东海黑潮多尺度时空变化特征研究进展

摘要：东海黑潮是影响我国近海环流系统变异的主要原因，并对流经海域的生态环境及天气气候等产生重要的影响。本文对有关东海黑潮多时空变化特征的研究进行了综述。主要研究成果有：揭示了台湾东北冷涡的形成机制及其变化特征；对东海黑潮主段的温盐特征、流场结构及流量变化有了清晰的认识，并进一步揭示了黑潮锋面的时空特征及其影响；揭示了吐噶喇海峡处黑潮流轴南北向摆动的变化特征及其机制。

关键词：东海黑潮；台湾东北；黑潮主段；吐噶喇海峡

黑潮是西北太平洋中一支为世界瞩目的西边界暖洋流，具有流速强、流量大、高温高盐等特点。它起源于北赤道流的北向分支，向北沿吕宋岛以东海域流动，经吕宋海峡后，沿台湾岛东岸北上，由台湾以东苏澳-与那国岛水道进入东海，后沿东海陆架外缘向东北方向流动，至庵美大岛以西附近黑潮脱离大陆坡转向东经吐噶喇海峡离开东海，后沿日本南岸和东岸继续向东北方向流动，在140°E，35°N附近黑潮离岸东流，成为黑潮延伸体。

作为黑潮流系的重要组成部分，流经东海海域的部分通常被称为东海黑潮。东海黑潮与东海陆架水相互作用，进行能量、动量及物质的交换，是影响我国近海环流系统变异的主要原因，同时黑潮携带大量的热量，其强大的热输送效应必然会对流经海域的生态环境及天气气候等产生重要的影响。因此，对东海黑潮的调查和研究，历来是国内外海洋学界共同关注的重要课题。东海黑潮有两个区域是十分重要的，分别是是台湾岛东北海域的入侵陆架分支点和吐噶喇海峡附近的对马暖流分支点。这两分支点之间是一相当稳定的流段，通常称之为为东海黑潮主段。下面分台湾东北、东海黑潮主段及吐噶喇海峡附近三个区域，介绍东海黑潮时空变化的主要研究进展。

1 台湾东北

当黑潮由苏澳-与那国岛水道进入东海后，其北向流动受东海陆架阻挡，在台湾东北部分为两支：主流沿东海陆架坡折向东北方向流动；另一支则转向西北入侵陆架。研究表明西北入侵分支具有季节性变化特征，目前的结论表明该入侵主要发生在秋冬季节。如孙湘平[1]通过对GEK表层流数据的分析指出，台湾东北的黑潮流轴在秋冬季节偏向陆架，而在春夏季节向外海移动。棉花峡谷附近的海流观测表明，冬季风加强后一个月左右，该海域发生向陆架的入侵，同时伴随黑潮海流的向岸移动。Qiu and Imasato[2]利用卫星红外图像，同样观测到冬季黑潮向台湾东北陆架海域的入侵。Chuang and Liang[3]则指出伴随冬季风的结束，黑潮对陆架的入侵于四月份左右消失。马超[4]利用Argos浮标资料和卫星高度计资料，反演了黑潮及其邻近区域的表层流场，并指出在台湾岛东北，除夏季外黑潮西侧均有分支入侵到东海陆架。胡筱敏等[5]通过对漂流浮标资料的分析表明，在台湾东北海域，黑潮表层水向东海南部陆架区的入侵以秋、冬季最强，春季次之，而夏季几乎不发生。

黑潮入侵分支的西侧海域经常存在一个气旋式冷涡。卢鸿復[6]指出黑潮分支西侧的气旋式冷涡下层冷涡流场全年存在，只是冬夏季的大小和位置有所差异。周慧等[7]利用Argo漂流浮标对台湾东北海域涡旋的垂向结构进行了研究，指出该冷涡深度可达2000m，水平尺度约200km。对台湾东北气旋式冷涡的存在及其形成机制的分析研究表明，它是由黑潮次表层水在台湾东北遇东海陆架阻挡导致涌升的结果。Liu et al [8]利用温度、硝酸盐及溶解氧等数据资料研究了台湾东北陆架坡折处的涌升流，指出此区域的黑潮次表层水涌升是全年现象。

