燕 杰 侯一筠, 4 劉 澤

黑潮近岸分支流在2017年9月與2019年9月差異的研究*

燕 杰1, 2, 3侯一筠1, 2, 3, 4①劉 澤1, 3, 4①

(1. 中國科學(xué)院海洋研究所 海洋環(huán)流與波動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266071; 2. 中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049; 3.中國科學(xué)院海洋大科學(xué)中心 青島 266071; 4.青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室 海洋動(dòng)力過程與氣候功能實(shí)驗(yàn)室 青島 266237)

通過對比2017年9月和2019年9月的溫鹽大面觀測數(shù)據(jù), 發(fā)現(xiàn)東海陸架上黑潮近岸分支流的路徑在兩次觀測中存在顯著差異。2019年9月黑潮近岸分支流中上游的路徑相較2017年9月明顯的東向偏移, 造成黑潮次表層水入侵東海近岸海域的強(qiáng)度較弱。為了探究黑潮近岸分支流的上述顯著年際差異的原因, 利用衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)和再分析風(fēng)場數(shù)據(jù), 通過分析大面觀測同期的絕對海表動(dòng)力高度、地轉(zhuǎn)流場以及海表風(fēng)場的差異, 闡述了黑潮近岸分支流路徑產(chǎn)生顯著年際差異的動(dòng)力機(jī)制。2019年8—9月東海海表較2017年8—9月盛行更強(qiáng)的西南向沿岸季風(fēng), 強(qiáng)的西南向沿岸風(fēng)通過?？寺斶\(yùn)促使水體向岸堆積并在近岸區(qū)域沿岸西南向堆積。因此, 2019年8—9月東海近岸海域的跨岸方向壓力梯度與2017年8—9月相比較小而沿岸壓力梯度則較大。2019年8—9月, 受壓力梯度分布的影響, 東海近岸海域產(chǎn)生西南向的沿岸地轉(zhuǎn)流和離岸地轉(zhuǎn)流。其中西南向的沿岸地轉(zhuǎn)流會(huì)在底部生成離岸的底?？寺? 離岸底埃克曼流和離岸地轉(zhuǎn)流共同抑制了黑潮近岸分支流的向岸入侵。這導(dǎo)致2019年9月黑潮近岸分支流的路徑向東偏移, 黑潮次表層水入侵浙江近海及長江口區(qū)域的強(qiáng)度隨之減弱。通過分析研究實(shí)際觀測案例, 闡述了風(fēng)影響黑潮近岸分支流入侵東海近岸海域的動(dòng)力機(jī)制, 同時(shí)明確指出海表風(fēng)場會(huì)從黑潮近岸分支流的中上游區(qū)域改變其路徑, 進(jìn)而對黑潮入侵東海近岸海域產(chǎn)生重要影響。

