東海黑潮多尺度時(shí)空變化特征研究進(jìn)展

1、東海黑潮多尺度時(shí)空變化特征研究進(jìn)展摘要：東海黑潮是影響我國(guó)近海環(huán)流系統(tǒng)變異的主要原因，并對(duì)流經(jīng)海域的生態(tài)環(huán)境及天氣氣候等產(chǎn)生重要的影響。本文對(duì)有關(guān)東海黑潮多時(shí)空變化特征的研究進(jìn)行了綜述。主要研究成果有：揭示了臺(tái)灣東北冷渦的形成機(jī)制及其變化特征；對(duì)東海黑潮主段的溫鹽特征、流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及流量變化有了清晰的認(rèn)識(shí)，并進(jìn)一步揭示了黑潮鋒面的時(shí)空特征及其影響；揭示了吐噶喇海峽處黑潮流軸南北向擺動(dòng)的變化特征及其機(jī)制。 關(guān)鍵詞：東海黑潮；臺(tái)灣東北；黑潮主段；吐噶喇海峽 黑潮是西北太平洋中一支為世界矚目的西邊界暖洋流，具有流速?gòu)?qiáng)、流量大、高溫高鹽等特點(diǎn)。它起源于北赤道流的北向分支，向北沿呂宋島以東海域流動(dòng)，經(jīng)呂宋海

2、峽后，沿臺(tái)灣島東岸北上，由臺(tái)灣以東蘇澳-與那國(guó)島水道進(jìn)入東海，后沿東海陸架外緣向東北方向流動(dòng)，至庵美大島以西附近黑潮脫離大陸坡轉(zhuǎn)向東經(jīng)吐噶喇海峽離開東海，后沿日本南岸和東岸繼續(xù)向東北方向流動(dòng)，在140E，35N附近黑潮離岸東流，成為黑潮延伸體。 作為黑潮流系的重要組成部分，流經(jīng)東海海域的部分通常被稱為東海黑潮。東海黑潮與東海陸架水相互作用，進(jìn)行能量、動(dòng)量及物質(zhì)的交換，是影響我國(guó)近海環(huán)流系統(tǒng)變異的主要原因，同時(shí)黑潮攜帶大量的熱量，其強(qiáng)大的熱輸送效應(yīng)必然會(huì)對(duì)流經(jīng)海域的生態(tài)環(huán)境及天氣氣候等產(chǎn)生重要的影響。因此，對(duì)東海黑潮的調(diào)查和研究，歷來是國(guó)內(nèi)外海洋學(xué)界共同關(guān)注的重要課題。東海黑潮有兩個(gè)區(qū)域是十分重

3、要的，分別是是臺(tái)灣島東北海域的入侵陸架分支點(diǎn)和吐噶喇海峽附近的對(duì)馬暖流分支點(diǎn)。這兩分支點(diǎn)之間是一相當(dāng)穩(wěn)定的流段，通常稱之為為東海黑潮主段。下面分臺(tái)灣東北、東海黑潮主段及吐噶喇海峽附近三個(gè)區(qū)域，介紹東海黑潮時(shí)空變化的主要研究進(jìn)展。 1 臺(tái)灣東北 當(dāng)黑潮由蘇澳-與那國(guó)島水道進(jìn)入東海后，其北向流動(dòng)受東海陸架阻擋，在臺(tái)灣東北部分為兩支：主流沿東海陸架坡折向東北方向流動(dòng)；另一支則轉(zhuǎn)向西北入侵陸架。研究表明西北入侵分支具有季節(jié)性變化特征，目前的結(jié)論表明該入侵主要發(fā)生在秋冬季節(jié)。如孫湘平1通過對(duì)GEK表層流數(shù)據(jù)的分析指出，臺(tái)灣東北的黑潮流軸在秋冬季節(jié)偏向陸架，而在春夏季節(jié)向外海移動(dòng)。棉花峽谷附近的海流觀測(cè)表

