浙閩海域余流特征分析

張慧，堵盤軍，鄭曉琴

（ 國家海洋局東海預(yù)報中心 上海 200081）

浙閩海域余流特征分析

張慧，堵盤軍，鄭曉琴

（ 國家海洋局東海預(yù)報中心 上海 200081）

根據(jù) 2006年8月—2007年12月期間在浙閩海域進(jìn)行的連續(xù)觀測長達(dá)40天的逐季海流資料，深入分析該海域余流的分布特征及季節(jié)變化規(guī)律，為浙閩海域的物質(zhì)輸運做出鋪墊。研究結(jié)果表明：浙閩海域南側(cè)（以28°N為界）余流值大于北側(cè)。近岸區(qū)域余流受長江沖淡水、浙閩沿岸流控制，余流分布季節(jié)特征明顯；外海余流受臺灣暖流控制，余流流向終年指向E-NE。

浙閩海域；余流；長江沖淡水；臺灣暖流；浙閩沿岸流

Abstract: The characteristics and seasonal variations of residual current of Zhejiang-Fujian water were systematically analyzed in this paper based on the surveys of four seasons from August 2006 to December 2007, which can build foundation for long-term mass transportation along Zhejiang-Fujian water.The results show that the residual current of south Zhejiang-Fujian sea is stronger than that of north Zhejiang-Fujian sea.The seasonal variations of residual current along the coast are obviously dominated by the Yangtze diluted water and the Zhejiang-Fujian coastal current; however, the directions of residual current far off the coast point to the north-northeast all the year, which is influenced by Taiwan warm current.

Keywords: Zhejiang –Fujian water; residual current; Yangtze diluted waters; Taiwan warm currents; coastal current of Zhejiang and Fujian

1 引 言

余流指從實測海流中剔除周期性流(如潮流)以后的水體流動，即由潮流調(diào)和分析所得的非周期性常流部分。它可以沿某一方向作長距離運動，直接指示著水體的運移和交換情況, 對海水中懸浮物質(zhì)和可溶性物質(zhì)的輸運、稀釋及擴(kuò)散等都起十分重要的作用。

浙閩海域北倚杭州灣、南臨臺灣島，西接浙閩沿岸，東至東海大陸架邊緣，海域流系復(fù)雜多變，北有蘇北沿岸水和黃海冷水團(tuán)南伸，同時長江、錢塘江兩大江河的淡水注入，南有臺灣暖流北進(jìn)，東有黑潮暖流通過，沿海有浙閩沿岸流分布[1]，并且存在獨特的上升流（圖1，圖2）。其物理海洋問題一直受到國內(nèi)乃至國際海洋科學(xué)界的關(guān)注，科學(xué)研究及學(xué)術(shù)價值重大。

浙閩海域具有極其豐富的海洋資源，它是我國最大的近海漁場—舟山漁場的所在海域；同時，浙閩沿海岸線曲折，港灣眾多，分布著象山港、三門灣、樂清灣等重點水產(chǎn)養(yǎng)殖基地，具有重要經(jīng)濟(jì)價值。浙閩海域的物質(zhì)輸運受海域復(fù)雜流系的消長變化控制，對該海域的初級生產(chǎn)力、生態(tài)結(jié)構(gòu)的形成和變化產(chǎn)生至關(guān)重要的影響，分析研究浙閩海域余流場的時空變化特征有助于了解該海域的物質(zhì)輸運、污染物擴(kuò)散情況，對我國海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)意義深遠(yuǎn)。因此研究浙閩海域余流場結(jié)構(gòu)不但具有重要科學(xué)價值，同時具有重要經(jīng)濟(jì)意義。

2 研究區(qū)概況

浙閩海域為強(qiáng)潮海域，平均潮差> 4 m，最大潮差8 m以上，潮流作用顯著[2,3]。潮流性質(zhì)為半日潮，M2分潮橢圓長軸呈NW—SE向，最大流速均> 100 cm/s[4]。該海域常年存在上升流，呈現(xiàn)“夏強(qiáng)冬弱”特征，冬季沿岸平均上升流速約3×10-4cm/s，夏季平均上升流速約為4×10–3cm/s[5,6]。

圖1 浙閩海域夏季環(huán)流Fig.1 Summer circulation of Zhejiang-Fujian water

圖2 浙閩海域冬季環(huán)流Fig.2 Winter circulation of Zhejiang-Fujian water

臺灣暖流和浙閩沿岸流是浙閩海域的控制性海流系統(tǒng)，浙閩海域是黑潮入侵陸架的典型區(qū)域，臺灣暖流是黑潮主流在我國臺灣東北海域的分支，沿著福建、浙江外海北上，達(dá)到杭州灣外，然后又折回向東流去。臺灣暖流的流向比較穩(wěn)定，大致在50～100 m 的等深線之間全年向北流，夏強(qiáng)冬弱，其流速較小，通常在0.25 m/s以下，而且由南向北逐漸減弱[7]。

