連 展,方國(guó)洪,王新怡,孫寶楠

(1.中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所,廣東廣州510301;2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京100039; 3.國(guó)家海洋局第一海洋研究所,山東青島266061)

多島環(huán)流理論在南海域際環(huán)流中的應(yīng)用研究

連 展1,2,3,方國(guó)洪1,2,3,王新怡3,孫寶楠3

(1.中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所,廣東廣州510301;2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京100039; 3.國(guó)家海洋局第一海洋研究所,山東青島266061)

在Wajsowicz(1993)多島環(huán)流理論的基礎(chǔ)上,給出了一種摩擦-地形阻力作用的參數(shù)化方案,并應(yīng)用于南海域際環(huán)流動(dòng)力學(xué)的研究。結(jié)果表明,不考慮阻力時(shí)理論結(jié)果在海水輸運(yùn)方向上與實(shí)測(cè)一致,但在輸運(yùn)量的量值上與實(shí)測(cè)差別很大;考慮了摩擦-地形阻力作用后計(jì)算所得的各通道的流量與實(shí)測(cè)結(jié)果不但在方向上完全一致,在數(shù)值上也具有一定的一致性。因而在考慮了摩擦-地形阻力作用后,基于Sverdrup環(huán)流理論的多島環(huán)流理論能夠很好解釋南海域際環(huán)流形成的主要?jiǎng)恿C(jī)制。采用1948—2014年NCEP逐年風(fēng)應(yīng)力資料計(jì)算結(jié)果表明,各海峽流量均存在明顯的年際變化,其中呂宋海峽和民都洛海峽更為明顯。相關(guān)分析顯示,呂宋、民都洛和卡里馬塔海峽的流量相互之間存在較強(qiáng)的正相關(guān)性,而與望加錫海峽流量呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)。El Ni?o正位相期間太平洋-印度洋貫穿流南海分支加強(qiáng)而望加錫海峽流量減弱。計(jì)算結(jié)果還表明,呂宋海峽、民都洛海峽的西、南向流量在1948—2014年期間都存在明顯的增強(qiáng)趨勢(shì),而卡里馬塔海峽基本上未受影響。

島嶼環(huán)流理論;南海;域際環(huán)流

南海位于太平洋西部,是東南亞地區(qū)最大的邊緣海,其水深變化劇烈、海水流系復(fù)雜,可以通過海氣相互作用對(duì)鄰近地區(qū)的氣候產(chǎn)生影響[1]。南海通過呂宋海峽、臺(tái)灣海峽、民都洛海峽、巴拉巴克海峽、卡里馬塔海峽和馬六甲海峽與太平洋、東海、蘇祿海、爪哇海和印度洋等互相連通(圖1)。南海與周邊海域和大洋之間的海水交換較為頻繁,海水以域際環(huán)流的形式,在南海-太平洋、南海-印度洋等海域之間相互交換[2],并且與印尼貫穿流相連通[3-6]。其中,印尼貫穿流是南海周邊海域域際環(huán)流中最重要的一支。它由太平洋流入印度洋,是全球熱鹽輸送帶中重要的一環(huán)[4-5]。它的南海分支(也稱南海貫穿流)由呂宋海峽進(jìn)入南海后主要從民都洛海峽和卡里馬塔海峽流出南海,也是南海域際環(huán)流的重要組成部分[4,6]。該分支攜帶的海水熱鹽特性與貫穿流主軸存在差異,二者可以產(chǎn)生顯著的相互作用[7],因此對(duì)印尼貫穿流南海分支的特性研究具有重要的科學(xué)意義。與印尼貫穿流相同,驅(qū)動(dòng)海水從呂宋海峽進(jìn)入南海并最終從民都洛海峽和卡里馬塔海峽流出南海的機(jī)制有許多種,其中最重要的一種可以通過“島嶼環(huán)流”理論進(jìn)行解釋[8]。

