胡 放, 于 非, 王建豐, 3, 司廣成, 李 昂, 周文正

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黃海暖流源區(qū)附近溫鹽結(jié)構(gòu)及其季節(jié)變化

胡 放1, 2, 于 非1, 王建豐1, 3, 司廣成1, 李 昂1, 2, 周文正1, 2

(1. 中國科學(xué)院海洋研究所, 山東青島 266071; 2. 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100039; 3. 國家海洋局海洋–大氣化學(xué)與全球變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 福建廈門361005)

為探究不同季節(jié)下黃海暖流在源區(qū)的狀態(tài), 利用韓國海洋數(shù)據(jù)中心(Korea Oceanographic Data Center)發(fā)布的水文數(shù)據(jù), 對(duì)黃海暖流源區(qū)附近溫鹽結(jié)構(gòu)及其季節(jié)變化進(jìn)行了分析。結(jié)果表明: 年平均狀態(tài)下對(duì)馬暖流在濟(jì)州島東南存在向西向入侵的趨勢(shì), 其入侵存在明顯的季節(jié)變化: 秋季最強(qiáng), 冬、春季開始減弱, 夏季最弱。濟(jì)州島西側(cè), 約在33°30′N、125°30′E處存在一支伸向西北的高鹽舌, 該高鹽舌鹽度同樣具有明顯的季節(jié)變化: 冬季最強(qiáng), 春季開始減弱, 夏季降至最低, 秋季鹽度開始緩慢回升。黃海區(qū)鹽度的變化要滯后于對(duì)馬暖流區(qū)鹽度變化。冬季朝鮮沿岸水南下入侵程度最強(qiáng), 能到達(dá)34°N以南的位置。

黃海暖流源區(qū); 對(duì)馬暖流; 季節(jié)變化

作為唯一一支向黃海輸運(yùn)外海高鹽水的海流[1], 黃海暖流的起源長期以來就備受人們關(guān)注。關(guān)于黃海暖流起源, 存在多種看法。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為黃海暖流是對(duì)馬暖流在濟(jì)州島東南的分支[2-4]。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來, 越來越多的學(xué)者對(duì)此提出不同的看法。Beardsley等[5]認(rèn)為黃海暖流是起源于臺(tái)灣暖流; Fang等[6]根據(jù)模式結(jié)果提出, 黃海暖流水冬季源自臺(tái)灣–對(duì)馬暖流系統(tǒng), 夏季臺(tái)灣–對(duì)馬暖流并未進(jìn)入黃海, 而是經(jīng)濟(jì)州海峽匯入對(duì)馬海峽。湯毓祥等[1]認(rèn)為黃海暖流是從對(duì)馬暖流與東海陸架水交匯形成的鋒面中衍生出的, 具有混合水的特性。樂肯堂[7]在探討冬季黃海暖流起源時(shí)提出, 黃海混合水及朝鮮沿岸水同樣參與了混合。

雖然學(xué)者們對(duì)于黃海暖流源區(qū)水的組成存在爭(zhēng)議, 但是無疑都認(rèn)為黃海暖流水來至于濟(jì)州島附近海域。Kondo等[8]指出對(duì)馬暖流在沿黃海海槽西側(cè)流入黃海形成黃海暖流的過程中, 會(huì)有少部分從中分離, 按順時(shí)針方向繞濟(jì)州島運(yùn)動(dòng)。Lie等[9-10]根據(jù)衛(wèi)星漂流浮標(biāo)和CTD資料證實(shí)了繞濟(jì)州島的濟(jì)州暖流, 并認(rèn)為黃海暖流是在濟(jì)州島西側(cè)與濟(jì)州暖流分離。湯毓祥等[11-12]認(rèn)為對(duì)馬暖流與陸架水混合后進(jìn)入濟(jì)州島西側(cè)后分為兩支: 鹽度較高的一支繞濟(jì)州島運(yùn)動(dòng), 成為濟(jì)州暖流; 鹽度較低的一支繼續(xù)向西北, 最終進(jìn)入黃海, 成為黃海暖流。

