东海西部近海春、秋季水团特征分析

朱 佳,胡建宇,2*,杨龙奇,陈照章,孙振宇,2

(1.厦门大学海洋与地球学院，近海海洋环境科学国家重点实验室，福建 厦门 361102；2.南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)，广东 珠海 519082)

东海陆架位于东亚季风区,在冬季盛行东北季风，在夏季盛行西南季风.季风及太阳辐射的季节变化对东海环流和水文特征有重要影响.本研究海域位于东海西部近海、长江口以南、水深<100 m的东海陆架区，由北向南分布有渔山、温台、闽东渔场，近岸岛屿众多，等深线分布密集.以往研究表明东海陆架存在3支重要流系：一是沿岸南下的闽浙沿岸流；二是黑潮的东海段；三是起源于台湾岛东北和台湾海峡，跨过陆坡穿越到东海陆架并与沿岸水体混合的台湾暖流[1-7].另有研究表明台湾暖流的向岸分支顺着等深线沿水下深槽持续北上，能够上溯至长江口外[8].这些流系的强弱和范围，决定着东海陆架的水文结构及水团的分布和性质，而水团的分布和变化对渔场的形成、位移以及渔季和渔获量的变化也至关重要.

以往研究中主要应用聚类分析法[9-20]，结合Fisher型逐步判别法[21]、对应分析法(包含T-S图解法)[12,22-25]、曲线族拟合法[26]和四边形法[27]等方法对东海以及浙江近海的水团进行划分，并阐述各水团的特征和水系边界的季节变动规律.综合已有研究结果，东海的水团共可归结为以下10类：大陆冲淡水、黄东海混合水、东海表层水、东海混合水或东海暖水、台湾暖流水、东海次表层水、黑潮表层水、黑潮次表层水、黑潮次中层水和黑潮中层水.

关于东海西部近海的水团研究虽不少，但采用的水团分类法多为传统方法，且关于东海西部近岸的水团研究多集中于夏季型和冬季型[10,12-16,21,25]，对于春、秋季过渡型水团特征的阐述较少[19,24].张启龙等[19]指出春季与冬季相比，江浙沿岸表层水和台湾暖流表层水范围东移；秋季与夏季相比，江浙沿岸表层水西缩，台湾暖流表层水略向北扩展，底层的台湾暖流深层水消失.Qi等[20]将东海西部近岸的四季水团划分为陆架沿岸水、黄海表层水、黄海底层水、东海表层水和东海深层水，但并未划分台湾暖流.吴晓丹等[24]根据夏季长江口附近海域的断面T-S曲线，虽划分出了台湾暖流和黑潮表层水，但仅限于夏季和垂直断面方向上.本研究基于2018年秋季和2019年春季东海西部近海调查航次的实测数据，分析该海域的温、盐平面与断面的分布及特征，通过模糊聚类法及近年新发展出的T-S相似度法[28]划分水团，给出直观的立体分布图，并对台湾暖流水和黑潮次表层水进行划分和讨论，以对东海西部近海春、秋季的温、盐分布和过渡型水团细致结构进行补充，为进一步了解台湾暖流的季节变化和黑潮水分支的前锋及路径的时空变化提供参考资料.

1 数据与方法

1.1 数据来源

2018年11月17日—12月4日与2019年4月8—23日，厦门大学于119.5°～125.5° E，25°～29° N海域范围内进行为期18和16 d的秋季和春季航次调查，分别在49和50个站点(图1)使用温盐深(CTD)剖面仪采集数据.从北向南共7个断面：A01—A09、B01—B08、C01—C07、D01—D07、E01—E06、F01—F05及G01—G04.

图中灰色箭头示意黑潮、台湾暖流、闽浙沿岸流.图1 东海西部近海观测站点分布及主要大陆架海流Fig.1 Distribution of observation stations and the major aspects of the shelf currents in the western East China Sea

1.2 水团分类方法

T-S相似度法主要是计算水体样本与典型水团曲线在等密面上的温、盐相似度从而划分水团的一种方法，是传统水团分类法的有效补充.本研究先采用模糊聚类法而后应用T-S相似度法，其优势在于可在聚类法等传统水团分类结果的基础上进一步准确地确定水团边界，划分标准具有更加明确的物理意义.T-S相似度法在南海北部的水团划分上已取得初步进展，成功划分出南海次表层水与太平洋次表层水的界限[28].T-S相似度法简要介绍如下：

定义T-S相似度(TSSN，Г)为某个随机水样本与典型水团的相似度，数值为0～1之间.如图2所示，X为某水样X的T-S点，A、B分别为水样X沿着其所在等密线与典型水团A、B的T-S曲线的交点.