島嶼環(huán)流理論最早由Godfrey[9]提出,依據(jù)該理論,如大洋之中存在一個(gè)島嶼,則通過島嶼和大洋西邊界之間通道的海水流量主要是由風(fēng)應(yīng)力沿環(huán)繞島嶼東側(cè)的大洋內(nèi)區(qū)和島嶼西側(cè)邊界的線積分結(jié)果所決定。Wajsowicz[10]將Godfrey的理論推廣到多島的情況,并研究了摩擦的阻力效應(yīng)。Pedlosky等[11]對(duì)該理論進(jìn)行了驗(yàn)證和推廣,考慮了水平摩擦、壓強(qiáng)梯度力等其他因素可能對(duì)結(jié)果造成的影響。利用島嶼環(huán)流理論,可以通過簡(jiǎn)單的計(jì)算,在清晰的物理背景下,得到研究海峽海水流量的定量分析結(jié)果。將其應(yīng)用于南海域際環(huán)流,可以有效地得到不同海峽和水道海水流量,并將南海區(qū)域置于整個(gè)太平洋海盆尺度的風(fēng)場(chǎng)影響下,給出南海域際環(huán)流的動(dòng)力機(jī)制解釋并充分揭示其長(zhǎng)時(shí)間、大尺度的變化特征。Wajsowicz[12]將多島環(huán)流理論應(yīng)用到包括南海在內(nèi)的東南亞海域,但沒有考慮各通道的地形效應(yīng)。Qu等[8]的研究發(fā)現(xiàn),該理論可以估算出較為合理的呂宋海峽入流結(jié)果。劉欽燕等[13]和Wang等[14]的研究發(fā)現(xiàn)該理論估算的印尼貫穿流主流和南海分支的年際變化趨勢(shì)與數(shù)值模擬結(jié)果有較好的一致性。但是這三項(xiàng)研究只涉及明都洛海峽一個(gè)出流通道和單島環(huán)流理論。

(李 燕 編輯)

圖1 南海及鄰近海域地理形勢(shì)圖Fig.1 Topography of the South China Sea and adjacent seas

鑒于以往在應(yīng)用島嶼環(huán)流理論研究南海域際環(huán)流時(shí),采用了過于簡(jiǎn)單的積分路徑設(shè)計(jì),無法充分考慮南海及周邊海域復(fù)雜的島鏈影響,得到的結(jié)果往往過于理想化;同時(shí)南海幾個(gè)關(guān)鍵海水通道如臺(tái)灣海峽、卡里馬塔海峽等水深非常淺,直接應(yīng)用原始的繞島環(huán)流理論因?yàn)楹雎粤四Σ梁偷匦涡?yīng),所得結(jié)果與實(shí)際情況差別也較大[13],本文將應(yīng)用多島嶼環(huán)流理論于南海域際環(huán)流,并將考慮地形變淺和水道變窄導(dǎo)致的阻力效應(yīng),對(duì)南海域際環(huán)流通過各通道的流量作出估計(jì),并研究其年際變化特征。

1 方法和資料

1.1 無阻力情況下多島環(huán)流理論在南海的應(yīng)用

為了方便研究南海域際環(huán)流,我們將南海東側(cè)的大小島嶼進(jìn)行了歸并,選取了具有代表性的臺(tái)灣島、菲律賓群島、加里曼丹島(含巴拉望島,下同)和新幾內(nèi)亞島-澳大利亞大陸(以下簡(jiǎn)稱新-澳大陸)各作為單一的島嶼(圖2),以研究通過以上島嶼之間或島嶼與大陸之間水道的海水流量。

圖2 積分路徑示意圖Fig.2 Diagram for the paths of integration

圖2 中Ψe為美洲大陸沿岸流函數(shù)值,本文取0 Sv(1 Sv=106m3/s)。Ψw為亞洲大陸沿岸流函數(shù)值。由于位于美洲大陸和亞洲大陸之間的白令海峽平均流量大約為0.8 Sv,流向北[15],因此本文取Ψ2=0.8 Sv。根據(jù)原始島嶼環(huán)流理論,環(huán)繞臺(tái)灣島的流函數(shù)為

