黄海暖流源区附近温盐结构及其季节变化

胡 放, 于 非, 王建丰, 3, 司广成, 李 昂, 周文正



黄海暖流源区附近温盐结构及其季节变化

胡 放1, 2, 于 非1, 王建丰1, 3, 司广成1, 李 昂1, 2, 周文正1, 2

(1. 中国科学院海洋研究所, 山东青岛 266071; 2. 中国科学院大学, 北京 100039; 3. 国家海洋局海洋–大气化学与全球变化重点实验室, 福建厦门361005)

为探究不同季节下黄海暖流在源区的状态, 利用韩国海洋数据中心(Korea Oceanographic Data Center)发布的水文数据, 对黄海暖流源区附近温盐结构及其季节变化进行了分析。结果表明: 年平均状态下对马暖流在济州岛东南存在向西向入侵的趋势, 其入侵存在明显的季节变化: 秋季最强, 冬、春季开始减弱, 夏季最弱。济州岛西侧, 约在33°30′N、125°30′E处存在一支伸向西北的高盐舌, 该高盐舌盐度同样具有明显的季节变化: 冬季最强, 春季开始减弱, 夏季降至最低, 秋季盐度开始缓慢回升。黄海区盐度的变化要滞后于对马暖流区盐度变化。冬季朝鲜沿岸水南下入侵程度最强, 能到达34°N以南的位置。

黄海暖流源区; 对马暖流; 季节变化

作为唯一一支向黄海输运外海高盐水的海流[1], 黄海暖流的起源长期以来就备受人们关注。关于黄海暖流起源, 存在多种看法。传统观点认为黄海暖流是对马暖流在济州岛东南的分支[2-4]。进入20世纪80年代以来, 越来越多的学者对此提出不同的看法。Beardsley等[5]认为黄海暖流是起源于台湾暖流; Fang等[6]根据模式结果提出, 黄海暖流水冬季源自台湾–对马暖流系统, 夏季台湾–对马暖流并未进入黄海, 而是经济州海峡汇入对马海峡。汤毓祥等[1]认为黄海暖流是从对马暖流与东海陆架水交汇形成的锋面中衍生出的, 具有混合水的特性。乐肯堂[7]在探讨冬季黄海暖流起源时提出, 黄海混合水及朝鲜沿岸水同样参与了混合。

虽然学者们对于黄海暖流源区水的组成存在争议, 但是无疑都认为黄海暖流水来至于济州岛附近海域。Kondo等[8]指出对马暖流在沿黄海海槽西侧流入黄海形成黄海暖流的过程中, 会有少部分从中分离, 按顺时针方向绕济州岛运动。Lie等[9-10]根据卫星漂流浮标和CTD资料证实了绕济州岛的济州暖流, 并认为黄海暖流是在济州岛西侧与济州暖流分离。汤毓祥等[11-12]认为对马暖流与陆架水混合后进入济州岛西侧后分为两支: 盐度较高的一支绕济州岛运动, 成为济州暖流; 盐度较低的一支继续向西北, 最终进入黄海, 成为黄海暖流。

黄海暖流冬季最为强盛, 且存在显著的季节变化。郭炳火等[13]指出黄海暖流生成于冬季, 春季开始减弱, 夏季消失。汤毓祥等[12]认为仅从温、盐结构上看, 黄海暖流只存在于冬春季节, 夏季消失。王辉武等[14]在分析实测资料后指出黄海暖流在秋季开始出现, 冬季成熟, 春季减弱, 夏季消失。刘传玉等[15]指出黄海暖流源区表层存在南北两支锋面, 其研究表明该锋面从11月下旬于济州岛西部生成并向西北方向扩展, 1、2月份锋面强度达到最大, 2月下旬锋面向东南方向退缩并在3~5月消失。对于黄海暖流维持机制的认识, 中韩学者存在较大分歧。Hsueh等[16]认为冬季黄海暖流并非持续存在而是在北风作用下的间隙性流动, Lie等[10]进一步提出该北向流只有在强于该海域的潮汐余流时才能进入黄海。汤毓祥等[1]认为黄海暖流至少在冬季及初春是稳定存在的; Yu等[17]通过分析ADCP及锚定浮标的资料后, 指出黄海暖流至少在月平均尺度上是稳定存在的。

综上所述, 黄海暖流存在显著的季节变化。而作为黄海暖流的源地, 济州岛附近海域的季节变化会对黄海暖流的季节变化产生重要影响。本文依据韩国海洋数据中心(Korea Oceanographic Data Center, KODC)发布的温盐资料, 对黄海暖流源区附近的温盐结构特征及其季节变化进行了分析。