黑潮近岸分支流; 底?？寺? 地轉(zhuǎn)流; 風(fēng); 黑潮入侵

東海是西北太平洋的陸架邊緣海。前人的研究(Qi, 2014; Yang,2018)表明, 受臺(tái)灣海峽水、黑潮水、徑流淡水等水團(tuán)的影響, 東海的水團(tuán)特征以及環(huán)流結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。黑潮作為其中最顯著的影響因素主要通過黑潮分支流的形式深入入侵東海陸架, 對東海的海洋環(huán)境產(chǎn)生十分重要的影響。太平洋最強(qiáng)勁的西邊界流-黑潮經(jīng)由臺(tái)灣以東水道北向進(jìn)入東海, 在臺(tái)灣東北附近海域與東海陸架坡發(fā)生碰撞, 主流折向東并大致沿東海陸坡流動(dòng), 部分黑潮水則于此處深入入侵東海陸架。關(guān)于黑潮水在臺(tái)灣東北入侵東海的三維結(jié)構(gòu)和相關(guān)動(dòng)力機(jī)制,前人做了大量有益的工作。蘇紀(jì)蘭(2001)提出, 黑潮在臺(tái)灣東北附近海域入侵東海陸架是黑潮失去臺(tái)灣島東部岸線支撐后所產(chǎn)生的必然結(jié)果, 其中黑潮次表層水常年可侵入東海陸架而黑潮表層水僅在秋冬季較強(qiáng)。以Guo等(2006)為代表的模式研究結(jié)果也基本表明黑潮次表層水常年占據(jù)陸架底層。Yang等(2011, 2012, 2013)基于區(qū)域海洋模式(regional ocean model system, ROMS)的模擬結(jié)果以及東海陸架上的大面觀測資料分析了夏季黑潮次表層水入侵東海陸架的路徑和三維結(jié)構(gòu), 明確指出黑潮次表層水入侵東海存在黑潮近岸分支流(the nearshore Kuroshio branch current, NKBC)和離岸分支流(the offshore Kuroshio branch current, OKBC)這兩個(gè)分支。前人的研究從營養(yǎng)物質(zhì)輸送的角度同樣證實(shí)了這兩個(gè)黑潮分支的存在(Zhou, 2017, 2018; Wang, 2018)。其中黑潮近岸分支流可深入入侵東海近岸海域并抵達(dá)浙江近海以及長江口區(qū)域, 其攜帶的營養(yǎng)物質(zhì)對中國近海生態(tài)環(huán)境和漁業(yè)生產(chǎn)能產(chǎn)生重要影響(Nitani, 1972; Yanagi, 1998; Chen, 1999; Zhao, 2019), 因此針對黑潮近岸分支流時(shí)空特征及其動(dòng)力機(jī)制的深入研究對國計(jì)民生有著重要意義。

在黑潮近岸分支流入侵路徑的特征及其變化方面, 前人也提出了許多重要的觀點(diǎn)。Xu等(2018)通過數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)分析指出冬夏季黑潮次表層水基本都會(huì)沿122°E經(jīng)向斷面北向入侵到達(dá)東海陸架60 m等深線處而后沿著60 m等深線繼續(xù)東北向運(yùn)動(dòng)。Xu等(2018)還進(jìn)一步提出底?？寺?yīng)是冬夏季黑潮次表層水能否跨越60 m等深線入侵浙江近海的主要?jiǎng)恿C(jī)制, 并且提出風(fēng)對黑潮次表層水向岸入侵起主要作用。Yang等(2018)利用模式模擬和浙江近海北部溫鹽斷面觀測提出一種新的黑潮近岸分支流入侵路徑變化的機(jī)制, 認(rèn)為黑潮在臺(tái)灣以東的1—7月的流向變化會(huì)使黑潮與陸架坡折撞擊角度產(chǎn)生差異, 從而進(jìn)一步導(dǎo)致黑潮近岸分支流在浙江近海春夏季出現(xiàn), 冬季消失。已有的針對黑潮近岸分支流及黑潮入侵東海的研究更多關(guān)注東海28°N以北黑潮近岸分支流和黑潮離岸分支流明顯的下游區(qū)域以及臺(tái)灣東北黑潮近岸分支起源區(qū)(Yang, 2012, 2018; 何源首等, 2019; He, 2019), 黑潮近岸分支流在其中上游區(qū)域的時(shí)空變化特征目前并不清晰, 相關(guān)動(dòng)力機(jī)制的研究也較少。受觀測資料的制約, 針對黑潮近岸分支流同一季節(jié)的年際差異同樣缺乏深入研究。本文通過對比2017和2019兩年的9月份東海的大面溫鹽實(shí)測數(shù)據(jù), 對黑潮近岸分支流入侵路徑的顯著年際差異及其原因進(jìn)行了較深入的研究。

1 數(shù)據(jù)來源和斷面位置

1.1 現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)

