东海黑潮及琉球群岛以东海流研究进展

东海是西太平洋的一个边缘海,它西部有广阔的大陆架,东面以九州岛、琉球群岛(由奄美诸岛、冲绳诸岛、先岛诸岛组成)和台湾岛连线为界,具有较深的海槽。黑潮是一支高温、高盐、高流速的西边界流,它起源于菲律宾以东海域、流经台湾东岸进入东海,沿东海大陆架外缘向东北向流动，穿越吐噶喇海峡返回太平洋。通常的把自台湾东北端起至吐噶喇海峡一段称为东海黑潮。此外,在琉球群岛以东海域也常年存在一支稳定的西边界流,称为琉球海流。 对于东海黑潮和琉球海流的硏究,主要起步于20世纪80年代,通过进行中日联合调查研究、中日副热带环流调查研究等,取得了许多重要成果,苏纪兰(1994)、袁耀初(2000，Yuan,2006)、管秉贤(2002)等人都做过评述。本文基于以上研究评述,主要叙述200年以来对东海黑潮及琉球海流的硏究新进展。     

2000年东海黑潮和琉球群岛以东海流的变异Ⅰ.东海黑潮及其附近中尺度涡的变异

基于日本“长风丸”调查船在2000年5个航次水文资料及同时期QuikSCAT风场资料,采用改进逆方法计算了东海黑潮的流速与流量等,获得了这5个航次期间的主要结果:(1)在东海海区风速1~2月比其他月份时大,风海流也最强.只在7月表层风海流为北向,加强了黑潮流速.(2)表层最低盐度值夏季时最小,1~2月时最大.这再次表明,夏季时长江冲淡水向东北方向扩散,冬季时基本上向南,其他季节在上述两者之间.(3)PN断面流速结构及其变化:黑潮流核在1~2,10和11月时有两个,在4和7月皆只有1个.黑潮主流核在1月位于计算点9,在4,7,10与11月都位于计算点8,即向陆架方向移动.(4)黑潮在TK断面出现多流核结构特性.11月主流核出现在TK断面中部,存在于水深大于1 200 m区域,其余月份主流核皆出现在TK断面北部,存在于深度400m以浅水层.(5)通过PN断面的净东北向流量在11月最大,为28.1×106m3/s,7月时其次,10月时最小,为24.6×106m3/s.通过PN断面的净东北向流量年平均值为26.4×106m3/s.(6)1~2,4,7与10月在PN断面以东都出现暖的、反气旋式涡,10月份时,反气旋式涡最强.只在11月时出现弱的、气旋式涡.黑潮以东反气旋涡加强时,黑潮流量似乎减小(例如10月);相反,当黑潮以东反气旋涡减弱(例如7月)或者代之出现气旋涡时(例如11月),黑潮流量似乎增大.10和11月在PN断面附近流态的比较,揭示了环流变化较大,这进一步表明,黑潮和其附近中尺度涡的相互作用是重要的.(7)通过TK断面的净东向流量,11月最大,7月其次,10与1~2月最小.通过TK断面净东向流量年平均值为21.9×106m3/s.(8)通过A断面的北向流量在1~2与4月较大,分别为3.5×106与3.1×106m3/s,7月最小.通过A断面的年平均北向流量约为2.7×106m3/s,这表明,在2000年1~2与4月通过对马暖流的流量最大,7月时最小.     

东海黑潮与琉球群岛以东海流半诊断计算

利用“长风丸”调查船在1987年9～10月期间得到的水文资料,对东海黑潮与琉球群岛以东海流进行了半诊断计算.本计算分为两个阶段,第一阶段是诊断的,第二阶段取诊断计算结果作为初始值,进行半诊断计算,即调整阶段.计算表明,当T=30～40d时,密度场与速度场等已被调整,即得到了半诊断计算的解.比较诊断与半诊断的两个计算结果,在定性上它们是基本一致的,但在定量上存在一些重要差别,例如以下几点:(1)由于诊断计算采用了平滑后的资料,两支西边界流,即黑潮及琉球群岛以东西边界流(简称“琉球海流”)的流速计算值都偏低.而通过调整后的半诊断计算,这两支西边界流的流速都加强;(2)半诊断计算密度场等已被调整到与海底地形等相适应.例如东海黑潮流速的最大值为101cm/s,出现在东海海区南部最大的地形坡度处,而诊断计算,由于资料平滑,没有得到这样的结果;(3)在琉球群岛以东海域,在最近岛屿处600m以浅水层,诊断计算结果出现了南向流,这也是由于资料平滑所致.然而,半诊断计算结果在此处出现了北向流,这与观测结果是一致的.这些计算结果都表明,当采用平滑后的资料时,应用半诊断模式计算海流,更为适宜.     

