1991—2011年东海黑潮PN断面流结构与季节变化分析

孔彬，陈红霞，袁业立

（1.山东科技大学测绘科学与工程学院，山东青岛266590；2.国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛266061）



1991
—2011年东海黑潮PN断面流结构与季节变化分析

孔彬1，2，陈红霞2 *，袁业立2

（1.山东科技大学测绘科学与工程学院，山东青岛266590；2.国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛266061）

摘要：基于日本海洋信息中心提供的东海黑潮P N断面C T D资料，本文采用动力高度法计算了1991-2011年间90个航次的断面流速，并对流场结构、最大流速、流幅和流量进行了统计分析。结果表明：东海黑潮P N断面流场存在单核、双核、多核3种结构；其中单核结构出现的概率为50 %，双核结构为39 %，多核结构为11 %。东海黑潮的流结构存在显著的季节变化：秋季多核结构所占的比重为4个季节最大，平均流核数最多；冬季主要为单核结构，平均流核数最少；夏季和春季则没有明显的倾向性，单核、双核、多核3种结构出现概率相近，平均流核数介于秋季和冬季之间。其次东海黑潮的流量也存在显著的季节变化：冬季与夏季最强，秋季最小，春季居中。最后东海黑潮的最大流速和流幅也存在季节变化：夏季最大，秋季最小，春季和冬季居中。

关键词：东海；黑潮；P N断面；流速结构；季节变化

1　引言

黑潮是著名的西边界强流，它是北赤道流的北向分支，起源于吕宋岛以东的太平洋洋面上，沿台湾岛以东北上进入东海，然后穿越吐噶喇海峡流出东海，最终经日本以南海域汇入北太平洋。黑潮具有流速大、流量大、高温及高盐等特点。关于黑潮的科学调查迄今已经有90多年的历史，积累了大量的调查资料。通常，在东海境内的这一段黑潮被称为东海黑潮，东海黑潮在整个黑潮流系中起着承上启下的作用。东海黑潮的存在与变异，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、渔业资源等均有显著影响［1］，因此对东海黑潮流场结构的分析以及黑潮与陆架水相互作用的研究是黑潮研究的重要内容。

P N断面位于东海琉球群岛的冲永良部岛西北方，呈西北、东南走向，横切冲绳海槽，与黑潮主轴垂直，图1为P N断面的位置。从1955年开始，日本长崎海洋气象台就开始对该断面的黑潮主段进行定期观测。起初叫G断面，每年观测2～3个航次；1972年改名为P N断面，位置较G断面向西南方向略有移动，并随即进行季节性观测。1987年之前采用南森瓶对P N断面进行水文观测，1987年至今则主要采用C T D来获得高精度剖面数据。P N断面是东海黑潮中观测最系统的标准断面，因此P N断面在东海黑潮流场和流量变化特征研究上极具代表性。

20世纪50年代以来，国内外学者对黑潮的流场结构、流量变化等研究做出了大量工作。国外学者中，日本学者赤松英雄［2］、井上尚文［3］等关于P N断面流结构的研究工作最值得参考。国内学者袁耀初等［4—5］、孙湘平等［6—7］与汤毓祥和田代知二［8］在黑潮的流结构问题上也做了大量的工作。在P N断面流速结构研究方面，袁耀初是国内学者中最先提出P N断面多核结构的。袁耀初通过对1987年9-10月以及1988年4个航次P N断面的流场计算，证实了P N断面存在双核结构［4—5］。基于日本海洋信息中心（JO D C）长时间序列的调查数据，陈红霞等［9］对黑潮P N断面流场主要特征做了近50年的时间序列分析，得到了黑潮P N断面流核位置的时间序列以及黑潮流结构的季节变化。在P N断面的流幅及流量的研究方面，管秉贤［1］基于G断面上20年的观测资料，得出G断面流幅变动范围为10～80 n mile。汤毓祥和林葵［10］基于1955-1990年G-P N断面资料，分析了东海黑潮流量的分布特征及其变异，得到东海黑潮流量的多年平均值为22.7×106m3/s。

随着近年来对东海黑潮观测的持续开展，P N断面上的观测资料也逐渐丰富。囿于资料更新的阶段性，针对2000年以后的P N断面流结构的研究相对较少，并且近些年也缺少对P N断面流结构长时间序列的研究。