4、明，冬季風(fēng)加強(qiáng)后一個(gè)月左右，該海域發(fā)生向陸架的入侵，同時(shí)伴隨黑潮海流的向岸移動(dòng)。Qiu and Imasato2利用衛(wèi)星紅外圖像，同樣觀測(cè)到冬季黑潮向臺(tái)灣東北陸架海域的入侵。Chuang and Liang3則指出伴隨冬季風(fēng)的結(jié)束，黑潮對(duì)陸架的入侵于四月份左右消失。馬超4利用Argos浮標(biāo)資料和衛(wèi)星高度計(jì)資料，反演了黑潮及其鄰近區(qū)域的表層流場(chǎng)，并指出在臺(tái)灣島東北，除夏季外黑潮西側(cè)均有分支入侵到東海陸架。胡筱敏等5通過對(duì)漂流浮標(biāo)資料的分析表明，在臺(tái)灣東北海域，黑潮表層水向東海南部陸架區(qū)的入侵以秋、冬季最強(qiáng)，春季次之，而夏季幾乎不發(fā)生。 黑潮入侵分支的西側(cè)海域經(jīng)常存在一個(gè)氣旋式冷渦。盧鴻復(fù)6指出黑

5、潮分支西側(cè)的氣旋式冷渦下層冷渦流場(chǎng)全年存在，只是冬夏季的大小和位置有所差異。周慧等7利用Argo漂流浮標(biāo)對(duì)臺(tái)灣東北海域渦旋的垂向結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，指出該冷渦深度可達(dá)2000m，水平尺度約200km。對(duì)臺(tái)灣東北氣旋式冷渦的存在及其形成機(jī)制的分析研究表明，它是由黑潮次表層水在臺(tái)灣東北遇東海陸架阻擋導(dǎo)致涌升的結(jié)果。Liu et al 8利用溫度、硝酸鹽及溶解氧等數(shù)據(jù)資料研究了臺(tái)灣東北陸架坡折處的涌升流，指出此區(qū)域的黑潮次表層水涌升是全年現(xiàn)象。 隨著觀測(cè)技術(shù)的不斷提高，利用高時(shí)空分辨率的數(shù)據(jù)資料，該海域流場(chǎng)的一些高頻變化特征也逐步被揭示。Wu et al9用一個(gè)數(shù)值模式對(duì)臺(tái)灣東北冷渦的時(shí)空變化進(jìn)行研究，

6、并指出在季節(jié)內(nèi)尺度上該冷渦流場(chǎng)存在30天左右的變化周期，且局地風(fēng)的強(qiáng)迫對(duì)其影響并不明顯，主要由于黑潮流軸擺動(dòng)造成。通過對(duì)高頻雷達(dá)測(cè)流資料的分析，Takahashi et al10指出在臺(tái)灣東北黑潮主軸存在準(zhǔn)兩周（11-14天）的擺動(dòng)；Morimoto et al 11揭示了當(dāng)臺(tái)風(fēng)過境時(shí)，黑潮主軸的異常向岸偏移，且黑潮主軸恢復(fù)到其原始位置需耗費(fèi)一周多的時(shí)間，表明黑潮主軸的擺動(dòng)并非只局限于表層。Ichikawa 12指出在幾個(gè)月的時(shí)間尺度上，黑潮流速與其位置的南北擺動(dòng)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并進(jìn)一步揭示了該變化是受臺(tái)灣以東渦旋的影響。另外，林霄沛13對(duì)驗(yàn)潮站資料、數(shù)值模擬結(jié)果、斷面調(diào)查資料和浮標(biāo)資料的分