1 资料方法及断面位置

KODC发布的NSO (National Serial Oceanographic observation, 1961至今)资料是一组覆盖了韩国周围海域的25条断面实测资料, 观测频率为2个月一次, 某些断面为一季度一次, 详见http: //kodc. nfrdi.re.kr/page?id=eng_index。

该资料包含海水温度、盐度、气温、风速、风向等项, 其中温、盐数据为标准层数据, 具体层次为表层、10、20、30、50、75、100、125 m、底层。本文采用了济州岛周围的9条断面(图1)的温盐资料, 资料覆盖区域为31°30′~34°43′N, 124°~127°42′E, 站位经向间隔约为0.5°N, 纬向间隔约为0.3°E。其中203断面、204断面、311断面、312断面、313断面、314断面的观测频率为每2个月一次, 315断面、316断面、317断面观测为每季度一次。本文对2000~2013年间冬(2月)、春(4~5月)、夏(8月)、秋(10~11月)的资料进行多年平均, 来探讨黄海暖流的温盐特征及季节变化。为便于分析, 我们将32.8°~35°N、124.2°~126.1°E之间的区域称为黄海海区(A区), 定义31.2°~33.1°N、126.1°~128°N之间的区域称为对马暖流区(B区)。

2 底层水的平均分布

2.1 底层水年平均水平分布

Yu等[17]指出, 黄海暖流在月平均尺度上稳定存在, 且底层最强。为了验证黄海暖流源区是否存在支持黄海暖流存在的流动, 对2000~2013年75 m层温盐数据进行了多年平均, 如图2所示。其中温度水平分布图(图2a)反应出黄海冷水团对黄海区的影响, 并有向济州海峡入侵的趋势。乐肯堂[7]将34.3作为对马暖流水的盐度下限, 盐度水平分布图(图2b)显示: 大于34.3的高盐对马暖流水水常年盘踞在济州岛东南, 并存在沿东南-西北斜向入侵黄海的趋势, 海区西南被黄海混合水(以南下黄海沿岸流为主)占据[17], 二者之间形成极强的盐度锋面。受到黄海混合水的挤压, 黄海暖流源区产生一个向西北的高温高盐分支, 在33°30′~34°30′N、125.5°E以西延伸出黄海暖流高盐舌[1]。黄海区年平均盐度在33~33.7之间。另外, 34°N以北、125.5°E附近可以看到朝鲜沿岸水南下入侵的痕迹, 将在文中对此进行详细讨论。

2.2 底层水的季节性分布

冬季是黄海暖流最强的季节, 温度(图3a)和盐度(图3e)水平分布图显示, 34°N附近出现较强锋面。在对马暖流区, 315断面处可以看到盐度大于34.3、温度大于15℃的高盐暖舌向西延伸, 其延伸范围向西超过126.2°E。冬季该区域底层盐度平均值为34.29。黄海区, 可以看到核心盐度大于33.9、核心温度大于12℃的甚强高盐暖舌延伸至124.2°E, 冬季黄海区底层平均盐度为33.47。

春季温(图3b)、盐(图3f)水平分布状态与冬季相似。但是, 对马暖流水西向扩展有所减弱, 而黄海区也存在微弱的降温减盐现象。温度水平分布图(图3b)显示, 黄海冷水团开始向东海扩展, 东海北部底层冷水开始形成[18]。而在黄海区, 12℃等温线仅能到达125°E以东海域。盐度水平分布(图3f)显示, 对马暖流区, 盐度大于34.3的对马暖流水仅能向西延伸至126.7°E, 该区域底层平均盐度降低为34.11; 与此同时, 黄海区的高盐舌的核心盐度降为33.7, 该区域底层平均盐度降为33.39。

与冬、春两季不同, 夏季75 m层温度水平分布表现出不同的形态。图3c显示, 黄海冷水团向东南的扩展达到最强: 向南, 14℃等温线与北部冷水相接; 向东, 14℃等温线甚至可以进入济州海峡到达126.5°E附近。从75 m层盐度水平分布图(图3g)来看, 对马暖流区, 对马暖流水纬向的入侵达到最弱, 盐度为34.3的等值线退缩到127°E以东, 该区底层盐度降为34.09; 黄海区仅能看到33.1的高盐舌向西北入侵, 该区底层平均盐度降至33.14。

秋季, 温度水平分布图(图3d)显示, 东海北部冷水消失, 黄海冷水团相对夏季有所退缩, 但仍然占据着黄海区北部的大部分区域。75 m层盐度水平分布图(图3h)显示, 对马暖流区, 对马暖流水向西入侵的范围迅速扩大, 315、316两个断面处都能看到大于34.3的高盐舌, 其向东可延伸至126°E(超过冬季)。底层平均盐度迅速增加为34.36(大于冬季); 黄海区, 能够看到盐度大于33.3的高盐舌向西北入侵, 底层平均盐度同样开始增加, 但仍然小于冬季, 仅为33.19。

