陳 雪，萬(wàn)修全，馬偉偉

(中國(guó)海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院，山東 青島 266100)

西南黃海位于32.5°N—37°N、119°E—124°E之間，是山東半島以南至長(zhǎng)江入?？谝员钡闹袊?guó)大陸和黃海中心之間的海域，屬于沿海溫帶陸架區(qū)。2008年夏季，世界上最大的綠潮(主要為滸苔)事件發(fā)生在青島，引發(fā)了學(xué)者們對(duì)中國(guó)近海環(huán)境情況的廣泛關(guān)注[1-2]。其后每年，在西南黃海沿岸都會(huì)出現(xiàn)綠潮災(zāi)害事件。對(duì)于黃海綠潮的成因及年際變化，前人從溫鹽條件及海流對(duì)滸苔的輸運(yùn)作用等角度做了系統(tǒng)的研究，而通過(guò)對(duì)西南黃海海域環(huán)流的系統(tǒng)研究，可以完善綠潮轉(zhuǎn)移分布的完整過(guò)程，有助于從動(dòng)力學(xué)角度為滸苔的防治提供直接有效的新認(rèn)知，更好的服務(wù)于黃海的環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃。

早期對(duì)西南黃海流系分布的認(rèn)識(shí)主要建立在溫鹽資料的基礎(chǔ)上。通常認(rèn)為，該處的海流流動(dòng)體現(xiàn)為全年的南向流動(dòng)[3-6]，稱之為黃海沿岸流。隨著直接測(cè)流資料的豐富，西南黃海流系被不斷細(xì)化，目前認(rèn)為其由多支海流構(gòu)成(見圖1(a))。冬季，來(lái)自渤海灣和萊州灣的冷水在強(qiáng)勁北風(fēng)的作用下，在成山角附近轉(zhuǎn)向南，形成流幅窄、流速快的黃海沿岸流，最高流速可達(dá)30 cm/s以上；而夏季的黃海沿岸流沒有進(jìn)入黃海冷水團(tuán)，而是沿著其邊界南下，同樣來(lái)到西南黃海流域。Yuan等[7]、劉志亮和胡敦欣[2]分別通過(guò)分析中分辨率成像光譜儀(MODIS，Moderate Besolution Imaging Spectroradiometer)衛(wèi)星數(shù)據(jù)及江蘇海岸外40 km處一個(gè)站點(diǎn)26天的聲學(xué)多普勒流速剖面儀(ADCP，Acoustic Doppler Current Profler)資料，得到夏季蘇北沿岸流有北流趨勢(shì)的結(jié)論；其后，韋欽勝等[8]指出，蘇北沿岸流存在“雙向擴(kuò)展趨勢(shì)”，且其東南向的輸運(yùn)較弱，北向輸運(yùn)較強(qiáng)。

然而，前人的研究中很少涉及蘇北沿岸流與黃海沿岸流之間海域的海水運(yùn)動(dòng)特征。該區(qū)域水深相較蘇北淺灘略深，比中部的黃海海槽淺。Zhang等[9]通過(guò)整理黃、渤海1975—1980年漂流瓶和漂流卡數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在春、夏兩季，山東半島南部存在反氣旋渦旋。徐丹亞和趙保仁[10]利用一個(gè)二維數(shù)值模式模擬出了該渦旋，并認(rèn)為在冬季，黃海暖流的西北向分支與黃海沿岸流相會(huì)，形成圖1(a)中“2”所示渦旋；在夏季，山東半島南部近岸海水與黃海沿岸流相互作用，形成圖1(a)中“1”所示中尺度反氣旋渦旋。

(1.夏季反氣旋渦范圍[9-10]；2.冬季反氣旋渦范圍[10]；3.本文所指西南黃海環(huán)流范圍；4.蘇北沿岸流西北支；5.蘇北沿岸流東南支；6.黃海沿岸流；7.黃海暖流；根據(jù)文獻(xiàn)[10]重繪。黑色矢量箭頭代表夏季余流，紅色矢量箭頭代表冬季余流。1.The range of anticyclone in summer refer to[9-10]; 2.The range of anticyclone in winter refer to[10]; 3.Southwestern Yellow Sea circulation in this paper; 4.Northwest branch of Subei coastal current; 5.Southeast branch of Subei coastal current; 6.Yellow Sea coastal current; 7.Yellow Sea warm current；according to reference[10]；Black vector arrow represents the summer residual current；Red vector arrow represents the winter residual current.)