在國家自然科學(xué)基金的資助下, 我們分別在2017年9月19—22日以及2019年9月12—25在東海進(jìn)行了兩次水文調(diào)查, 兩次調(diào)查均采用了Seabird911直讀式溫鹽深觀測儀(conductivity-temperature-depth, CTD)測量溫鹽深等基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)。航次調(diào)查共包含DH2、DH3、DH4、DH5等四個(gè)水文調(diào)查斷面, 斷面的位置走向以及站點(diǎn)分布如圖1所示。兩次航次觀測斷面的走向位置一致但站位數(shù)量和間隔略有不同。2017年的航次中, DH2斷面包含DH2-1a至DH2-8a共八個(gè)站位點(diǎn), DH3斷面包含DH3-1a至DH3-6a共六個(gè)站位點(diǎn), DH4斷面包含DH4-1a至DH4-6a共六個(gè)站位點(diǎn), DH5斷面包含DH5-1a至DH5-6a共六個(gè)站位點(diǎn)。2019年的航次中, DH2斷面包含DH2-1b至DH2-5b共五個(gè)站位點(diǎn), DH3斷面包含DH3-1b至DH3-5b共五個(gè)站位點(diǎn), DH4斷面包含DH4-1b至DH4-4b共四個(gè)站位點(diǎn), DH5斷面包含DH5-1b至DH5-6b共六個(gè)站位點(diǎn)。2019年各斷面的觀測站位較2017年稀疏, 但觀測斷面的跨岸范圍相差不大, 兩次秋季航次基本覆蓋了黑潮近岸分支流在東海陸架上常出現(xiàn)的海域。

1.2 風(fēng)場再分析數(shù)據(jù)

本文的風(fēng)場數(shù)據(jù)采用歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(European centre for medium-range weather forecasts, ECMWF)第五代再分析資料(ECMWF reanalysis v5, ERA5)。該數(shù)據(jù)集提供海表面10 m的水平風(fēng)場數(shù)據(jù), 是目前海洋和大氣研究常用的風(fēng)場再分析資料。本文使用版本的空間分辨率為0.25°×0.25°, 時(shí)間精度為月。

1.3 衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)

本文采用網(wǎng)格化的衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)集(archiving, validation and interpretation of satellite oceanographic dataset, AVISO)提供東海的海表觀測信息。該數(shù)據(jù)集提供1993年至今的絕對海表面動(dòng)力高度(absolute dynamic topography, ADT)、海表高度異常(sea level anomaly, SLA)和地轉(zhuǎn)流速(geostrophic velocity, GV)等變量。其中絕對海表面動(dòng)力高度為衛(wèi)星測高相對于大地水準(zhǔn)面的高度差, 海表高度異常為衛(wèi)星測高相對于平均海表面動(dòng)力高度的高度差, 而地轉(zhuǎn)流速是基于絕對海表面動(dòng)力高度計(jì)算得到。該數(shù)據(jù)集以0.25°×0.25°的空間分辨率和1 d的時(shí)間分辨率覆蓋全球海洋。

2 觀測斷面的水文分布特征

2.1 2017年秋季航次

2017年9月DH2、DH3、DH4以及DH5斷面的溫度和鹽度分布如圖2所示。從DH2斷面溫鹽分布(圖2a, 2e)可以看到, 斷面垂向分層顯著, 斷面底部被低溫高鹽水占據(jù), 在陸架底層約60 m等深線附近的DH2-2a至DH2-3a站位以及約100 m等深線附近的DH2-7a至DH2-8a站位存在兩個(gè)清晰的低溫高鹽核心(近岸核心鹽度最大約為34.4, 溫度最低約為20 °C; 離岸核心鹽度最大約為34.5, 溫度最低約為19 °C)。在DH3斷面(圖2b, 2f), 與DH2斷面較為一致,垂向?qū)咏Y(jié)顯著, 同樣在陸架底部存在兩個(gè)清晰的低溫高鹽核心, 其中近岸核心位于陸架底層約60 m等深線附近的DH3-2a至DH3-3a站位(鹽度最大約為34.5, 溫度最低約為18 °C); 離岸核心受到斷面東部觀測站位不足的影響, 核心較為模糊, 但依舊可以發(fā)現(xiàn)其存在于站位DH3-6a附近。在DH4斷面(圖2c, 2g), 除卻60 m等深線以淺區(qū)域, 陸架底層整體被高鹽低溫水占據(jù), 低溫高鹽核心(最大鹽度>34.5; 最低溫度<19 °C)有且只有一個(gè), 位于DH4-3a站附近。而在DH5斷面(圖2d, 2h), 60 m等深線以淺區(qū)域垂向混合較為均勻, 水體呈現(xiàn)柱狀, 而離岸區(qū)域依舊層結(jié)明顯, 低溫高鹽水位于DH5-5a站位以及DH5-6a站位附近的東海底層。

