南海呂宋海峽21°N附近多潛標(biāo)觀測(cè)的上層海流*

宋占輝　馬偉偉①　萬修全,　韓雪雙,

(1. 中國海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院海洋學(xué)系　青島　266100; 2. 中國海洋大學(xué)物理海洋教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　青島　266100;3. 中國海洋大學(xué)船舶中心東方紅2船實(shí)驗(yàn)室　青島　266100)

南海是亞洲三大邊緣海之一,周圍存在多塊陸地,通過這些陸地之間的海峽與外界海洋聯(lián)通,其內(nèi)部眾多的島嶼分布與急劇變化的地形坡度可以對(duì)南海潮汐這一重要的海洋動(dòng)力過程產(chǎn)生巨大影響。例如,南海北部復(fù)雜的海底地形對(duì)潮能的分布、傳播和削弱具有很大的影響; 呂宋海峽作為南海與西太平洋聯(lián)通的最深通道,在南海與外界的潮波能量傳播中具有非常重要的作用。因此,掌握呂宋海峽的潮流特征對(duì)中國的漁業(yè)、國防、航運(yùn)、海洋工程及油氣資源開發(fā)等有重要的實(shí)際意義。

已有研究指出,南海的潮汐潮流運(yùn)動(dòng)主要來自通過呂宋海峽傳入的西太平洋潮波(Niwaet al,2004;Janet al,2007),全日潮是南海海域主要的正壓潮分量(Yanagiet al,1998; Fanget al,1999),南海北部半日潮頻帶的斜壓潮也十分顯著(Dudaet al,2004;Rampet al,2004; Zhaoet al,2004)。由于觀測(cè)匱乏,尤其是對(duì)南海海流垂向結(jié)構(gòu)的直接連續(xù)觀測(cè)較少,目前我們對(duì)南海內(nèi)部潮流垂向特征的認(rèn)識(shí)尚不完善?？傮w而言,現(xiàn)有對(duì)南海潮汐潮流的研究主要集中于兩方面。一方面是利用水位觀測(cè)或數(shù)值模式模擬等對(duì)南海潮汐潮流類型、同潮圖的研究。早期研究基于少量的近岸水位或海流觀測(cè),結(jié)果誤差較大(Dietrich,1944; 鄭文振等,1964); 后來數(shù)值模式的發(fā)展推動(dòng)了對(duì)南海潮波的分布和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的精確了解,與早期的結(jié)果相比有了重大進(jìn)步。例如,方國洪等(1994)和Wei等(2003)分別利用二維球坐標(biāo)和MOM等數(shù)值模式得到了較為準(zhǔn)確的南海同潮圖,并根據(jù)計(jì)算結(jié)果給出南海(K1+O1)/2和M2分潮的潮汐、潮流、潮余流和潮能通量分布圖; Zu等(2008)利用OTIS潮模式也得到了相近的結(jié)果,并詳細(xì)研究了南海分潮的潮流橢圓分布。另一方面的工作主要基于近年來獲得的南海內(nèi)部實(shí)測(cè)海流數(shù)據(jù),特別是 ADCP(acoustic Doppler current profilers)的觀測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)南海潮流進(jìn)行分析研究。大部分觀測(cè)集中于南海北部及呂宋海峽西側(cè),研究多是基于一個(gè)或多個(gè)站位的ADCP實(shí)測(cè)海流資料,重點(diǎn)分析潮流的正壓、斜壓結(jié)構(gòu)以及余流特征等(杜巖等,2004; 郭樸等,2006; 陳飛等,2009; 司廣成等,2012),證明了南海潮流具有明顯的垂向變化。何琦等(2012)分析了南海北部三個(gè)站位的 ADCP觀測(cè)到的潮流結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)在垂向上三個(gè)站點(diǎn)的潮流結(jié)構(gòu)具有一致性。李子木等(2014)和胡冬等(2015)分別對(duì)呂宋海峽西側(cè)一個(gè)站點(diǎn)的的錨系觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)除了垂向結(jié)構(gòu)的變化,南海潮流還具有明顯的季節(jié)變化。可見,與渤黃海不同,南海的潮流具有明顯的斜壓結(jié)構(gòu),隨深度、時(shí)間的變化明顯。

