北黄海冷水团季节变化特征分析＊

姚志刚，鲍献文，李 娜，李希彬，万 凯，宋 军

（1.中国海洋大学海洋环境学院，山东青岛266100；2.中国海洋大学物理海洋重点实验室，山东青岛266100；3.国家海洋局天津海洋环境监测中心站，天津300457；4.国家海洋信息中心，天津300171）

黄海是1个半封闭的陆架浅海，其海底地形最显著的特征是：在南黄海中部存在1个西北－东南走向的黄海深槽，水深约为50～80 m，进入北黄海后海槽逐渐变浅并转为东西走向。此外，海槽两侧的地形存在明显的不对称，西侧苏北沿岸的故黄河三角洲海底地形较为平坦，而海槽东侧的朝鲜半岛附近海域，地形明显较西侧陡峭。已有的研究已经指出，黄海深槽及其东西向不对称性等地理特征在黄海冷水团［1］，黄海暖流等［2］水动力环境的形成和演变过程起着重要作用。以我国山东半岛成山头与朝鲜长山串的连线（宽193 km）为界，将黄海分成南北两部份［3］。本文的研究对象即位于北黄海，北黄海地处山东半岛，辽东半岛与朝鲜半岛之间，西侧经渤海海峡与渤海相连，南侧与南黄海相通，平均水深仅38 m。北黄海最引人注目的水文特征之一即是黄海冷水团的分布及演变，北黄海冷水团的研究，对于理解北黄海海区水动力环境、海气相互作用、生态要素分布以及渤海与外海的水体交换等均有着重要作用。

黄海冷水团系指暖半年时存在于黄海深底层温度较低的那一部分水体，它是黄海水文特征的重要组成部分。早在1930年代，日本学者［4］根据北黄海的温、盐分布及季节变化，研究了夏季底层冷水及其与鱼类的关系。1959年，赫崇本等［1］基于1930—1940年间的温盐长期观测资料，得出了黄海冷水团是在冬季黄海局地形成的这一著名观点。1962—1963年，管秉贤等［5－6］研究了冷水团内垂直流速及其环流的特征。1979年，袁业立［7］建立了1个较严格的浅海热生环流的流体动力学模型，并研究了冷水团中心的热结构以及环流特征。1980年，孙湘平［8］分析了冷暖年黄海冷水团的显著差异及冬季渤海冰情对夏季黄海冷水团的影响。1985年，赵保仁等［9］应用Simpson－Hunter提出的潮混合形成浅水陆架锋的概念，讨论了黄海冷水团的锋面特征。1988年，翁学传等［10］根据24 a盐资料，利用“相似系数”方法分析了夏季黄海冷水团的分布范围、低温中心、体积和温盐等的多年变化。1990年，苏纪兰［11］，缪经榜等［12］运用定性分析和数值模拟，对黄海冷水团的环流结构进行了探讨。江蓓洁等［13］基于1976—1999年的海洋调查资料，研究了北黄海冷水团温盐的多年变化特征，指出黄海冷水团在1976—1999年共24 a间温度稍呈上升趋势，盐度升降趋势并不显著。于非等［14］利用覆盖整个黄海的GDEM三维水温资料，较系统的分析了黄海冷水团的形成和演变过程。

已有这些研究极大丰富和提高了人们对黄海冷水团的形成及演变特征等的认识，但上述结果的获取更多的依赖于仅有几条断面的数据或者数值模型的结果，缺乏北黄海海区全局性、较精细观测数据的支持，尤其是基于密集大面站位观测对北黄海冷水团季节演变特征的研究目前还较少。2006—2007年908项目执行期间，针对北黄海海域所进行的4个航次的密集大面观测，为北黄海冷水团的研究提供了更详细的资料。本文即基于908 4个航次的温盐观测数据，对北黄海冷水团的季节演变特征进行分析。

习惯上人们一般以10或8℃等温线所包围的区域作为黄海冷水团的范围，管秉贤［5］曾指出，采用8℃等温线作为黄海冷水团范围变化的指标较10℃为宜，本文的研究中也采用此观点选取8℃等温线作为夏季北黄海冷水团范围指标的边界。

1 资料

表1 2006—2007年北黄海调查4个航次时间Table 1 Cruise duration from 2006 to 2007 in the Northern Yellow Sea region

2 北黄海冷水团水平分布的季节变化

2.1 夏季

夏季底层冷水团的水平分布如图2所示。由图中可以看出：

（1）夏季北黄海冷水团已经完全形成，最低温度约为6℃。6℃低温等值线封闭且较狭长，盘踞在50 m等深线以深的海槽中，中心位置大致在122.4°E，38.2°N处。

（2）以8℃作为夏季北黄海冷水团的边界，可以看到黄海冷水团基本呈西北－东南走向，其覆盖面积几乎占据了整个调查区域的一半，分布范围约在121.3°E～124.0°E，37.0°N～38.9°N之间。8℃等值线外缘向岸一侧等温线分布较密集，并且冷水团的核心与岸边高温水之间的温差达10℃以上。