浙閩沿岸流源于長江口和杭州灣一帶，主要由長江和錢塘江的入海徑流組成，沿途有甌江和閩江等江河的淡水匯入。浙江、福建沿岸岸線曲折，島嶼眾多，海底坡度較陡，所以浙閩沿岸流的寬度較窄，一般在離岸35～75 km之內(nèi)。浙江沿岸流因其流層淺，易受風(fēng)的影響，流的路徑具有明顯的季節(jié)變化，冬季，在強(qiáng)勁的北風(fēng)和東北風(fēng)吹刮下，沿岸流的勢力較強(qiáng)，往南可以越過臺灣海峽；夏季，長江入海徑流的勢力強(qiáng)大，由于受到臺灣暖流的頂托和偏南季風(fēng)影響，在口門外分兩股擴(kuò)展，一股朝向東北偏北，另一股向東南方向[8]；浙閩沿岸流受偏南季風(fēng)的影響，沿岸流順海岸向東北方向流動。春季屬于季風(fēng)的過渡期，南向的沿岸流在整個沿海都由強(qiáng)變?nèi)?，并向北收縮至杭州灣附近；秋季自北向南的沿岸流又逐漸增強(qiáng)，并向南擴(kuò)展[9-11]。

3 資料來源與方法

2006年8月—2007年12月期間在浙閩海域（經(jīng)度120°～128°E、緯度26°～30°N），布設(shè)8個海流潛標(biāo)監(jiān)測站位 (圖3)分別于春季(2007年4月8日~ 2007年5月21日)、夏季（2006年7月15日~ 2006年8月31日) 、秋季（2007年10月18日~ 2007年12月16日）、冬季(2006年12月23日~ 2007年2月6日)進(jìn)行了4 次連續(xù)海流監(jiān)測，每個測站連續(xù)觀測時間大于40 天。潛標(biāo)采用防拖網(wǎng)架，置于海底，內(nèi)安裝聲學(xué)多普勒海流剖面儀，傳感器方向朝上。觀測儀器采用美國SONTEK公司250 KHZ 、500 KHZ 、1000 KHZ 3種不同型號的ADP多普勒海流剖面儀，根據(jù)不同的水深配用不同型號的儀器，并決定不同的分層間隔，一般間隔為2 m或4 m；觀測要素主要為流速、流向和壓力（水深）。

觀測數(shù)據(jù)利用 SONTEK公司提供的配套處理軟件VIEWADP進(jìn)行處理，并根據(jù)“相關(guān)系數(shù)”參數(shù)排除水下無效數(shù)據(jù)，根據(jù)壓力數(shù)據(jù)排除水面以上的無效數(shù)據(jù)，最終得到正確有效的時間間隔10 min的海流數(shù)據(jù)。

圖3 調(diào)查站位圖Fig.3 Locations of survey stations

表1 8個調(diào)查站位地理位置表Tab.1 Geographical position of 8 survey stations

本研究計算的余流為混合余流，即包括徑流、沿岸流、密度流、風(fēng)致余流以及地形等引起的余流，均為觀測期間全測次的閉合潮周期內(nèi)扣除周期性潮流影響后的凈位移（歐拉余流），能很好反映觀測海域的物質(zhì)凈輸移方向。

4 余流的平面分布

根據(jù)四個季節(jié)的實測海流資料，首先進(jìn)行準(zhǔn)調(diào)和分析，從實測海流中減去潮流的周期性作用后便得到觀測期間各測點的余流。

因潛標(biāo)均為坐底朝上觀測，盲區(qū)位于底層，在資料的處理過程中均扣除了盲區(qū)影響，把第一層數(shù)據(jù)作為底層數(shù)據(jù)，最后一層有效數(shù)據(jù)作為表層數(shù)據(jù)；中層為0.5 H層（H為水深）的流矢數(shù)據(jù)，垂向平均流速為各層流速矢量平均后所得。