盡管隨著觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步和觀測(cè)航次的增加,對(duì)南海海流的立體觀測(cè)越來越頻繁,但是已有的觀測(cè)分析研究仍然大多聚焦于一個(gè)站點(diǎn)的潮流特征分析,多站位的觀測(cè)比較研究較少,且主要集中于南海北部陸架陸坡處,并不能較好地表征潮波從西太平洋經(jīng)呂宋海峽進(jìn)入南海前進(jìn)過程中的潮流變化情況。因此,在前人研究的基礎(chǔ)上,我們利用呂宋海峽附近東西方向布放的幾個(gè)站點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)的 ADCP海流觀測(cè)數(shù)據(jù),分析了南海潮流的垂直形態(tài)及能量結(jié)構(gòu),對(duì)比了呂宋海峽內(nèi)外潮流結(jié)構(gòu)的異同,初步探究從呂宋海峽東部至南海內(nèi)部的潮流變化規(guī)律。

1　資料與方法

本文采用的資料是中國海洋大學(xué)“東方紅2”海洋科學(xué)考察船于2010年至2011年間在南海北部和呂宋海峽附近利用定點(diǎn)錨定潛標(biāo)所獲得的實(shí)測(cè)海流數(shù)據(jù)。使用的ADCP儀器型號(hào)是75kHz RDI Workhorse Long Ranger,其最大觀流量程為 500m,廣泛用于海洋流場(chǎng)長(zhǎng)期定點(diǎn)觀測(cè)。表1給出了本文使用的5個(gè)ADCP觀測(cè)站點(diǎn)的基本信息,包括站位位置、水深、觀測(cè)深度和時(shí)間等。結(jié)合全球地形數(shù)據(jù)ETOPO2 (http://rda.ucar.edu/datasets/ds759.3/)中的南海地形資料,得到觀測(cè)站點(diǎn)及其附近水域的水深分布(圖 1)。從經(jīng)緯度分布上來看,五個(gè)站點(diǎn)基本處于 21°N 附近,自東向西從呂宋海峽外逐漸延伸到南海北部的陸架陸坡處。從水深分布來看,大致呈由深到淺的變化。觀測(cè)時(shí)間從 2010年 8月到次年 4月,觀測(cè)深度主要在50—500m之間的海洋上層。觀測(cè)得到的原始數(shù)據(jù)首先使用WinADCP軟件進(jìn)行預(yù)處理,結(jié)合儀器姿態(tài)和后散射強(qiáng)度等信息,輸出時(shí)間間隔為1小時(shí)、垂直采樣間隔為5m的資料,保證了在層結(jié)變化較明顯的層次具有較高的分辨率; 然后對(duì)輸出的資料進(jìn)行質(zhì)量控制,包括異常值的判斷和舍棄以及利用統(tǒng)計(jì)值的關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)鑒別等,超過均方相對(duì)誤差3倍的測(cè)量值認(rèn)定為奇異值進(jìn)行剔除,并對(duì)少量的缺測(cè)值進(jìn)行了插值處理。經(jīng)過上述數(shù)據(jù)處理和質(zhì)量控制后的數(shù)據(jù)用于本文后面的分析,該數(shù)據(jù)可從中國海洋大學(xué)海洋數(shù)據(jù)中心(http://coadc.ouc.edu.cn/index.php/Index/dataset/id/38)申請(qǐng)獲取。