參考徐丹亞和趙保仁[10]的結(jié)果，匯集整理得到的西南黃海區(qū)域1959—1974年實(shí)測(cè)余流的深度平均值(見圖1(b))。夏季山東半島南部近岸余流大多指向西北或東北，代表蘇北沿岸流的北向輸運(yùn)，在成山角附近，余流方向向南，代表黃海沿岸流的南下。冬季海州灣附近余流方向向西，青島至石島之間海域?qū)崪y(cè)余流向北，成山角東部余流向南，代表黃海沿岸流的南向輸運(yùn)。冬夏季西南黃海的余流分布可能預(yù)示著山東半島南部的中尺度反氣旋渦(見圖1(a)虛線)終年存在，后文將其稱為西南黃海環(huán)流。

西南黃海環(huán)流的存在會(huì)影響此處的水文特征和物質(zhì)輸運(yùn)，例如自2008年起每年夏季在西南黃海爆發(fā)的滸苔災(zāi)害。黃海滸苔的形成爆發(fā)機(jī)制較為復(fù)雜，前人已經(jīng)從很多角度進(jìn)行了探究。首先是受溫度、鹽度及營(yíng)養(yǎng)鹽等因素的影響，這是滸苔生存和繁殖的基礎(chǔ)保障；其次，由于滸苔的漂浮特性，它的影響范圍與許多機(jī)制的影響有關(guān)，包括環(huán)境湍流、以及由風(fēng)、洋流和潮流引起的剪切分散等[11]。目前普遍認(rèn)為，影響青島沿岸的滸苔是由蘇北淺灘附近漂移而來(lái)[12-14]，但關(guān)于黃海滸苔北上至35°N附近海域時(shí)的年際變化特征的研究還十分有限。

總體而言，由于觀測(cè)數(shù)據(jù)的缺乏，針對(duì)該西南黃海環(huán)流的研究目前還尚不完善。本文擬利用一個(gè)高分辨率區(qū)域海洋模式(ROMS)的模擬結(jié)果，重點(diǎn)對(duì)西南黃海環(huán)流的存在性、成因和年際變化特征等進(jìn)行分析，并對(duì)其與黃海滸苔分布年際變化的關(guān)系進(jìn)行初步討論。

1 模式設(shè)置及驗(yàn)證

1.1 模式設(shè)置

本文基于ROMS模式建立了高分辨率的三維模型，圖2為本次模擬的空間范圍及研究區(qū)域示意圖。模擬區(qū)域覆蓋了黃、渤海及鄰近太平洋海域，經(jīng)緯度范圍：19.1°N—41.3°N，117.2°E—132.8°E，正交經(jīng)緯網(wǎng)格數(shù)520740(針對(duì)本文的重點(diǎn)研究區(qū)域西南黃海，網(wǎng)格數(shù)為168155，能夠滿足研究需要)，分辨率為0.03(°)～0.03(°)；垂直方向上，采用地形跟隨的S坐標(biāo)，共分為33層，并設(shè)定水深的最值分別為5 m以及5 500 m，保證足夠的層次來(lái)分辨較淺的躍層結(jié)構(gòu)。

圖2 ROMS模式模擬的空間范圍及本文的研究區(qū)域——西南黃海

ROMS模式大氣強(qiáng)迫采用的是Bulk Formula方案，內(nèi)模的時(shí)間步長(zhǎng)為120 s，外模的時(shí)間步長(zhǎng)為6 s。模式的上邊界條件采用空間分辨率為0.3(°)×0.3(°)的NCEP(National Centers for Environmental Prediction)、CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)的日平均資料作為大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)，考慮了長(zhǎng)江和黃河的徑流，并進(jìn)行了鹽度通量的修正。垂向混合采用了Mellor-Yamada 2.5階湍封閉方案，同時(shí)考慮了穿透性太陽(yáng)短波輻射對(duì)于混合的影響。潮汐強(qiáng)迫采用TPXO9數(shù)據(jù)集，包括S2、M2、O1、K1分潮。