夏季余流流速普遍較大，大部分測站表層余流流速超過15 cm/s，底層余流流速小于表層流速，大部分小于 10 cm/s。最大余流值位于離岸較近的JZ0903站，其垂向平均余流為11.86 cm/s。表層、中層和底層大部分測站余流方向趨同，除 JZ0304測站外，其它站各層余流流向均為NNE-NE，受夏季SW季風(fēng)影響，表層余流多為NNE向，底層大部分測站余流流向均存在不同程度的順時針偏轉(zhuǎn)。JZ0304受南下的長江徑流影響余流流向偏 S，JZ0903測站受夏季沿岸北上的浙閩沿岸流及季風(fēng)共同影響，轉(zhuǎn)向NE，流向為44.81 °，外海3個測站（9號浮標(biāo)，八角亭平臺和JZ0909）受臺灣暖流影響，余流為 NE-E。從余流垂向平均流速來看，調(diào)查區(qū)域南側(cè)（以28 °N為界）的余流大于北側(cè)，近海余流大于外海。

秋季最大余流值位于調(diào)查區(qū)域南側(cè)的 JZ0903站，垂向平均余流為 8.65cm/s。近岸兩個站位（JZ0104和 JZ0903）流速大小表底層差異明顯，表層流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于底層流速，為底層流速的4~5倍；外海的9號浮標(biāo)表底層流速相近，中層流速略大。近岸JZ0104表層余流流向為SW，而底層為NE，相差196.78 °，JZ0903和9號浮標(biāo)表層余流均指向NE，表中底層成順時針方向旋轉(zhuǎn)，余流流向與夏季幾乎相同，但垂向平均流速僅為夏季余流的1/3和1/2。

冬季最大余流值位于調(diào)查區(qū)域南側(cè)的 JZ0903站，垂向平均余流為11.32 cm/s。冬季強(qiáng)烈的風(fēng)應(yīng)力攪拌作用和表層冷卻水下沉使水體混合均勻，大部分測站表、中、底層流速變化較小，表、中、底層的最大余流值分別為18.96 cm/s（八角亭平臺），16.70 cm/s（八角亭平臺），11.32 cm/s（JZ0903）。南側(cè)位置較接近的JZ0906和18號浮標(biāo)兩站余流值各層都很接近。冬季受強(qiáng)烈的偏N季風(fēng)影響，表層大部分測站余流偏S。JZ0903站由表至底成順時針方向旋轉(zhuǎn)，流向變化不大，均為S向流；JZ0906和18號浮標(biāo)兩站的除表層余流方向分別為 SE和偏W，但其中、底層余流流向很接近，均指向NE；9號浮標(biāo)除表層受偏N季風(fēng)影響，流向指向SE，中、底層流向均為NE；八角亭平臺表層流向偏S，中、底層余流流向與9號浮標(biāo)類似，但更偏E。從垂向平均余流來看，研究區(qū)域南側(cè)的 JZ0906，JZ0903和18號浮標(biāo)3個測站的余流均遠(yuǎn)大于北側(cè)外海的9號浮標(biāo)和八角亭平臺。

春季余流整體來看中層流速較大，表層次之，底層余流流速最??；最大余流值位于調(diào)查區(qū)域南側(cè)的18號浮標(biāo)測站，其垂向平均余流為12.32 cm/s。春季處于偏北向偏南季風(fēng)轉(zhuǎn)變的過渡期，風(fēng)向多變，表層余流流向無特定規(guī)律。沿岸的兩個測站，表層和中層流向變化不大，但與底層差異明顯，JZ0604測站表底層余流流向相差 81.31°，JZ0903表底層余流流向相差 43.63 °，這可能是沿岸水深較淺，季風(fēng)影響可至中層，但尚未到達(dá)底層；而外海的三個測站中、底層余流流向較為穩(wěn)定：9號浮標(biāo)余流方向為SE,其外側(cè)的八角亭平臺為ENE，南側(cè)的18號浮標(biāo)為NE。春季垂向平均余流表明，調(diào)查區(qū)域南側(cè)的余流值大于北側(cè)。綜上，調(diào)查區(qū)域南側(cè)（以28°N為界）余流值大于北側(cè)，其主要原因是調(diào)查區(qū)域南側(cè)大陸架變窄，水深突變，自西南向東北下傾的海面坡度增大[12]，引起的壓力梯度力增大而造成余流增大。 四個季節(jié)的余流最大值均位于南側(cè)沿岸的JZ0903測站，除了以上原因外，眾多研究表明該站附近存在上升流[5,13]，垂向流系的補(bǔ)充也是一個重要原因。

表2 夏季余流平面分布特征值（流速/cm·s-1，流向/°）Tab.2 Horizontal distribution value of residual current in summer(velocity/ cm·s-1, direction/°)

表3 秋季余流平面分布特征值（流速/cm·s-1，流向/°）Tab.3 Horizontal distribution value of residual current in autumn(velocity/ cm·s-1, direction/°)