本文主要利用T_TIDE調(diào)和分析程序包將上述觀測(cè)海流數(shù)據(jù)分解為定常流、潮流和潮余流三部分(Foremanet al,1991; Pawlowiczet al,2002; 于華明等,2008)。其中潮流為各潮流分量總和; 定常流為數(shù)據(jù)去掉潮流部分后取時(shí)間平均,在某一深度上不隨時(shí)間變化; 海流觀測(cè)值減去前兩者后定義為潮余流,是指海流中將具有周期性的天文潮去掉后的非周期性的流動(dòng),該余流包括風(fēng)海流、密度流、徑流和潮汐余流等。本文重點(diǎn)分析潮流部分。首先,根據(jù)分析得到的各分潮的最大潮流流速,計(jì)算得出不同深度的潮流類型,從而得知各分潮隨著位置的不同而產(chǎn)生的變化,并對(duì)比各站點(diǎn)潮流橢圓的分布差異。其次,嘗試將正壓和斜壓潮流分離: 把提取的周期性潮流分量的垂向平均結(jié)果視為正壓潮流,把潮流與正壓潮流的差值視為斜壓潮流(束星北等,1985; 趙俊生等,1992; Hanet al,2002),并對(duì)得到不同站點(diǎn)斜壓潮流與正壓潮流的垂向分布進(jìn)行分析。最后,對(duì)定常流部分也進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析。

表1　站位信息一覽表Tab.1　Details of station deployment

圖1　ADCP觀測(cè)站點(diǎn)分布及南海北部水深Fig.1　Locations of ADCP (acoustic Doppler current profilers)stations (black dots) and bathymetry of Northern South ChinaSea

2　結(jié)果與分析

關(guān)于潮汐類型的劃分,國內(nèi)外有多種標(biāo)準(zhǔn)。參考胡冬等(2015)使用的方法,O1和K1作為最主要的日分潮,M2作為最主要的半日分潮,采用日分潮O(jiān)1和K1的最大潮流流速之和與半日分潮 M2的最大潮流流速的比值來劃分潮流類型,定義特征值

其中,WO1、WK1、WM2分別為O1、K1和M2分潮的最大潮流流速(方國洪等,1986; 張效謙,2005),具體判別標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2　潮汐類型判別標(biāo)準(zhǔn)Tab.2　The criterion of discrimination on tidal type

首先,為了探究對(duì)比表層潮汐和上層潮流之間的異同,我們先從海洋潮汐模型中大體了解站點(diǎn)附近南海潮汐的相關(guān)特征。TPXO7.2模型是美國俄勒岡州立大學(xué)利用代表函數(shù)展開法同化驗(yàn)潮站以及T/P、Jason-1和ERS-2衛(wèi)星測(cè)高資料建立的全球海洋潮汐模型(Egbertet al,1994,2002),本文從TPXO7.2模型獲取了各站點(diǎn)主要分潮的半長(zhǎng)軸(http://volkov.oce.orst.edu/tides/global.html)。根據(jù)左軍成在《海洋水文環(huán)境要素的分析方法和預(yù)報(bào)》(2006)中給出的潮汐類型的判別方法同樣可以定義特征值

其中HO1、HK1、HM2分別為O1、K1和M2的平均振幅(潮汐調(diào)和常數(shù))。依次計(jì)算五個(gè)站點(diǎn)的FH值(表3),明顯看出在海表面潮波在由西太平洋經(jīng)呂宋海峽進(jìn)入南海的過程中,半日潮逐漸減弱,而全日潮則逐漸增強(qiáng)。