通过对34.3等盐度线的分析(图3e、3f、3g、3h), 我们发现盐度大于34.3的对马暖流水在75 m层的西向入侵程度存在明显的季节变化: 冬季能向西入侵到126.2°E; 春季西侵程度有所减弱, 向西只能到达126.7°E; 夏季对马暖流水向东退缩至126.7°E; 秋季,对马暖流水西侵程度迅速增加, 并超过冬季, 能够到达125.9°E附近, 对马暖流区底层平均盐度同样在秋季达到最高值34.36(表1)。黄海区底层盐度的变化相对对马暖流区盐度变化存在一定滞后性, 底层盐度在冬季取得最高值33.47; 春季有所降低, 变为33.39; 夏季降至最低, 仅为33.14; 秋季缓慢增加为33.19。

表1 A、B两区底层盐度的季节变化

3 调查海区海水的垂直分布

3.1 对马暖流水的季节性分布

从75 m层平面图(图3)来看, 315断面(图4)位于对马暖流西向入侵最强处, 是探究高温高盐对马暖流西向入侵程度变化最具代表性的断面。315断面的盐度垂直分布显示, 冬季: 盐度大于34.3的对马暖流水在125.2°E以东的海域整层都有分布。而到了春季, 盐度34.3等值线退至126.5°E以东, 盐度大于34.3的高盐水仅分布在在30 m以深的水层, 等盐度线开始倾斜。夏季, 长江冲淡水贡献增强, 极强的盐跃层开始形成, 表层完全被低盐沿岸水占据, 盐度大于34.3的对马暖流水被进一步压缩, 仅存在于126.7°E以东的80 m以深的区域。秋季, 对马暖流上层盐度跃层消失, 对马暖流水最先在底层开始向西入侵, 盐度为34.3等值线线在70 m处向西扩张至125.9°E。315断面盐度垂直分布显示, 秋季对马暖流水仅出现在底层, 但其西向入侵程度却大于冬季。

3.2 黄海海区温、盐断面结构

为了探究黄海海区温盐的垂直分布, 我们选取了2条断面进行分析。313断面(图5)位于高盐舌所在位置, 具有较好的代表性; 312断面(图6)位于34°N附近, 较好地反映了朝鲜沿岸水的对该区域的贡献。

313断面在垂直方向上同样具有明显的季节变化(图5)。从温度断面图来看, 冬季, 垂直方向上混合非常均匀均匀, 断面右侧被高温的外海水占据, 13℃等温线向西扩展至125°E。春季, 黄海冷水团开始形成并向济州岛方向扩展, 温度断面显示13℃等温线相比于冬季向东退了半个经度。夏季, 海区表层辐射增温明显, 10~20 m处出现很强的温度跃层, 跃层以下能看到黄海冷水团向断面东部扩张。秋季, 海表开始降温, 温跃层强度降低, 黄海冷水团开始向西北消退。从盐度断面图来看, 冬季盐度段面混合同样均匀, 34.1的等盐度线扩展到125.2°E。到了春季, 高盐水西侵程度减弱, 盐度大于34.1的高盐水只存在于125.9°E以东的位置, 等盐度线开始发生倾斜。夏季, 断面10~20 m处出现了甚强的盐度跃层, 断面的最高盐度仅为33.7, 且只分布在125.5°E以东的50 m以深的位置。秋季断面表层盐度开始增加, 盐度跃层下压至30 m附近, 断面东部底层盐度开始增加, 有大于33.9的高盐水出现。

臧家业等[19]总结前人的工作后指出, 黄海东侧的朝鲜沿岸流在冬至初春能够沿40~50 m等深线南下至34°N附近海域, 最终沿海洋锋北侧向东进入济州海峡。图3显示出相似的情况: 冬季低盐冷舌南下入侵程度最强, 到达34°N以南; 春季以后其南下入侵就开始减弱; 到了夏、秋季节, 沿岸水南向入侵更弱, 并且增温明显, 已经表现为高温低盐形态。312断面则清晰的反映出朝鲜沿岸水在垂直方向上的季节变化。图6a和图6e显示: 冬季朝鲜沿岸水向南的入侵程度非常强, 温度小于8℃、盐度低于33的朝鲜沿岸水[7]占据了125.6°~125.8°E之间、40 m以浅的层次。春季以后其向南入侵已经不明显。我们认为冬季朝鲜沿岸水对黄海暖流的影响最为强盛, 能到达34°N以南; 春季以后朝鲜沿岸流似乎在34°N以北就已经完成转向, 汇入济州海峡。