表4 冬季余流平面分布特征值（流速/cm·s-1，流向/°）Tab.4 Horizontal distribution value of residual current in winter(velocity/ cm·s-1, direction/°)

表5 春季余流平面分布特征值（流速/cm·s-1，流向/°）Tab.5 Horizontal distribution value of residual current in spring(velocity/ cm·s-1, direction/°)

圖4 夏季余流平面分布圖(a)實線為表層，虛線為底層 (b)實線為垂直平均，虛線為中層Fig.4 Horizontal distributions of residual current in summer (a)Solid line and dashed line indicate the residual current at surface layer and bottom layer, respectively (b)Solid line and dashed line indicate the residual current at mid-depth layer and vertically-averaged, respectively

圖5 秋季余流平面分布圖(圖例與圖4一致)Fig.5 Horizontal distributions of residual current in autumn（legend is the same as that of Fig.4）

圖6 冬季余流平面分布圖(圖例與圖4一致)Fig.6 Horizontal distributions of residual current in winter（legend is the same as that of Fig.4）

圖7 春季余流平面分布圖(圖例與圖4一致)Fig.7 Horizontal distributions of residual current in spring（legend is the same as that of Fig.4）

5 余流垂向變化

夏季除JZ0304測站外，其余測站-10 m層以下，各層余流方向基本一致，均為 E-NE，但各測站表層余流受SW季風(fēng)影響，流向相對更為偏N，這也說明季風(fēng)僅對-10 m層以上的余流有影響。

離岸較近的 JZ0304位于長江沖淡水南擴(kuò)路徑上，受其影響各層余流流向為 S-SW，由表到底成順時針方向旋轉(zhuǎn)，其表層余流流向偏S，與季風(fēng)對海流的影響方向相反，表明長江沖淡水對該站表層余流起主導(dǎo)作用；在玉環(huán)外長江沖淡水已是強(qiáng)弩之末，對余流作用較小，位于調(diào)查區(qū)域南側(cè)近岸的JZ0903測站受夏季沿岸北上的浙閩沿岸流及季風(fēng)共同影響，轉(zhuǎn)向 NE，中層余流流速較大，調(diào)查區(qū)域的余流最大值也在該測站（-18m 層），為36.21cm/s。外海的三個測站垂向余流呈凸型，即中層流速大于上、下層流速。這種余流流速分布特征是外來海流迭加到潮流的明顯標(biāo)志，說明外來海流明顯減弱上層水流或增強(qiáng)中層水流。以往對該海域的研究表明，應(yīng)該是臺灣暖流入侵增強(qiáng)了中層水流。夏季臺灣暖流較強(qiáng)，受其擴(kuò)散影響和牽引作用相當(dāng)明顯，JZ0909受臺灣暖流入侵影響，各層流向較一致，均為NE向，余流在-40 m ~ -60 m最強(qiáng)，最大余流值為14.62 cm/s；9號浮標(biāo)和八角亭平臺位置相對靠北，臺灣暖流在此已折向東流，并與長江沖淡水相混合，這兩個測站流向均為偏E向。

秋季是余流由夏季向冬季的過渡時期，其余流特征也體現(xiàn)了季節(jié)過渡的特點。除表層外，余流流速均較小于10 cm/s。近岸的JZ0104余流在垂向上分異明顯，表層為SW向，上層（7 m ~ 23 m層）余流為NW向，下層（23 m以下）余流為NE向；且上層流速遠(yuǎn)大于下層流速。究其原因可能是長江沖淡水和臺灣暖流在此交匯分層，上層以長江沖淡水為主，下層以臺灣暖流為主：長江沖淡水在出口受科氏力作用向南擴(kuò)散，但受沿著福建、浙江外海北上的夏季較強(qiáng)臺灣暖流頂托，部分轉(zhuǎn)向，JZ0104測站上層余流已是被頂回的混合水了；而密度較大的臺灣暖流水位于底層，致使該測站下層余流指向NE。JZ0903和9號浮標(biāo)與夏季相似，但JZ0903測站各層余流流向相對夏季約南偏15 °左右，且兩個測站的余流值均有所減小，體現(xiàn)了其季節(jié)過渡特點。