通過臺(tái)灣海峽的海水流量(向北和向東為正,下同)為

環(huán)繞菲律賓群島的流函數(shù)為

通過呂宋海峽的海水流量為

環(huán)繞新-澳大陸的流函數(shù)為

根據(jù)多島環(huán)流理論,環(huán)繞加里曼丹島的流函數(shù)為

因而,通過民都洛海峽的海水流量為

通過望加錫海峽(含望加錫島以東的馬魯古海及以南海域,下同)的海水流量為

通過卡里馬塔海峽的海水流量為

上列各式中ρ0為海水密度;f為Coriolis參數(shù);→τ為風(fēng)應(yīng)力;→l為沿積分路徑方向的微分向量。

1.2 摩擦-地形阻力的參數(shù)化方案及應(yīng)用

根據(jù)Wajsowicz[10]文章中的表述,若采用Stommel阻力關(guān)系,則通過某海峽的海水輸運(yùn)量T和原始繞島理論得到的對(duì)應(yīng)結(jié)果T存在以下關(guān)系:

式中,r=(rN'-yS')/(yN-yS);yN-yS為島嶼西側(cè)南、北兩端距離;yN'-yS'為島嶼西側(cè)需考慮阻力一段的長(zhǎng)度。δ=W/δS,δS=AS/(βsinθ),其中W為島嶼西側(cè)水道特征寬度,AS為Stommel摩擦系數(shù),θ為海峽軸與東西方向的夾角。對(duì)于島嶼西側(cè),sinθ≈1,此時(shí)δS=As/β,即為Stommel模式中的西邊界流特征寬度[9]。

Wajsowicz[10]認(rèn)為,海峽如果變淺,阻力也相應(yīng)增大,但是在她的研究[10]中,沒有給出阻力與水深之間的具體關(guān)系式。為此,我們?cè)讦牡膮?shù)化中,增加了一項(xiàng)水深因子,取

式中,H為海峽的特征深度;H0為大洋無流面的特征深度。上式表明,若海峽水深越淺、寬度越窄,則δ越小,由式(10)確定的T/~T比值也越小。

這樣,考慮了地形和摩擦阻力后,臺(tái)灣海峽海水流量和環(huán)繞臺(tái)灣島的流函數(shù)分別為

卡里馬塔海峽海水流量和環(huán)繞加里曼丹島的流函數(shù)分別為

民都洛海峽的海水流量和環(huán)繞菲律賓群島的流函數(shù)分別為

望加錫海峽的海水流量和環(huán)繞新-澳大陸的流函數(shù)分別為

而呂宋海峽的海水流量則為

具體應(yīng)用中,對(duì)式(11),我們均取H0=1 000 m,δs=100 km,H和W及式(10)中的r和μ因海峽而異,具體取值及對(duì)應(yīng)的δ,μ值見下表:

表1 不同海峽各參數(shù)的取值Table 1 Parameters of different straits

1.3 風(fēng)應(yīng)力資料

本文選用了NCEP再分析資料的海面上10 m處風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)集,它的空間分辨率為1°52'30″×1°52'30″,時(shí)間覆蓋范圍為1948-01—2014-12,時(shí)間分辨率為逐月。該數(shù)據(jù)集提供的為風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù),我們通過轉(zhuǎn)換公式將其轉(zhuǎn)換為風(fēng)應(yīng)力。公式中

在沿給定的路徑積分時(shí),首先利用空間插值的方法,得到積分路徑上的風(fēng)應(yīng)力,然后依照上面給出的方法,得到各個(gè)島嶼海岸處多年平均流函數(shù)和各海峽的海水多年平均流量及其年際變化結(jié)果。