4 结语和讨论

本文利用覆盖黄海暖流源区的KODC资料对黄海暖流源区附近的温盐结构特征及其季节变化进行了分析。结果表明: 年平均状态下, 位于济州岛东南的高盐对马暖流水存在西向入侵的趋势, 对马暖流水在底层的西向入侵存在明显的季节变化: 冬季, 大于盐度34.3、温度大于15℃的对马暖流水在32.5°N处向西入侵, 最大可延伸至126.2°E, 此时, 对马暖流水在整层都有分布; 春季, 对马暖流水的西向入侵开始减弱, 等盐度线开始发生倾斜, 高温高盐的对马暖流水退至126.5°E以东, 垂直方向上则被下压至30 m以下; 夏季, 对马暖流水的西向入侵程度最弱, 且仅分布在80 m以浅的层次; 秋季, 对马暖流水在底层迅速向西扩展, 其西向入侵程度甚至超过冬季, 到达126°E以西的海域。

济州岛西侧, 在33°30′N、125°30′E处常年存在一支伸向西北的高盐舌。相对于对马暖流水的西向入侵的季节变化, 该高盐舌核心盐度的季节变化滞后: 在75 m水层, 冬季高盐舌盐度达到最高, 为33.9; 春季高盐舌盐度降低至33.7; 夏季迅速降低至33.1; 秋季, 虽然济州岛以南的对马暖流水西向入侵迅速增强, 但黄海区高盐舌盐度并未迅速响应, 仅缓慢增加至33.3。

从垂直方向上看: 冬季, 对马暖流水能够涌升至海区表层; 春、夏季节, 等盐度线发生倾斜, 对马暖流水逐渐被下压至底层; 秋季, 对马暖流水迅速从底层向西入侵。

黄海暖流具有混合水的特性[1]。但在不同的季节, 参与混合的各部分所占比重不尽相同。冬季, 对马暖流水所占比重最重, 与此同时, 朝鲜沿岸水也参与了混合; 春季, 对马暖流及朝鲜沿岸水向黄海区的入侵减弱, 黄海冷水团开始形成并向济州岛方向扩展, 参与到黄海暖流的混合之中; 夏季, 对马暖流入侵程度最弱, 黄海冷水团占据了济州岛西侧海域, 黄海暖流消失; 秋季, 虽然对马暖流迅速向西扩张, 黄海暖流开始形成[14], 但济州岛西侧仍被黄海冷水团占据, 此时对马暖流水在黄海暖流水中所占较弱。

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Thermohaline structure and seasonal variation near the Yellow Sea Warm Current source region

HU Fang1, 2, YU Fei1, WANG Jian-feng1, 3, SI Guang-cheng1, LI Ang1, 2, ZHOU Wen-zheng1, 2

(1. Institute of Oceanology, the Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China; 3. Key Laboratory of Global Change and Marine-Atmospheric Chemistry, State Oceanic Administration, Xiamen 361005, China)Received：Aug. 14, 2015

the Yellow Sea Warm Current source region; the Tsushima Warm Current Water; seasonal variation

Historical hydrological data released by the KODC (Korea Oceanographic Data Center) were used to analyze the thermohaline structure and its seasonal change near the Yellow Sea Warm Current source region. The results showed that the westward invasion trend of the Tsushima Warm Current Water in the southeast of the Cheju Island peaks in autumn, begins to weaken in winter and spring and is weakest in summer. At the same time, a salty tongue appears west of Cheju Island (33°30′N, 125°30′E) all year round, and its salinity shows a lagging seasonal variation, which begins to rise in autumn, peaks in winter, weakens in spring and is weakest in summer. The southward intrusion of the North Korea Costal Water peaks in winter and can reach south of 34°N.

P722.6

A

1000-3096(2016)07-0160-10

10.11759/hykx20150814001

2015-08-14;

2015-10-09;

国家自然科学基金(40776019, 41176018, 41306021); 国家海洋局海洋–大气化学与全球变化重点实验室开放基金课题(GCMAC1306); 国家自然科学基金委员会-山东省人民政府联合资助海洋科学研究中心项目(U1406401); 国家自然科学基金委员会-创新研究群体科学基金(41421005)

[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No.40776019, No. 41176018, No. 41306021; the Fund of Key Laboratory of Global Change and Marine-Atmospheric Chemistry, State Oceanic Administration, No.GCMAC1306; NSFC - Shandong Joint Fund for Marine Science Research Centers, No.U1406401; NSFC- Innovative Group Grant, No. 41421005]

胡放(1991-), 男, 硕士研究生, 主要从事近海环流研究, E-mail: hufangd@hotmail.com; 于非;通信作者, 男, 博士生导师, 研究员, 主要从事近海环流和大洋环流研究, E-mail: yuf@qdio.ac.cn

(本文编辑: 李晓燕)