7、析顯示，由于平流和豁口尺度相對(duì)較大，季節(jié)內(nèi)Rossby長(zhǎng)波信號(hào)可以由臺(tái)灣以東進(jìn)入東海，對(duì)東海黑潮上游的流量和流軸影響較大，使得東海黑潮上游的流量變化規(guī)律主要是季節(jié)內(nèi)變化，季節(jié)性變化規(guī)律不明顯。鄭小童等14發(fā)現(xiàn)慶良間水道以南東海黑潮上游流量受北太平洋副熱帶海區(qū)季節(jié)內(nèi)Rossby長(zhǎng)波影響具有大約100天的振蕩周期，慶良間水道以北的東海黑潮則沒有該特征。 2東海黑潮主段 在對(duì)東海黑潮的調(diào)查研究中，位于沖良島西北、橫跨沖繩海槽的PN（Pollution Nagasaki）是觀測(cè)時(shí)間最長(zhǎng)、最為系統(tǒng)的一個(gè)斷面。國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用PN斷面的水文數(shù)據(jù)資料，對(duì)東海黑潮的溫鹽特征、流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及流量變化等問題進(jìn)行了大量研

8、究。有關(guān)的研究計(jì)算了黑潮的流量及其季節(jié)變化，計(jì)算結(jié)果表明，黑潮流量的多年平均值約為27Sv，其季節(jié)平均值在夏季時(shí)最大，秋季最小。許東峰等15指出東海黑潮流量的季節(jié)變化，其中一個(gè)原因是與北太平洋風(fēng)應(yīng)力渦度的零線的位置有關(guān)。余帆等16討論了東海黑潮上層環(huán)流季節(jié)、年際變化與局地風(fēng)應(yīng)力的關(guān)系，指出局地經(jīng)向風(fēng)應(yīng)力的季節(jié)變化與PN斷面上層質(zhì)量輸送的季節(jié)變化有密切關(guān)系（相關(guān)系數(shù)達(dá)0.92）。黑潮流速剖面的多核結(jié)構(gòu)是東海黑潮主段速度分布的重要特征，陳紅霞等17基于PN斷面的歷史水文資料統(tǒng)計(jì)研究了東海黑潮的流速分布，并指出流核結(jié)構(gòu)具有顯著的時(shí)間變化規(guī)律，流核個(gè)數(shù)以秋季偏多。袁業(yè)立等18指出東海黑潮多核結(jié)構(gòu)是一種

9、運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象，其理論結(jié)果與觀測(cè)有較好的一致性。 最近幾年，隨著高分辨率衛(wèi)星資料的迅速增多，黑潮鋒面的時(shí)空特征及其影響也逐漸被揭示。在冬春季節(jié)，東海黑潮的表層暖水與其北面陸架冷水之間海表溫度的梯度很大，形成明顯的海表溫度鋒黑潮鋒，該鋒面對(duì)黑潮鋒附近的局地海氣關(guān)系有重要的影響。Xie et al19指出，冬季黃、東海海域海表溫度和海表面風(fēng)速之間存在非常好的對(duì)應(yīng)關(guān)系：在黑潮暖流上空為風(fēng)速的極大值區(qū)，而風(fēng)速的小值區(qū)則位于相對(duì)冷的陸架水上空。Chen20的研究表明，春季東海海表面風(fēng)場(chǎng)存在沿黑潮輻合增強(qiáng)的特征，形成一條風(fēng)急流帶，且沿黑潮的這條風(fēng)急流帶誘生的海洋次級(jí)環(huán)流對(duì)春季黑潮鋒的形成和發(fā)展有重要的影響

10、。王琳琳21利用高分辨率的區(qū)域大氣模式，進(jìn)一步研究了黑潮區(qū)海洋溫度鋒影響海表面風(fēng)場(chǎng)的可能機(jī)制，指出海溫能夠明顯改變鋒區(qū)兩側(cè)邊界層大氣的穩(wěn)定度和垂直混合的強(qiáng)弱，證明了垂直混合機(jī)制的存在。徐蜜蜜等22則指出黑潮鋒區(qū)附近海洋影響大氣的機(jī)理方面，除垂直混合機(jī)制外，海平面氣壓調(diào)整機(jī)制也起一定的作用。除了對(duì)邊界層大氣的影響，XU et al23指出東海黑潮鋒的影響可伸展至自由大氣。徐蜜蜜等24指出東海海洋鋒對(duì)其附近的總降水、對(duì)流、層云降水均有影響，尤其在春季海洋鋒暖側(cè)的降水強(qiáng)度增大，對(duì)流降水的頻次增多，“雨頂”高度也有明顯的抬升。Yoshi N. Sasaki et al 25則利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、再分析數(shù)