冬季水體垂向混合均勻，各層余流流速基本一致，夏季的余流垂向凸型特征不明顯。浙閩沿岸流由偏北轉(zhuǎn)為偏南，至少可南下至JZ0903測站，該測站余流已由夏季的NE向經(jīng)秋季過渡后，轉(zhuǎn)向為SW，由表至底成順時針方向旋轉(zhuǎn)，各層余流流速也較夏季有所減小。JZ0906，18號浮標(biāo)，9號浮標(biāo)和石油平臺四個測站余流流向均為NE~E向，但冬季臺灣暖流較弱加之水體垂向混合均勻，測站各層流速切變較小，流向也趨同：JZ0906測站除表層外其余層平均余流方向為20.77°~ 25.81°之間，流速變化9.00 ~11.64 cm/s之間；18號浮標(biāo)在JZ0906的外側(cè)，余流方向各層均比JZ0906偏E約15°，各層余流比JZ0906測站約略小2 cm/s左右；調(diào)查區(qū)域北側(cè)的9號浮標(biāo)相對南側(cè)的18號浮標(biāo)和JZ0906測站流向更為偏E，流速也更小，均小于3 cm/s，可見冬季臺灣暖流爬升較弱。值得注意的是八角亭平臺海域同樣處在臺灣暖流的控制下，但余流在垂向上差異顯著，上層（30 m以上）余流為NNE方向(平均余流為 5.5 cm/s)，下層余流為NE方向（平均余流為2.8 cm/s）但中層（36 m ~ 56 m）余流為S-SE的，且流速較強(qiáng)（12.9 ~ 16.4 cm/s），這一中層水舌可能與潘玉球[14]發(fā)現(xiàn)的冬季在長江口外東南側(cè)水深為50 m ~ 100 m的區(qū)域內(nèi)，存在的東海冬季高密水團(tuán)有關(guān)。

春季是余流由冬季向夏季的過渡時期，正處于季風(fēng)交替變化的季節(jié)，近岸的 JZ0604中與夏季JZ0304測站余流類似，其上層（-14 m以上）受偏N風(fēng)和長江沖淡水南下共同影響余流為 S-SW 方向，底層的余流為 NW 方向，且余流流速較小；JZ0903測站由冬季的SW向余流逐漸轉(zhuǎn)向為夏季的NE向，但余流流速僅為夏季的1/3，這也體現(xiàn)了浙閩沿岸流正由南向北的轉(zhuǎn)變過程。春季，臺灣暖流與冬季相比有所增強(qiáng)，9號浮標(biāo)、18號浮標(biāo)的余流較冬季分別增大了2 ~ 3 cm/s、4 ~ 5 cm/s；八角亭平臺中層的另一性質(zhì)水舌消失，余流流向與夏季相近。

圖8 夏季余流垂向分布圖Fig.8 Vertical distributions of residual current in summer

圖9 秋季余流垂向分布圖Fig.9 Vertical distributions of residual current in autumn

圖10 冬季余流垂向分布圖Fig.10 Vertical distributions of residual current in winter

圖11 春季余流垂向分布圖Fig.11 Vertical distributions of residual current in spring

6 結(jié) 論

浙閩海域余流南側(cè)（以 28°N為界）余流值大于北側(cè)，余流最大值發(fā)生在 JZ0903測站；自東南向西北的壓力梯度力增大以及垂向流系的補(bǔ)充是造成研究區(qū)域南側(cè)余流較大的主要原因。

夏季外海測站余流呈凸型，余流指向 NE，近岸的 JZ0304測站受南下的長江沖淡水影響，余流流向為S-SW，JZ0903測站受沿岸北上浙閩沿岸流控制，余流流向 NE。冬季余流凸型特征不明顯，JZ0903測站依然受浙閩沿岸流控制，但此時的浙閩沿岸流已轉(zhuǎn)向為SW，因此JZ0903測站余流流向為SW，外海測站受臺灣暖流控制，余流指向E-NE。春秋是余流的季節(jié)變化過渡時期。

季風(fēng)僅對-10 m層以上的余流有影響，而長江沖淡水、浙閩沿岸流和臺灣暖流是影響浙閩海域余流季節(jié)變化的主要原因，外海測站受臺灣暖流控制，余流終年流向E-NE，近岸測站受長江沖淡水、浙閩沿岸流控制，余流隨季節(jié)而變化。

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Characteristics analysis of residual current of Zhejiang-Fujian water

ZHANG Hui, DU Pan-jun, ZHENG Xiao-qin

(Forecast Centers of East Sea, State Oceanic Administration, Shanghai 200081, China)

P731.21

A

1001-6932(2011)02-0152-07

2009-03-10；收修改稿日期：2010-07-02

國家海洋公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目(200905001-06);國家908專項(ST05-HL)；上海市科學(xué)技術(shù)委員會科研計劃項目(09DZ1201201)。

張慧 ( 1982－ )，女，碩士，主要從事近海環(huán)境動力學(xué)

堵盤軍，工程師。電子郵箱：stanleydu@163.com。