2 結(jié)果分析

2.1 各海峽多年平均流量

利用1948—2014多年平均的風(fēng)應(yīng)力場(chǎng)我們計(jì)算了在穩(wěn)定態(tài)下各島嶼的流函數(shù)和各海峽的流量。作為參照,我們首先在表2列出了前人依據(jù)不同方法給出的通過各海峽年平均流量的估計(jì)值(以下簡(jiǎn)稱其為實(shí)際結(jié)果),以用于檢驗(yàn)本研究所得結(jié)果的合理性。表3為忽略了摩擦-地形阻力的計(jì)算結(jié)果。由表可以看出,不考慮阻力得到的結(jié)果在海水輸運(yùn)方向上與實(shí)際結(jié)果一致,但在輸運(yùn)量的量值上與實(shí)際結(jié)果差別很大。例如計(jì)算得到的臺(tái)灣海峽流量達(dá)到20 Sv以上;再如從太平洋方向通過南海及周邊海域進(jìn)入印度洋的域際環(huán)流中,計(jì)算得到的最主要通道為卡里馬塔海峽(T4),而通過望加錫海峽的流量(T3)卻小很多。在實(shí)際海洋中,卡里馬塔海峽水深較淺,相對(duì)于水深較深的望加錫海峽,摩擦-地形阻力將會(huì)極大地阻礙海水通過此海峽,因此將其作為該貫穿流的主流通道顯然是不合理的,與實(shí)際的量值也差別很大。當(dāng)原始島嶼環(huán)流理論被應(yīng)用于簡(jiǎn)單地島嶼模型中時(shí),如果我們更多地關(guān)注計(jì)算得到的定性結(jié)果,該理論可以滿足研究要求。而在本研究中,我們考慮了較為復(fù)雜的多島效應(yīng),試圖研究海水在其中不同通道流量的區(qū)別與聯(lián)系,計(jì)算結(jié)果顯示,不考慮阻力的島嶼環(huán)流理論在此種情境并不適用。

表2 通過觀測(cè)或者數(shù)值模式等方法得到的各海峽流量Table 2 Transport through each strait based on observation or numerical simulation

續(xù)表

表3 忽略摩擦-地形阻力的計(jì)算結(jié)果Table 3 Transport estimated with the traditional multi-island rule

按照式(12)～式(16)考慮了摩擦-地形阻力作用后計(jì)算所得的各個(gè)島嶼的流函數(shù)和各通道的流量見表4。由表可以看到,計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果在方向上完全一致,在數(shù)值上也具有一定的一致性。由此可見,在考慮了摩擦-地形阻力作用后,基于Sverdrup環(huán)流理論的多島環(huán)流理論能夠很好地解釋南海域際環(huán)流形成的主要?jiǎng)恿C(jī)制。

表4 考慮了摩擦-地形阻力后的計(jì)算結(jié)果Table 4 Transport estimated with the improved multi-island rule

2.2 各海峽流量的年際變化和長(zhǎng)期變化趨勢(shì)

2.2.1 各海峽流量的年際變化特征

Rossby波從美洲海岸至東南亞和澳大利亞海岸來回大約需要1 a多的時(shí)間[8]。這個(gè)時(shí)間尺度小于年際變化尺度,因此對(duì)于年際變化,我們可以近似地應(yīng)用穩(wěn)定態(tài)的島嶼環(huán)流理論[10]。