黃海暖流冬季最為強(qiáng)盛, 且存在顯著的季節(jié)變化。郭炳火等[13]指出黃海暖流生成于冬季, 春季開始減弱, 夏季消失。湯毓祥等[12]認(rèn)為僅從溫、鹽結(jié)構(gòu)上看, 黃海暖流只存在于冬春季節(jié), 夏季消失。王輝武等[14]在分析實(shí)測(cè)資料后指出黃海暖流在秋季開始出現(xiàn), 冬季成熟, 春季減弱, 夏季消失。劉傳玉等[15]指出黃海暖流源區(qū)表層存在南北兩支鋒面, 其研究表明該鋒面從11月下旬于濟(jì)州島西部生成并向西北方向擴(kuò)展, 1、2月份鋒面強(qiáng)度達(dá)到最大, 2月下旬鋒面向東南方向退縮并在3~5月消失。對(duì)于黃海暖流維持機(jī)制的認(rèn)識(shí), 中韓學(xué)者存在較大分歧。Hsueh等[16]認(rèn)為冬季黃海暖流并非持續(xù)存在而是在北風(fēng)作用下的間隙性流動(dòng), Lie等[10]進(jìn)一步提出該北向流只有在強(qiáng)于該海域的潮汐余流時(shí)才能進(jìn)入黃海。湯毓祥等[1]認(rèn)為黃海暖流至少在冬季及初春是穩(wěn)定存在的; Yu等[17]通過分析ADCP及錨定浮標(biāo)的資料后, 指出黃海暖流至少在月平均尺度上是穩(wěn)定存在的。

綜上所述, 黃海暖流存在顯著的季節(jié)變化。而作為黃海暖流的源地, 濟(jì)州島附近海域的季節(jié)變化會(huì)對(duì)黃海暖流的季節(jié)變化產(chǎn)生重要影響。本文依據(jù)韓國海洋數(shù)據(jù)中心(Korea Oceanographic Data Center, KODC)發(fā)布的溫鹽資料, 對(duì)黃海暖流源區(qū)附近的溫鹽結(jié)構(gòu)特征及其季節(jié)變化進(jìn)行了分析。

1 資料方法及斷面位置

KODC發(fā)布的NSO (National Serial Oceanographic observation, 1961至今)資料是一組覆蓋了韓國周圍海域的25條斷面實(shí)測(cè)資料, 觀測(cè)頻率為2個(gè)月一次, 某些斷面為一季度一次, 詳見http: //kodc. nfrdi.re.kr/page?id=eng_index。

該資料包含海水溫度、鹽度、氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向等項(xiàng), 其中溫、鹽數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)層數(shù)據(jù), 具體層次為表層、10、20、30、50、75、100、125 m、底層。本文采用了濟(jì)州島周圍的9條斷面(圖1)的溫鹽資料, 資料覆蓋區(qū)域?yàn)?1°30′~34°43′N, 124°~127°42′E, 站位經(jīng)向間隔約為0.5°N, 緯向間隔約為0.3°E。其中203斷面、204斷面、311斷面、312斷面、313斷面、314斷面的觀測(cè)頻率為每2個(gè)月一次, 315斷面、316斷面、317斷面觀測(cè)為每季度一次。本文對(duì)2000~2013年間冬(2月)、春(4~5月)、夏(8月)、秋(10~11月)的資料進(jìn)行多年平均, 來探討黃海暖流的溫鹽特征及季節(jié)變化。為便于分析, 我們將32.8°~35°N、124.2°~126.1°E之間的區(qū)域稱為黃海海區(qū)(A區(qū)), 定義31.2°~33.1°N、126.1°~128°N之間的區(qū)域稱為對(duì)馬暖流區(qū)(B區(qū))。