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。     

2000年东海黑潮和琉球群岛以东海流的变异Ⅱ.冲绳岛东南海域海流及其附近中尺度涡的变异

基于日本“长风丸”调查船在2000年5个航次水文资料及同时期QuikSCAT风场资料,采用改进逆方法计算了冲绳岛东南海域海流的流速与流量等,获得了以下主要结果.(1)在琉球群岛以东海区1~2,4,7,10与11月分别为东北风,东北风,东南风,偏东风,东北风.风速在4与7月较小,1~2,10与11月较大.表层风海流只有7月时偏北向,其余月偏西方向.(2)琉球海流是琉球群岛以东一支东北向的西边界流.琉球海流结构:最大流速在5个航次中1~2,4,7,10与11月分别为40 cm/s以上,15,20,20与55 cm/s.琉球海流的核心一般位于次表层.琉球海流在5个航次中垂向方向可达1 200 m以深,在琉球海流以深存在弱的、西南向海流.(3)琉球海流的流量在1~2与11月时最大,分别为20×106与14.5×10 m3/s,而在4月时流量最小,只有3.1×106m3/s.这表明琉球海流的流量在2000年季节变化很大.(4)在5个调查航次中,琉球海流以东调查海域都存在尺度不同的、各种冷的气旋式和暖的反气旋式涡.1~2月时,计算区域中部与东部,分别存在反气旋暖涡W1,W2和气旋式冷涡C1,C2;在4月时存在一对较强的、水平尺度都较大的、暖的反气旋涡和冷的气旋式涡,在它们中间出现南向流,它们可能组成一个偶极子等.这些表明,在5个航次中,琉球群岛以东调查海域存在各种强度不等的中尺度涡,其变化都很大.(5)琉球海流的流量受其附近各种涡的影响很大,特别是涡的强度增大时,可能减少琉球海流的流量.(6)在5个调查航次中,琉球群岛以东调查海域都存在南向流,其中11月时最大,其流量大于15×106m3/s,其次在1~2月,其流量大于10×106m3/s,在4月最小,流量约为3×106m3/s.上述南向流的季节变化趋向与琉球海流的季节变化趋向基本一致.     

东海黑潮地转流计算中的零流面选取问题

零流面的选取是东海黑潮地转流计算中的一个基本问题。通过对东海黑潮主流段PN断面上选取不同零流面时地转流计算结果的比较分析,考虑了东海黑潮的主要特征因子,确定了计算零流面的选取标准和选择结果。结果表明,为使计算结果可以反映实际的流速剖面结构,当水深大于700 m和小于700 m时可分别选取700 m层和底边界作为地转流动力计算零流面。     

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。     

黑潮与东海水交换研究

利用高分辨率ROMS(regional ocean modeling system)数值模式模拟东海地区的多年平均流态。数值模拟结果在黑潮的流速、路径、流量等方面与近年来对黑潮的认识相一致。利用模式结果,计算东海及邻近海域主要水道的水通量。结果表明:台湾海峡、中国台湾-西表岛之间水道是海水进入东海的主要通道,对马海峡、吐噶喇海峡、大隅海峡与西表岛-宫古岛-冲绳岛-庵美大岛之间水道是海水流出东海的主要通道。分析PN断面的流量的变化特征,结果表明黑潮流量在春季与夏季较大,秋季与冬季较小,年平均流量为24.16 Sv,与前人研究结果一致。计算跨越200 m等深线的年平均净向岸体积输送为0.99 Sv,在台湾东北与九州西南地区表现为黑潮入侵陆架地区,年平均入侵流量分别为1.907 Sv与0.065 Sv,在黑潮中段地区,跨越200 m等深线流量呈现交错状分布,年平均净通量为0.982 Sv,表现为由东海陆架地区流向黑潮。上述结果对黑潮与东海之间物质与能量交换研究有一定参考价值。     

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.     