選取1948—2014年的逐年平均風(fēng)應(yīng)力資料計(jì)算了各海峽海水流量的年際變化情況,結(jié)果見圖3。由圖可以看出,各海峽流量均存在較為明顯的年際變化。在一些特殊年份,有的海峽的海水輸運(yùn)值可能嚴(yán)重偏離多年平均值。為了衡量各海峽海水輸運(yùn)值的穩(wěn)定性,我們分別計(jì)算了其標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)(變異系數(shù)定義為該時(shí)間序列標(biāo)準(zhǔn)差與其平均值之比),見表5。表中顯示民都洛海峽具有最明顯的年際變化,變異系數(shù)可達(dá)33%以上,其次則為呂宋海峽。臺(tái)灣海峽、卡里馬塔雖然絕對(duì)輸運(yùn)量較小,但是其年際變異系數(shù)和輸運(yùn)量最大的望加錫海峽相當(dāng)。同時(shí),為了對(duì)比驗(yàn)證基于島嶼環(huán)流理論所得結(jié)果,我們應(yīng)用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)資料[32]進(jìn)行了相同的分析,所得結(jié)果同見表5。兩種方法得到的結(jié)果基本特點(diǎn)比較類似,可見呂宋海峽和民都洛海峽兩處年際變化更為顯著這一現(xiàn)象的真實(shí)性較強(qiáng),并且可以應(yīng)用島嶼環(huán)流理論來解釋其產(chǎn)生原因。

圖3 各海峽1948—2014年海水輸運(yùn)量的變化Fig.3 Variations of transport through each strait in 1948—2014

表5 不同海峽海水輸運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)Table 5 The standard deviations and variable coefficients in each straits

為了研究不同海峽的海水流量年際變化的相互關(guān)系,我們分別計(jì)算了不同海峽多年海水流量的相關(guān)系數(shù)(表6)。由表6中可見南海域際環(huán)流存在一個(gè)明顯的特點(diǎn):望加錫海峽海水流量除與臺(tái)灣海峽流量因距離較遠(yuǎn)而相關(guān)性甚弱外,與其余所有海峽流量變化均呈負(fù)相關(guān)。這一現(xiàn)象在一些高精度數(shù)值模式中也可以發(fā)現(xiàn)[14,33],劉欽燕等[13]和Wang等[14]認(rèn)為引起該現(xiàn)象的原因可能是由于太平洋風(fēng)場(chǎng)變化帶來的北赤道流分叉點(diǎn)位置移動(dòng)。呂宋海峽作為進(jìn)入南海最主要的通道,其流量與民都洛海峽流量存在非常高的正相關(guān)關(guān)系,與卡里馬塔海峽流量相關(guān)系數(shù)略小,但仍然超過0.7,顯示呂宋海峽與這兩個(gè)海峽的年際變化具有密切的相關(guān)性?？ɡ锺R塔海峽流量和民都洛海峽相關(guān)系數(shù)也較高。臺(tái)灣海峽作為唯一一個(gè)向北流動(dòng)的海流出口,與其他海峽海水輸運(yùn)的相關(guān)性并不非常顯著。

表6 不同海峽海水輸運(yùn)年際變化相關(guān)系數(shù)Table 6 Correlation coefficients of between the transport of the straits

南海域際環(huán)流作為溝通兩個(gè)大洋的重要渠道,可能受太平洋和印度洋多種大尺度海洋氣象現(xiàn)象的影響。我們選取了多種海洋和氣象指數(shù),計(jì)算了其余不同海峽海水輸運(yùn)年際變化的相關(guān)系數(shù)(表7)。這些指數(shù)分別為NIN~O3.4指數(shù)(代表典型El Ni?o事件),NIN~O1+2指數(shù)(代表東太平洋型El Ni?o事件),EMI(El Ni?o Modoki Index,代表中太平洋型El Ni?o事件),DMI(Dipole Mode Index,即印度洋偶極子指數(shù)),PDO(Pacific Decadal Oscillation Index,即太平洋年代際振蕩指數(shù))和SOI(Southern Oscillation Index,即南方濤動(dòng)指數(shù))。本分析顯示了與上一分析方法類似的結(jié)果,即呂宋海峽、民都洛海峽和卡里馬塔海峽與各類系數(shù)的相關(guān)性接近。同時(shí),望加錫海峽海水輸運(yùn)值的相關(guān)性與以上3個(gè)海峽的相反。臺(tái)灣海峽海水輸運(yùn)則與所有海洋現(xiàn)象的相關(guān)性均不顯著。NIN~O3.4指數(shù)與各海峽的相關(guān)系數(shù)最高,顯示了相對(duì)于其他海洋現(xiàn)象,典型的ENSO事件這一大尺度海洋現(xiàn)象與南海域際環(huán)流的聯(lián)系最為密切。在此事件發(fā)生時(shí),可能導(dǎo)致呂宋、民都洛和卡里馬塔海峽向西和向南流量的增強(qiáng),而相應(yīng)地印尼貫穿流的主要通道——望加錫海峽處的南向流量會(huì)減弱。