2 底層水的平均分布

2.1 底層水年平均水平分布

Yu等[17]指出, 黃海暖流在月平均尺度上穩(wěn)定存在, 且底層最強(qiáng)。為了驗(yàn)證黃海暖流源區(qū)是否存在支持黃海暖流存在的流動(dòng), 對(duì)2000~2013年75 m層溫鹽數(shù)據(jù)進(jìn)行了多年平均, 如圖2所示。其中溫度水平分布圖(圖2a)反應(yīng)出黃海冷水團(tuán)對(duì)黃海區(qū)的影響, 并有向濟(jì)州海峽入侵的趨勢(shì)。樂肯堂[7]將34.3作為對(duì)馬暖流水的鹽度下限, 鹽度水平分布圖(圖2b)顯示: 大于34.3的高鹽對(duì)馬暖流水水常年盤踞在濟(jì)州島東南, 并存在沿東南-西北斜向入侵黃海的趨勢(shì), 海區(qū)西南被黃?；旌纤?以南下黃海沿岸流為主)占據(jù)[17], 二者之間形成極強(qiáng)的鹽度鋒面。受到黃?；旌纤臄D壓, 黃海暖流源區(qū)產(chǎn)生一個(gè)向西北的高溫高鹽分支, 在33°30′~34°30′N、125.5°E以西延伸出黃海暖流高鹽舌[1]。黃海區(qū)年平均鹽度在33~33.7之間。另外, 34°N以北、125.5°E附近可以看到朝鮮沿岸水南下入侵的痕跡, 將在文中對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)討論。

2.2 底層水的季節(jié)性分布

冬季是黃海暖流最強(qiáng)的季節(jié), 溫度(圖3a)和鹽度(圖3e)水平分布圖顯示, 34°N附近出現(xiàn)較強(qiáng)鋒面。在對(duì)馬暖流區(qū), 315斷面處可以看到鹽度大于34.3、溫度大于15℃的高鹽暖舌向西延伸, 其延伸范圍向西超過126.2°E。冬季該區(qū)域底層鹽度平均值為34.29。黃海區(qū), 可以看到核心鹽度大于33.9、核心溫度大于12℃的甚強(qiáng)高鹽暖舌延伸至124.2°E, 冬季黃海區(qū)底層平均鹽度為33.47。

春季溫(圖3b)、鹽(圖3f)水平分布狀態(tài)與冬季相似。但是, 對(duì)馬暖流水西向擴(kuò)展有所減弱, 而黃海區(qū)也存在微弱的降溫減鹽現(xiàn)象。溫度水平分布圖(圖3b)顯示, 黃海冷水團(tuán)開始向東海擴(kuò)展, 東海北部底層冷水開始形成[18]。而在黃海區(qū), 12℃等溫線僅能到達(dá)125°E以東海域。鹽度水平分布(圖3f)顯示, 對(duì)馬暖流區(qū), 鹽度大于34.3的對(duì)馬暖流水僅能向西延伸至126.7°E, 該區(qū)域底層平均鹽度降低為34.11; 與此同時(shí), 黃海區(qū)的高鹽舌的核心鹽度降為33.7, 該區(qū)域底層平均鹽度降為33.39。

與冬、春兩季不同, 夏季75 m層溫度水平分布表現(xiàn)出不同的形態(tài)。圖3c顯示, 黃海冷水團(tuán)向東南的擴(kuò)展達(dá)到最強(qiáng): 向南, 14℃等溫線與北部冷水相接; 向東, 14℃等溫線甚至可以進(jìn)入濟(jì)州海峽到達(dá)126.5°E附近。從75 m層鹽度水平分布圖(圖3g)來看, 對(duì)馬暖流區(qū), 對(duì)馬暖流水緯向的入侵達(dá)到最弱, 鹽度為34.3的等值線退縮到127°E以東, 該區(qū)底層鹽度降為34.09; 黃海區(qū)僅能看到33.1的高鹽舌向西北入侵, 該區(qū)底層平均鹽度降至33.14。