本文选择1991-2011年作为研究时段，主要原因有：自1991年起日本海洋信息中心开始提供P N断面垂向记录间隔为1 m的高分辨率C T D数据，由于1991年后有些年份没有提供高分辨率数据，用高分辨率数据无法做长时间序列的分析，所以本文没有采用这种高分辨率C T D数据，但是为了便于同以后用高分辨率C T D数据所做的工作作对比，本文将1991年作为起始时间；到目前为止，日本海洋信息中心的P N断面C T D数据只更新到2011年，有关数据收集也只能到2011年；1991-2011年期间P N断面调查站位的数目发生了两次变化，是P N断面站位变化比较频繁的一个时段。本文将利用日本海洋信息中心提供的1991-2011年P N断面C T D调查资料，计算断面上的地转流分布，分析断面上的流场结构、最大流速、流幅和流量及季节差异，并与前人研究结果相比较，总结其内在规律。

图1　P N断面的位置Fig.1 The location of P N Section

2　数据与方法

本文中采用的水文数据全部从JO D C下载获得（http：//w w w.jodc.go.jp），数据包括从1991年1月到2011年11月沿P N断面的90个航次的C T D数据资料。区域的范围为25°～30°N，125°～130°E。得到的P N断面的观测站点序列如图2所示。

由图2可见，在不同的时间段内，这一断面的观测长度和观测站位有显著不同，但在相同观测范围内站位分布大致相同，断面观测的东侧边界也基本一致。在1991年1月至1996年10月期间，断面的观测长度最长，东西向范围大致为124.5°～128.3°E，观测站点数为22个；1996年10月至2010年5月，126°E以西的6个站点不再纳入观测之列，此时的观测站位有16个；2010年5月以后又取消了126.4°E西侧的两个站点，此时观测站点只剩14个。

图2　1991年1月至2011年11月间P N断面站点分布图（+代表测站点）Fig.2 Observation stations along the P N Section during January 1991 to November 2011（+ indicates observation stations）

从观测数据的垂向分辨率上看，从JO D C获得的C T D数据可分为两种类型。一种为垂向间隔为1 m的高分辨率数据，而另一种是仅在水深为0、10、20、30、50、75、100、125、150、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1 000、1 100、1 200 m的层上有数据记录的低分辨率数据。在1991-2011年中，高垂向分辨率数据覆盖的年份为1991-1992年以及2000-2011年，低分辨率数据覆盖的年份为1991-2009年。为了便于比较，我们统一采用低分辨率数据进行计算，而2010-2011年的低分辨率记录从高分辨率数据中按低分辨率的水深层面选取出来。

通常一个断面上的地转流动力计算是通过依次计算两相邻站点的中间流速完成的。这种算法简单、计算量小，但计算得到的流速数据不仅在两端范围上各少了半个站距，在垂向上也舍去了两相邻站点中未共同观测的深度范围，存在浅水订正产生的过大误差。为了克服这些问题，实现非线性订正，动力计算前，在垂向和横向上均进行插值加密。选取的插值算法为Kriging插值，插值后的垂向分辨率为10 m/层。为了便于插值，在水平方向上采用各站点距离断面上125.5°E站点的线距离（单位：k m），用线距离代替横向上的经度，插值后的水平分辨率为2 k m。

近些年，多种计算方法被用以进行东海黑潮的海流计算，如动力高度法、螺旋方法以及改进的螺旋方法、逆方法和P矢量法等［11—15］。对于P N断面这样的单一断面的海流计算，动力高度法是利用C T D调查资料进行地转流计算最为常用的方法。基于前人的研究成果，并便于和前人的研究结果相比较［16］，本文在动力计算中采用了以下计算参数：海水密度均值ρ0取1.025×103kg/m3，科氏参数f = 2Ωsin θ，其中Ω为地转角速度，θ为测点所在的纬度，零流面取700 m。

对断面流速分布进行统计流核时遵循以下原则［9］：

（1）流核的统计范围为线距离150～300 k m的黑潮流轴段。线距离150 k m以西为陆架区域，线距离300 k m以东为黑潮逆流区域。这一范围也是所有航次都有观测的范围。

（2）流核的核心流速应是附近最大的，而且流速应大于20 cm/s。流核的影响范围（只包络这一个流核的最小等值线的范围）应在横向上大于10 k m，纵向上大于30 m。流核应与影响范围之外的区域有10 cm/s以上的流速差。