圖1 黑潮次表層水入侵東海的結(jié)構(gòu)以及觀測斷面站位位置示意圖

注: a: 黑潮次表層入侵東海環(huán)流結(jié)構(gòu); b: 2017年9月觀測站位分布; c: 2019年9月觀測站位分布; b和c中黑色實(shí)線分別表示60, 100以及200 m等深線; 水深數(shù)據(jù)來源于ETOPO1

2.2 2019年秋季航次

2019年9月DH2、DH3、DH4以及DH5斷面的溫度和鹽度分布如圖3所示。在DH2斷面(圖3a, 3e), 站位DH2-2b以西區(qū)域的垂向混合較強(qiáng), DH2-2b以東區(qū)域依舊層結(jié)明顯, 陸架海水底層被低溫高鹽水占據(jù)。DH2斷面溫度結(jié)果顯示, 在近岸區(qū)域和離岸區(qū)域分別存在兩個(gè)冷水核心, 其中近岸冷水核心(最低溫度<21 °C)位于約60 m等深線的DH2-2b站位附近, 而離岸核心(最低溫度<19 °C)位于約100 m等深線的DH2-5b站位附近。而鹽度結(jié)果顯示, 僅存在離岸高鹽核心(最大鹽度>34.4), 陸架底部鹽度隨著離岸距離減小而逐步減小。在DH3斷面(圖3b, 3f), 站位DH3-2b以西區(qū)域垂向混合較均勻, DH3-2b以東區(qū)域?qū)咏Y(jié)明顯。東海陸架海水底層在約80 m等深線的DH3-3b站位至DH3-5b站位區(qū)域存在一個(gè)低溫高鹽核心(最低溫度<18 °C, 最大鹽度>34.5), 低溫高鹽水無法達(dá)到DH3-2b及其以淺區(qū)域。在DH4斷面(圖3c, 3g), 低溫高鹽水核心(最低溫度<18 °C, 最大鹽度>34.5)位于DH4-3b站位至DH4-4b站位區(qū)域底層, 低溫高鹽水無法達(dá)到DH4-2b站位。從DH5斷面(圖3d, 3h)結(jié)果顯示, 低溫高鹽水(最低溫度<18 °C, 最大鹽度>34.5)占據(jù)東海離岸區(qū)域底層, 僅能入侵達(dá)到DH5-4b站位處。

圖2 2017年9月航次東海斷面的鹽度和溫度分布

3 黑潮近岸分支流在2017與2019年9月的差異

前人的研究(趙瑞祥等, 2014; Zhou, 2018)已經(jīng)證實(shí)秋季東海底層低溫高鹽水來自黑潮近岸分支流和黑潮離岸分支流入侵?jǐn)y帶的黑潮次表層水。其中黑潮次表層水的向岸入侵程度主要受黑潮近岸分支流的影響, 因此通過東海觀測斷面中底層(每個(gè)站的最大測量深度)的溫度鹽度分布可以判別黑潮近岸分支流入侵的路徑和范圍(圖4)。雖然兩次航次站點(diǎn)間隔存在些許不同, 但是可以清晰的發(fā)現(xiàn)2017年9月和2019年9月黑潮近岸分支流入侵東海陸架的路徑存在較大差異。