表3　各站位分潮的振幅Tab.3　The amplitude of tidal components at observation stations

然后,根據(jù)潮流類型特征值的計(jì)算方法得到五個(gè)站點(diǎn)在觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)各觀測(cè)深度層上的F值(圖2)。需要說明的是本文潮流類型以及下面潮流橢圓的計(jì)算均使用了觀測(cè)時(shí)段全部8個(gè)月的數(shù)據(jù)。從整體上看,呂宋海峽附近的 7、8號(hào)站點(diǎn)潮流類型的垂向變化并不明顯,基本為不規(guī)則半日潮; 13號(hào)站點(diǎn)由于觀測(cè)缺失,在觀測(cè)深度內(nèi)潮流類型基本表現(xiàn)為正規(guī)全日潮;其余站點(diǎn)垂向變化顯著。在 50m層,東西方向上F值從 8號(hào)站點(diǎn)向南海內(nèi)部自東向西基本呈逐漸增大的趨勢(shì),與表 3中給出的表層潮流類型變化相一致,說明在上50m潮流類型沒有顯著的垂向變化。在50m至 200m之間,除了南海外的8號(hào)站外,各個(gè)站點(diǎn)全日潮所占比重均表現(xiàn)為自上而下先增大后減小,尤其是15號(hào)站點(diǎn)最為顯著。200m以深,潮流類型逐漸穩(wěn)定,13號(hào)站在觀測(cè)深度上均為或接近正規(guī)全日潮,其余四個(gè)站點(diǎn)為混合型潮流(不規(guī)則半日潮),14號(hào)站在400m以深全日潮比重逐漸增大,這可能與該處水深較淺有關(guān)。有趣的是,從潮流類型上看距離 13號(hào)站越遠(yuǎn),全日潮比重越小,半日潮比重越大。從機(jī)制上講,有研究表明從呂宋海峽進(jìn)入到南海的M2分潮一部分繼續(xù)向西南傳播進(jìn)入南海內(nèi)部,另一部分則向北傳播進(jìn)入臺(tái)灣海峽; 其次,通過臺(tái)灣海峽傳播進(jìn)來的K1分潮會(huì)增強(qiáng)呂宋海峽傳播進(jìn)來的K1分潮(Zuet al,2008)。可以猜測(cè),自呂宋海峽以西,南海東北部陸架陸坡以東,M2分潮減弱,K1、O1分潮有所增強(qiáng)。圖 3給出的潮流橢圓的垂向分布證明了這一點(diǎn),除了靠近陸架區(qū)的 14號(hào)站,從 8號(hào)站至呂宋海峽西側(cè)的7、13、15號(hào)站在200m以淺,M2半長(zhǎng)軸自東向西逐漸減小,K1與O1分潮半長(zhǎng)軸增強(qiáng); 200m以深,從13號(hào)站向東西方向兩側(cè)M2分潮半長(zhǎng)軸增強(qiáng),K1、O1分潮潮流半長(zhǎng)軸減弱。另外,在14、15號(hào)站M2分潮在垂向上先減弱后增強(qiáng),全日分潮變化正好相反,因此在水深100m左右表現(xiàn)為顯著的正規(guī)全日潮;8號(hào)站點(diǎn)的M2、K1、O1分潮在垂向上均先增強(qiáng)后減弱,強(qiáng)度相當(dāng),因此在500m以上潮流類型基本不變。

圖2　潮流類型隨深度的分布Fig.2　The vertical distribution of tidal type at observation stations

之后,對(duì)比觀測(cè)站點(diǎn)的M2、S2、K1、O1四個(gè)主要分潮的潮流橢圓(圖3)。從整體來看,S2分潮強(qiáng)度遠(yuǎn)弱于其他三個(gè)分潮。在呂宋海峽外,M2分潮最強(qiáng),最大潮流位于70m深度附近,達(dá)到27.9cm/s,K1分潮次之,最大潮流約為19.3cm/s,O1分潮強(qiáng)度與K1相當(dāng); 呂宋海峽以西,全日潮K1、O1占主,M2分潮較弱。對(duì)比不同站點(diǎn)的分潮強(qiáng)度,M2潮自呂宋海峽傳入南海后強(qiáng)度顯著減弱,M2分潮最大潮流在7號(hào)站點(diǎn)為 13.4m/s,在 13、14、15號(hào)站點(diǎn)不足 5cm/s; K1、O1分潮強(qiáng)度在8號(hào)站點(diǎn)最大潮流約19cm/s,到13號(hào)站點(diǎn),最大潮流流速減至8.26cm/s,15、14號(hào)站點(diǎn)則有一定程度的增強(qiáng),到 14號(hào)站點(diǎn)已增強(qiáng)為 11.5m/s,相比8號(hào)站點(diǎn)仍保持約三分之二的強(qiáng)度。O1分潮與K1分潮變化相似。