（3）流核处的等值线是闭合的。流核区的等值线自闭合或者与边界形成闭合均视为闭合。

（4）两个流速较大的区域被同等值线包络时，当两区域流速极大值均比该等值线数值大10 cm/s以上且具有显著独立的影响范围时视为双核。

3　PN断面流结构的基本形态

根据流核的个数进行分类，黑潮P N断面的流场可以分为3种结构：单核结构、双核结构及多核结构。

3.1单核结构

在本文研究选用的90个航次中，P N断面出现单核结构的次数为45次，占总数的比例为50 %。其中，单核结构分为两种情况：一种是最大流速等值线与海表闭合情况，这种结构占单核结构的68 %；一种是最大流速等值线自闭合的情况，这种结构占单核结构的32 %。P N断面几种典型的单核结构流速剖面图如图3所示。

图3　单核结构流速（cm/s）剖面图Fig.3 Current profiles of single core structure（cm/s）

图3a给出的是最大流速等值线与海表闭合的情况，以2011年7月航次为例，出现这种情况时流核一般位于陆坡附近，深度较浅，流核处的流速比较大，陆坡处的流速等值线比较密集。在2011年7月，流核位于线距离210 k m处，最大流速为130 cm/s，出现在表层；在陆坡上不到50 k m的水平距离内，流速从流核处的130 cm/s急剧下降到0，水平变化梯度为2.6 ×10-5s-1。此外在320 k m以东出现了较大的逆流，逆流的最大流速同样出现在表层，最大流速为35 cm/s，逆流流幅约50 k m。

图3b给出的是最大流速等值线自闭合的情况，以2007年1月航次为例，出现这种情况时流核一般层面较深。这一航次的流核位于线距离220 k m附近，流核深度在150 m附近，最大流速为65 cm/s；断面西侧陆架上的流速很小，只有5 cm/s。在断面上线距离290 k m处有一流速增大的区域，但是其核心流速小于20 cm/s，无论在水平影响范围上还是垂向影响范围上均较小，这里不视为流核。

图3c给出的是出现存在伪流核时的单核结构，以1997年4月航次为例。伪流核在上述两种单核结构中均有出现。伪流核是指在流场图中形状与流核相似，但是不符合流核定义的区域。袁耀初等［17］在分析1998年11月P N断面流场时曾指出过伪流核的存在。位于线距离210 k m处表层的流核非常清晰，最大流速为90 cm/s，这与图3a的流核相对应。需要特别指出的是，在线距离250 km附近有一个流速等值线和上边界闭合的伪流核。由于在图中难以全面对等值线的数值进行标示，这一流核单从封闭程度和影响范围上容易被误认为是第二个流核。但通过对流速等值线的数值进行检查后可以发现，这是一个从外向内流速逐渐变小的伪流核，不符合流核的判断原则第二条，所以不视为流核。这一航次在黑潮的东西两侧均出现逆流。其中陆架上的逆流位于线距离140 km附近，流速最大值为15 cm/s；黑潮逆流区的逆流位于线距离330 km附近，流速最大值为25 cm/s。

3.2双核结构

在研究的90个航次中，出现双核结构的共有37次，占总数的39 %。为了便于表达，下文沿用前人的说法［9］，当流核有两个时，流速最大的流核被称为主流核，较小的称为次流核。从两个流核的相对位置来看，双核结构主要可以分为两种情形：一种是主流核位于右侧的情况，这种结构占双核结构的83 %；一种是主流核位于左侧的情况，这种结构占双核结构的17 %。两种双核结构分别如图4a与图4b所示。

图4　双核结构流速（cm/s）剖面图Fig.4 Current profiles of double-core structure（cm/s）

图4a展示的是主流核位于右侧时的情况，以2006年4月航次为例，此时主流核位于线距离232 k m的表层，最大流速为92 cm/s。另一个流核位于线距离170 k m附近的陆架海域的表层，最大流速为40 cm/s。由于两个流核相距较近，共同被陆架陆坡上的5 cm/s、15 cm/s流速等值线所包围。这一航次的黑潮逆流区范围较大，最大逆流流速为60 cm/s。

图4b给出的是1997年11月航次出现的双流核结构，此时主流核位于左侧。位于线距离225 k m的流核最大流速为145 cm/s，而位于线距离295 k m深水海槽表层处的另一个流核最大流速只有28 cm/s。与图4a相比较，两种情况的次流核影响范围均不大，在深度上只有100 m左右，在水平方向上约30 k m左右。需要注意的是，在线距离270 k m处还有一等值线较为密集、与上边界封闭的流速极值区，这一极值区位于主流核与次流核之间。通过核实流速等值线的数值不难发现，这是在两个流核之间的一个流速极小值区，因不符合流核的判断原则，因此不视之为流核。