（3）冷水团所盘踞的位置对应盐度的高值区，其盐度高于32 psu。高于32 psu的等盐线所包围的面积几乎占整个调查区域1／2以上。高盐水与周围低盐水之间形成较明显的盐度锋面。

翁学传等［10］基于1965—1966、1972—1973、1975、1977—1979共8 a的观测曾指出，夏季北黄海冷水团平均中心的位置位于威海市以北122°12′E，38°14′N附近，而且各层低温中心的位置比较一致。本文此次调查的结果与已有研究相比，北黄海冷水团低温中心的位置略有东偏，但幅度不大。

2.2 冬季

从温度大面图上（见图3a）可以看出，冬季北黄海冷水团已经基本消失。原来的温度低于6℃的冷水中心，现在已经基本被8～9℃的暖水体所替代。整个海区温度分布基本呈现远岸高、近岸低的形态，与夏季正好相反。

而从盐度大面图上（见图3b）可以较明显的看到黄海暖流在冬季北上侵入北黄海，与之对应的高盐水呈舌状自东南向西北延伸进入北黄海，高盐水舌盐度的最高值达到32.8 psu，在南北黄海分界处，32.8 psu等盐度线位于124°E，37°N附近。

汪小波抱着，反过来问她，“你，为什么？为什么？”然后汪小波喃喃地对她，像哄一个孩子，说，“走，回家吧，回家吧！”

2.3 春季

春季处于由冬季向夏季的过渡时期，底层温度的水平分布如图4a所示。从图中可以看出，春季黄海暖流的控制作用较冬季减弱，北黄海中部的冷水开始形成，6℃冷水覆盖了大约121°E～123°E，38°N～38.8°N以内的范围，占调查范围总面积的约1／3。而岸边浅水区域的水温则从冬季的3～4℃增加到现在的7～8℃。北黄海底层冷水中心的温度与岸边的温差有2～3℃。

从盐度的大面分布图4b上看到，春季北黄海冷水区域盐度仍然较高，其量值大于32 psu。与冬季相比，高盐水舌的分布形态有较大变化：在南北黄海分界处，32.8 psu的主轴位置从冬季的124°E向西移至现在的123.3°E处，西移了大约75 km之多；而123.5°E以东冬季高盐水区域，退化为较弱的小高盐水舌。

冬季航次的执行时间为12月30日～次年1月17日，春季航次为4月22日～5月5日，春季北黄海底层冷水温度低于冬季表明，冬季航次调查结束至春季航次调查开始期间北黄海底层水体的温度在继续降低，至少在冬季2月应当如此。冬、春2个航次调查结果的对比表明：北黄海底层冷水的降温幅度达到2℃。与夏季的结果相比较，春季北黄海底层6℃低温冷水所占据的面积远大于夏季，两者的差异达到了10倍以上，这也反映了在春季至夏季过渡期间垂向湍混合及平流输运等因素在黄海冷水团形成中所起的重要影响［14－15］。

2.4 秋季

秋季处于夏季向冬季的过渡期。从图5a中可以看出，由风应力增强导致垂直湍混合加剧，上层水的混合作用使得北黄海冷水团的强度及范围有所减弱。秋季减弱的北黄海冷水团存在2个低温中心，分别位于122°E，38.3°N和122.4°E，38.7°N附近，其低温中心的温度均为9℃。尽管秋季北黄海中部的冷水团区域的温度较夏季有所升高，但中部冷水和近岸水之间仍保持着较大的温度梯度，中部冷水与近岸水之间的温差达到9～10℃。

从盐度的大面分布图5b上看出，高盐中心仍位于38.5°N，122.5°E附近。与温度分布类似，以122.5°E，38°N到123.3°E，38.3°N的连线为界，整个北黄海可以被分为两部分，连线的西北部表明北黄海冷水团的逐渐消失，而连线的东南部则显示了黄海暖流的北进入侵。

图5 秋季底层温度（a）、盐度（b）分布图Fig.5 Distributions of bottom temperature（a）and salinity（b）in autumn

秋季北黄海冷水团有2个9℃的低温中心的现象，这一点在以往的研究中也还没有被提及，在很大程度上它得益于本次调查所布设的站位较之前的研究更加密集。

2.5 北黄海冷水团大面分布的季节变化分析

通过对北黄海冷水团4个季节温盐大面分布的分析，可以看到，春季北黄海冷水团开始形成至夏季北黄海冷水团完全成熟，而秋季北黄海冷水团开始逐渐减弱至冬季北黄海冷水团完全消失。

张以恳等［16］基于1928—1931、1933—1940、1943、1957—1967、1972—1973、1975—1990年共42 a的观测曾指出北黄海底层冷水团低温中心温度的变化范围约为4.03～8.00℃，其平均值约为5.9℃。而冷水团低温中心处盐度的变化范围为30.79～32.52 psu，多年平均值约为32.01 psu。本次观测低温中心的温度约为6℃，低温中心处的盐度值约为32.0 psu，这表明，本次调查的结果与前人已有的观测相吻合，北黄海冷水团低温中心的温度和盐度与历史资料相比变化不大。