模式初始場(chǎng)、開邊界條件所用數(shù)據(jù)源于0.5(°)×0.5(°)分辨率的簡(jiǎn)單海洋數(shù)據(jù)同化(Simple Ocean Data Assimilation，SODA)，同化資料的氣候態(tài)平均場(chǎng)，經(jīng)過(guò)NCEP、CFSR氣候平均態(tài)強(qiáng)迫場(chǎng)模擬10多年達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，最后使用1979—2019年連續(xù)41 a的日平均再分析資料驅(qū)動(dòng)模式對(duì)黃海環(huán)流、溫度等進(jìn)行數(shù)值模擬，并對(duì)1980—2019年的模擬結(jié)果進(jìn)行分析。

1.2 模式驗(yàn)證

為了保證模式結(jié)果在西南黃海區(qū)域準(zhǔn)確可靠，首先對(duì)海表面溫度(Sea Surface Temperature，SST)進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證資料來(lái)源于搭載在地球觀測(cè)系統(tǒng)水衛(wèi)星(AQUA)上和陸地衛(wèi)星(TERRA)的中分辨率成像光譜儀(MODIS，Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer)，LEVEL 3熱紅外夜間SST月平均數(shù)據(jù)，空間分辨率為4 km，夏季驗(yàn)證采用2003—2006年AQUA-MODIS數(shù)據(jù)，冬季驗(yàn)證采用2000—2019年TERRA-MODIS數(shù)據(jù)。海流驗(yàn)證資料來(lái)自于黃海海槽西側(cè)60 m等深線附件的黃海暖流主軸位置(簡(jiǎn)稱M5站點(diǎn)，具體位置見圖2)上的ADCP連續(xù)觀測(cè)，時(shí)間由2006年12月19日—2007年1月18日，采樣間隔5 min，水深74 m，垂向分層間隔2 m。

圖3給出了夏季和冬季多年平均SST的ROMS模擬結(jié)果與MODIS衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比。夏季，ROMS模擬結(jié)果和MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)都體現(xiàn)出在蘇北淺灘外側(cè)33°N附近存在一個(gè)低溫區(qū)域，與湯毓祥等[15]的研究結(jié)果一致。此處溫度在22 ℃左右，最低可至19.5 ℃；西南黃海沿岸海表面溫度較高，約為26 ℃，在36°N附近SST降低，與李峣[16]的航次觀測(cè)結(jié)果的分布特點(diǎn)相同，這與夏季高溫、高鹽的蘇北沿岸水在西南黃海沿岸自南向北的輸運(yùn)有關(guān)。冬季，黃海存在一個(gè)自東南向西北方向流動(dòng)的暖水舌結(jié)構(gòu)[17]，分布與青島近海的水下海槽相對(duì)應(yīng)，ROMS模式和MODIS結(jié)果都體現(xiàn)了這一結(jié)構(gòu)，分布特點(diǎn)基本一致，但ROMS模擬得到的冬季SST相對(duì)略高于MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，偏差主要來(lái)自于長(zhǎng)波輻射通量的誤差。

((a)ROMS夏季SST。(b)MODIS夏季SST；(c)ROMS冬季SST；(d)MODIS冬季SST。(a)ROMS SST in summer;(b)MODIS SST in summer;(c)ROMS SST in winter;(d)MODIS SST in winter.)

圖4是M5站觀測(cè)數(shù)據(jù)與ROMS模擬得到的逐日平均的深度平均余流對(duì)比結(jié)果。M5站位于34.5°N，123°E，黃海海槽西側(cè)60 m等深線附近，靠近黃海暖流的主軸位置。可以發(fā)現(xiàn)，ROMS模擬的深度平均流速分量能夠較好的吻合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，模式模擬得到的緯向流速(U)大小平均約為5.8 cm/s，M5站實(shí)測(cè)U速度平均約為6.5 cm/s，方向向西；模式結(jié)果中經(jīng)向流速(V)大小平均約為4.4 cm/s，實(shí)測(cè)V速度平均約為3.7 cm/s，方向向北。模式和實(shí)測(cè)結(jié)果都顯示M5站附近流向持續(xù)向西北方向，模擬結(jié)果較為真實(shí)可信。

(藍(lán)色代表U分量，紅色代表V分量，實(shí)線代表模擬結(jié)果，虛線代表實(shí)測(cè)值。Blue line represents the U；Red represents the V；The solid line represents the simulation result；The dotted line represents the observed value.)