3.3多核结构

当P N断面流核个数为3个或者多于3个时称之为多核结构。在研究的90个航次中，只有10个航次出现了多核结构，所占比例为11 %。从流核的相对位置来看，多核结构主要可以分为两种情形：一种是主流核位于其他流核左侧的情况，这种结构占多核结构的40 %；另一种是主流核位于中间的情况，这种结构占多核结构的60 %。图5中给出了P N断面两种多核结构的流速剖面分布情况。

2007年7月航次出现的是3个流核的多核结构，流速分布情况如图5a所示。从3个流核的相对位置看，主流核位于中间，其左右各有一个流核。主流核位于线距离223 k m陆坡处的40 m层附近，最大流速为110 cm/s；左侧流核位于线距离160 k m处的陆架海区表层，最大流速为75 cm/s；右侧流核位于线距离260 k m处的深水海槽表层，最大流速为80 cm/s。3个流核均被55 cm/s的流速等值线包围；由于3个流核在水平方向上的影响范围较大，所以此时外围等值线的走势与其他流结构时不同：等值线的最下层向东偏移，左侧的斜率减小，右侧的斜率增大而几近垂直。

图5　多核结构流速（cm/s）剖面图Fig.5 Current profiles of multi-core structure（cm/s）

2011年11月航次的流速结构如图5b所示。虽然流核个数也是3个，但出现的是多核结构的另一种情况。此时主流核位于陆坡上，而另外两个流核位于其左侧的陆架海域。最大流速为70 cm/s的主流核位于线距离211 k m处，深度在140 m附近；另外两个流核分别位于线距离150 k m和185 k m处的表层，流核处的速度分别为25 cm/s和65 cm/s。

在黑潮逆流区，这两个航次共同的特点是均有范围较大的逆流出现，且最大流速均超过15 cm/s。但前者的逆流影响范围较深，可达400 m，而后者只有200 m。从流核流速的比较上看，多核结构时主流核的流速一般较小，有时甚至与其中一个次流核的流速相当。

需要注意的是，在1991-2011年间出现的多核结构中，均只有3个流核，并没有出现4个流核和5个流核的多核结构。

与前人研究结果相比较，从黑潮P N断面不同流结构出现的比例来看，本文的结果与陈红霞等［9］的研究结果较为一致，均是单核结构最多，然后是双核结构，多核结构最少。不同之处在于，本文的多核结构中只出现了3个流核的情况，而没有4个流核和5个流核的情况，这与陈红霞等的研究结果有所不同。

3.4流核空间分布

3种流速分布基本形态对应的流核空间分布情况如图6所示。

图6a给出的是出现单核结构时的流核分布情况。由图可见P N断面所有类型的流结构中单核结构的流核分布最为集中。在水平方向上，流核主要分布在线距离180～230 k m之间，这是东海陆坡和海槽所在位置；在垂向上，单核结构的流核全部集中在150 m层以浅。其中在线距离195～215 k m之间20 k m陆坡的范围内，集中了80 %的流核，表明陆坡处是单核结构流核最集中出现的海域。

图6b给出的是出现双核结构时的流核分布情况。由图可见，双核结构的主流核也主要集中在线距离180～250 k m范围内陆坡上的200 m层以上；无论在水平方向上还是在垂直方向上均体现了与单核结构时流核位置的一致性。在水平方向上，大部分次流核分布在主流核西侧的陆架上，只有少数位于在主流核的东侧；在垂直方向上，次流核全部在100 m层以上，其中绝大部分分布在50 m层以上；这说明次流核多出现在陆架一侧的浅水海区。

从图6c给出的多核结构时流核的分布情况可以看出，10个航次的主流核均出现在线距离200～230 k m的陆坡范围，其他流核虽然在主流核两侧均有出现，但与双核结构时相似，多数出现在主流核左侧的陆架上，出现在主流核右侧的次流核个数明显要少。在垂向上，出现多核结构时的全部主流核都位于150 m层以上，且多数主流核的位置比其他流核要深。

图6　不同流结构的流核位置分布（+代表流核，△代表主流核；a-c分别为单核结构、双核结构、多核结构）Fig.6 Location distribution of current core of different current structure（+ indicates current core，△indicates main core，a-c indicates single core structure，double-core structure and multi-core structure respectively）

由此可见，无论P N断面流速剖面出现的是单核、双核或多核结构，主流核均位于陆坡附近海域，在垂向上位于200 m层以浅。

从流核出现的位置来看，本文的结果与刘勇刚和袁耀初［11—12，15］和陈红霞等［9］的研究结果相近，其中主流核均出现在陆坡位置，次流核多出现在陆架一侧，出现在深水一侧的相对较少。