表7 不同海峽輸運(yùn)量與各類太平洋、印度洋海洋指數(shù)的相關(guān)系數(shù)Table 7 Correlation coefficients between transport through straits and indices in the Pacific and Indian Oceans

為了進(jìn)一步分析不同海峽流量變化與相關(guān)性最高的NIN~O3.4指數(shù)之間的關(guān)系,我們給出了不同海峽輸運(yùn)量和NIN~O3.4指數(shù)隨時(shí)間變化情況的對(duì)比圖(圖4)。為更清楚地展示它們之間的相互關(guān)系,所有數(shù)據(jù)均經(jīng)過3 a滑動(dòng)平均;為了重點(diǎn)關(guān)注其相對(duì)變化特征,所有數(shù)據(jù)均經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化,公式為

圖4 各海峽流量與NIO3.4指數(shù)對(duì)比圖Fig.4 Comparison between the transport through each strait and NIO3.4 index

2.2.2 各海峽流量長(zhǎng)期變化趨勢(shì):

本文選用的風(fēng)應(yīng)力資料時(shí)間范圍為1948-01—2014-12共67 a,適用于長(zhǎng)期變化趨勢(shì)的分析。我們應(yīng)用線性回歸的方法,得到了各海峽海水輸運(yùn)量的線性變化趨勢(shì)。各海峽2014年相對(duì)于1948年海水輸運(yùn)量的變化值及其與多年平均值的比例見表8。由表可見呂宋海峽和民都洛海峽在研究覆蓋的時(shí)間范圍內(nèi),出現(xiàn)了明顯的西向和南向流量增強(qiáng)趨勢(shì),民都洛海峽2014年的南向流量相對(duì)于1948年甚至增加了將近1/2。這個(gè)結(jié)果顯示呂宋海峽增加的西向入流主要是由于民都洛海峽向南流量的增強(qiáng),而幾乎沒有受到離它們較遠(yuǎn)的卡里馬塔海峽的影響。相對(duì)于呂宋海峽和民都洛海峽,望加錫海峽和臺(tái)灣海峽海水輸運(yùn)的變化趨勢(shì)則要小得多,望加錫海峽南向海水輸運(yùn)呈現(xiàn)緩慢的增強(qiáng)趨勢(shì),臺(tái)灣海峽的北向流在1948—2014年期間總體上只是略有減小,但在15 a左右有顯著減弱趨勢(shì)。

表8 相對(duì)于1948年,各海峽2014年海水輸運(yùn)量的變化值和其與多年平均值比例Table 8 Change in transport through the straits between 1948 and 2014

3 結(jié) 語

本文在Wajsowicz[10]多島環(huán)流理論的基礎(chǔ)上,給出了一種摩擦-地形阻力作用的參數(shù)化方案,并利用NCEP再分析風(fēng)場(chǎng)資料將理論應(yīng)用于南海域際環(huán)流研究,得到的主要結(jié)論如下:

1)不考慮阻力得到的理論結(jié)果在海水輸運(yùn)方向上與實(shí)測(cè)一致,但在輸運(yùn)量的量值上與實(shí)測(cè)差別很大。

2)考慮了摩擦-地形阻力作用后計(jì)算所得的各通道的流量與實(shí)測(cè)結(jié)果不但在方向上完全一致,在數(shù)值上也具有一定的一致性。由此可見,在考慮了摩擦-地形阻力作用后,基于Sverdrup環(huán)流理論的多島環(huán)流理論能夠很好解釋南海域際環(huán)流形成的主要?jiǎng)恿C(jī)制。