綜上，本研究對(duì)于西南黃海溫度及流場(chǎng)的模擬結(jié)果較為合理可信，在缺乏長(zhǎng)期穩(wěn)定觀測(cè)數(shù)據(jù)的情況下，可以使用該ROMS數(shù)值模擬的結(jié)果分析西南黃海區(qū)域的流系分布和影響。

2 分析與討論

2.1 西南黃海環(huán)流存在性及強(qiáng)度分析

圖5是利用ROMS模式數(shù)據(jù)得到的西南黃海1980—2019年多年平均態(tài)下的深度平均流場(chǎng)。結(jié)果顯示，蘇北-魯南近岸的蘇北沿岸流流向向北，平均流速約為2.5 cm/s，到成山頭附近流速可至4 cm/s，與繞成山頭南下的黃海沿岸流相會(huì)，導(dǎo)致黃海沿岸流被削弱，模式得到的西南黃海流系分布情況與前人的研究結(jié)果基本一致[2,8,18]。

(等值線為流函數(shù)(左)；西南黃海深度平均流場(chǎng)(等值線為流函數(shù))(右)。Isoline represents stream function(left)and southwestern Yellow Sea circulation depth-averaged current(isoline represents stream function)(right)。

在平均態(tài)下，山東半島南部順時(shí)針的西南黃海環(huán)流清晰可見，結(jié)合徐丹亞和趙保仁[10]的研究，我們猜測(cè)西南黃海環(huán)流范圍并不局限于圖1(a)中“2”所示冬季反氣旋渦以及“1”所示夏季中尺度渦范圍，而是終年存在，位于35°N—36.5°N，120°E—122°E之間。如果規(guī)定以3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月和次年1—2月為冬季，發(fā)現(xiàn)在34.5°N—36.5°N，120°E—122.5°E區(qū)域四個(gè)季節(jié)深度平均流場(chǎng)中，都存在閉合的流函數(shù)曲線，說(shuō)明至少在本文的數(shù)值模擬結(jié)果中這個(gè)環(huán)流體系是存在的，而且在不同季節(jié)，環(huán)流中心的位置和環(huán)流強(qiáng)度也存在差異。

參考Sadarjoen和Post[19]對(duì)中尺度渦的識(shí)別方式，在該區(qū)域，選取氣候平均態(tài)下西南黃海環(huán)流區(qū)域內(nèi)的流函數(shù)最大值，來(lái)作為該月的環(huán)流最大強(qiáng)度，結(jié)果如圖6所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，西南黃海環(huán)流強(qiáng)度存在“雙峰”結(jié)構(gòu)，分別在6和10月達(dá)到最強(qiáng)，10月相較于6月略弱，對(duì)應(yīng)兩個(gè)變化周期，2—8月以及9月—次年1月。為了方便討論，后面將2—8月對(duì)應(yīng)的西南黃海環(huán)流第一個(gè)變化周期稱為A段，同理，9月—次年1月稱為B段。

(取12個(gè)月的氣候平均態(tài)。12-months mean climatology.)

通過(guò)計(jì)算這兩個(gè)階段中每個(gè)月份的月平均流函數(shù)，發(fā)現(xiàn)每個(gè)月的流函數(shù)都能夠完全閉合，印證了西南黃海環(huán)流全年存在這一猜想。如果根據(jù)40 a平均后每個(gè)月西南黃海環(huán)流流函數(shù)能夠閉合的最外層流函數(shù)數(shù)值大小作為環(huán)流邊界值[19]，據(jù)此，將A段和B段的閉合區(qū)域合并繪制如圖7。

綜合來(lái)看，圖7(a)是2—8月的西南黃海環(huán)流范圍，代表 A段的西南黃海環(huán)流發(fā)展情況分為三個(gè)部分：2—3月為發(fā)展階段，此時(shí)環(huán)流中心由西側(cè)向東側(cè)偏移，同時(shí)該階段對(duì)應(yīng)了最大環(huán)流范圍；第二階段是圖6中折線所示強(qiáng)度較高的4、5和6月，這3個(gè)月中西南黃海環(huán)流位置偏東；最后在7—8月，隨著強(qiáng)度的衰減，西南黃海環(huán)流位置偏西，影響范圍較小。所以在A段中對(duì)應(yīng)環(huán)流強(qiáng)度弱-強(qiáng)-弱過(guò)程，位置存在西-東-西的變換。

