孔　彬, 陳紅霞, 袁業(yè)立

(1.山東科技大學 測繪科學與工程學院，山東 青島 266590；2.國家海洋局 第一海洋研究所，山東 青島 266061)

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不同CTD數(shù)據(jù)垂向分辨率對黑潮地轉流動力計算的影響分析*

孔彬1,2, 陳紅霞2, 袁業(yè)立2

(1.山東科技大學 測繪科學與工程學院，山東 青島 266590；2.國家海洋局 第一海洋研究所，山東 青島 266061)

基于日本海洋信息中心提供的東海黑潮PN斷面垂向分辨率不同的2種CTD數(shù)據(jù)，采用動力高度法計算了2000—2011年的斷面流速。通過對49個航次的流場結構、最大流速、流幅、流量等黑潮特征值的對比，分析了不同數(shù)據(jù)垂向分辨率對黑潮地轉流動力計算的影響。結果表明：數(shù)據(jù)垂向分辨率不同對東海黑潮的流量幾乎沒有影響，對平均流幅影響很小，對流核位置略有影響，但對平均流核個數(shù)、平均最大流速影響較大。2種數(shù)據(jù)對應的流場差異主要有：與低分辨率數(shù)據(jù)對應的流場相比較，高分辨率數(shù)據(jù)對應的流場流核區(qū)流速較大、平均流核數(shù)偏多。不同流核結構在2種數(shù)據(jù)對應的流場中出現(xiàn)概率差別較大，低分辨率數(shù)據(jù)結果中的單核結構出現(xiàn)概率最高，高分辨率數(shù)據(jù)結果中的雙核結構出現(xiàn)概率最高。

東海；黑潮；PN斷面；流速結構；季節(jié)變化

黑潮是北太平洋的一支西邊界流，具有高溫、高鹽、流速強的特點。黑潮起源于菲律賓以東海域，經(jīng)我國臺灣以東進入東海，并沿東海大陸架外緣向東北向流動，后穿越吐噶喇海峽返回太平洋。通常，在東海境內(nèi)的這一段黑潮被稱為東海黑潮。東海黑潮在整個黑潮流系中起著承上啟下的作用，我國近海區(qū)域的水文特征以及海流、水團的分布、變化等在不同程度上都受到東海黑潮的影響。因此，對于東海黑潮的研究，不僅對闡明黑潮本身的動力結構有重大意義，而且對闡明中國近海的海況變化從而建立比較可靠的預報方法，都是十分必要的[1]。

對于黑潮的系統(tǒng)研究，始于1914年日本漁業(yè)局對黑潮進行的定期觀測。對黑潮的科學調(diào)查至今已有100多a的歷史，積累了大量的觀測資料。關于黑潮的流結構以及流幅、流量等流況，國內(nèi)外學者進行了大量的研究：管秉賢[2]通過分析1914—1937年期間黑潮蘇澳-與那國斷面上的調(diào)查資料，得到黑潮在此斷面上主要呈單核結構，只有在6月或9月才出現(xiàn)雙核結構，流核核心的最大流速可達3 kn左右。管秉賢等[3]還利用1956—1975年間G斷面的調(diào)查資料，計算得出黑潮出現(xiàn)頻率最高的流幅為40～50 n mile。湯毓祥等[4]利用1972—1990年期間PN斷面的調(diào)查資料，計算得到黑潮PN斷面的多年平均流量為25.3 Sv。袁耀初等[5-6]通過對1987-1988年多個航次PN斷面的流場計算，證實了PN斷面存在雙核結構。陳紅霞等[7]計算了1955—2001年間黑潮PN斷面的流場，得到了黑潮PN斷面流核位置的時間序列以及黑潮流結構的季節(jié)變化特征。Kagimoto和Yamagata[8]采用POM模式模擬了黑潮流量的季節(jié)變化，指出夏季黑潮通過PN斷面的流量比其他季節(jié)大。