兩次觀測顯示黑潮近岸分支流入侵達(dá)到DH5斷面的位置較為一致。而后, 2017年9月的黑潮近岸分支流會(huì)繼續(xù)向北入侵達(dá)到約60 m等深線的DH4-2a站位處, 并基本繼續(xù)沿著60 m等深線向東北入侵, 這與前人對黑潮近岸分支流的描述結(jié)果一致。2019年9月的黑潮近岸分支流離開DH5斷面后則會(huì)立即明顯向東偏折, 遠(yuǎn)無法達(dá)到60 m等深線處, 其入侵至DH4斷面后會(huì)繼續(xù)向東偏折而后向東北方向運(yùn)動(dòng), 從而減弱了黑潮次表層水對浙江近海區(qū)域的入侵。通過黑潮近岸分支流在2017年和2019年的路徑示意圖(圖5), 我們可以清晰地看到造成兩年黑潮近岸分支流路徑差異的源頭在DH4斷面附近。

圖3 2019年9月航次東海斷面鹽度和溫度分布

4 機(jī)制分析與討論

什么因素造成2017年9月和2019年9月黑潮近岸分支流路徑的差異呢？Xu等(2018)將東海區(qū)域底層流速矢量動(dòng)量拆分后, 發(fā)現(xiàn)東海底部黑潮次表層水的運(yùn)動(dòng)主要受到地轉(zhuǎn)流和底埃克曼流的影響, 如公式(1)和公式(2)所示:

圖4 2017年9月(a, b)和2019年9月(c, d)每個(gè)站的最大測量深度處的鹽度(a, c)溫度(b, d)的水平分布

注: a, b中黑色圓點(diǎn)表示2017年9月的觀測站位; c, d中黑色圓點(diǎn)表示2019年9月的觀測站位; 黑色實(shí)線分別表示60, 100, 200 m等深線; 水深數(shù)據(jù)來源于ETOPO1

圖5 2017年(a)和2019(b)年9月黑潮近岸分支流路徑示意圖

注: a中黑色圓點(diǎn)表示2017年觀測站位, 紅色箭頭表示黑潮近岸分支流在2017年9月的路徑; b中黑色圓點(diǎn)表示2019年觀測站位, 藍(lán)色箭頭表示黑潮近岸分支流在2019年9月的路徑; 黑色實(shí)線分別表示60, 100, 200 m等深線; 水深數(shù)據(jù)來源于ETOPO1

Xu等(2018)通過將東海底部壓力梯度的拆分發(fā)現(xiàn)影響黑潮近岸分支流運(yùn)動(dòng)的東海底部地轉(zhuǎn)流主要由海表高度差異引起的正壓流決定, 密度引起的斜壓流影響較小。我們在DH4斷面的溫鹽觀測同樣證實(shí)了這一觀點(diǎn), 由于水深較淺, 且水平溫度鹽度差異較小造成密度差異較小, 相對于正壓流, 斜壓流可以忽略。因此我們忽略東海底部地轉(zhuǎn)流中斜壓流分量, 利用AVISO衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)集的絕對海表動(dòng)力高度計(jì)算得到的地轉(zhuǎn)流代表東海底層地轉(zhuǎn)流。