11、據(jù)，討論了黑潮鋒對(duì)6月局地降雨的影響，并利用一個(gè)區(qū)域大氣模式（WRF）對(duì)其機(jī)制進(jìn)行探討。 3吐噶喇海峽附近 吐噶喇海峽是黑潮路徑上流經(jīng)的關(guān)鍵通道之一，多年來國(guó)內(nèi)外海洋學(xué)者對(duì)該海域進(jìn)行了大量的調(diào)查和研究。不同學(xué)者計(jì)算了吐噶喇海峽的黑潮流速和流量，表明海峽處黑潮主軸的平均核心流速約為92cm/s，平均流量約為24Sv，揭示了吐噶喇海峽黑潮流速的多核結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步探討了海峽中流量分布狀況和季節(jié)變化。Kawabe26利用驗(yàn)潮站海表高度數(shù)據(jù)研究了通過吐噶喇海峽黑潮的流量變化，并指出日本以南黑潮大彎曲的生消與其上游黑潮流量之間關(guān)系密切。Ming Feng 27利用系泊在吐噶喇海峽的列陣測(cè)流資料，指出吐噶喇

12、黑潮主軸存在約100天的振蕩周期。Ichikawa28基于衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步討論了中尺度渦對(duì)吐噶喇海峽的流量及流軸變化的影響。Nakamura et al29基于90年代的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)東海陸坡和吐噶喇海峽之間的黑潮彎曲進(jìn)行了研究，揭示了黑潮在該海域的雙流態(tài)結(jié)構(gòu)，指出黑潮南北兩條路徑之間存在30-90天的轉(zhuǎn)換周期；并進(jìn)一步探討了該30-90天高頻變化的季節(jié)及年際特征。Nakamura30利用數(shù)值模式對(duì)該海域黑潮的流態(tài)進(jìn)行模擬，指出在沖繩海槽北部黑潮存在三種顯著的路徑：伴隨黑潮反氣旋式彎曲的北部路徑，伴隨黑潮氣旋式彎曲的南部路徑及不穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換路徑，且斜壓不穩(wěn)定在黑潮路徑的變化過程中起重要作用。

13、4結(jié)語(yǔ) 綜上所述，對(duì)東海黑潮多時(shí)空尺度變化特征的研究已經(jīng)取得了一些重要的進(jìn)展，主要研究成果有： （1）揭示了臺(tái)灣東北冷渦的形成機(jī)制，指出它是由黑潮次表層水在臺(tái)灣東北遇東海陸架阻擋導(dǎo)致涌升的結(jié)果； （2）對(duì)東海黑潮主段的溫鹽特征、流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及流量變化有了清晰的認(rèn)識(shí)，并進(jìn)一步揭示了黑潮鋒面的時(shí)空特征及其影響； （3）揭示了吐噶喇海峽處黑潮流軸南北向擺動(dòng)的變化特征及其機(jī)制，指出斜壓不穩(wěn)定在黑潮路徑的變化過程中起重要作用。 可以看出，近些年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)東海黑潮的時(shí)空變化特征做了不少研究，對(duì)其變化特征及其影響也有了一定認(rèn)識(shí)。但受資料時(shí)間分辨率的限制，對(duì)其季節(jié)內(nèi)變化特征的探討還有欠缺，對(duì)此有必要進(jìn)行進(jìn)一步

14、的探討研究。 參考文獻(xiàn) 1 孫湘平.東海黑潮表層流路（途徑）的初步分析A.黑潮調(diào)查研究論文集C.北京：海洋出版社，1987，1-14 2 Qiu B.， and N. Imasato， 1990： A numerical study on the formation of the Kuroshio counter current and the Kuroshio branch current in the East China Sea，Continental Shelf Research， 10（2）， 165-184 3 Chuang， W.-S.， Liang， W.-D.， 1994. Seasonal variability of intrus