3 北黄海冷水团垂直分布的季节变化

本次调查所设置的C5断面为大连－成山头断面，其北起大连外海附近的C501站，南至成山头外的C512站，横贯北黄海冷水团中心，历史上多以该断面作为研究北黄海冷水团的变化特征的典型断面，因此本文给出了对该历史典型断面共4个季节温盐特征的分析。

3.1 夏季

夏季北黄海冷水团温盐剖面的垂直分布如图6所示，夏季北黄海冷水团从15 m层开始出现，沿C5断面冷中心位于C507站（122.2′E，38.1°N）附近的底层，冷中心处的温度约为6℃，冷中心处的盐度值约为31.8 psu。在C503站和C507站的底层水中，存在2个盐度的高值区，其中心盐度值均在31.8 psu以上，南部盐度高值区的面积较大，其温度也更低，约在6°C以下。以8℃等温线作为夏季黄海冷水团的边界，可以看到沿C5断面（大连－成山头断面）北黄海冷水团的温度和盐度呈明显的双峰分布，这一点在之前的研究中还没有被提及，至于形成原因尚需进一步研究。

图6 夏季C5断面温度（a）、盐度（b）剖面Fig.6 Profile of temperature（a）and salinity（b）across C5 section in summer

3.2 冬季

冬季北黄海冷水团剖面的垂直分布如图7所示，受冬季大风混合加强的影响，整个断面的温度和盐度垂直分布较为均匀，断面水平分布也较为均匀。整个断面温差约为2℃，盐差为0.4 psu。此时已基本看不到北黄海冷水团的影响。

图7 冬季C5断面温度（a）、盐度（b）剖面Fig.7 Profile of temperature（a）and salinity（b）across C5 section in winter

3.3 春季

春季北黄海冷水团剖面的垂直分布如图8所示，春季北黄海冷水团已经初步形成，温度跃层开始出现，但由于近岸以及上层区域的增温作用并不显著，因而温度跃层并不是太强，表底温差仅有4℃。北黄海冷水团的中心位于C503站至C507站间的底层，中心温度约为6℃，与夏季冷中心的位置基本一致，但此时6℃等温线所包围的面积要明显大于夏季。沿C5断面盐度的跃层尚未形成，处于冬季垂直均匀分布到跃层形成的过渡时期，虽然中部等盐线发生弯曲，但近岸仍基本呈现垂直均匀分布状态。沿C5断面的高盐中心已经出现，位于C505站到C507站30 m以深水域，其盐度值约为32.2 psu。

图8 春季C5断面温度（a）、盐度（b）剖面Fig.8 Profile of temperature（a）and salinity（b）across C5 section in spring

3.4 秋季

秋季北黄海冷水团剖面的垂直分布如图9所示，秋季北黄海冷水团开始减弱。风混合的加强使上层温度趋于均匀，温度跃层出现在30～40 m左右。跃层以下的低温中心位于C505站到C507站之间，低温中心温度约为10℃。大风的垂直混合作用使得整个北黄海冷水团分布在C502站到C507站之间30 m以下的水域。同样，大风的垂直混合作用也使得盐度分布逐渐向垂直均匀分布状态过渡，虽然30 m以深还存在一部分北黄海冷水团，但盐跃层已经并不明显，高盐中心位于C505站到C506站的底层，高盐中心的盐度值为32.2 psu。

图9 秋季C5断面温度（a）、盐度（b）剖面Fig.9 Profile of temperature（a）and salinity（b）across C5 section in autumn

4 结论

从底层温盐分布可以看出：

（1）冬季，北黄海冷水团消失，在北黄海中部，其温度约为8～9℃，向岸温度逐渐降低。黄海暖流的高盐水呈舌状向西北延伸，高盐水舌主轴的盐度的最高值达到32.8 psu。

（2）春季，北黄海中部的冷水特征开始出现，6℃冷水占据了调查范围约1／3的水域。冷水中心的盐度值大于32 psu。成山头以东的高盐水舌主轴自冬季的124°E西移到123.3°E处。

（3）夏季，北黄海冷水团已经完全形成，最低温度约为6℃，盐度高于32 psu，盘踞在50 m等深线以深的海槽中，与近岸水的温差达12℃以上。冷水团与岸边高温低盐水之间形成明显的锋面。与前人结果料相比，低温中心位置东偏。

（4）秋季，北黄海冷水团强度减弱，存在2个低温中心。高盐中心仍位于38.5°N，122.5°E附近，与温度类似。

（5）沿C5断面，温跃层春季形成，夏季最强，秋季减弱，冬季消失；夏季温跃层在10～20 m之间，春季温跃层在20～30 m之间，秋季温跃层在30～40 m之间；夏季北黄海冷水团温度和盐度呈现明显的双峰分布。

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