4　PN断面流况的季节变化

受北太平洋副热带反气旋式风场、季节性风场和海水温度的控制和影响，P N断面上流场结构及其特征值存在着显著的季节变化。本文主要从流结构、最大流速、流幅、流量等几个方面来探究东海黑潮的季节变化。

4.1流结构的季节变化

1991-2011年期间P N断面共进行了90个航次的观测，本文按季节对观测航次进行了划分（3-5月为春季；6-8月为夏季；9-11月为秋季；12月至翌年2月为冬季），并计算了每个季节的平均流核，得到的结果如表1所示。4个季节中秋季的航次最多，因为1996-2001年期间秋季每年有两个航次；其他3个季节每年只观测一次，其中春季的航次数为20，夏季和冬季的航次数均为21。

所有的单核结构中，有16次出现在冬季。冬季单核结构出现的概率为76 %，是4个季节中最大的。秋季出现了11次的单核结构，但由于秋季航次多，所以单核结构所占的比例仅为39 %，是4个季节中最少的。春夏两季单核结构出现的概率相差不大，介于冬季与秋季之间。

所有的双核结构中，只有5次出现在冬季，双核结构在冬季出现的概率为24 %，是4个季节中最小的。秋季双核结构出现的概率也仅为39 %。夏季双核结构出现9次，出现概率为43 %。春季是双核结构出现最多的季节，双核结构出现的概率为50 %。

所有的航次中，多核结构总共出现了10次，其中有6次出现在秋季，占多核结构出现次数的一半还多。其他季节中，夏季出现了3次多核结构，春季出现了1次，而冬季没有出现多核结构。

综上可见，黑潮P N断面的流结构存在显著的季节差异。秋季是出现多核结构最多的季节，双核结构也较多，单核结构所占的比重相对于其他季节较小。冬季是出现单核结构最多的季节，没有出现多核结构，双核结构的出现概率是4个季节中最小的。秋季与冬季对比来看，两者有显著的差异，冬季中单核结构占了多数，而秋季单核较少，冬季双核及多核所占比重很小，而秋季所占比重很大，所以秋季与冬季是黑潮P N断面流结构差异最大的两个季节。在夏季，单核、双核、多核3种结构均有出现，而且出现的比例在4个季节中均居中。春季与夏季出现单核和双核的比例均相差不大，不同的是春季出现的多核结构较少。

从平均流核个数来看，秋季最多，冬季最少，春季与夏季居中且相差不大。秋季出现较多的多核结构与双核结构，所以平均流核数最多。冬季出现较多的单核结构，所以平均流核数最少。

对于黑潮流结构季节变化的研究，刘勇刚和袁耀初［11—12］认为黑潮流场在秋季时呈双核结构，在其他季节有时单核，有时双核，且秋季平均流核数比其他3个季节要多。袁耀初等［17—18］计算了1997-1998及2000年黑潮P N断面的流速结构，得到的结果也是秋季的流核最多。虽然本文所采用的数据资料与刘永刚和袁耀初的数据资料不同，但是得到的结果与刘勇刚等及袁耀初等的结果相同。本文的结果与陈红霞等［9］所做的1955-2001年间东海黑潮P N断面流结构的季节差异的结果相比，平均流核个数相近，且都是秋季最多，冬季最少，其次是夏季和秋季。不同的是陈红霞等的研究结果中秋季平均流核数大于2，比本文的结果要大。另外陈红霞等的研究结果中冬季出现了多核结构，而本文的结果中冬季没有出现多核结构。

表1　各个季节内的不同流核个数统计Tab.1 Statistics for current core of different season

4.2最大流速的季节变化

流速一直是黑潮研究中一个重要的参量，黑潮的最大流速可以反映黑潮的强弱等诸多重要性质。以往关于黑潮最大流速的研究，多是集中在黑潮表层的最大流速或者某一断面少量航次的最大流速的研究，没有对最大流速进行长时间序列的分析。本文通过计算P N断面1991-2011年间90个航次的流场，对每个航次的流场进行分析，得到每个航次的最大流速值，并给出了最大流速的时间序列图，如图7所示。

在所有的航次中，黑潮流速最大值出现在2009 年1月，为180 cm/s。黑潮流速最小值出现在1993 年4月，为50 cm/s。1991年到2011年所有航次的最大流速均值为101.6 cm/s。