黑潮調(diào)查已有100多a的歷史，在這期間，調(diào)查方法以及調(diào)查儀器均有不同程度的革新，得到的調(diào)查數(shù)據(jù)分辨率也在不斷變化。研究人員使用不同分辨率的數(shù)據(jù)得到的研究結果也有一定差異。所以，隨著數(shù)據(jù)分辨率的不斷變化，對黑潮的認知也有著一定的改變。PN斷面是東海黑潮中觀測最系統(tǒng)的標準斷面。從1955年開始，日本長崎海洋氣象臺就開始對該斷面的黑潮主段進行定期觀測。起初叫G斷面，每年觀測2～3個航次；1972年改名為PN斷面，位置較G斷面向西南方向略有移動，并隨即進行季節(jié)性觀測。因此PN斷面在東海黑潮流場和流量變化特征研究上極具代表性。本文利用JODC(日本海洋資料中心)提供的東海黑潮PN斷面2000—2011年期間2種分辨率的CTD數(shù)據(jù)，分別計算了10 a間PN斷面的流場、流幅及流量，并對2種數(shù)據(jù)得到的流場、流幅及流量進行對比，揭示不同數(shù)據(jù)垂向分辨率對黑潮研究結果的具體影響。

圖1　PN斷面的位置Fig.1　The location of PN section

1　數(shù)據(jù)與方法

本文使用的所有數(shù)據(jù)全部來自JODC網(wǎng)站(http:∥www.jodc.go.jp)。JODC提供的CTD數(shù)據(jù)時間跨度為1961—2011年，2000—2011年期間連續(xù)提供2種不同垂向分辨率的CTD數(shù)據(jù)。在2種分辨率的CTD數(shù)據(jù)中，其中一種為垂向間隔為1 m的高分辨率數(shù)據(jù)，而另一種是僅在水深為0，10，20，30，50，75，100，125，150，200，250，300，400，500，600，700，800，900，1 000，1 100和1 200 m層有數(shù)據(jù)記錄的垂向分辨率較低的數(shù)據(jù)。我們將2000—2011年作為研究時段。

因為在進行斷面的地轉流動力計算時，通常是通過依次計算兩相鄰站點的中間流速完成的，這種方法在水平方向上會缺少兩端范圍各半個站距的流速數(shù)據(jù)，在垂向上也舍去了兩相鄰站點中未共同觀測的深度范圍，存在淺水訂正產(chǎn)生的過大誤差。為了克服這些問題，實現(xiàn)非線性訂正，在動力計算前，在垂向和橫向上均進行插值加密[9]。本文選取的插值算法為Kriging插值。在垂直方向上，低分辨率數(shù)據(jù)插值后的分辨率為10 m/層，高分辨率數(shù)據(jù)不進行插值，保持1 m/層的分辨率。在水平方向上，為了便于插值，采用各站點距離斷面上經(jīng)度為125°30′E點的線距離(單位為km)，用線距離代替橫向上的經(jīng)度，兩種數(shù)據(jù)插值后的水平分辨率均為2 km。

近些年，在對黑潮海流進行計算時，人們采用了多種方法，如動力高度法、螺旋方法以及改進的螺旋方法、逆方法和P矢量法等[9-14]。其中動力高度法是利用單個斷面CTD數(shù)據(jù)計算地轉流最常用的方法。為了計算東海黑潮PN斷面的流場，本文采用的是動力高度法。動力高度法的基本方程如下：

(1)

在動力計算中采用了以下計算參數(shù)：海水密度均值ρ0取1.025×103kg/m3；科氏參數(shù)f=2Ωsinθ，其中Ω為地轉角速度，θ為測點所在的緯度，零流面取700 m。在零流面選取時，當兩相鄰站點的水深都達到700 m時，取700 m作為零流面；當兩相鄰站點水深不都大于700 m時，取水深較淺的站點深度作為零流面。這種零流面的選取方法也存在一定的弊端，尤其在水深較淺處。如在水深淺于100 m的陸架上，計算得到的流速只能表示相對于底層的流速差，而并不是絕對流速值。

2　三種典型差異

應用2種不同垂向分辨率的CTD數(shù)據(jù)計算得到的東海黑潮PN斷面的流場存在顯著的差異。典型的差異有3種：流核區(qū)流速差異、流核個數(shù)差異、流核位置差異。需要補充的是，這幾種差異只是比較典型的情況，而有的差異并非在所有航次均有出現(xiàn)。

2.1流核區(qū)流速差異

通過對比2種數(shù)據(jù)對應的流場可以看出，高分辨率數(shù)據(jù)對應的流場流核區(qū)的流速普遍比低分辨率的大，最大差異可達45 cm/s。以2004-07航次為例，高分辨率數(shù)據(jù)對應的流核區(qū)流速比低分辨率數(shù)據(jù)對應的流核區(qū)流速大(圖2)。