红线和蓝线分别代表两个典型水团A和B的T-S曲线， 绿点代表某水样X的T-S点，虚线为等密度线.图2 T-S相似度法的示意图Fig.2 Schematic diagram for the T-S similarity method

参数定义为：

(1)

其中，DA和DB是X与交点A、B的距离，

(2)

(3)

式中SA、SB、SX分别为A、B和X点的盐度.由以上3个公式可知，Γ值越接近0代表水样X与A型水团的相似度越高；反之，Γ值越接近1代表水样X与B型水团的相似度越高.因此将Γ=0.5作为划分A型与B型水团的分界值.

2 温、盐结构分析

2.1 温、盐平面结构

在进行水团分类前，先对调查海域的温、盐分布特征进行分析.图3和4分别是东海西部近海春季(2019年4月)和秋季(2018年11月)各层的温、盐平面分布图.

由图3(a)可见，调查海域春季的温度分布呈现近岸低远岸高、西北低东南高的整体趋势.低温区沿近岸呈带状分布，低温中心位于渔山列岛南面的28～29° N近岸0～20 m层，最低温出现在C01站的5～20 m处，低至13.9 ℃.沿低温区的外侧有一条明显的水平温度梯度带分布，从C02站到C03站(约65 km)，温差可达7.8 ℃.相对高温区位于台湾岛西北附近海域，最高可达24.1 ℃，最高温出现在E04站的0～40 m层.值得注意的是，由于次表层水跨陆架向东海西部陆架区涌升[29]，50 m处相对高温区迅速缩小至E04站区域，其北面均被低于19 ℃的水体所占据.

如图3(b)所示，近岸低盐区基本与低温区相吻合.受闽浙沿岸水的影响，渔山列岛附近的盐度低于28.0，最低盐度26.5出现在C01站的表层.近岸的低盐水与远岸水交汇，形成了一条狭长的盐度梯度带，C01站与C03站的表层盐度差可达8.3.远岸的2～50 m层可见两条盐度大于34.7的高盐水舌，朝西和西北方向延伸至调查海域中部，其中C07站约50 m层的盐度大于34.8.此外，75～100 m层的高盐水舌汇集成一体，盐度保持在34.8左右.

图3 东海西部近海春季(2019年4月)的温(a)、盐(b)平面分布Fig.3 Planar distributions of temperature (a) and salinity (b) in the western East China Sea in spring (April,2019)

由图4(a)可见，调查海域秋季的温、盐分布与春季有所不同，表层多为高温区所覆盖.与春季相比，秋季近岸的低温区强度、范围明显减小，水平温度锋面不复存在，近岸与外海的温差约2.1 ℃.南、北各有一个高温中心：北部的高温区在5～75 m层均可见，位于离岸最远的A09站，温度24.0 ℃；南部的高温区在2～30 m层位于台湾岛北面的E04站和F05站，50～75 m层则南移至靠近台湾岛西北的F05站和G04站，温度均在23.7 ℃以上.值得注意的是，受黑潮次表层水涌升的影响，在调查海域南部边缘的50 m层出现一个低温高盐区，打破了高温区原本较完整的分布格局.

秋季沿岸冲淡水的强度和范围较春季均明显减弱，冲淡水贴岸南下.因调查站位离岸较远，图4(b)的中南部近岸才观测到冲淡水的踪迹，最低盐度约29.9；冲淡水在中部的C、D、E 3个断面向外扩散.

图4 东海西部近海秋季(2018年11月)的温(a)、盐(b)平面分布Fig.4 Planar distributions of temperature (a) and salinity (b) in the western East China Sea in autumn (November,2018)

图5 东海西部近海春季(2019年4月)的温(a)、盐(b)断面分布Fig.5 Cross-section distributions of temperature (a) and salinity (b) in the western East China Sea in spring (April,2019)

图6 东海西部近海秋季(2018年11月)的温(a)、盐(b)断面分布Fig.6 Cross-section distributions of temperature (a) and salinity (b) in the western East China Sea in autumn (November,2018)

2.2 温、盐断面结构

图5和6分别为春季和秋季的温、盐断面分布图.从图5的断面分布看(B断面遮挡较多，故未展示)：春季，温度低于17 ℃且盐度小于31.5的低温、低盐水分布于各断面的近岸站点，深度可达25 m；E断面的中部存在一个高温水柱，位于E04站，影响深度可达底层，其中深度0～40 m的温度可达24.1 ℃，由表至底的水温较其他站位高出2.0～5.8 ℃；D断面远岸站点的底层以及C、E断面的远岸站点由表及底的盐度均大于其他站点，为34.7～34.8，显示出黑潮水的高盐性质.

如图6所示，各断面温、盐结构显示出温度近岸低、远岸高、底层低、上层高，盐度近岸低、远岸高、上层低、底层高的总体趋势.

