)測數(shù)據(jù)、AVHRR數(shù)據(jù)、AMSR（Advanced Microwave Scanning Radiometer）數(shù)據(jù)、TMI（TRMM Microwave Imager）數(shù)據(jù)、AATSR數(shù)據(jù)和SEVIRI（Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager）數(shù)據(jù)等輸入數(shù)據(jù)最優(yōu)插值得到，輸入數(shù)據(jù)使用從白天06：00世界時間開始的前后36小時區(qū)間的數(shù)據(jù)，并且去除了白天風(fēng)速小于6m/s的觀測值，因?yàn)轱L(fēng)速小于6m/s的海表溫度可能包含白天的海表溫度升高[37]。所有衛(wèi)星海表溫度數(shù)據(jù)參考并結(jié)合AATSR數(shù)據(jù)和浮標(biāo)實(shí)測數(shù)據(jù)調(diào)整誤差，分析產(chǎn)品已經(jīng)可以提供均方根誤差小于0.6℃的近實(shí)時的高分辨率精確海表溫度數(shù)據(jù)，其空間分辨率為0.05°×0.05°，時間分辨率為1d，海面溫度的單位為開爾文（K），陸地或無效數(shù)據(jù)位填充為非數(shù)，即nan。

1.2 算法概述

海洋鋒出現(xiàn)的頻率圖能直觀地表示鋒面的以下三個指標(biāo)：一是研究區(qū)域內(nèi)鋒區(qū)的分布位置和總體形態(tài)特征；二是特定鋒區(qū)的分布范圍和鋒面的年際變化范圍；三是鋒面在某地出現(xiàn)的穩(wěn)定性。本文借鑒文獻(xiàn)[36]的算法計(jì)算鋒面出現(xiàn)頻率圖。首先，采用溫度梯度法確定單幀海表SST圖像的鋒面，計(jì)算研究區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的溫度梯度，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取某一溫度梯度作為臨界值，選取那些溫度梯度大于臨界值的點(diǎn)作為鋒點(diǎn)。然后，基于各點(diǎn)的溫度梯度計(jì)算鋒點(diǎn)的出現(xiàn)頻率，計(jì)算方法為：用某個網(wǎng)格點(diǎn)在2006～2012年的7年內(nèi)作為有效點(diǎn)的次數(shù)（即此點(diǎn)有有效的觀測數(shù)據(jù)）除其作為鋒點(diǎn)的次數(shù)。例如，在2006～2012年的七年內(nèi)一月份共有217天，點(diǎn)（x，y）在任一年的一月份都是有效點(diǎn)，若此點(diǎn)成為鋒點(diǎn)共100次，那么一月份此點(diǎn)作為鋒點(diǎn)的出現(xiàn)頻率為100/217×100%=46%。

2 中國近海海洋鋒時空分布特征

2.1 渤海海域海洋鋒分布特征

沿岸鋒和海峽鋒是渤海海域存在的兩種主要的海洋鋒，其中沿岸鋒主要分布在遼東灣東部近海[8]、遼東灣西部的六股河口近海及渤海灣口的南、北近岸水域，后者主要分布于渤海海峽和遼東灣東部近海。在渤海中部區(qū)域基本沒有海洋鋒出現(xiàn)。

利用OSTIA提供的2006～2012年全球海面溫度融合數(shù)據(jù)，采用梯度閾值算法統(tǒng)計(jì)渤海海域海洋鋒在海域各點(diǎn)出現(xiàn)的概率。圖1為1～12月份渤海海表溫度鋒出現(xiàn)頻率圖，溫度梯度閾值為0.025oC/km，圖中只繪出了出現(xiàn)概率大于40%的海面溫度鋒的空間分布?？梢?，在冬季海洋鋒基本繞渤海的邊緣分布。在渤海的西北側(cè)沿岸鋒區(qū)呈東北-西南走向；在遼東灣口，鋒區(qū)大致呈西北-東南走向；在渤海海峽，黃海暖流余脈暖水與渤海內(nèi)冷水形成溫度鋒，鋒區(qū)呈南北走向；渤海南岸鋒區(qū)不規(guī)則地分布在沿岸海區(qū)。渤海內(nèi)的鋒面在2～3月份時基本消失，從4月份開始鋒區(qū)重新出現(xiàn)，5～7月份鋒面占了渤海海域的大部分，鋒區(qū)位置不斷變化，且分布沒有規(guī)律。8月份，在渤海海峽處形成較為穩(wěn)定的鋒面。9月份基本沒有鋒面出現(xiàn)，10～11月份渤海沿岸鋒和渤海海峽鋒逐漸形成。