圖7(b)中B段西南黃海環(huán)流的發(fā)展情況同樣存在3個(gè)部分，第一階段的9月及第三階段的12月至次年1月環(huán)流強(qiáng)度較弱，范圍較??；第二階段強(qiáng)度較強(qiáng)的10和11月西南黃海環(huán)流范圍較大，中心位置略微向東偏移。B段西南黃海環(huán)流變化更多體現(xiàn)在影響范圍，中心位置雖然也有偏移，但與A段的偏移程度相比較弱。與A段不同的是，A段的第一階段環(huán)流影響范圍較大，第二、三階段影響范圍較小，但B段第一、三階段影響范圍較小，第二階段影響范圍最大，原因可能與每年3和9月西南黃海海域季風(fēng)的轉(zhuǎn)向有關(guān)。在3月季風(fēng)風(fēng)向由西北轉(zhuǎn)向東南，在9月風(fēng)向由東南轉(zhuǎn)向西北，A段的第一階段和B段的第二階段都盛行風(fēng)力較強(qiáng)的西北風(fēng)，所以此時(shí)西南黃海環(huán)流的影響范圍也偏大。綜上，西南黃海環(huán)流終年存在于山東半島南部35.0°N—36.5°N，120°E—122°E區(qū)域，但隨著季節(jié)的變化，中心位置一年兩次進(jìn)行西-東-西方向的偏移，并且中心位置偏東時(shí)，環(huán)流強(qiáng)度同時(shí)較強(qiáng)。

((a)中等值線值分別為0.03、0.043、0.068、0.072、0.084、0.055和0.03 Sv;(b)中等值線值分別為0.035、0.06、0.035、0.018和0.025 Sv。(a)、(b)均取各月的氣候平均態(tài)。In(a)isolines equal to 0.03、0.043、0.068、0.072、0.084、0.055 and 0.03 Sv;In(b)isolines equal to 0.035、0.06、0.035、0.018 and 0.025Sv.(a)(b)is of the month mean climatology.)

2.2 形成機(jī)制探討

由于西南黃海水深較淺，本節(jié)將從一個(gè)線性的單層簡(jiǎn)單海洋模型出發(fā)來(lái)探討西南黃海環(huán)流的形成和維持機(jī)制。Brink[20]詳細(xì)說(shuō)明了這一簡(jiǎn)單正壓模型的適用性，Lin和Yang[21]曾利用這一模型對(duì)黃海暖流進(jìn)行了研究。模型由以下方程組控制：

式中：U、V代表流速的東西分量和南北分量；f代表科氏參數(shù)；g代表重力加速度；η代表水位；τs代表海表面風(fēng)應(yīng)力；τb代表底摩擦應(yīng)力；H代表水深。

通過(guò)對(duì)上述方程進(jìn)行變換處理，可以得到如下的渦度方程：

接下來(lái)，以圖6中西南黃海環(huán)流強(qiáng)度最強(qiáng)的6月為例進(jìn)行討論。6月西南黃海區(qū)域盛行南風(fēng)和西南風(fēng)，海水深度在風(fēng)向的右方逐漸增加，根據(jù)簡(jiǎn)化的渦度方程判斷，必定會(huì)有負(fù)渦度產(chǎn)生，從而形成反氣旋式渦旋或者環(huán)流。取圖7(a)西南黃海環(huán)流1980—2019年40年6月的流函數(shù)最大值，在扣除蘇北沿岸流流量成分的影響后，分別計(jì)算得到其與簡(jiǎn)化后渦度方程右邊兩項(xiàng)的相關(guān)系數(shù)，如圖8(a)及8(b)所示。

((a)與風(fēng)應(yīng)力旋度項(xiàng)，(b)與受地形調(diào)整的風(fēng)應(yīng)力項(xiàng)，(c)與風(fēng)應(yīng)力旋度項(xiàng)中的緯向分量 與風(fēng)應(yīng)力旋度項(xiàng)中的經(jīng)向分量。(a)With wind stress curl;(b)With wind stress adjusted by topography;(c)With zonal component of wind stress curl term ;(d)With meridional component of wind stress curl term-