無論是低分辨率數(shù)據(jù)對應的流場圖，還是高分辨率數(shù)據(jù)對應的流場圖，流場的流核個數(shù)都是2個，兩者之間最大的差異在于流核區(qū)域的流速大小(圖2)。在圖2a中，主流核位于線距離215 km陸坡處的表層，最大流速為95 cm/s；而在圖2b中，主流核的位置略有西移，位于線距離210 km陸坡處的表層，最大流速為140 cm/s。兩者之間主流核最大流速差異高達45 cm/s。圖2a中的次流核位于線距離175 km附近的40 m層處，最大流速為50 cm/s；而圖2b中的次流核位于線距離185 km附近40 m層處，最大流速為90 cm/s。次流核的位置略有東移，而流速差異則為40 cm/s。

由此可見，盡管2種數(shù)據(jù)對應的流核個數(shù)相同，流核位置也差別不大，但在流核的流速大小上存在較大差異。高分辨率數(shù)據(jù)對應的流核流速要比低分辨率數(shù)據(jù)對應的流核流速大得多。

圖2　2004-07低、高分辨率數(shù)據(jù)所得的流場(cm·s-1)圖Fig.2　Vertical profiles of current velocity derived from low and high vertical resdution data observed in July 2004

2.2流核個數(shù)差異

在部分航次的2種數(shù)據(jù)對應的流場圖中，流核個數(shù)有所不同；此時通常高分辨率數(shù)據(jù)對應流場的流核個數(shù)較多。

以2001-01航次為例，圖3給出了高分辨率數(shù)據(jù)得到的流核個數(shù)比低分辨率數(shù)據(jù)多2個的情況。由圖3a可見，低分辨率數(shù)據(jù)對應的流場為典型的單核結構，流核位于線距離210 km陸坡處的表層，最大流速為145 cm/s。截然不同的是，在圖3b所示高分辨率數(shù)據(jù)對應的流場為三核結構。其中主流核位于線距離215 km陸坡處的表層，最大流速為155 cm/s；另外2個流核均位于主流核的右側；一個位于線距離240 km處，深度約為100 m，最大流速為115 cm/s；另一個流核位于線距離290 km處的130 m層，最大流速為38 cm/s。

圖3　2001-01低、高分辨率數(shù)據(jù)所得的流場(cm·s-1)圖Fig.3　Vertical profiles of current velocity derived from low and high vertical resolution data observed in January 2001

以2005-01航次為例，圖4給出了高分辨率數(shù)據(jù)得到的流核個數(shù)比低分辨率數(shù)據(jù)多1個的情況。由圖4a可見，低分辨率數(shù)據(jù)對應的流場為典型的單核結構，流核位于線距離210 km陸坡處的表層，最大流速為135 cm/s。與之不同的是，在高分辨率數(shù)據(jù)對應的流場中，在線距離273 km,水深139 m處出現(xiàn)了一個流核，此時流場呈現(xiàn)為雙核結構；主流核的位置略有東移，在線距離215 km處的表層；主流核的流速明顯比低分辨率數(shù)據(jù)對應流場的主流核流速大。除此以外，高分辨率數(shù)據(jù)對應的流場在線距離300 km處的逆流也有所增強。

由此可見，數(shù)據(jù)垂向分辨率不同可能直接影響到東海黑潮PN斷面的流場結構與流核個數(shù)。有時增加1個流核，有時增加2個流核，增加的流核通常出現(xiàn)在陸坡外的深水海域。

2.3流核位置差異

數(shù)據(jù)垂向分辨率不同，同一航次2種數(shù)據(jù)對應流場中流核的位置也可能不同。以2003-10為例，圖5給出的是2種數(shù)據(jù)得到的PN斷面的流核位置不同的情況。

由圖5可見，2種數(shù)據(jù)得到的流場均是單核結構。但在低分辨率數(shù)據(jù)對應的流場中，流核位于線距離200 km陸坡處的表層，最大流速為105 cm/s；而在高分辨率對應的流場中，流核位于線距離225 km 處的70 m層，最大流速為105 cm/s。2種數(shù)據(jù)對應流場的流核位置左右相差20 km，上下相差70 m。如果從流核與站位的相對位置上看，低分辨數(shù)據(jù)的流核位于左起第7個與第8個站點之間，而高分辨率流場中的流核位于第9個與第10個站點之間。

