日本海温度跃层分布特征概况

刘金芳，毛可修,2，李颜，杨亮，张晓娟

（1.海军海洋水文气象中心，北京 100073；2.中国海洋大学，山东青岛 266100）

1 引言

日本海海域地理纬度较高，纬度在32°42.2′—52°14.2′N之间。周边受陆地和岛屿的环抱，日本海西、北部与我国、俄罗斯及朝鲜半岛组成的亚欧大陆相连，东、南部为日本列岛，形成相对封闭沿东北-西南走向的海区，相对独立封闭。海水温度的分布与变化，除取决于海区的地理环境、气象条件等外，而日本海受海流环境的影响更为明显。

日本海主要通过朝鲜海峡、对马海峡、津轻海峡、宗谷海峡、鞑靼海峡与太平洋、鄂霍次克海的水进行交换，海洋中注入流出日本海的海流的路径、强弱受地理环境、盛行季风等条件影响，在海陆边界海域形成的蛇动性大弯曲，也会产生上升、下沉，不同流系周围海域温度结构明显不同。在日本海进行水交换的五个海峡中，通过对马海峡的对马暖流和通过鞑靼海峡的里曼寒流对日本海的海洋环境分布影响最大。对日本海气候起决定作用的是极地大陆气团和极地海洋气团，其次是副热带大陆气团和副热带海洋气团。整个日本海地理、气象、海流强弱及路径等海洋环境条件具有明显的多样性，致使整个日本海海域同纬度海区温度分布状况的地区差异悬殊，变化复杂。

本文在收集处理了日本海海域的ARGO和全球温盐剖面计划（GTSPP）海洋调查资料的基础上，参考相关海洋水文图集[1-9]。阐明日本海海区温度的空间、时间分布变化特征，对海洋科学、海上航行等都有学术意义和实际应用意义。

2 资料来源及跃层分析

日本海海域的温度分析收集处理了国内外多年海洋调查资料，其中包括全球温盐剖面计划（GT⁃SPP）、全球海洋剖面浮标观测(ARGO）、综合大洋钻探（IODP）项目、国际大洋中脊（InterRidge）、气候变率和预测（CLIVAR）、全球海洋观测系统（GOOS）等项目共享数据。资料时间序列长，站位覆盖整个海域。

将资料进行标准化格式处理后，首先进行排重，然后通过时间、经纬度、水深等合理性检验，以及尖峰、梯度、气候态等检验逐步自动化质量控制，再进行人工质量控制，建立海洋环境数据库。

当一个温度剖面中某段的垂直梯度大于等于深海、浅海跃层临界值时，确定该段为温度跃层，以该段的顶部水深为跃层上界，该段的厚度为跃层厚度，该段整个垂向温度梯度为跃层强度。跃层强度标准临界值执行中华人民共和国国家标准（GB12763.7-91），具体各要素临界值的判定见表1。

表1 各要素临界值

根据海区跃层特性，分别按深海和浅海跃层强度标准逐站进行跃层、逆跃层的分析。南森站资料用下层要素值与上层要素值的差除以两层的水深的差，连续逐层达到相应要素的跃层判定标准，连续满足跃层临界值的合并为一个跃层段，主要计算出季节性跃层。垂直梯度小于跃层强度临界值的视为无跃层。逐站分析单剖面的温度跃层强度、上界深度等跃层特征值，逐月再按0.5°×0.5°网格进行跃层强度、上界深度等特征值的统计计算，而后按相应国标标准（GB12763.7-91）分析制作跃层强度、上界深度等特征值产品图,以跃层强度临界值的等值线作为存在跃层的边界线[10-14]。

3 日本海跃层的分布概况及时空变化

日本海的温度跃层分布规律是：除冬季外，海区大部跃层特征值等值线大体沿东北-西南走向，从海区中部至海参崴为强跃层中心，呈现北强南弱，高西强东弱的分布趋势；冬季受强劲的极地气候影响，分布规律刚好相反。温度跃层季节变化明显，夏季温度跃层最强盛，强度在0.15—0.40℃·m-1之间，冬季则最弱，41°N以北的大部海域无跃层出现，41°N以南跃层强度仅为0.05—0.15 ℃·m-1，春秋季节居中，强度为0.10—0.30 ℃·m-1。