将所有的航次按季节进行划分，并通过计算得到每个季节的最大流速平均值，结果如表2所示。4个季节中最大流速平均值最大的是夏季，最小的是秋季。夏季最大流速平均值为107 cm/s；而秋季的只有93.7 cm/s，比其他季节小至少10 cm/s。在夏季，所有航次的最大流速值中最小的为80 cm/s，最大的为170 cm/s，且绝大部分的最大流速值不小于90 cm/s。在秋季，最小的值为60 cm/s，最大的值为140 cm/s，而且出现多个最大流速值小于80 cm/s的航次。

春季与冬季的最大流速平均值居中，冬季的最大流速平均值要比春季的略大。其中，冬季的最大流速平均值为105.5 cm/s，春季的为102.6 cm/s。在冬季，所有航次的最大流速值中最小的为60 cm/s，最大的为180 cm/s。在春季，所有航次的最大流速值中最小的为70 cm/s，最大为150 cm/s。

对于P N断面最大流速的研究，刘勇刚和袁耀初［11—12］采用改进的逆方法计算了1992-1994年间黑潮P N断面的流速。因为采用数据的垂向分辨率不同，本文得出的1992-1994年间黑潮P N断面最大流速的平均值要比刘勇刚和袁耀初［11-12］的结果小20 cm/s。袁耀初等［17-18］也采用改进的逆方法计算了1997-1998年及2000年P N断面的流速，与刘勇刚和袁耀初的结果类似，最大流速的均值比本文的结果大30 cm/s。

在最大流速的季节差异方面，刘勇刚和袁耀初［11—12］认为：1992年P N断面的最大流速春季最大，冬季和夏季次之，秋季最小；1993年P N断面的最大流速夏季最大，秋季和冬季次之，春季最小。本文所得到的1992与1993年的结果与刘勇刚和袁耀初的结果相同。对于1994年，刘勇刚和袁耀初认为P N断面的最大流速夏季最大，春季和秋季次之，冬季最小，而本文的计算结果是春季最大，夏季和冬季次之，秋季最小。对于1997，1998及2000年各个季节P N断面的最大流速，袁耀初等［17—18］认为：1998年P N断面的最大流速春季最大，冬季和夏季次之，秋季最小；2000年P N断面的最大流速秋季最大，冬季和春季次之，夏季最小。1998年与2000年，本文得到的结果与袁耀初等的结果一致。对于1997年，袁耀初等认为P N断面的流速秋季最大，夏季比秋季略小，而本文的计算结果是夏季最大，秋季比夏季小。因为在计算流速时本文采用的是动力高度法，而袁耀初与刘勇刚等采用的是改进的逆方法，所以本文的结果与袁耀初及刘勇刚等的结果有差异的主要原因可能是计算方法不同。由于袁耀初等与刘勇刚等所计算的时间序列均较短，所以并没有给出多年的最大流速季节平均值。

图7　P N断面最大流速的时间序列Fig.7 Time series of maximum velocity at P N Section

表2　PN断面最大流速季平均（单位：cm/s）Tab.2 Seasonal average of maximum velocity at PN Section（unit：cm/s）

4.3流幅的季节变化

流幅即海流的宽度，是东海黑潮研究中的一个重要内容。本文沿用管秉贤与汤毓祥的流幅统计标准［1，19］，取平均流速大于或等于40 cm/s的主流宽度作为流幅。按照这个标准，本文计算了1991-2011年间黑潮P N断面所有航次的流幅以及每个季节的流幅均值，得到的结果如表3所示。

由所得的数据可以看出，1991-2011年期间黑潮P N断面的流幅最小为15 n mile，最大可以达到65 n mile，20年间的流幅均值为41.7 n mile。虽然P N断面流幅变化的幅度较大，但是总体还是围绕40 n mile附近变化。2000年以后的流幅要比之前10年的大，其中2000年以后的流幅均值为44.4 n mile，而1991-2000年的流幅均值仅为38.4 n mile。

通过表3可以看出，P N断面的流幅存在显著的季节变化。4个季节中夏季平均流幅最大，春季和冬季次之，秋季最小。而且秋季与冬季的流幅明显比春季与夏季小。

夏季与秋季是流幅差异最大的两个季节。夏季的平均流幅为45.9 n mile，秋季的平均流幅为38.8 n mile。在夏季，流幅最大值出现在2007年7月，最大流幅为64.8 n mile；流幅最小值出现在1994年7月，流幅最小为28.6 n mile。在秋季，流幅最大值出现在2002年10月，最大流幅为59.4 n mile；流幅最小值出现在1994年10月，最小流幅为16.2 n mile。秋季流幅小于20 n mile的航次有3个，而在夏季没有出现流幅小于20 n mile的情况。