由此可見，數(shù)據(jù)垂向分辨率的增加，特別在陸架外的深水海區(qū)，無論在水平方向上，還是在東西方向上，都將有可能影響到主流核的位置變化。

圖5　2003-10低、高分辨率數(shù)據(jù)所得的流場(cm·s-1)圖Fig.5　Vertical profiles of current velocity derived from low and high vertical resolution data observed in October 2003

3　流結構對比統(tǒng)計分析

在2000—2011年期間，東海黑潮PN斷面2種不同垂向分辨率數(shù)據(jù)對應的流場中，不同流核結構出現(xiàn)的概率有較大的差異，并且流核在空間分布上也有所不同。本文還將所有航次按季節(jié)進行了統(tǒng)計，分析了2種數(shù)據(jù)對應流結構的季節(jié)差異。

3.1流結構與平均流核數(shù)差異

根據(jù)流核個數(shù)進行分類，黑潮PN斷面的流場可分為3種結構：單核結構、雙核結構以及多核結構。在2000—2011年期間的49個航次中，2種數(shù)據(jù)得到的黑潮PN斷面流場中，3種流核結構均有出現(xiàn)。

在低分辨率數(shù)據(jù)對應的流場中，單核結構、雙核結構、多核結構出現(xiàn)的概率依次為53%，41%，6%。而在高分辨率數(shù)據(jù)對應的流場中，3種流場結構出現(xiàn)的概率分別為33%，49%，18%。由此可見，由于數(shù)據(jù)垂向分辨率的變化，3種流核結構出現(xiàn)的概率也發(fā)生了較大的變化。

由于數(shù)據(jù)分辨率的提高，雙核結構和多核結構出現(xiàn)的概率均有所增加，而單核結構則顯著減少。若簡單地以2種情形下單核結構減少的比例或者雙核結構和多核結構增加的比例看，高分辨率數(shù)據(jù)將有20%的可能增加流場的流核個數(shù)。

如果進一步統(tǒng)計2種情況下平均流核個數(shù)，低分辨率數(shù)據(jù)為1.6個，高分辨率數(shù)據(jù)為1.9個，增加的平均流核數(shù)為0.3個；增加數(shù)0.3與原平均流核數(shù)1.6的比值也接近于20% 。

3.2流核空間分布差異

基于2000—2011年期間49個航次2種垂向分辨率數(shù)據(jù)對應流場的流核位置對照情況如圖6所示。其中三角符號表示的是主流核，而十字符號表示的是次流核。

從低分辨率數(shù)據(jù)對應的流核分布圖上看，在水平方向上流核主要分布在線距離140～280 km；在垂直方向上，流核全部集中在200 m層以淺。其中主流核主要集中在線距離180～240 km范圍內(nèi)。次流核分布在主流核的兩側，但大部分次流核位于主流核西側的陸架上，只有少數(shù)位于主流核的東側；次流核在垂直方向上的分布也比較集中，其中大部分分布在50 m層以上。

圖6　低、高分辨率數(shù)據(jù)得到的流核位置分布Fig.6　Location of maimum velocities derived from low and high vertical resolution data

而從高分辨率數(shù)據(jù)對應的流核分布圖上看，主流核在水平方向上主要集中在線距離180～240 km，在垂直方向上出現(xiàn)在200 m層以淺。次流核在水方向上的分布范圍比較廣，在線距離140～280 km均有出現(xiàn)。此時次流核雖然也是分布在主流核的兩側，但在兩側出現(xiàn)的次數(shù)相當；在垂直方向上，次流核分布在200 km以淺。

通過比較不難發(fā)現(xiàn)，垂向分辨率不同并沒有改變流核的空間分布。1)流核出現(xiàn)在水平方向范圍均為140～280 km，在垂直范圍均為200 m層以淺。2)主流核出現(xiàn)位置大致相同，均在200～240 km附近的陸坡區(qū)域。

數(shù)據(jù)垂向分辨率對流核空間分布的主要影響有以下3點。1)次流核的個數(shù)：高分辨率數(shù)據(jù)對應的次流核個數(shù)有顯著增加。2)次流核的水平位置分布：低分辨率數(shù)據(jù)對應的次流核大部分集中在主流核西側的陸架區(qū)域，只有少量出現(xiàn)在主流核東側；而高分辨率數(shù)據(jù)對應的次流核在主流核兩側的分布概率相近。3)東側次流核的垂向范圍：在主流核的東側，低分辨率數(shù)據(jù)對應的次流核大都位于50 m以淺，而高分辨率數(shù)據(jù)對應的次流核均勻分布在200 m以淺的區(qū)域。