形成该分布规律的成因，主要是通过海峡的海流和气候共同作用的结果。海流主要是受通过对马海峡的对马暖流和通过鞑靼海峡的里曼寒流所致，沿日本海东部北上的对马暖流使流经海域终年水温较高，冬季在10℃以上，而沿日本海西部南下的里曼寒流则使流经海域终年水温较低，夏季水温在10℃以下。加之日本海周边受陆地和岛屿的环抱，海域地理纬度较高，易受极地大陆、海洋气团和副热带大陆、海洋气团气候的影响，这样在不同寒暖流系和气候的共同作用下，造成跃层分布呈现明显的纬度相差异，温度跃层特征值等值线大体呈东北-西南走向趋势，季节变化明显。

3.1 冬季

跃层的冬季型出现在1—3月，此时太阳辐射最弱，正值强劲的极地大陆气团和极地海洋气团所致偏北风盛行季节，对流涡动混合最强，温度的垂直分布为全年最均匀，跃层为全年最弱的季节。日本海鞑靼海峡至海参崴一线的西北大部海域受极地大陆、海洋气团气候影响较大，垂向混合可直达海底，甚至呈上下均一状态，致使该海区基本无跃层，其它海域跃层强度较其它季节也为弱（见图1、2）。

温跃层强度南强北弱，北部整个鞑靼海峡直至海参崴一线的西北大部海域为无跃区，其余海域跃层强度一般多为0.05—0.10℃·m-1，只有朝鲜海峡中部至东北区域为一跃层强中心，强度强于0.10℃·m-1，跃层强度较弱。

温跃层深度都比较深，厚度和上界深度大都在50 m以深，跃层厚度和上界深度特征值等值线大体沿东北-西南走向，分布趋势是西北部较浅，东南部较深。跃层厚度和上界深度大都在50—100 m之间，跃层区西北很小区域厚度和上界深度小于50 m。温跃层由西北向东南逐渐下沉，上界深度逐渐增大，厚度变厚，受对马暖流影响，以北海道到西南外海直到朝鲜半岛39°N东部海域为跃层深度50 m的分界，西北海域跃层深度浅，东南海域跃层深度深，并向东南逐渐加深，从朝鲜海峡至津轻海峡的对马暖流流域，温跃层下沉至100 m以深，跃层厚度多为50—100 m，津轻海峡以南的本州岛以西部海域甚至下沉至150 m以深，跃层厚度厚于100 m。

3.2 春季

过渡型发生在4—6月和10—12月的季节交替时期，过渡型的特点是跃层状况复杂多变，且不稳定，规律性差。春季4—6月为跃层的成长期，是全年跃层的形成成长增强过程，春季为增温期，随着太阳辐射的逐月增强，海面上层不断的增温，以及极地大陆气团和极地海洋气团影响的减弱，逐渐出现微弱的垂直梯度，逐月有弱跃层出现，只是此时跃层强度一般尚较弱，上界深度较浅，厚度较小，深度和厚度均小于25 m，但较冬季跃层范围显著增广，至5月已基本覆盖整个海域。此外在南部和东部海域，受太阳辐射和对马暖流共同影响，有观测资料观测到存在温度的双跃层现象（见图3、4）。

图1 2月日本海温度跃层强度分布图

图2 2月日本海温度跃层上界深度分布图

图3 5月日本海温度跃层强度分布图

图4 5月日本海温度跃层上界深度分布图

温跃层强度冬季南强北弱的分布趋势随着时间的推移逐月在改变，冬季北部整个鞑靼海峡直至海参崴一线西北大部海域的无跃区已完全消失，朝鲜海峡东北区域跃层强中心也已消失殆尽，取而代之的是在海参崴至津轻海峡的中部区域形成一跃层强度大于0.15℃·m-1强跃中心，只是深度较浅，上界深度小于25 m，厚度较小，小于50 m，中心最大强度增强至大于0.20℃·m-1。5月份从朝鲜海峡沿日本近海直至宗谷海峡西部的整个对马暖流流域跃层强度一般多为0.05—0.10℃·m-1，其余日本海西部的海域跃层强度一般多为0.10—0.15℃·m-1，仅在朝鲜半岛以东近岸局部区域强度大于0.15℃·m-1。