2.3 6月西南黃海環(huán)流年際變化

利用經(jīng)驗(yàn)正交分解(EOF)方法，把西南黃海環(huán)流系統(tǒng)的各個(gè)典型特征分離出來(lái)，有助于研究其年際變化。圖9(a)和9(b)分別是西南黃海40 年6月深度平均環(huán)流經(jīng)過(guò)EOF分解后得到的第一模態(tài)和第二模態(tài)的分布，圖9(c)和9(d)中的紅色曲線分別對(duì)應(yīng)上述第一模態(tài)和第二模態(tài)的時(shí)間序列，黑色曲線是該區(qū)域40 年6月平均的風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)度及風(fēng)應(yīng)力旋度，上述曲線都相對(duì)各自標(biāo)準(zhǔn)方差進(jìn)行了歸一化處理，方便后續(xù)討論。

(a)EOF第一模態(tài)，貢獻(xiàn)率47.6%，(b)EOF第二模態(tài)，貢獻(xiàn)率16.9%，(c)第一模態(tài)時(shí)間序列(紅)及西南黃海6月平均風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)度變化(黑)，(d)第二模態(tài)時(shí)間序列(紅)及西南黃海6月平均風(fēng)應(yīng)力旋度變化(黑)。時(shí)間序列、風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)度以及風(fēng)應(yīng)力旋度均作歸一化處理。(a)PC1, variance equal to 47.6%;(b)PC2, variance equal to 16.9%;(c)Time index of PC1(red)and wind stress of southeastern Yellow Sea in June(black);(d)Time index of PC2(red)and wind stress curl of southeastern Yellow Sea in June(black).Time index, wind stress and wind stress curl are already detected by homogenization procedure.)

對(duì)西南黃海深度平均流場(chǎng)進(jìn)行矢量EOF分解后的結(jié)果顯示，第一、二模態(tài)累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)64.5%，因此可以大致反映出西南黃海區(qū)域流場(chǎng)的分布情況和年際變化特征。圖9(a)中，西南黃海6月深度平均流場(chǎng)的EOF第一模態(tài)主要表現(xiàn)為一支沿岸流，也就是此處的蘇北沿岸流，由江蘇北部流向山東半島南部，平均流速約為1.5 cm/s，其方差貢獻(xiàn)率為47.6%；時(shí)間序列存在明顯的年際變化特征，1985和1996年的變化幅度可以達(dá)到序列標(biāo)準(zhǔn)差的2倍以上。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，第一模態(tài)時(shí)間序列的年際變化與風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)度的變化趨勢(shì)十分相似，二者存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.71，說(shuō)明風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)度越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)沿岸的北向流越強(qiáng)。

第二模態(tài)方差貢獻(xiàn)率為16.9%，當(dāng)時(shí)間系數(shù)為正時(shí)，空間分布表現(xiàn)為靠近西側(cè)海岸的順時(shí)針西南黃海環(huán)流以及一個(gè)東側(cè)的逆時(shí)針環(huán)流，西南黃海環(huán)流流速約為1 cm/s，第二模態(tài)中沿岸流與第一模態(tài)相比較弱；而時(shí)間序列變化相較于第一模態(tài)偏小，通過(guò)與其他信號(hào)的分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)其與風(fēng)應(yīng)力旋度存在顯著的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.82，并且第二模態(tài)中西南黃海環(huán)流位置與圖8(a)中6月流函數(shù)最大值與風(fēng)應(yīng)力旋度相關(guān)程度最高的區(qū)域較為一致，說(shuō)明西南黃海環(huán)流變化受控于西南黃海區(qū)域的風(fēng)應(yīng)力旋度，與2.2中的結(jié)論一致。這說(shuō)明，西南黃海6月深度平均流正交分解后第一模態(tài)體現(xiàn)了蘇北沿岸流的變化特征，而第二模態(tài)可以表征西南黃海環(huán)流的信息，并且西南黃海環(huán)流存在顯著的年際變化，其年際變化與風(fēng)場(chǎng)旋度關(guān)系密切。選取圖9(d)中對(duì)應(yīng)EOF第二模態(tài)時(shí)間序列值小于-0.8和大于0.8的年份，得到各年份集合深度平均流場(chǎng)圖10，背景場(chǎng)為對(duì)應(yīng)的風(fēng)應(yīng)力旋度分布。

((a)對(duì)應(yīng)圖9(d)中第二模態(tài)時(shí)間序列小于-0.8的年份；(b)對(duì)應(yīng)圖9(d)中第二模態(tài)時(shí)間序列大于0.8的年份。(a)Corresponding years in fig.9(d)which time index of PC2 less than-0.8;(b)Corresponding years in fig.9(d)which time index of PC2 greater than 0.8.)