3.3流結構季節(jié)差異的對比

將49個航次按季節(jié)進行劃分，并分別統(tǒng)計2種數(shù)據(jù)分辨率情況下各個季節(jié)中各種流核結構出現(xiàn)的次數(shù)，計算相應的平均流核個數(shù)，有關結果如表1所示。

表1 低高分辨率數(shù)據(jù)得到的各個季節(jié)內(nèi)的不同流核個數(shù)統(tǒng)計

從表1中上半部分可以看出，在低分辨率數(shù)據(jù)對應的流場中，4個季節(jié)中秋季的平均流核數(shù)最多，冬季的平均流核數(shù)最少，春、夏兩季的平均流核數(shù)介于秋冬之間，夏季略大。春季出現(xiàn)單核結構和雙核結構的概率均為50%，沒有多核結構出現(xiàn)。夏季3種流結構均有出現(xiàn)，其中單核結構出現(xiàn)概率超過了50%，雙核結構出現(xiàn)概率為36%，多核結構僅出現(xiàn)了一次。秋季是觀測次數(shù)最多的季節(jié)，也是平均流核數(shù)最多的季節(jié)，平均流核數(shù)位1.86。冬季也沒有出現(xiàn)多核結構，單核結構出現(xiàn)概率高達75%。

從表格下半部分可以看出，在高分辨率數(shù)據(jù)對應的流場中，秋季平均流核數(shù)仍然最多，冬季與春季的平均流核數(shù)相同且最少，夏季的平均流核數(shù)介于它們之間。這種情況下春季出現(xiàn)了多核結構，但出現(xiàn)比例只有16%；單核結構與雙核結構出現(xiàn)比例相同，均為42%。夏季3種流結構出現(xiàn)比例較為接近，其中單核結構與雙核結構均為36%，多核結構為28%。秋季平均流核數(shù)為2.07，是平均流核數(shù)唯一超過2個的季節(jié)；雙核結構出現(xiàn)比例最高，單核結構與多核結構出現(xiàn)的比例相同。在冬季，雙核結構出現(xiàn)的比例也是最大的，而多核結構僅出現(xiàn)過一次。

通過比較可見，隨著數(shù)據(jù)垂向分辨率的增加，各季節(jié)平均流核數(shù)均有所增加，多核結構在各季節(jié)中均有出現(xiàn)。值得說明的是，在低分辨率數(shù)據(jù)對應的結果中，春季和冬季沒有出現(xiàn)多核結構。分辨率增加并沒有改變平均流核數(shù)的季節(jié)次序，即秋季最多，夏季次多，然后是春季與冬季；除了在冬季低分辨率對應的單核結構出現(xiàn)比例最高，而高分辨率數(shù)據(jù)對應的雙核結構出現(xiàn)比例最高外，也基本沒有改變3種流結構在季節(jié)內(nèi)的相對比例。

4　最大流速、流幅、流量差異

流速特別是最大流速、流幅、流量一直是黑潮研究中重要的參量，對于這個特征量的研究貫穿著黑潮研究的全程，也是研究黑潮的重要指標。

4.1最大流速對比

本部分將基于2種不同垂向分辨率數(shù)據(jù)得到的流速分布，對2000—2011年期間所有航次的最大流速進行統(tǒng)計分析。各航次最大流速的時間變化如圖7所示，最大流速的季節(jié)平均如表2所示。

圖7　高、低分辨率數(shù)據(jù)對應的PN斷面最大流速的時間序列Fig.7　Time series of maximum velocity at PN section derived form low(red line) and high(bule line) resdution data

由圖7可見，除了極個別航次(2002年和2005年夏季航次)外，高分辨率數(shù)據(jù)對應的最大流速普遍比低分辨率數(shù)據(jù)對應的最大流速要略大；2個時間序列的最小值較為接近，但最大值相差較大。2條最大流速時間序列的變化趨勢大致相同，變化幅度有所差別。高分辨率最大流速的變化幅度明顯要高于低分辨率最大流速的變化幅度。