东海黑潮主段环流子结构研究

通过对多种调查资料的综合分析,提出了东海黑潮主段子环流系统的物理模型,它是由较稳定的东海黑潮主段、经常出现(大概率)的右侧逆流和有条件出现(小概率)的外陆架逆流所构成的一个双环环流结构。部分黑潮水由主段北部进入陆架区形成外陆架逆流,或转向黑潮以东海域形成右侧逆流;由主段南部进入黑潮的陆架水,一部分来自外陆架逆流闭合了双环结构的外陆架部分;黑潮右侧逆流水大部分形成反气旋流动重新进入主流,闭合了双环结构的东部部分。     

中国东海黑潮海温变化特征及成因分析

利用新建的中大温盐资料集、HadISST和ICOADS的逐月海温资料,对东海黑潮关键区30 a(1981-2010年)气候态海表温度气候特征进行分析,并利用SODA海表资料尝试找出海表温度变化的特征及原因.结果表明:在东海黑潮关键区范围内,1981-2010年海表温度整体呈现增温趋势,春冬两季增暖幅度最大,1997年是...     

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。     

东海黑潮主干流域的气候特征

一、引言黑潮是东海的主要流系之一,它对东海的自然环境有着极其重要的影响.但是目前尚缺乏海上固定点较长时间序列的气象资料,本文试图通过对琉球诸岛气象站气象资料的整理、分析,为从事东海黑潮研究工作的海洋工作者提供一个气候背景.同时为了说明岛屿站的资料对描述附近开阔洋面的海洋大气状况具有一定的代表性,我们还整理分析了日本气象厅布设在28°20′N、126°05′E的海洋浮标(No.4 Buoy)气象资料,并将它与同纬度名濑站对应时段的资料作一对比分析.然后全面探讨该海域的气候规律,希望有助于航海、渔业、海洋调查等各项海上活动的安全保证.     

东海黑潮变异研究的若干结果

黑潮为北赤道流的延续体,起源于中国台湾省的东南海域,沿台湾东岸流向东北,并流过东海,然后向东流向日本以南的太平洋。黑潮及其变异,不仅控制着几乎整个东海及其邻近海域的水文情况,并且也对我国东南沿岸地区的气候变迁有着显著的影响。     

初论东海黑潮锋的区域性差异

本文基于历史资料(1934～1988)和近期中、日黑潮合作调查结果分析指出,东海黑潮锋在其三维结构和季节变化等方面皆存在较明显的区域性差异.初步研究表明,地形效应是导致上述差异的主导因素.同时,季风和海面冷却在产生东海黑潮锋的区域性差异中亦起着重要的作用.     

秋季东海黑潮锋面涡旋的特点

本文根据１９８８年１０月２０～２４日“向阳红０９号”调查船在奄美大岛以西海区进行调查时，在陆架斜坡上的表均温层的底部，即５０ｍ附近的深层上，出现一个黑潮锋面涡。不论在平面上形成的特点，还是在断面上水系配置的形式，它与春季黑潮锋面涡的特征极为相似。说明秋季东海同样存在陆架水与黑潮水在水平方向交换与混合。     

东海黑潮区域水位的低频变化

在世界大洋的海流观测中,黑潮是取得资料最多的区域之一。但是,一旦涉及其时间变化时,仍感资料缺乏。为补充水文观测资料的不足,不少科学工作者对海流附近沿岸水位资料进行了分析、利用。通过研究,初步确认海流的变化与沿岸水位的变化密切相关。这就为研究海流变异提供了方便的途径。     

东海黑潮区浮游动物的生物量分布

本文分析研究中日黑潮合作调查(1986～1992年连续7年)在东海北部黑潮及其邻近海域采集的浮游生物样品,并就饵科浮游动物的生物量分布及其与海洋环境的关系,作概要总结.结果表明,调查区浮游动物生物量较低,年平均仅71.22mg/m³.生物量的季节变化不明显,盐度是影响调查区浮游动物生物量季节变化和年际变动的重要因素.东海黑潮锋和对马暖流锋在200m等深线附近海域,从北到南把调查区划分为东西两部分:在西部海域,生物量大于50mg/m³;在东部海域,生物量小于50mg/m³.不同生态类群浮游动物及其生物量的时空分布,基本上反映了调查区各个季节水文状况的基本特点.