春季与冬季的流幅居中。其中春季的平均流幅为43.2 n mile，冬季的平均流幅为39.8 n mile，两个季节的流幅相差较大。在春季，流幅最大值出现在1997年4月，最大流幅为62.2 n mile；流幅最小值出现在1993年3月，最小流幅为28.1 n mile。在冬季，流幅最大值出现在2003年1月，最大流幅为54.0 n mile；流幅最小值出现在2006年1月，最小流幅为30.8 n mile。冬季东海黑潮的流幅比较稳定，流幅值全部集中在30～55 n mile之间。

对于东海黑潮流幅的研究，管秉贤［1］基于G断面上20年的观测资料，得出G断面流幅变动范围为10～80 n mile，出现频率最高的流幅为40～50 n mile。管秉贤等虽然没给出具体的平均流幅值，但是可以看出，本文所得到的流幅范围以及流幅均值与管秉贤的研究结果相近。与汤毓祥［19］的研究结果相比较，汤毓祥所计算的P N断面平均流幅为48 n mile，虽然本文所得的流幅均值为42 n mile，比汤毓祥所得的平均流幅值要小，但是两个结果只差6 n mile。孙湘平［20］根据G E K资料估算的P N断面流幅的多年平均值为28 n mile，但是孙湘平取的是流速大于或等于51.4 cm/s的强流部分，与本文的流幅统计标准不同，所以本文的结果无法与孙湘平的结果作比较。对于P N断面流幅的季节变化，与汤毓祥的结果相比，本文得出的春夏两季的平均流幅值明显要小，尤其是春季。而秋冬两季本文的结果比汤毓祥所得的结果要略大些。

表3　PN断面流幅季平均（单位：n mile）Tab.3 Seasonal average of current width at PN Section（unit：n mile）

4.4流量的季节变化

流量是描述大洋环流的一个重要物理量，黑潮的流量是研究黑潮变异的重要指标。本文首先采用动力高度法计算得到P N断面的流速，再对流速进行积分得到流量。所有航次统一取126.4°E处作为流量的起算位置，主要的原因有：在1991-2011年期间观测站点发生了两次变化，只有126.4°E以东的14个站点在此期间没有变动；经过计算验证，126.4°E以西的黑潮流量很小，相对于黑潮主体流量可以忽略。在计算流量的过程中，将黑潮向北输送的流量定义为正，向南为负，两者之和作为黑潮的流量值。得到每个航次的流量后，按季节对所有的航次进行划分，并计算流量的季平均，结果见表4。

在1991-2011年期间，东海黑潮P N断面的平均流量为21.6×106m3/s。在此期间，黑潮的最大流量为29.1×106m3/s，出现在2009年4月。其次是29.0×106m3/s，出现在2002年1月。最小流量为13.1×106m3/s，出现在2006年4月。1993年4月流量也很小，为13.4×106m3/s。流量值主要集中在15 ×106～25×106m3/s之间，其中在19×106～23×106m3/s之间出现的频率最高。

关于流量的季节变化，通过表4可以看出：黑潮的流量冬季最强，其次是夏季，两个季节流量均值相差只有0.1×106m3/s。冬季流量小于20×106m3/s的年份仅有3个，大部分年份的流量在20×106～25 ×106m3/s之间。夏季与冬季相似，流量小于20× 106m3/s的年份也仅有3个，并且大部分年份的流量也在20×106～25×106m3/s之间。

秋季是黑潮流量最小的季节。秋季的平均流量为20.1×106m3/s，其中有一半的年份流量小于20× 106m3/s；春季流量居中，均值为21.4×106m3/s。在1991-2011年期间黑潮流量的最大值及最小值均出现在春季。

4个季节中，春季流量的变幅（该季节最大的流量减去最小的流量）最大，为16.0×106m3/s；秋季的流量变幅最小，为12.7×106m3/s；夏季与冬季流量变幅居中，其中夏季流量的变幅为13.5×106m3/s，冬季流量的变幅为13.2×106m3/s。

关于东海黑潮流量的研究，P N断面是资料最丰富的断面。Guan［21］与孙湘平等［6］计算得到的P N断面地转流量的多年平均值为21.0×106m3/s；汤毓祥［19］认为东海黑潮多年平均流量为22.7×106m3/s；袁耀初和苏纪兰［22］认为黑潮流量多年平均值为27.0 ×106m3/s。本文的结果与Guan以及孙湘平等的结果接近，比汤毓祥的结果要小，但是相差并不大。本文的结果与袁耀初和苏纪兰的结果相差最大，比袁耀初和苏纪兰所计算的黑潮流量小5.6×106m3/s。