温跃层的厚度和上界深度，海区东部、南部的整个对马暖流流域与冬季较为相似，仍大都在50 m以深，深度都比较深，跃层厚度和上界深度特征值等值线大体沿东北-西南走向，分布趋势是西部较浅，东部较深。跃层厚度和上界深度大都在50—100 m之间。受太阳辐射升温和对马暖流共同影响，春季整个日本海出现跃层，西北部跃层深度较浅，上界深度大都小于25 m；常年跃层向南盘踞，跃层深度特征值沿东北-西南走向的等值线水平梯度明显增大，水平梯度较强区域位置向西偏移，温跃层由西北向东南迅速逐渐下沉，跃层深度50 m、100 m等值线范围有所减小，日本本岛以西海域大部下沉至100 m以深，甚至下沉至150 m以深，只是较冬季范围减小、南移。跃层厚度大都在50—100 m之间，只有鞑靼海峡和海参崴东南部外海厚度小于50 m，最深厚跃层西移至40°N以南的海区中部区域，跃层厚度厚于100 m。

3.3 夏季

夏季型于7—9月出现，此时太阳辐射最强，表层增温快，深层增温慢，平均风速小，对流、涡动混合最弱，使温度垂直分布出现最强的层化现象，跃层达全年最强盛的季节，整个夏季跃层遍及整个海区，跃层强度达全年最强，尤以海区西北部最为明显，甚至强跃中心强度达到0.35℃·m-1以上；跃层厚度为全年最雄厚，上升至海表上层，达最浅。在日本海南部和东部近岸海区，观测资料观测到明显的温度双跃层现象（见图5、6）。

温跃层强度夏季基本呈西北强东南弱的分布趋势，强度特征值沿东北-西南走向的等值线水平梯度明显增大，水平梯度为全年最大，跃层达全年最强盛的季节，跃层强度达全年最强，一般多为0.15—0.40℃·m-1，整个夏季强度大于0.15℃·m-1以上的跃层遍及整个海区，只有日本海东南部近岸局部区域为0.10—0.15℃·m-1，跃层由此东南部向西北部迅速增强，尤以海区西北部增强最为明显，西北部大部强度在0.30℃·m-1以上，甚至强跃中心强度达到0.35℃·m-1以上，且该强跃中心范围广泛，从海参崴外海直到海区中部的西北海区，其深度较浅，上界深度小于10 m，厚度为全年最厚，大都在50 m左右。

温跃层的厚度分布趋势与冬春较为相似，受太阳辐射升温和流系共同影响，跃层厚度特征值等值线大体沿东北-西南走向，等值线水平梯度明显增大，水平梯度较强区域位置向西北偏移，分布趋势是西部较浅，东部较深，跃层厚度为全年最雄厚，整个夏季全海区大都在50—150 m之间，海区东南部的对马暖流流域更厚，甚至达到150 m以上，只有海区西北部局部和鞑靼海峡厚度小于50 m。而上界深度分布趋势则截然不同，夏季海表面显著增温，跃层深度为全年最浅，直达海面浅表层。整个海区几乎均在10 m以浅的上表层就出现跃层，只在北海道西部局部很小海域跃层有些许下沉，也仅下沉在10 m以深。

3.4 秋季

10—12月的季节为夏季到冬季的过渡时期，秋季为降温期，和春季一样，该时期跃层状况复杂多变，且不稳定，规律性差。随着秋季的来临，极地大陆气团和极地海洋气团影响的逐月增强，海面上层开始不断的降温，垂直梯度减弱，上下均匀层厚度正逐月增大，跃层下沉，将夏季已形成的温度跃层破坏，进入跃层的衰退时期，分布形势也正逐月在向冬季的特征转化，整个海区强度变弱，跃层下沉，厚度变薄。与同为过渡时期的春季相比，跃层较浅，强度稍强，厚度较小，尤其是西北部强跃层既薄又浅（见图7、8）。