在第二模態(tài)時(shí)間序列值小于-0.8的年份中，沿岸區(qū)域的旋度正值較強(qiáng)，中心海域風(fēng)應(yīng)力旋度為負(fù)，數(shù)值較小，此時(shí)沿岸的正旋度導(dǎo)致這些年份在風(fēng)應(yīng)力負(fù)旋度作用下做順時(shí)針運(yùn)動(dòng)的西南黃海環(huán)流中心位置偏東，在西側(cè)沿岸海州灣附近出現(xiàn)逆時(shí)針渦旋。而在第二模態(tài)時(shí)間序列值大于0.8的年份，沿岸同一位置的風(fēng)應(yīng)力正旋度數(shù)值明顯較小，在日照沿岸旋度為負(fù)。相對(duì)于時(shí)間序列值較小的年份，此時(shí)西南黃海環(huán)流中心位置偏西，影響范圍更大，并且海州灣附近不存在逆時(shí)針渦旋。

2.4 西南黃海環(huán)流年際變化對(duì)滸苔分布的影響

西南黃海環(huán)流終年存在于山東半島南部，并且6月是黃海爆發(fā)滸苔災(zāi)害最嚴(yán)重的月份之一，所以西南黃海環(huán)流特殊的位置和年際變化很可能會(huì)對(duì)此處的滸苔分布和漂移產(chǎn)生影響。當(dāng)滸苔隨蘇北沿岸流的北向輸運(yùn)到達(dá)35°N附近海域時(shí)，存在多種漂移方式，例如，2013年，滸苔整體位置偏西，分布面積偏大；2014年，綠潮主體北移后，在35°N以南海域仍然有大面積滸苔持續(xù)存在等。

通過(guò)對(duì)西南黃海環(huán)流的分析，西南黃海環(huán)流的存在極可能對(duì)35°N附近每年滸苔不同的漂移方式和分布區(qū)域、面積等起到了重要作用。參考自然資源部北海局2012—2018年發(fā)布的北海區(qū)海洋災(zāi)害公報(bào)中的滸苔監(jiān)測(cè)信息，以每年滸苔分布邊界所圍區(qū)域的面積到達(dá)極值時(shí)的單日面積，也就是滸苔在該年所達(dá)到的最大分布面積作為滸苔災(zāi)害的衡量標(biāo)準(zhǔn)，與前面西南黃海深度平均環(huán)流中表征西南黃海環(huán)流的EOF第二模態(tài)時(shí)間序列比較得到圖11。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，第二模態(tài)中時(shí)間序列值較小的2009和2015年，對(duì)應(yīng)的滸苔分布面積較大；而時(shí)間序列值較大的2008、2010、2012及2013年，對(duì)應(yīng)年份的滸苔最大分布面積較小，計(jì)算得到二者的相關(guān)系數(shù)為-0.59，存在較為顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

圖11 2008—2018年黃海滸苔最大分布面積(綠線)與6月西南黃海深度平均流場(chǎng)EOF分解第二模態(tài)時(shí)間序列(藍(lán)線)