因?yàn)樵斐?017年9月和2019年9月黑潮近岸分支流路徑差異的源頭在DH4斷面附近, 所以選取與海岸線垂直的DH4斷面的地轉(zhuǎn)流進(jìn)行討論。受潮汐和地形因素的影響, AVISO的絕對海表面動(dòng)力高度數(shù)據(jù)以及其計(jì)算的地轉(zhuǎn)流在近岸區(qū)域誤差相對較大。但是楊洋等(2018)利用東?？查T驗(yàn)潮站2013—2015年的月均海表面高度數(shù)據(jù)與同期AVISO網(wǎng)格化的月均海表面動(dòng)力高度數(shù)據(jù)進(jìn)行對比, 對應(yīng)結(jié)果較好。這表明利用月平均的AVISO網(wǎng)格化海表面動(dòng)力高度數(shù)據(jù)可以減小其在東海近岸區(qū)域的誤差, 在研究東海區(qū)域海平面變化方面具有較高的可信度。Xu等(2018)通過示蹤物實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論, 黑潮次表層水從臺(tái)灣東北入侵達(dá)到浙江近海區(qū)域需要大約1.5個(gè)月的時(shí)間。因此我們計(jì)算了觀測前約1.5個(gè)月(2017年8月1日—9月20日以及2019年8月1日—9月20日)DH4斷面地轉(zhuǎn)流的平均值(圖6)。圖6的結(jié)果顯示2017年和2019年8—9月沿DH4斷面的地轉(zhuǎn)流皆存在離岸方向的分量, 這表明地轉(zhuǎn)流會(huì)促使底部黑潮近岸分支流離岸運(yùn)動(dòng)。因此支撐黑潮近岸分支流向岸入侵的動(dòng)力只能為跨DH4斷面北向的地轉(zhuǎn)流引起的向岸底?？寺?。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn), 相較于2017年, 2019年8—9月DH4斷面地轉(zhuǎn)流的離岸分量在近岸區(qū)域(121.6°—122.3°E)更強(qiáng), 更加阻礙黑潮近岸分支流向岸入侵。更為重要的是, 2019年8—9月DH4斷面地轉(zhuǎn)流的東北向沿岸分量在近岸區(qū)域(121.6°—122.2°E)遠(yuǎn)小于2017年, 特別是在121.6°—122.1°E區(qū)域, 地轉(zhuǎn)流的沿岸分量會(huì)轉(zhuǎn)向西南。2019年DH4斷面近岸區(qū)域西南向的沿岸地轉(zhuǎn)流決定了底部沿岸東北向流動(dòng)較弱甚至向西南流動(dòng)。弱的東北向沿岸流引起的弱的向岸底埃克曼流不足以支撐黑潮近岸分支的向岸入侵, 而西南向的流動(dòng)會(huì)引發(fā)離岸?？寺髯璧K黑潮近岸分支的向岸入侵。2017年和2019年8—9月地轉(zhuǎn)流方向和大小的差異致使2019年黑潮近岸分支流在DH4斷面會(huì)向東離岸偏折。

圖6 2017年和2019年DH4斷面地轉(zhuǎn)流8—9月平均值

為了進(jìn)一步研究引起地轉(zhuǎn)流差異的原因, 我們分別計(jì)算2017年和2019年8—9月東海區(qū)域絕對海表面動(dòng)力高度平均值(圖7)。通過對比2017和2019年絕對海表面動(dòng)力高度的差異, 我們發(fā)現(xiàn)引起2019年8—9月DH4斷面近岸區(qū)域(121.6°—122.2°E)地轉(zhuǎn)流沿岸分量流向西南的主要原因。相較2017年8—9月, 2019年同期的近岸側(cè)的海表面高度升高, 離岸側(cè)的海表面高度減弱, 在跨岸方向上減弱了正的壓力梯度甚至在近岸區(qū)域產(chǎn)生負(fù)的壓力梯度, 通過地轉(zhuǎn)效應(yīng)在60—100 m等深線之間的陸架區(qū)域引發(fā)西南向的沿岸地轉(zhuǎn)流。引起DH4斷面122.3°E以西離岸方向的地轉(zhuǎn)流增大的主要原因是: 近岸區(qū)域南部的海表面高度增大較強(qiáng), 產(chǎn)生了較強(qiáng)的正的沿岸壓力梯度從而產(chǎn)生更強(qiáng)的離岸方向的地轉(zhuǎn)流。引起近岸海表高度升高的原因主要有風(fēng)引起的海水近岸堆積以及比容引起的海表面高度變化。2017年9月和2019年9月的溫鹽觀測顯示兩年差異較小, 基本可以排除比容引起的海平面變化, 因此考慮為風(fēng)導(dǎo)致的海水堆積引起的海表高度變化。