在低分辨率數(shù)據(jù)對應的流場中，最大流速的平均值為112.2 cm/s；最大值出現(xiàn)在2009-01，為190 cm/s；最小值為65 cm/s，出現(xiàn)在2007-01；低分辨率最大流速值多在80～120 cm/s范圍內(nèi)圍繞110 cm/s上下波動。在高分辨率數(shù)據(jù)對應的流場中，平均最大流速為129.8 cm/s；最大值出現(xiàn)在2000-01，高達230 cm/s；最小值為70 cm/s，出現(xiàn)在2004-01。2000—2011年期間，高分辨率數(shù)據(jù)對應的最大流速有3個航次超過200 cm/s，分別是2000-01、2005-01和2009-01。

由表2可見，對于低分辨率數(shù)據(jù)對應的最大流速，冬季季節(jié)平均值在所有季節(jié)中是最大的；秋季季節(jié)平均值最?。淮杭九c夏季居中，其中夏季略大。結合圖6，鑒于2000—2011年期間最大流速的極大值與極小值都出現(xiàn)在冬季，冬季也是最大流速變動幅度最大的季節(jié)。春季最大流速的變動幅度相對較小，除了2個航次最大流速小于100 cm/s外，其他航次最大流速介于100～160 cm/s。夏季最大流速的極小值為85 cm/s。秋季的最大流速值普遍偏小，極大值僅為150 cm/s。

對于高分辨率數(shù)據(jù)對應的最大流速平均值，冬季最大、秋季最小的特征保持不變；雖然春季與夏季仍然居中且相差很小，但此時春季略大。與低分辨率數(shù)據(jù)結果類似，冬季也是最大流速變動幅度最大的季節(jié)。其他季節(jié)的最大流速均值差異很小，并且各個季節(jié)內(nèi)的最大流速變化幅度也不大，不僅沒有大于200 cm/s的流速出現(xiàn)，小于100 cm/s的流速也少有出現(xiàn)。

通過逐季對比可以看出，2種垂向分辨率數(shù)據(jù)得到季節(jié)平均最大流速差別較大。高分辨率數(shù)據(jù)對應的最大流速均顯著高于低分辨率數(shù)據(jù)的相應結果；其中冬季差異最大，差異值高達22.5 cm/s；夏季的差別最小，但也相差近10 cm/s。

表2 低、高分辨率數(shù)據(jù)對應的PN斷面最大流速(cm·s-1)季平均

4.2流幅對比

沿用前人黑潮流幅研究中選取平均流速大于或等于40 cm/s的主流寬度作為流幅這一標準[3,15]，計算了2000—2011年間黑潮PN斷面所有航次的流場，各航次在不同分辨率下的流幅值時間序列如圖8所示。

由圖8可見，2種數(shù)據(jù)對應的黑潮流幅時間序列曲線變化趨勢相似，并且流幅大小也相差不大。2個時間序列均在45 n mile附近變化，高分辨率數(shù)據(jù)對應的流幅比低分辨率數(shù)據(jù)對應的數(shù)值要略大一些。

在2000—2011年期間，低分辨率數(shù)據(jù)對應的PN斷面流幅平均值為44.4 n mile，高分辨率數(shù)據(jù)對應的平均值為45.3 n mile，兩者相差0.9 n mile。低分辨率數(shù)據(jù)對應的流幅最小值為30.8 n mile，出現(xiàn)在2006-01；而高分辨率數(shù)據(jù)對應的最小流幅為28.1 n mile，出現(xiàn)在2005-01。2種數(shù)據(jù)對應的流幅最大值均出現(xiàn)在2007-07，分別為64.8和70.0 n mile。

圖8　高、低分辨率數(shù)據(jù)得到的PN斷面流幅的時間序列Fig.8　Time series of current width at PN section derived from low(red line) and high(blue line) resolution data

2種數(shù)據(jù)對應的流幅季節(jié)平均值統(tǒng)計結果如表3所示。在低分辨率數(shù)據(jù)對應的結果中，夏季流幅均值是所有季節(jié)中最大的，其次是秋季與春季，冬季的流幅均值最小。不僅2000—2011年期間流幅最大值出現(xiàn)在夏季，而且夏季僅有一個航次的流幅值低于40 n mile，流幅均值高達48.5 n mile。秋季的流幅變化幅度較大，變化范圍為30～60 n mile，流幅均值為45.0 n mile。與秋季類似，春季流幅變化范圍較大，流幅均值為43.4 n mil。冬季是平均流幅最小的季節(jié)，流幅均值僅為40 n mile；在研究時段內(nèi)，冬季僅有一個航次的流幅大于50 n mile。