2.2 黃、東海海域海洋鋒分布特征

黃、東海主要存在8個鋒區(qū)，如圖2所示，分別是黑潮鋒區(qū)、浙江沿岸鋒區(qū)、黃海沿岸流和黃海暖流西南邊界之間的鋒區(qū)、黃海暖流與朝鮮西岸沿岸流之間的鋒區(qū)、對馬海峽內(nèi)的鋒區(qū)、環(huán)繞山東半島的沿岸鋒區(qū)、長江河口鋒區(qū)以及江蘇沿岸和朝鮮半島西岸的潮汐鋒區(qū)[20]。

黃、東海溫度鋒鋒面分布的季節(jié)變化明顯，圖3為黃海、東海1～12月份海表溫度鋒出現(xiàn)頻率圖（溫度梯度＞0.028℃/km，出現(xiàn)概率＞40%）。冬、夏季海洋鋒的分布狀況差異較大，各具特色。春、秋多呈過渡性質(zhì)。東海的浙閩沿岸鋒、黑潮鋒和北部陸架鋒幾乎終年存在，而黃海的暖流鋒、底層冷水團(tuán)鋒和潮致陸架鋒則季節(jié)性較強(qiáng)。

圖1 渤海海域海洋鋒出現(xiàn)頻率分布圖Fig.1 The oceanic front frequency in the Bohai Sea

冬季，從12月份開始到次年的2月份，黃、東海海域穩(wěn)定地存在四條溫度鋒，即浙閩沿岸鋒、黑潮鋒、黃海暖流鋒和東海北部陸架鋒，鋒面形狀規(guī)則，位置固定。黑潮鋒形狀與黑潮路徑大體一致，沿東海陸架邊緣由西南向東北伸展。東海北部陸架鋒位于黃、東海交匯區(qū)，與浙閩沿岸鋒北端相連，大概以126.5°E為界可分為東西兩段：西段鋒呈東-西走向，東段鋒位于濟(jì)州島南側(cè)海域，基本為南北向。浙閩沿岸鋒冬季從長江口外大致沿50m等深線向南一直延伸到臺灣海峽，北端與東海北部陸架鋒相連。黃海暖流鋒是一個包含南北兩支鋒面的鋒面系統(tǒng)，其北支鋒面位于33°N～34°N之間，大體呈東西走向，南支鋒面沿長江淺灘邊緣，呈西北東南走向。

春季，3、4、5月份，對流鋒面開始消退，沿岸冷水鋒面（混合鋒）開始形成，浙閩沿岸鋒范圍南縮，退到29oN以南海域，與長江河口鋒分離。具有較高水溫的海峽水與殘存的陸架近底層水之間形成東海中部陸架鋒，該鋒以126oE為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，以西基本呈東-西向，126oE附近則指向東北。黃海暖流鋒范圍縮小到34oN以南和124oE以東，鄰近濟(jì)州島附近的狹小區(qū)域內(nèi)。

圖2 黃海、東海鋒面分布示意圖Fig.2 The oceanic front in the Yellow Sea and East China Sea

夏季，黃、東海表層水溫分布較均勻，黃海暖流鋒基本消失，僅在黃海局部海域存在幾塊較孤立的冷水區(qū)，冷水的周邊形成一些范圍較小的鋒區(qū)，比較明顯的有：山東半島東部從乳山口至成山頭的外海、朝鮮灣西部海域、黑山島近海和蘇北淺灘。在整個東海北部表層溫度鋒僅出現(xiàn)小范圍的浙北沿岸鋒。