圖7給出了東海區(qū)域內(nèi)2017年和2019年8—9月月平均的海表面10 m風(fēng)場。2017年8—9月沿岸季風(fēng)較弱, 而2019年東海沿岸則盛行強(qiáng)的西南向風(fēng)。海表風(fēng)場會(huì)引起水體的?？寺斶\(yùn), 在北半球水深較深區(qū)域, 埃克曼輸運(yùn)方向位于風(fēng)向的右方并與風(fēng)向垂直, 而在近岸區(qū)域水深較淺, 水深小于兩倍的?？寺鼘雍穸? 因此埃克曼輸運(yùn)并不與風(fēng)向完全垂直, 同時(shí)具備垂直風(fēng)向向右的分量和沿著風(fēng)向的分量。因此, 在近岸區(qū)域, 西南向的沿岸風(fēng)會(huì)促使水體向岸和向西南堆積。2017和2019年8—9月沿岸風(fēng)的差異導(dǎo)致2019年相較2017年沿岸水體向岸和向西南堆積較大, 減弱了跨岸壓力梯度和增大了沿岸壓力梯度, 繼而使沿岸地轉(zhuǎn)流和跨岸地轉(zhuǎn)流產(chǎn)生顯著差異, 并進(jìn)一步造成2017年和2019年黑潮近岸分支流路徑的差異。

圖7 2017年(a)和2019年(b)8—9月平均的絕對海表面動(dòng)力高度以及水平風(fēng)場

注: a中黑色圓點(diǎn)表示2017年觀測站位, b中黑色圓點(diǎn)表示2019年觀測站位

5 結(jié)論

利用2017年9月和2019年9月東海陸架上的大面觀測數(shù)據(jù), 本研究發(fā)現(xiàn)2017年和2019年9月黑潮近岸分支流入侵東海的路徑存在顯著差異。其中2017年9月黑潮近岸分支流的入侵路徑特征與前人的研究較為一致, 黑潮近岸分支流在臺(tái)灣以北沿著122°E經(jīng)線向北入侵至60 m等深線附近而后大致沿著60 m等深線向長江口附近海域入侵。2019年9月黑潮近岸分支流在離開臺(tái)灣以北附近海域后, 并沒有沿122°E經(jīng)線向北入侵至60 m, 而是向東發(fā)生明顯偏折, 使得黑潮近岸分支流無法沿著60 m等深線向北運(yùn)動(dòng)。

通過對比分析兩年同時(shí)期的絕對海表面動(dòng)力高度、地轉(zhuǎn)流、風(fēng)的差異, 本研究認(rèn)為, 2019年9月黑潮近岸分支流的顯著東向偏折主要是由2019年8—9月強(qiáng)的西南向沿岸季風(fēng)引起。2019年8—9月強(qiáng)的西南向沿岸季風(fēng)通過?？寺斶\(yùn)促使東海區(qū)域水體向岸堆積, 造成近岸區(qū)域水體海表面高度上升, 減弱了跨岸正的壓力梯度, 甚至在近岸區(qū)域形成負(fù)的跨岸壓力梯度。這一過程減弱了東北向沿岸流繼而使向岸的底層?？寺斶\(yùn)減弱和轉(zhuǎn)向, 失去了提供黑潮近岸分支流向岸的動(dòng)力。此外, 由于近岸區(qū)域水深較淺, 風(fēng)不僅生成與風(fēng)向垂直向右的?？寺斶\(yùn), 同時(shí)也會(huì)生成沿風(fēng)向的?？寺斶\(yùn)分量, 水體會(huì)沿岸向西南堆積, 繼而增大沿岸南北壓力梯度, 從而增大了離岸方向的地轉(zhuǎn)流, 進(jìn)一步抑制黑潮近岸分支流向岸運(yùn)動(dòng)。以上過程的綜合作用使得2019年9月黑潮近岸分支流發(fā)生顯著的東向偏折。