從垂向變化來看,在潮流強(qiáng)度方面,14、15號(hào)站M2潮流強(qiáng)度自上而下先減弱后增強(qiáng); 其余分潮則相反,先增強(qiáng)后減弱,最強(qiáng)潮流發(fā)生在深度 60—100m左右,100m以深潮流各分潮自東向西來看減弱速率有加快的趨勢(shì),8號(hào)站在400m層左右降到最小,7號(hào)站在200m的溫躍層深度附近達(dá)到穩(wěn)定,而14號(hào)站在100m左右的混合層深度附近達(dá)到最低。各分潮潮流橢圓東西向特征明顯,M2分潮長(zhǎng)軸在各站點(diǎn)均呈東南-西北走向,下層基本為東西方向; K1、O1長(zhǎng)軸在呂宋海峽外上層呈東西方向,下層為西南-東北方向;呂宋海峽西側(cè)站點(diǎn)各分潮長(zhǎng)軸方向基本與M2分潮方向相同。各站點(diǎn)分潮的潮流運(yùn)動(dòng)主要沿逆時(shí)針方向,垂直方向上潮流明顯減弱或增強(qiáng)時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)為順時(shí)針,尤其是14、15號(hào)站點(diǎn)。潮流橢圓長(zhǎng)軸變化更為明顯,表明測(cè)點(diǎn)海流東西方向分量變化比較大,短軸變化不顯著,8號(hào)站點(diǎn)M2分潮短軸在各深度基本一致,而呂宋海峽西側(cè)短軸較小,14、15號(hào)站短軸長(zhǎng)度接近0,說明在呂宋海峽附近的潮流運(yùn)動(dòng)接近于一個(gè)方向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

圖3　各站點(diǎn)不同分潮潮流橢圓的垂向分布Fig.3　The vertical distribution of tidal ellipse at observation stations

上述潮流在垂向上的顯著變化表明南海內(nèi)部斜壓潮流非常顯著。南海上層受到多種因素的控制和影響,例如常年盛行的季風(fēng)以及上層海水層結(jié)等因素都使得海流處于斜壓作用下,對(duì)潮流的垂向分布變化產(chǎn)生重要影響(杜巖等,2004; 何琦等,2012; 劉科峰等,2014)。將觀測(cè)潮流中的正壓潮流與斜壓潮流分離: 把提取的周期性潮流分量的垂向平均結(jié)果視為正壓潮流,把潮流與正壓潮流的差值視為斜壓潮流,從而可以得到時(shí)間平均的正壓、斜壓潮流垂向變化圖(束星北等,1985; 趙俊生等,1992;Hanet al,2002)(圖4a)。從圖 4a中可以看出,從呂宋海峽外至南海陸架,正壓潮流自東向西明顯減弱: 8號(hào)站正壓潮流流速約為11cm/s; 14號(hào)站僅為2.8cm/s; 13號(hào)站正壓潮流流速最小,但這可能是受潮流最強(qiáng)的上層部分缺測(cè)的影響。各站位的斜壓潮流主要集中在上表層,100m以下隨深度逐漸減弱。然而,斜壓潮流最大流速不是出現(xiàn)在海表,而在 70m至 100m之間。圖 4b是根據(jù)最新發(fā)布的中國南海 SCS數(shù)據(jù)集(Zenget al,2016)計(jì)算得到的相應(yīng)站點(diǎn)海洋上層年平均的Brunt-V?isala頻率,可以表征南海上層海洋層結(jié)的垂向分布特點(diǎn)。圖4a和圖4b對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),斜壓流最強(qiáng)的區(qū)域基本在200m以上層結(jié)較強(qiáng)處,由此可知斜壓流可能受到密度層結(jié)的影響。隨著深度的增加,斜壓潮流逐漸減小,在300m以下基本消失。比較不同站位,8號(hào)站點(diǎn)的上層斜壓潮流明顯強(qiáng)于其他四個(gè)站點(diǎn); 沿自東向西即潮波傳播方向,斜壓潮流的最大值、產(chǎn)生顯著影響的深度以及涉及深度的范圍越來越小,14號(hào)站點(diǎn)的最大斜壓潮流深度甚至可能小于50m。說明潮波在從西太平洋向南海傳播的過程中,潮流穩(wěn)定性越來越強(qiáng)。

圖4　各站點(diǎn)時(shí)間平均斜壓潮流隨深度的變化Fig.4　The vertical profiles of time-averaged baroclinic tide