前文2.3中曾提到，在第二模態(tài)時(shí)間序列值小于-0.8時(shí)，沿岸風(fēng)應(yīng)力旋度為正值，西南黃海環(huán)流影響范圍小且中心位置偏東；而時(shí)間序列大于0.8時(shí)，大部分海域風(fēng)應(yīng)力旋度為負(fù)，沿岸的正旋度控制區(qū)域明顯少于前者，西南黃海環(huán)流中心位置偏西，影響范圍更大。所以從環(huán)流角度看，可能在這些第二模態(tài)時(shí)間序列值較大的年份，當(dāng)滸苔在蘇北沿岸流的運(yùn)輸作用下向北漂移，到達(dá)35°N以北區(qū)域時(shí)，繼續(xù)北向輸運(yùn)的路徑將與此處順時(shí)針的西南黃海環(huán)流重合，造成部分滸苔被限制在環(huán)流控制的區(qū)域，隨環(huán)流運(yùn)動(dòng)方向沿順時(shí)針向海岸移動(dòng)，甚至堆積在沿岸海域，此時(shí)能夠持續(xù)向北輸運(yùn)的滸苔量減少，造成2010、2012年等年份的滸苔分布面積相對(duì)較小，且其余向北輸運(yùn)的滸苔更加貼近岸線；而與此相反，在時(shí)間序列值較小的年份，西南黃海環(huán)流中心位置偏東且范圍相對(duì)較小，對(duì)滸苔的限制作用減弱，從而導(dǎo)致這些年份的滸苔分布面積較大。

綜上，西南黃海環(huán)流的年際變化與滸苔分布面積之間存在較為顯著的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)而本文從環(huán)流角度初步猜測(cè)：西南黃海環(huán)流的范圍及位置可能對(duì)滸苔運(yùn)移存在著一定的限制作用，并導(dǎo)致滸苔分布面積的年際差異，但這仍需未來(lái)更進(jìn)一步的觀測(cè)來(lái)驗(yàn)證。

3 結(jié)論與展望

本文利用一個(gè)高分辨率區(qū)域海洋模式對(duì)1980—2019年黃海區(qū)域的溫度及環(huán)流等進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果基本再現(xiàn)了黃海溫度、環(huán)流等的分布和變化特征?；谀M結(jié)果，本文對(duì)西南黃海環(huán)流的特征和機(jī)制進(jìn)行了討論分析，發(fā)現(xiàn)：

(1)西南黃海環(huán)流終年存在于35.0°N—36.5°N，120°E—122°E之間，其強(qiáng)度存在顯著的“雙峰”型季節(jié)變化結(jié)構(gòu)，在一年兩次變化過(guò)程中，中心位置存在西-東-西的偏移過(guò)程。

(2)以環(huán)流最強(qiáng)的6月為典型月份，從一個(gè)簡(jiǎn)單正壓模型出發(fā)，發(fā)現(xiàn)西南黃海相對(duì)渦度變化與風(fēng)應(yīng)力旋度以及受地形調(diào)整的風(fēng)應(yīng)力項(xiàng)有關(guān)，尤其是緯向風(fēng)在經(jīng)向上的變化，是西南黃海環(huán)流發(fā)展最重要的影響因素。

(3)通過(guò)矢量EOF分解方法得到的西南黃海深度平均流場(chǎng)第二模態(tài)能夠表征西南黃海環(huán)流信息，計(jì)算發(fā)現(xiàn)時(shí)間序列值與風(fēng)應(yīng)力旋度顯著負(fù)相關(guān)，r=-0.82，再次說(shuō)明了西南黃海環(huán)流受局地的風(fēng)應(yīng)力旋度控制。

(4)針對(duì)2008年后每年在黃海爆發(fā)的滸苔災(zāi)害，發(fā)現(xiàn)西南黃海環(huán)流年際變化與滸苔最大分布面積之間存在一定的相關(guān)性，進(jìn)一步猜測(cè)當(dāng)滸苔越過(guò)35°N位置后，如果同年西南黃海環(huán)流中心位置偏西，順時(shí)針的環(huán)流結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)滸苔的北向輸運(yùn)起到限制作用，造成滸苔的堆積和向岸輸運(yùn)現(xiàn)象，對(duì)沿岸城市造成更為嚴(yán)重的影響。

在本文的研究中，基于ROMS模式結(jié)果對(duì)西南黃海環(huán)流的存在性和機(jī)制進(jìn)行了初步的分析和討論，但關(guān)于其在實(shí)際中是否長(zhǎng)期穩(wěn)定存在仍需更多觀測(cè)數(shù)據(jù)的支持。其次，黃海滸苔的發(fā)生和運(yùn)移機(jī)制較為復(fù)雜，本文提供了一種從海洋環(huán)流角度出發(fā)的研究思路，對(duì)于西南黃海環(huán)流與滸苔分布之間可能存在的聯(lián)系及作用方式，也仍需更多的觀測(cè)和理論研究。