迄今为止，关于黑潮流量的季节变化有3种引用较多的结果：Guan［21］与孙湘平等［6］认为春、夏强，其中春季较强；汤毓祥［19］认为夏、春和冬季流量相差甚小，其中夏季春季略强，秋季流量明显小于其他季节；袁耀初和苏纪兰［22］认为黑潮流量在夏季最大，秋季最小。本文的研究结果中冬季流量最大，与上述3种结果均不相同；秋季流量最小与汤毓祥以及袁耀初和苏纪兰的结果一致。

表4　PN断面流量季平均（单位：106m3/s）Tab.4 Seasonal average of volume transport at PN Section（unit：106m3/s）

5　结论

利用日本海洋信息中心提供的1991—2011年最新的P N断面水文调查资料，通过动力计算，本文系统的分析了东海黑潮P N断面20年间的主要流结构特征及流况的季节变化。本文的主要研究结论有：

（1）黑潮P N断面出现单核、双核和多核3种流结构。其中单核结构出现最多，双核结构其次，多核结构出现最少。黑潮P N断面流场的主流核绝大部分都出现在陆坡位置。双核结构的次流核大部分分布在主流核西侧的陆架上，少量分布在主流核的东侧。多核结构的次流核要么分布在主流核的两侧，要么都分布在主流核左侧的陆架上。

（2）黑潮P N断面的流结构存在明显的季节变化。4个季节中秋季平均流核最多，多核结构多出现在秋季。冬季平均流核最少，出现较多单核结构，并且没有出现多核结构。夏季与春季平均流核数量居中，均有单、双、多3种流结构出现。

（3）1991-2011年期间黑潮P N断面出现的的最大流速为170 cm/s。最大流速值也有显著的季节变化：夏季最大，秋季最小，其次是春季和冬季。

（4）1991-2011年期间黑潮P N断面流幅均值为42 n mile。P N断面流幅的变动范围为15～65 n mile。流幅也存在季节变化，与最大流速的季节变化类似，也是夏季最大，秋季最小，其次是春季和冬季。

（5）1991-2011年期间黑潮P N断面流量均值为21.6×106m3/s。流量也存在季节变化，冬季与夏季最大，两者相差不大；秋季流量最小，春季居中。

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Analysis of current structure and seasonal variation at PN Section of the East China Sea Kuroshio during 1991—2011

Kong Bin1，2，Chen H ongxia2，Yuan Yeli2
（1.Geomatics College，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590，China；2.FirstInstituteof Oceanography，State Oceanic Administration，Qingdao 266061，China）

Abstract：Based on the C T D data of P N Section provided by Japanese Oceanographic Data Center，the current veloc-book=26,ebook=29ity of ninety cruises during 1991 to 2011 are calculated with dynamic height method.The structure，maximu m velocity，flux and width of the current are analyzed.The results show that there are three kinds of typical current structure of Kuroshio at P N Section，which are single core structure，double-core structure and multi-core structure.The occurrence probability of single core，double-core and multi-core are 50 %，39 % and 11 % respectively.The current structure of Kuroshio at P N section exhibits significant seasonal variation.In autu mn，the probability of occurrence of multi-core structure reaches its maximu m，and the quarterly average of current core nu mber is greater than other seasons.In winter，multi-core structure never emerges and single core structure occurs more often than any other structures，and the quarterly average of current core nu mber is less than other seasons.All kinds of current structure occurin spring and su m mer.The quarterly average of current core nu mber of spring and su m mer are between autu mn and winter.The flux of Kuroshio at P N Section exhibits seasonal variation too.The flux reaches the largestin winter and su m mer，and smallestin autu mn.Seasonal variation also occursin maximu m velocity and current width of Kuroshio at P N Section，which are thelargestin su m mer and the smallestin autu mn，followed by spring and winter.

Key words：East China Sea；Kuroshio；P N Section；current structure；seasonal variation

*通信作者：陈红霞（1975—），男，山东省聊城市人，博士，副研究员，主要从事区域海洋动力学研究。E-mail：chenhx＠fio.org.cn

作者简介：孔彬（1991—），男，山东省曲阜市人，主要从事大地测量学与区域海洋动力学研究。E-mail：kongbin＠fio.org.cn

收稿日期：2015-07-13；

修订日期：2015-10-26。

中图分类号：P731.27

文献标志码：A

文章编号：0253-4193（2016）05-0014-13