表3 低、高分辨率數(shù)據(jù)得到的PN斷面流幅(n mile)季平均

高分辨率數(shù)據(jù)對應的流幅季節(jié)平均值也是夏季最大，其次是秋季與春季，冬季最小。此時夏季的平均流幅為48.1 n mile。與夏季相比，秋季小于40 n mile的流幅值多有出現(xiàn)，平均流幅為45.7 n mile。春季和冬季的平均流幅值分別為45.5和41.2 n mile。

總體來看，2種數(shù)據(jù)對應的流幅季節(jié)平均值相差不大。從數(shù)值上來看，春季是相差最大的季節(jié)，差值也僅為2.1 n mile。其他3個季節(jié)的差值均在1.0 n mile以內(nèi)。并且2種數(shù)據(jù)得到的流幅季平均的大小順序是相同的。不同之處是，在春季、秋季以及冬季，高分辨率流幅的平均值大于低分辨率流幅的平均值。而在夏季，低分辨率數(shù)據(jù)的結果要比高分辨率數(shù)據(jù)的結果大。

4.3流量對比

鑒于2000—2011年期間黑潮PN斷面在126°24′E西側的站點位置較為穩(wěn)定，并且126°24′E以東的流量很小，本文在計算黑潮流量時，選取的是126°24′E以東的全深度范圍。2種垂向分辨率數(shù)據(jù)對應的流量時間序列如圖9所示，季節(jié)平均的流量統(tǒng)計情況如表4所示。

由圖9可見，在2000—2011年期間，2種垂向分辨率不同的數(shù)據(jù)得到的黑潮PN斷面流量時間序列重合率很高，變化趨勢相似，而且在有差別的航次相差數(shù)值也很小。這說明數(shù)據(jù)垂向分辨率不同對流量幾乎沒有影響。

更為具體地，在2000—2011年期間，所有航次的低分辨率數(shù)據(jù)對應的流量均值為21.8 Sv，所有航次的高分辨率數(shù)據(jù)對應的流量均值為21.9 Sv，兩者之間僅相差0.1 Sv。低分辨率數(shù)據(jù)對應的流量的最大值為29.1 Sv，出現(xiàn)在2009-04，此時高分辨率數(shù)據(jù)對應的流量也為29.1 Sv。而高分辨率數(shù)據(jù)對應的流量的最大值為29.6 Sv，出現(xiàn)在2002-01，此時低分辨率數(shù)據(jù)對應的流量為29.0 Sv，兩者相差0.6 Sv。2種數(shù)據(jù)對應的流量最小值均出現(xiàn)在2006-04，前者為13.2 Sv，后者為13.7 Sv，相差0.5 Sv。

圖9　高、低分辨率數(shù)據(jù)得到的PN斷面流量的時間序列Fig.9　Time series of volume transport at PN section derived from low(red line) and high(blue line) resolution data表4 低、高分辨率數(shù)據(jù)得到的PN斷面季節(jié)平均流量(Sv)Table 4　Seasonal average of volume transport(Sv) at PN section derioed from low and high resolution data

流量類型春夏秋冬低分辨率流量21.022.420.922.9高分辨率流量20.622.821.423.1

從表4可見，低分辨率數(shù)據(jù)對應的結果是冬季流量最大，其次是夏季與春季，秋季最小。結合圖8，2000—2011年期間流量的極大值(29.1 Sv)與極小值(13.2 Sv)均出現(xiàn)在春季，而流量的平均值為21.0 Sv。冬季流量的平均值為22.9 Sv，最小值為15.8 Sv，最大值為29.1 Sv。夏季流量的平均值為22.4 Sv，最小值為15.5 Sv，最大值為29.0 Sv。低于20 Sv的流量在秋季多次出現(xiàn)，季節(jié)平均值較小，只有20.9 Sv。

在高分辨率對應的季節(jié)流量平均值中，冬季最大，其次是夏季與秋季，春季流量最小。冬季流量大于25 Sv的航次顯著多于其他季節(jié)，其季節(jié)平均流量為23.1 Sv。夏季航次的流量相對變化較小，季節(jié)平均值為22.8 Sv。秋季僅有一個航次的流量超過了25 Sv，季節(jié)平均值為21.4 Sv。春季存在較多流量小于20 Sv的航次，春季的季節(jié)平均流量是所有季節(jié)中最小的，為20.6 Sv。