對(duì)比圖4中各站點(diǎn)的正壓、斜壓潮流大小,可以看出不同位置正壓潮流所占比重: 8號(hào)站正壓潮流與斜壓潮流最大值相當(dāng),其他站點(diǎn)正壓潮流大致為斜壓潮流最大值的一半。要詳細(xì)對(duì)比正壓、斜壓潮流的差異,可將觀測(cè)流剖分之后從動(dòng)能角度比較各部分所占比重,是較為常用的方法(葛人峰等,2004; 于華明等,2008)。對(duì)比東西分量(u)、南北分量(v),表4給出了實(shí)測(cè)海流、潮流、定常余流以及潮余流單位體積深度平均的能量值,從整個(gè)深度來看,u、v的各部分能量自西向東均表現(xiàn)出先減弱后增強(qiáng)的趨勢(shì)。圖5給出了各部分流能量占觀測(cè)海流總能量的比重,以及斜壓與正壓潮流能量比值。對(duì)于u分量,潮余流占比重最大,在南海內(nèi)部站點(diǎn)普遍占90%以上,潮流與定常流不到10%,定常流基本不存在,這說明東西方向上的流動(dòng)受到外部因素,比如風(fēng)強(qiáng)迫、黑潮入侵等的作用非常顯著; 而對(duì)于v分量,定常流所占的比重最大,約 60%左右,且垂向變化不明顯,其次是潮余流(30%),潮流所占的比重最小,這說明南北方向上的流動(dòng)較為穩(wěn)定,潮流以及外部因素的影響不顯著。從斜壓潮流與正壓潮流能量的比值來看,u分量斜壓作用在150m層以淺較顯著; 而v分量的斜壓潮流能量遠(yuǎn)小于正壓潮流,平均不超過正壓潮流能量的10%。

圖5　不同海流成分的能量所占比重及斜壓和正壓潮流能量的比值Fig.5　The vertical distribution of energy weight of different ocean current components and the ratio of baroclinic to barotropic tidal energy at observation stations

表4　實(shí)測(cè)海流、潮流、定常余流以及潮余流單位體積深度平均能量值(單位:J,海水密度ρ=1025kg/m3)Tab.4　The depth averaged energy of different current components (unit: J,ρ=1025kg/m3)

潮流在垂向上的變化,一方面可能與背景場(chǎng)的海水層結(jié)有關(guān),比如混合層、溫躍層、密度躍層等的分布; 另一方面還與岸界地形等因素有關(guān),例如狹長(zhǎng)地形約束了潮流的方向,深度不同導(dǎo)致底摩擦耗散差異,這些現(xiàn)象在其它海區(qū)也有發(fā)現(xiàn)(邱章等,1999; 杜巖等,2004),需要通過數(shù)值模擬手段進(jìn)一步研究確定。

最后,本文給出了 5個(gè)站點(diǎn)定常流的垂向結(jié)構(gòu)(圖6)。定常流強(qiáng)度在各站點(diǎn)呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì),即其強(qiáng)度隨深度變化減弱。8號(hào)站點(diǎn)的定常流在各深度表現(xiàn)為較強(qiáng)的北向流,流動(dòng)正壓性顯著,經(jīng)過深度平均后東西向分量大小僅為 0.02m/s,南北向分量為0.33m/s。7號(hào)站定常流在垂向上存在三種流態(tài),在100m以淺的北向流明顯受到黑潮影響,向下轉(zhuǎn)為西北向流,最強(qiáng)可達(dá)到 0.25m/s,300m以下減弱為強(qiáng)度約0.12m/s的東北向流。14、15站點(diǎn)由淺至深分別從0.23m/s、0.27m/s減弱至0.1m/s、0.12m/s,流向均從西北向流逐漸向右偏轉(zhuǎn),300m以深基本為北向流。13號(hào)站雖然170m層以上缺失,但猜測(cè)應(yīng)遵循類似的變化。呂宋海峽以西四個(gè)站點(diǎn)較強(qiáng)的西北向流,可能對(duì)應(yīng)了黑潮活動(dòng)的作用,黑潮入侵造成的水位梯度產(chǎn)生西北向的地轉(zhuǎn)流,同時(shí)太平洋高溫高鹽水與南海水的混合會(huì)強(qiáng)烈影響層結(jié)分布,對(duì)垂向流結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用,呂宋海峽頻繁的渦旋活動(dòng)也可能對(duì)平均流的垂向變化產(chǎn)生影響。另外,200m左右的溫度躍層、密度躍層可能影響流的偏轉(zhuǎn),需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