温跃层强度基本呈西北强东南弱的分布趋势，受极地大陆、海洋气团和流系共同影响，强度特征值沿东北-西南走向的等值线水平梯度逐月减小，跃层逐月衰退，跃层强度亦逐月减弱，一般多为0.10—0.25 ℃·m-1，海区东南部大部为 0.10—0.15℃·m-1，西北部强跃层中心迅速减弱，多在0.15—0.25℃·m-1之间，强跃中心强度仅大于0.25℃·m-1，较夏季已大为减弱，且厚度和上界均小于25 m，范围较夏季也大为收缩，宗谷海峡以北海域强度小于0.10℃·m-1。

温跃层的厚度和上界分布趋势，受太阳辐射降温以及极地大陆气团和极地海洋气团的影响，夏季形成的跃层逐月遭到破坏，除了强度变弱外，跃层下沉，跃层厚度和上界特征值等值线大体又呈沿东北-西南走向分布趋势，较夏季等值线水平梯度明显减小。上界分布趋势是西北部较浅，东南部较深，整个日本海大都在25—100 m之间，西北部多在50 m以浅，海参崴外海则小于25 m，东南部在50 m以深。跃层厚度大都在50—150 m之间，只有朝鲜海峡和海参崴东南部外海厚度小于50 m，东南部海域跃层最厚，厚度厚于100 m。

4 结论

图5 8月日本海温度跃层强度分布图

图6 8月日本海温度跃层上界深度分布图

图7 11月日本海温度跃层强度分布图

图8 11月日本海温度跃层上界深度分布图

日本海较高的地理纬度和相对封闭沿东北-西南走向的海区，受对马暖流、里曼寒流和极地大陆、海洋气团以及副热带大陆、海洋气团等因素的共同影响，致使整个日本海海域同纬度海区温度分布状况的地区差异悬殊，温跃层时空变化复杂，大部海域具有明显季节变化。海区东南部存在常年跃层，跃层深度较深，厚度较大，季节变化不明显，比较稳定；海区西北部跃层浅厚度薄，夏季跃层为全年最强，跃层强度、深度季节变化明显。除冬季外，在海区东部和南部近岸海区有双跃层。

（1）日本海的跃层具有明显的季节变化，海区西北部海域最为明显，跃层强度季节变化最大，既薄又浅。全年以夏季最为强盛，强度在0.15—0.40℃·m-1之间，跃层深度为全年最浅，整个海区直达几乎均在10 m以浅的上表层；冬季则强度最弱，41°N以北的大部海域呈上下均一状态,无跃层出现，41°N以南跃层强度仅为0.05—0.15 ℃·m-1，跃层深度为全年最深，大都在50—200 m之间；春秋季节居中，强度为0.10—0.30℃·m-1，跃层深度多在25—100 m之间，只是秋季较春季跃层较浅，强度稍强，厚度较小；

（2）在海区分布上，除冬季外，跃层特征值等值线大体呈东北-西南走向，等值线水平梯度夏季最大，从海区中部至海参崴为强跃层中心，呈现北强南弱，高西强东弱的分布趋势。夏季海区西北部跃层为全年最强，大多在0.30—0.40℃·m-1，强跃中心强度仅大于0.40 ℃·m-1，东南部最弱小于0.15℃·m-1；春秋季海区西北部跃层多在0.15—0.25℃·m-1之间，东南部最弱小于0.10℃·m-1；冬季受强劲的极地气候影响，海区分布规律刚好相反，海区西北部为无跃层区，强跃层出现在海区南部的朝鲜海峡东北海区域，强度仅大于0.10℃·m-1；

（3）常年跃层多出现在40°N以南东南海部的深水区域，终年存在，季节变化不明显，比较稳定，强度一般多为0.10—0.15℃·m-1，厚度和上界深度多在50—150 m之间，冬春季节跃层深度甚至在150 m以深；与其它类型跃层相比，深跃层的特征是上界深度较深，厚度较大，强度较弱；

（4）除冬季外，在海区南部和东部近海均观测到双跃层，夏季期间双跃层现象尤为突出。主要是该期间随着太阳辐射的增强，海表上层增温明显，形成跃层，叠置在海区南部和东部的常年跃层之上所致。

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