整體上看，2種數(shù)據(jù)得到的黑潮流量季節(jié)平均值相差很小，所有季節(jié)的差異均在0.5 Sv以內(nèi)。除春季外，高分辨率流量季節(jié)平均值要比低分辨率的大，而在春季則相反。

5　結　論

通過對比2種CTD數(shù)據(jù)計算得到的黑潮PN斷面的流結構、最大流速、流幅以及流量，分析得出，數(shù)據(jù)垂向分辨不同對計算黑潮流場結構、平均流核數(shù)以及平均最大流速有較大影響：

1)2種數(shù)據(jù)得到的黑潮PN斷面流場的細微結構有3種典型的差異：高分辨率數(shù)據(jù)對應的流場流核區(qū)的流速比低分辨率的大；高分辨率數(shù)據(jù)對應流場的流核數(shù)比低分辨率的多；2種數(shù)據(jù)對應流場中的流核位置不同。

2)2種數(shù)據(jù)得到的流核結構存在較大差別。低分辨率數(shù)據(jù)對應的流場中單、雙、多三種流結構出現(xiàn)的概率分別為53%，41%與6%。高分辨率數(shù)據(jù)對應的流場中單、雙、多三種流結構出現(xiàn)的概率分別為33%，49%與18%。

3)雖然2種數(shù)據(jù)得到的季節(jié)平均流核數(shù)都是秋季最多，夏季次多，然后是春季與冬季。不同的是高分辨率數(shù)據(jù)的結果中春季與冬季的平均流核數(shù)相同，而低分辨率數(shù)據(jù)的結果中春季的平均流核數(shù)比冬季略大。

4)2種數(shù)據(jù)對應的最大流速存在顯著差別。高分辨率數(shù)據(jù)對應的最大流速平均值為129.8 cm/s，低分辨率數(shù)據(jù)對應的最大流速平均值112.2 cm/s；2種數(shù)據(jù)對應的最大流速季節(jié)平均值雖然均是冬季最大，秋季最小，春季與夏季居中，但是高分辨率數(shù)據(jù)的最大流速季節(jié)間差異較大。

數(shù)據(jù)垂向分辨率不同對東海黑潮的流量幾乎沒有影響，對平均流幅影響很小：

1)2種數(shù)據(jù)得到的黑潮PN斷面的流幅差異較?。旱头直媛蕯?shù)據(jù)對應的流幅平均值為44.4 n mile，高分辨率數(shù)據(jù)對應的流幅平均值為45.3 n mile；季節(jié)平均流幅均為夏季最大，其次是秋季與春季，冬季最小。

2)高分辨率數(shù)據(jù)得到的黑潮平均流量為21.9 Sv，低分辨率數(shù)據(jù)得到的黑潮平均流量為21.8 Sv，兩者之間幾乎沒有差異。

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The Influence of CTD Data Resolution on Calculating Geostrophic Flow of Kuroshio

KONG Bin1,2, CHEN Hong-xia2, YUAN Ye-li2

(1.GeomaticsCollege,ShandongUniversityofScienceandTechnology, Qingdao 266590, China;2.TheFirstInstituteofOceanography,SOA, Qingdao 266061, China)

Based on the CTD data with high and low resolutions at PN section provided by Japanese Oceanographic Data Center, the current velocity during 2000 to 2011 are calculated with dynamic height method. The influence of vertical resolution of data on calculating the geostrophic flow of Kuroshio is analyzed by comparing the structure, maximum velocity, flux and width of the current observed by 49 cruises. The results show that: vertical resolution of data has little influence on flux and minor influence on the location of current core, but great influences on current core number and maximum velocity. The differences in current structure derived from the two different resolution data are as follows: the current structure based on high resolution data has stronger velocity in the core area and more current cores than the one based on low resolution data; single core structure occurs more frequently in the current structure of low resolution data and double core structure has the highest occurring frequency in the current structure of high resolution data.

the East China Sea; Kuroshio; PN section; current structure; seasonal variation

November 2,2015

2015-11-02

孔彬(1991-)，男，山東曲阜人，碩士研究生，主要從事大地測量學與區(qū)域海洋動力學方面研究.E-mail：kongbin@fio.org.cn

陳紅霞(1975-)，男，山東聊城人，副研究員，博士，主要從事區(qū)域海洋動力學方面研究.E-mail: chenhx@fio.org.cn

(王燕編輯)

P731.27

A

1671-6647(2016)03-0358-12

10.3969/j.issn.1671-6647.2016.03.005