秋季，8、9月份，海洋鋒在全年最弱，偶爾出現(xiàn)在蘇北淺灘邊緣和黃海東北岸。10月份鋒面開始生成，至11月份基本形成。

2.3 南海東北部海洋鋒時空分布特征

南海東北部是我國近海海洋鋒多發(fā)海域，多種水系在此交匯形成復(fù)雜的鋒面結(jié)構(gòu)[30]。強(qiáng)烈的季風(fēng)作用使該海域海洋鋒的發(fā)育呈現(xiàn)顯著的季節(jié)差異，而且變化更趨復(fù)雜。南海東北部主要有六個鋒區(qū)：珠江口近岸鋒、臺灣淺灘鋒、廣東沿岸鋒、黑潮入侵鋒、海南島東部沿岸鋒和北部灣鋒[29]，除臺灣淺灘鋒和黑潮入侵鋒以外，其它幾個近岸鋒面基本沿50m等深線分布。南海東北部鋒面分布如圖4所示。

圖5為南海東北部1～12月份海表溫度鋒出現(xiàn)頻率圖（溫度梯度＞0.028℃/km，出現(xiàn)概率＞40%）。冬季，南海東北部6條海洋鋒都較明顯，廣東沿岸鋒和臺灣海峽鋒連為一體[38]，從臺灣海峽北部延伸到珠江口，這條鋒線是浙閩沿岸和南海公海海水的分界線。珠江口沿岸鋒存在于廣東沿岸鋒的南端。南海東北部大多數(shù)鋒面在秋天消失，只有臺灣淺灘鋒和黑潮入侵鋒仍存在于海面以下。

春季，廣東沿岸鋒減弱，臺灣海峽鋒與廣東近岸鋒分離。珠江口羽狀鋒清晰可見，海南島東部近岸鋒北段強(qiáng)度減弱，南段增強(qiáng)，北部灣鋒由于紅河羽狀淡水的作用強(qiáng)度增強(qiáng)，黑潮入侵鋒消失。

夏季，廣東沿岸鋒基本消失，隨著夏季季風(fēng)的增強(qiáng)，廣東沿岸水向臺灣海峽方向移動，導(dǎo)致臺灣海峽鋒減弱。珠江口羽狀鋒仍然存在，但是由于夏季季風(fēng)導(dǎo)致的近岸暖水向公海移動，其強(qiáng)度有所減弱。由于夏季海水溫度的升高，海南島東部近岸鋒和北部灣鋒強(qiáng)度也有所減弱。

3 結(jié)束語

本文根據(jù)現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料數(shù)據(jù)，對我國周邊海域海洋鋒的分布活動情況進(jìn)行了分析總結(jié)，對渤海、黃海、東海、南海北部海洋鋒的空間和時間特征做了系統(tǒng)的總結(jié)。本文以衛(wèi)星遙感海面數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用長時間序列的OSTIA全球海面溫度數(shù)據(jù)對中國近海的海洋鋒面出現(xiàn)頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對海上捕撈、搜救、安全航行、海底管道布設(shè)及軍事方面具有重要的參考價值。由于夏季海面溫度分布均勻，難以從溫度遙感數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到夏季熱帶海區(qū)海洋鋒的時空分布特征，因此海溫和水色相結(jié)合是海洋鋒研究的新方向。

圖3 黃海、東海鋒面出現(xiàn)頻率分布圖Fig.3 The oceanic front frequency in the Yellow Sea and East China Sea

圖4 南海東北部鋒面分布示意圖（1991～1998年）[29]Fig.4 The oceanic front in the northeast South China Sea（1991～1998）

圖5 南海東北部鋒面出現(xiàn)頻率分布圖Fig.5 The oceanic front frequency in the northeast South China Sea

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