秋季, 溫度水平分布圖(圖3d)顯示, 東海北部冷水消失, 黃海冷水團(tuán)相對(duì)夏季有所退縮, 但仍然占據(jù)著黃海區(qū)北部的大部分區(qū)域。75 m層鹽度水平分布圖(圖3h)顯示, 對(duì)馬暖流區(qū), 對(duì)馬暖流水向西入侵的范圍迅速擴(kuò)大, 315、316兩個(gè)斷面處都能看到大于34.3的高鹽舌, 其向東可延伸至126°E(超過冬季)。底層平均鹽度迅速增加為34.36(大于冬季); 黃海區(qū), 能夠看到鹽度大于33.3的高鹽舌向西北入侵, 底層平均鹽度同樣開始增加, 但仍然小于冬季, 僅為33.19。

通過對(duì)34.3等鹽度線的分析(圖3e、3f、3g、3h), 我們發(fā)現(xiàn)鹽度大于34.3的對(duì)馬暖流水在75 m層的西向入侵程度存在明顯的季節(jié)變化: 冬季能向西入侵到126.2°E; 春季西侵程度有所減弱, 向西只能到達(dá)126.7°E; 夏季對(duì)馬暖流水向東退縮至126.7°E; 秋季,對(duì)馬暖流水西侵程度迅速增加, 并超過冬季, 能夠到達(dá)125.9°E附近, 對(duì)馬暖流區(qū)底層平均鹽度同樣在秋季達(dá)到最高值34.36(表1)。黃海區(qū)底層鹽度的變化相對(duì)對(duì)馬暖流區(qū)鹽度變化存在一定滯后性, 底層鹽度在冬季取得最高值33.47; 春季有所降低, 變?yōu)?3.39; 夏季降至最低, 僅為33.14; 秋季緩慢增加為33.19。

表1 A、B兩區(qū)底層鹽度的季節(jié)變化

3 調(diào)查海區(qū)海水的垂直分布

3.1 對(duì)馬暖流水的季節(jié)性分布

從75 m層平面圖(圖3)來看, 315斷面(圖4)位于對(duì)馬暖流西向入侵最強(qiáng)處, 是探究高溫高鹽對(duì)馬暖流西向入侵程度變化最具代表性的斷面。315斷面的鹽度垂直分布顯示, 冬季: 鹽度大于34.3的對(duì)馬暖流水在125.2°E以東的海域整層都有分布。而到了春季, 鹽度34.3等值線退至126.5°E以東, 鹽度大于34.3的高鹽水僅分布在在30 m以深的水層, 等鹽度線開始傾斜。夏季, 長江沖淡水貢獻(xiàn)增強(qiáng), 極強(qiáng)的鹽躍層開始形成, 表層完全被低鹽沿岸水占據(jù), 鹽度大于34.3的對(duì)馬暖流水被進(jìn)一步壓縮, 僅存在于126.7°E以東的80 m以深的區(qū)域。秋季, 對(duì)馬暖流上層鹽度躍層消失, 對(duì)馬暖流水最先在底層開始向西入侵, 鹽度為34.3等值線線在70 m處向西擴(kuò)張至125.9°E。315斷面鹽度垂直分布顯示, 秋季對(duì)馬暖流水僅出現(xiàn)在底層, 但其西向入侵程度卻大于冬季。

3.2 黃海海區(qū)溫、鹽斷面結(jié)構(gòu)

為了探究黃海海區(qū)溫鹽的垂直分布, 我們選取了2條斷面進(jìn)行分析。313斷面(圖5)位于高鹽舌所在位置, 具有較好的代表性; 312斷面(圖6)位于34°N附近, 較好地反映了朝鮮沿岸水的對(duì)該區(qū)域的貢獻(xiàn)。

