东海黑潮的流场特征及其季节变化

论文总字数：15086字

目 录

1.引言...........................................................................................................1

2.数据...........................................................................................................2

3.黑潮流场季节特征...................................................................................2

3.1东海黑潮流径.......................................................................................................................2

3.2台湾以东涡旋.......................................................................................................................3

3.3九州西南黑潮锋面涡...........................................................................................................4

4.黑潮流速流量的季节特征..............................................................................................8

5.结论..........................................................................................................10

6.参考文献..................................................................................................11

7.致谢..........................................................................................................13

东海黑潮的流场特征及其季节变化

吕明阳

，China

Abstract：

Using the HYCOM and AVISO datasets, this paper presents a preliminary analysis of the seasonality of the Kuroshio in the East China Sea. It is shown that the Kuroshio east of Taiwan reveals a clear bifurcation in spring, fall, and winter, which is pronounced in winter. In the meantime, there appear several obvious eddies in that region, indicating that the mesoscale eddies may exert significant influence on the Kurshio east of Taiwan. The middle part of the mainstream shows less seasonal variation, with a path relatively straight in all seasons. Southwest of Kyushyu, the Kuroshio intrudes northward in spring, fall, winter, and the intruded water mixes with the shelf water with the aid of the frontal eddies. This study also analyses the velocity structures along the three cross-sections, i.e., sections SS, PN, and TT. It is shown that the flows through these sections all reveal seasonal variations, which attain their maxima in summer, and are minimized in fall. By comparison, through section PN the flow is relatively strong and stationary.

Key words：Kuroshio; seasonality; mainstream path; East China Sea

1. 引言

黑潮(Kuroshio)是西北太平洋著名的西边界流，以高温、高盐、流幅窄、流速强、流量大而著称，是北太平洋副热带环流系统中最重要的组成部分^[1]。黑潮起源于北赤道流的北向分支，往北延伸经过吕宋海峡后沿台湾岛东侧向北流动。到达奄美群岛以西之后，黑潮脱离大陆坡东转经过吐噶喇海峡流出东海，而后又沿着日本南侧继续向东北方流动。黑潮的流速约为100至200厘米每秒，流轴宽度约达200多公里。作为一个巨大的"热站"，黑潮将大量的热量从热带地区输送到高纬地区，对流经海域的生态环境以及天气气候产生巨大的影响。

在黑潮的整个流系当中，流经东海海域的部分通常称为东海黑潮。东海黑潮与东海陆架水之间进行的能量、动量和物质交换是影响我国近海环流系统变异的主要原因。关于东海黑潮的科学调查迄今已经有90多年的历史。如图1所示，东海黑潮在整个黑潮流系中起着承上启下的作用。东海黑潮不仅直接影响整个东海及其邻近海域的环流系统，而且对我国东南沿海地区的海洋生态系统等均有显著影响^[2]。东海黑潮有两个重要的区域，分别是台湾岛东北海域的入侵陆架分支点和吐噶喇海峡附近的对马暖流分支点（图1）。台湾东北海域是黑潮对东海陆架入侵的主要海域之一^[3]。九州西南海域存在大量黑潮锋面涡旋，这些涡旋使部分黑潮水体从主轴中脱离开来，进而形成了对马暖流^[4]。位于台湾东北和九州西南两个海域之间是一相当稳定的流段，通常称之为东海黑潮主段^[5]。近二十年来，对东海黑潮的研究一直都是国内外物理海洋领域的重点关注课题。

本文利用HYCOM再分析数据与AVISO卫星观测数据对东海黑潮流径和流速的季节变化进行了初步分析。本文首先对东海黑潮及其周围涡旋的空间形态和季节演变作了分析，进而选取了东海黑潮流域3个典型断面，即台湾东北海域的SS断面，东海黑潮中段的PN断面，以及横跨日本九州与奄美大岛之间的TT断面，分析了这3个断面上黑潮流速和流量的季节变化。

图1 根据ETOPO1数据绘制的西北太平洋海底地形（填色；单位：m）。白色等值线为AVISO平均海表高度（单位：cm），图中仅给出100、110、120、130 cm等值线，表示黑潮流轴。其中框选出来区域为本文主要研究海域，即东海黑潮。

2. 数据

本文研究中使用了HYCOM（Hybrid Coordinate Ocean Model）与AVISO（Archiving, Validation, and Interpretation of Satellite Oceanographic）数据。HYCOM再分析数据为迈阿密大学数值模式团队(University of Miami Modeling Group)和美国海军研究实验室(Naval Research Lab)合作的模式同化产品，其最大的特点是采用了由等深坐标，sigma坐标以及等密度坐标相互结合的垂向混合坐标^[6-9]。在开阔的海域采用等密度坐标，在靠近大陆架部分的海域采用的是sigma坐标，而在混合层或者是层结不稳定的海域采用的是等深坐标。该模式被广泛应用于区域性的海洋研究。本文选取HYCOM数据资料水平分辨率为1/12，研究区域为(120°~ 132°E，22°~34°N)，垂向为40层(https://hycom.org/)。本文使用HYCOM数据对黑潮的流径以及3个断面上的流速与流量作了分析。选取的时间为1997-2003年。

本文还使用了AVISO卫星高度计数据。卫星高度计是一种星载主动式微波测量仪，有全天时，面积大，高精度，时间同步，信息量大等特点^[10]。AVISO资料是研究大洋环流、中尺度涡的重要资料，由法国国家空间研究中心卫星海洋学存档数据中心发布(https://www.aviso.altimetry.fr/en/data.html)。本文使用AVISO数据对台湾以东海域的海面高度异常进行了分析，探讨了涡旋对台湾以东黑潮空间结构变异的影响。

1. 东海黑潮流场的季节特征

3.1 东海黑潮流径

本文首先利用HYCOM数据对东海黑潮流径的季节变化作了分析。图1给出了东海黑潮表层流场在四个季节的水平分布。在台湾东北海域，冬季黑潮出现了明显的分支。黑潮部分水体先向西北方向入侵，在26.5°N，122°E的位置开始向东产生弯曲并继续东流，直到回到黑潮主水体（图2d）。在台湾以东海域，北上的黑潮与来自西太平洋的反气旋涡西侧的北向流汇合，随后沿台湾岛东侧海岸线向北流动，可见来自西太平洋的涡旋对该区域黑潮有重要影响。Zhang等^[11]的研究表明西太平洋的涡旋通过与台湾以东黑潮的相互作用会对入侵东海的黑潮流量产生显著的影响。Gawarkiewicz等^[12]的研究也发现台湾以东的涡旋对黑潮在台湾东北处的入侵具有重要的影响，他们认为气旋式涡能引起较大的入侵。在夏季，台湾东北侧的黑潮没有发生明显的分支现象，黑潮沿主轴先往东北方向流动，在经过26°N，125°E左右的位置向北偏折（图2b）。不同于冬季，夏季台湾东侧黑潮水体没有出现明显的分支和汇合，主流轴紧贴台湾岛东侧海岸线。在秋季，台湾岛东北角黑潮出现了的分支，分支的弯曲程度同冬季相似；在台湾以东海域，该处的黑潮水体相对于夏季流幅更宽，主流轴更加靠东（图2c）。从图2c也能明显看出，在台湾以东海域存在着几处明显的涡旋。

图2 根据HYCOM再分析数据（1997年-2003年）得到的东海表层黑潮流速场（矢量）和流速大小（填色；单位：m/s）的季节分布。

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