3)采用1948—2014年NCEP逐年資料計(jì)算結(jié)果表明,各海峽海水輸運(yùn)值均存在明顯的年際變化,其中呂宋海峽和民都洛海峽更為明顯。通過相關(guān)分析我們發(fā)現(xiàn)呂宋海峽、民都洛海峽和卡里馬塔海峽的流量之間具有較強(qiáng)的正相關(guān)性,其共同組成了太平洋-印度洋貫穿流南海分支。而這些海峽的流量與望加錫海峽流量呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)。太平洋-印度洋貫穿流南海分支及望加錫貫穿流與臺(tái)灣海峽流量相關(guān)性微弱。El Ni?o過程與印尼貫穿流南海分支及望加錫海峽流量都具有顯著的相關(guān)性:El Ni?o正位相期間前者加強(qiáng)而后者減弱。

4)呂宋海峽、民都洛海峽的西、南向流在長(zhǎng)期變化方面都存在明顯的增強(qiáng)趨勢(shì),并且這種顯著變化主要局限于以上兩個(gè)海峽中,卡里馬塔海峽基本未受影響。

南海域際環(huán)流的各出流通道水淺且地形復(fù)雜,本文采用的多島環(huán)流理論和給出的摩擦-地形阻力參數(shù)化方案應(yīng)用于本海區(qū)時(shí)有很大的經(jīng)驗(yàn)性和局限性,但是基本上能夠解釋南海域際環(huán)流的主要驅(qū)動(dòng)機(jī)制。

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Application of Multi-island Rule to the Study of the Inter-ocean Circulation of the South China Sea

LIAN Zhan1,2,3,FANG Guo-hong1,2,3,WANG Xin-yi3,SUN Bao-nan3
(1.South China Sea Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510301,China; 2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing,100039,China; 3.The First Institute of Oceanography,State Oceanic Administration,Qingdao,266061,China)

The multi-island rule developed by Wajsowicz(1993)is improved with parameterization of geometry-topography friction effect,and applied to the dynamical study of the inter-ocean circulation of the South China Sea(SCS).It shows that the directionof transport through inter-ocean passages of the SCS estimated from the traditional multi-island rule agrees with observations,but the magnitude of the transport differs remarkably from the observation.However,when the geometry-topography friction effect is considered,both the direction and magnitudeof transport agree well with the observations,suggesting that the improved multi-island rule is capable of capturing the major characteristics of the inter-ocean circulation of the SCS.Calculations based onwind stresses from NCEP reanalysis from 1948 to 2014 indicate that the transport through inter-ocean passages have significant interannual variations,in particular the transport through the Luzon and Mindoro Straits.Correlation analysis shows that the transport through the Luzon, Mindoro,and Karimata Straits are positively correlated to each other,but negatively correlated with that through the Makassar Strait.Analysis further shows that,during the El Ni?o positive phases,the SCS branch of the Pacific-Indian Ocean through flow is strengthened,and the Makassar Strait transport is accordingly weakened.The westward transport through the Luzon Strait transport and the southward transport through the Mindoro Strait demonstrates an increasing trend during 1948—2014,while that through the Karimata Strait is rather stable.

island rule theory;South China Sea;inter-ocean circulation

P731

:A

:1671-6647(2017)01-0020-12

10.3969/j.issn.1671-6647.2017.01.003

2015-12-31

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目——南海北部溫躍層季節(jié)內(nèi)變化特征及其成因研究(41506037);國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目——南海環(huán)流和海峽水交換對(duì)海氣相互作用的影響(2011CB403502);國(guó)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——海洋環(huán)境動(dòng)力學(xué)和數(shù)值模擬(U1406404)

連 展(1982-),男,山東青島人,助理研究員,碩士,主要從事大洋環(huán)流和海洋數(shù)值模擬方面研究.E-mail:lianzhan@fio.org.cn

Received:December 31,2015