313斷面在垂直方向上同樣具有明顯的季節(jié)變化(圖5)。從溫度斷面圖來看, 冬季, 垂直方向上混合非常均勻均勻, 斷面右側(cè)被高溫的外海水占據(jù), 13℃等溫線向西擴(kuò)展至125°E。春季, 黃海冷水團(tuán)開始形成并向濟(jì)州島方向擴(kuò)展, 溫度斷面顯示13℃等溫線相比于冬季向東退了半個(gè)經(jīng)度。夏季, 海區(qū)表層輻射增溫明顯, 10~20 m處出現(xiàn)很強(qiáng)的溫度躍層, 躍層以下能看到黃海冷水團(tuán)向斷面東部擴(kuò)張。秋季, 海表開始降溫, 溫躍層強(qiáng)度降低, 黃海冷水團(tuán)開始向西北消退。從鹽度斷面圖來看, 冬季鹽度段面混合同樣均勻, 34.1的等鹽度線擴(kuò)展到125.2°E。到了春季, 高鹽水西侵程度減弱, 鹽度大于34.1的高鹽水只存在于125.9°E以東的位置, 等鹽度線開始發(fā)生傾斜。夏季, 斷面10~20 m處出現(xiàn)了甚強(qiáng)的鹽度躍層, 斷面的最高鹽度僅為33.7, 且只分布在125.5°E以東的50 m以深的位置。秋季斷面表層鹽度開始增加, 鹽度躍層下壓至30 m附近, 斷面東部底層鹽度開始增加, 有大于33.9的高鹽水出現(xiàn)。

臧家業(yè)等[19]總結(jié)前人的工作后指出, 黃海東側(cè)的朝鮮沿岸流在冬至初春能夠沿40~50 m等深線南下至34°N附近海域, 最終沿海洋鋒北側(cè)向東進(jìn)入濟(jì)州海峽。圖3顯示出相似的情況: 冬季低鹽冷舌南下入侵程度最強(qiáng), 到達(dá)34°N以南; 春季以后其南下入侵就開始減弱; 到了夏、秋季節(jié), 沿岸水南向入侵更弱, 并且增溫明顯, 已經(jīng)表現(xiàn)為高溫低鹽形態(tài)。312斷面則清晰的反映出朝鮮沿岸水在垂直方向上的季節(jié)變化。圖6a和圖6e顯示: 冬季朝鮮沿岸水向南的入侵程度非常強(qiáng), 溫度小于8℃、鹽度低于33的朝鮮沿岸水[7]占據(jù)了125.6°~125.8°E之間、40 m以淺的層次。春季以后其向南入侵已經(jīng)不明顯。我們認(rèn)為冬季朝鮮沿岸水對(duì)黃海暖流的影響最為強(qiáng)盛, 能到達(dá)34°N以南; 春季以后朝鮮沿岸流似乎在34°N以北就已經(jīng)完成轉(zhuǎn)向, 匯入濟(jì)州海峽。

4 結(jié)語和討論

本文利用覆蓋黃海暖流源區(qū)的KODC資料對(duì)黃海暖流源區(qū)附近的溫鹽結(jié)構(gòu)特征及其季節(jié)變化進(jìn)行了分析。結(jié)果表明: 年平均狀態(tài)下, 位于濟(jì)州島東南的高鹽對(duì)馬暖流水存在西向入侵的趨勢(shì), 對(duì)馬暖流水在底層的西向入侵存在明顯的季節(jié)變化: 冬季, 大于鹽度34.3、溫度大于15℃的對(duì)馬暖流水在32.5°N處向西入侵, 最大可延伸至126.2°E, 此時(shí), 對(duì)馬暖流水在整層都有分布; 春季, 對(duì)馬暖流水的西向入侵開始減弱, 等鹽度線開始發(fā)生傾斜, 高溫高鹽的對(duì)馬暖流水退至126.5°E以東, 垂直方向上則被下壓至30 m以下; 夏季, 對(duì)馬暖流水的西向入侵程度最弱, 且僅分布在80 m以淺的層次; 秋季, 對(duì)馬暖流水在底層迅速向西擴(kuò)展, 其西向入侵程度甚至超過冬季, 到達(dá)126°E以西的海域。

濟(jì)州島西側(cè), 在33°30′N、125°30′E處常年存在一支伸向西北的高鹽舌。相對(duì)于對(duì)馬暖流水的西向入侵的季節(jié)變化, 該高鹽舌核心鹽度的季節(jié)變化滯后: 在75 m水層, 冬季高鹽舌鹽度達(dá)到最高, 為33.9; 春季高鹽舌鹽度降低至33.7; 夏季迅速降低至33.1; 秋季, 雖然濟(jì)州島以南的對(duì)馬暖流水西向入侵迅速增強(qiáng), 但黃海區(qū)高鹽舌鹽度并未迅速響應(yīng), 僅緩慢增加至33.3。