3 水团分类

采用模糊聚类法对春、秋季的温盐资料进行水团初步划分，而后在此基础上应用T-S相似度法对各水团进行再划分并确定水团边界.调查海域可初步划分为5类水团：闽浙沿岸水、混合水、黑潮表层水、台湾暖流水及黑潮次表层水.其中混合水指的是沿岸水、台湾暖流水和黑潮水三者的混合，是水团特征介于三者之间的水体.春、秋季各水团的温、盐核心值见表1.

表1 东海西部近海春季与秋季的各水团温、盐核心值Tab.1 Core values of temperature and salinity of water masses in the western East China Sea in spring and autumn

春季水团分布如图7(a)所示：闽浙沿岸水分布在近岸的表层至20 m层，盐度核心值为29.5；黑潮表层水主要分布在远岸<50 m深度，而50 m层黑潮表层水延伸出两条水舌向近岸逼近；深度>75 m的高盐黑潮次表层水跨陆架涌升，将黑潮表层水逼退至台湾海峡北口附近；混合水在30 m层分布范围最大，而在深度>30 m层其分布范围随着黑潮表层水和黑潮次表层水的加强逐渐缩小.

秋季水团分布如图7(b)所示：闽浙沿岸水集中分布在近岸深度<30 m层，且往南、向外扩展至台湾海峡北口，盐度核心值为31.5；黑潮表层水分布在调查海域的东北角，温、盐核心值分别为23.5 ℃和34.4；黑潮表层水由表层至75 m层均可见，但范围随着深度增加逐渐向东北缩小；台湾暖流水分布在深度<50 m的调查海域东南部，而在50 m层因黑潮次表层水的涌升被隔断成南大北小的两部分；随着黑潮次表层水在深度>75 m层的强度和范围逐渐增强，台湾暖流水逐渐被混合水取代.

绿色表示闽浙沿岸水；蓝色表示混合水；橘色表示黑潮表层水；粉色表示台湾暖流水；红色表示黑潮次表层水.图7 东海西部近海春季(a)与秋季(b)的水团分类Fig.7 Classification of water masses in the western East China Sea in spring (a) and autumn (b)

4 讨 论

关于调查海域内的闽浙沿岸水和黑潮水的来源、特征和范围，以往研究已基本达成共识，但对台湾暖流的季节分布和来源仍存在争议.传统的台湾暖流是指具有高温、高盐特征，由南向北流经闽浙沿岸的海流.有学者认为台湾暖流是常年存在的[1-2，29-34]；也有论据表明台湾暖流深层水属季节水团，仅存在于暖半年(4—9月)[19]；还有研究结果显示冬季台湾暖流并未入侵东海[35-36]，或仅在50 m层或底层入侵东海[37].

从本研究所获得的温、盐结构和水团分类结果来看，2019年4月春季分布在调查海域东南部50 m以浅的高温、高盐水体，虽然其位置与以往研究中的台湾暖流分布范围相吻合，但是其盐度(34.3～34.8)又高于台湾暖流表层水(33.1～34.2)[19，38]，因此该水体特性更贴合黑潮水[39-41]，亦可能属于两者的混合.考虑到台湾暖流的定义、来源以及该水体所处深度，将其暂归为黑潮表层水.此外，秋季(2018年11月)位于调查海域深度<75 m的高温水体，东北角的盐度核心值34.4明显高于东南部的盐度核心值34.2，且二者的分布并不连续，故东北角的水体属于黑潮表层水，而东南部的水体属于台湾暖流水.

最后还需一提的是，因各流系变化可能存在较大的年际变动，本文基于两个航次观测所得的水团分布结论具有一定的局限性，还缺乏调查海域夏、冬季的实测数据，故在季节变化和延续的讨论上尚不完整，还需在今后的研究中继续完善补充，并搜集温度、盐度以外的其他参数，尝试将台湾暖流水和黑潮表层水进行明确划分.

5 结 论

在2019年4月春季及2018年11月秋季两个航次调查中，东海西部近海的温、盐分布在平面和垂向上存在空间分布差异，同时在水团分布上也具有明显的季节变化特征.主要结论如下：

1) 调查海域春、秋季可划分为5个水团：闽浙沿岸水、混合水、台湾暖流水、黑潮表层水及黑潮次表层水.

2) 春季，低温、低盐的闽浙沿岸水呈带状分布，与远岸水交汇处形成一条狭长的温度、盐度梯度带.黑潮表层水占据远岸海域深度<75 m的大部分区域，并在50 m层延伸出两条向岸的高盐水舌.

3) 秋季，闽浙沿岸水的强度和范围明显减弱，温度和盐度锋面不复存在，调查海域南、北部深度<50 m各有一个高温区，分别是台湾暖流水和黑潮表层水，南部的台湾暖流水在50 m层被涌升的黑潮次表层水隔断成两部分.

致谢：感谢黄志达、黄汝辉等参与现场观测.