本文通過實(shí)際觀測案例的分析研究, 證實(shí)了風(fēng)對黑潮近岸分支流入侵東海近岸海域存在重要影響, 闡述了風(fēng)影響黑潮近岸分支流入侵東海近岸海域的動(dòng)力機(jī)制, 并同時(shí)明確指出海表風(fēng)場會(huì)從黑潮近岸分支流的中上游區(qū)域改變其路徑, 進(jìn)而對黑潮入侵東海近岸海域產(chǎn)生重要影響。本文的研究結(jié)果對黑潮入侵東海的預(yù)測與預(yù)報(bào)工作具有一定的參考價(jià)值。

致謝 本文用到的衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)可通過AVISO官方網(wǎng)站下載 http://www.aviso.cnes.net下載, ERA5風(fēng)場再分析數(shù)據(jù)可通過https://cds.climate.copernicus. eu/#!/home 網(wǎng)站下載。本研究的數(shù)據(jù)及樣品采集得到國家自然基金委員會(huì)共享航次計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目批準(zhǔn)號: 41649902,41749902)的資助。該航次(航次編號: NORC2017-02, NORC2019-02)由“向陽紅18”號科考船實(shí)施, 在此一并致謝。對上述機(jī)構(gòu)和各觀測航次的船員表示感謝。

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THE DIFFERENCE OF THE NEARSHORE KUROSHIO BRANCH CURRENT BETWEEN SEPTEMBER 2017 AND SEPTEMBER 2019

YAN Jie1, 2, 3, HOU Yi-Jun1, 2, 3, 4, LIU Ze1, 3, 4

(1.CAS Key Laboratory of Ocean Circulation and Waves, Institute of oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Center for Ocean Mega-Science, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 4. Laboratory for Ocean and Climate Dynamics, Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266237, China)

Study on the CTD (conductivity-temperature-depth) observation data of the East China Sea in September 2017 and September 2019 revealed a significant difference in the paths of the Nearshore Kuroshio Branch Current (NKBC) between the two cruises. The upper-middle paths of the NKBC in September 2019 was more eastward than that in September 2017, and the intensity of NKBC invading China nearshore area in 2019 was weaker. Satellite altimetry data and sea surface wind re-analysis data were used to explore the causes of the above-mentioned significant inter-annual differences. By comparing the differences in sea surface height, geostrophic current, and wind during the observation period of the two years, the key mechanism that induced the difference of the paths of the NKBC in September of the two years was revealed. The southwestward wind that prevailed in the East China Sea from August to September in 2019 was stronger that in 2017, The stronger southwestward wind in 2019 pushed the water to accumulate towards more shoreward and southwestward in the nearshore area. This process decreased the cross-shore pressure gradient and increased the along-shore pressure gradient in the nearshore area, and then generated southwestward alongshore geostrophic current and offshore geostrophic current. The stronger offshore geostrophic current and the offshore bottom Ekman current that induced by the southwestward alongshore geostrophic current jointly restrained the inshore intrusion of the NKBC. The mechanism resulted in the eastward migration of the NKBC, and further weakened the invasion of the Kuroshio subsurface water northward into Zhejiang coastal area and Changjiang (Yangtze) River estuary area in September 2019. Based on the analysis and research of actual observation cases, the dynamic mechanism of the influence of wind on the intrusion of the NKBC was explained, and the path variation of sea surface wind field in the middle and upper reaches of the NKBC was revealed, which had an important impact on the Kuroshio intrusion into Chinese nearshore area.

nearshore Kuroshio branch current (NKBC); bottom Ekman current; geostrophic current; wind; Kuroshio intrusion

P731.26

10.11693/hyhz20201000301

* 國家自然科學(xué)基金，41630967號，41776020號。燕 杰，博士研究生，E-mail: yanjiehaida@163.com

侯一筠，博士生導(dǎo)師，研究員，E-mail: yjhou@qdio.ac.cn；劉 澤，副研究員，E-mail: liuze@qdio.ac.cn

2020-10-29，

2021-01-18