圖6　各站點(diǎn)定常流的垂向結(jié)構(gòu)Fig.6　The vertical structure of steady currents at observation stations

3　結(jié)論

本文通過對(duì)南海北部和呂宋海峽沿21°N附近東西方向布放的高分辨率 ADCP長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)潛標(biāo)觀測(cè)海流資料進(jìn)行分析,得到如下結(jié)論:

(1) 整體上看,7、8、13號(hào)站點(diǎn)潮流類型垂向變化不明顯,而其余站點(diǎn)即14、15號(hào)站點(diǎn),垂向變化顯著。對(duì)南海內(nèi)部的7、14、15號(hào)站點(diǎn),50m以上,潮流類型沒有明顯變化; 50—200m之間站點(diǎn)的全日潮比重呈現(xiàn)先增大后減小的變化; 200m 以下,潮流類型逐漸穩(wěn)定,半日潮比重增加。各站點(diǎn)潮流強(qiáng)度均隨深度發(fā)生變化,最強(qiáng)潮流在60—100m左右,100m以下潮流減弱的速度自東向西加快。

(2) 在呂宋海峽外,M2分潮最強(qiáng),O1分潮強(qiáng)度與K1相當(dāng); 呂宋海峽以西,全日潮 K1、O1占優(yōu),M2分潮較弱。M2潮自呂宋海峽傳入南海后強(qiáng)度顯著減弱75%左右,K1、O1分潮的強(qiáng)度在上層減弱約三分之一。各分潮潮流橢圓東西向特征明顯,長(zhǎng)軸垂向變化較大,短軸(南北向特征)的垂向變化不顯著。

(3) 斜壓潮流主要集中在上表層,100m以下隨深度逐漸減弱。斜壓潮流最強(qiáng)的深度位于70m至100m。隨著深度的增加,正壓作用越來越強(qiáng),在300m以下,基本都是正壓潮流。潮波在從西太平洋向南海傳播的過程中,潮流穩(wěn)定性越來越強(qiáng),斜壓潮流減弱加快,正壓潮流比重越來越大。

(4) 整個(gè)潮流能量中,u分量能量以潮余流為主,占90%,潮流、定常流比重很小,說明東西方向流動(dòng)易受到外部因素影響,比如風(fēng)強(qiáng)迫、黑潮入侵等,且斜壓潮流能量較正壓潮流明顯;v分量能量,以定常流為主,潮流次之,潮余流最弱,說明南北向的流比較穩(wěn)定,受外部因素的影響較小,且斜壓潮流能量遠(yuǎn)小于正壓潮流。

(5) 自東向西,定常流強(qiáng)度在各站點(diǎn)呈現(xiàn)相似的變化趨勢(shì),隨深度變化減弱。呂宋海峽西側(cè)的站點(diǎn)上層都存在較強(qiáng)的西北向流,隨深度逐漸向北向偏轉(zhuǎn),這可能對(duì)應(yīng)了黑潮入侵造成的水位梯度產(chǎn)生西北向的地轉(zhuǎn)流。

本文在半年平均態(tài)的基礎(chǔ)上進(jìn)行初步分析,其結(jié)果說明隨著潮流從呂宋海峽外進(jìn)入南海,分潮的垂向結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生明顯變化; 但是其機(jī)制尚需要進(jìn)一步分析確定,尤其是考慮到南海的潮流存在時(shí)間上的變化,垂向結(jié)構(gòu)在不同季節(jié)可能有顯著差異。這需要對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)間序列進(jìn)行剖分對(duì)比。另外,為探討其垂向或者水平方向上的變化機(jī)理,未來將開展數(shù)值實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。

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