從垂直方向上看: 冬季, 對(duì)馬暖流水能夠涌升至海區(qū)表層; 春、夏季節(jié), 等鹽度線發(fā)生傾斜, 對(duì)馬暖流水逐漸被下壓至底層; 秋季, 對(duì)馬暖流水迅速從底層向西入侵。

黃海暖流具有混合水的特性[1]。但在不同的季節(jié), 參與混合的各部分所占比重不盡相同。冬季, 對(duì)馬暖流水所占比重最重, 與此同時(shí), 朝鮮沿岸水也參與了混合; 春季, 對(duì)馬暖流及朝鮮沿岸水向黃海區(qū)的入侵減弱, 黃海冷水團(tuán)開始形成并向濟(jì)州島方向擴(kuò)展, 參與到黃海暖流的混合之中; 夏季, 對(duì)馬暖流入侵程度最弱, 黃海冷水團(tuán)占據(jù)了濟(jì)州島西側(cè)海域, 黃海暖流消失; 秋季, 雖然對(duì)馬暖流迅速向西擴(kuò)張, 黃海暖流開始形成[14], 但濟(jì)州島西側(cè)仍被黃海冷水團(tuán)占據(jù), 此時(shí)對(duì)馬暖流水在黃海暖流水中所占較弱。

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Thermohaline structure and seasonal variation near the Yellow Sea Warm Current source region

HU Fang1, 2, YU Fei1, WANG Jian-feng1, 3, SI Guang-cheng1, LI Ang1, 2, ZHOU Wen-zheng1, 2

(1. Institute of Oceanology, the Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China; 3. Key Laboratory of Global Change and Marine-Atmospheric Chemistry, State Oceanic Administration, Xiamen 361005, China)Received：Aug. 14, 2015

the Yellow Sea Warm Current source region; the Tsushima Warm Current Water; seasonal variation

Historical hydrological data released by the KODC (Korea Oceanographic Data Center) were used to analyze the thermohaline structure and its seasonal change near the Yellow Sea Warm Current source region. The results showed that the westward invasion trend of the Tsushima Warm Current Water in the southeast of the Cheju Island peaks in autumn, begins to weaken in winter and spring and is weakest in summer. At the same time, a salty tongue appears west of Cheju Island (33°30′N, 125°30′E) all year round, and its salinity shows a lagging seasonal variation, which begins to rise in autumn, peaks in winter, weakens in spring and is weakest in summer. The southward intrusion of the North Korea Costal Water peaks in winter and can reach south of 34°N.

P722.6

A

1000-3096(2016)07-0160-10

10.11759/hykx20150814001

2015-08-14;

2015-10-09;

國家自然科學(xué)基金(40776019, 41176018, 41306021); 國家海洋局海洋–大氣化學(xué)與全球變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金課題(GCMAC1306); 國家自然科學(xué)基金委員會(huì)-山東省人民政府聯(lián)合資助海洋科學(xué)研究中心項(xiàng)目(U1406401); 國家自然科學(xué)基金委員會(huì)-創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金(41421005)

[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No.40776019, No. 41176018, No. 41306021; the Fund of Key Laboratory of Global Change and Marine-Atmospheric Chemistry, State Oceanic Administration, No.GCMAC1306; NSFC - Shandong Joint Fund for Marine Science Research Centers, No.U1406401; NSFC- Innovative Group Grant, No. 41421005]

胡放(1991-), 男, 碩士研究生, 主要從事近海環(huán)流研究, E-mail: hufangd@hotmail.com; 于非;通信作者, 男, 博士生導(dǎo)師, 研究員, 主要從事近海環(huán)流和大洋環(huán)流研究, E-mail: yuf@qdio.ac.cn

(本文編輯: 李曉燕)