随着观测技术的不断提高，利用高时空分辨率的数据资料，该海域流场的一些高频变化特征也逐步被揭示。Wu et al[9]用一个数值模式对台湾东北冷涡的时空变化进行研究，并指出在季节内尺度上该冷涡流场存在30天左右的变化周期，且局地风的强迫对其影响并不明显，主要由于黑潮流轴摆动造成。通过对高频雷达测流资料的分析，Takahashi et al[10]指出在台湾东北黑潮主轴存在准两周（11-14天）的摆动；Morimoto et al [11]揭示了当台风过境时，黑潮主轴的异常向岸偏移，且黑潮主轴恢复到其原始位置需耗费一周多的时间，表明黑潮主轴的摆动并非只局限于表层。Ichikawa [12]指出在几个月的时间尺度上，黑潮流速与其位置的南北摆动有很好的对应关系，并进一步揭示了该变化是受台湾以东涡旋的影响。另外，林霄沛[13]对验潮站资料、数值模拟结果、断面调查资料和浮标资料的分析显示，由于平流和豁口尺度相对较大，季节内Rossby长波信号可以由台湾以东进入东海，对东海黑潮上游的流量和流轴影响较大，使得东海黑潮上游的流量变化规律主要是季节内变化，季节性变化规律不明显。。郑小童等[14]发现庆良间水道以南东海黑潮上游流量受北太平洋副热带海区季节内Rossby长波影响具有大约100天的振荡周期，庆良间水道以北的东海黑潮则没有该特征。

2东海黑潮主段

在对东海黑潮的调查研究中，位于冲良岛西北、横跨冲绳海槽的PN（Pollution Nagasaki）是观测时间最长、最为系统的一个断面。国内外学者利用PN断面的水文数据资料，对东海黑潮的温盐特征、流场结构及流量变化等问题进行了大量研究。有关的研究计算了黑潮的流量及其季节变化，计算结果表明，黑潮流量的多年平均值约为27Sv，其季节平均值在夏季时最大，秋季最小。许东峰等[15]指出东海黑潮流量的季节变化，其中一个原因是与北太平洋风应力涡度的零线的位置有关。余帆等[16]讨论了东海黑潮上层环流季节、年际变化与局地风应力的关系，指出局地经向风应力的季节变化与PN断面上层质量输送的季节变化有密切关系（相关系数达0.92）。黑潮流速剖面的多核结构是东海黑潮主段速度分布的重要特征，陈红霞等[17]基于PN断面的历史水文资料统计研究了东海黑潮的流速分布，并指出流核结构具有显著的时间变化规律，流核个数以秋季偏多。袁业立等[18]指出东海黑潮多核结构是一种运动不稳定现象，其理论结果与观测有较好的一致性。

最近几年，随着高分辨率卫星资料的迅速增多，黑潮锋面的时空特征及其影响也逐渐被揭示。在冬春季节，东海黑潮的表层暖水与其北面陆架冷水之间海表温度的梯度很大，形成明显的海表温度锋—黑潮锋，该锋面对黑潮锋附近的局地海气关系有重要的影响。Xie et al[19]指出，冬季黄、东海海域海表温度和海表面风速之间存在非常好的对应关系：在黑潮暖流上空为风速的极大值区，而风速的小值区则位于相对冷的陆架水上空。Chen[20]的研究表明，春季东海海表面风场存在沿黑潮辐合增强的特征，形成一条风急流带，且沿黑潮的这条风急流带诱生的海洋次级环流对春季黑潮锋的形成和发展有重要的影响。王琳琳[21]利用高分辨率的区域大气模式，进一步研究了黑潮区海洋温度锋影响海表面风场的可能机制，指出海温能够明显改变锋区两侧边界层大气的稳定度和垂直混合的强弱，证明了垂直混合机制的存在。徐蜜蜜等[22]则指出黑潮锋区附近海洋影响大气的机理方面，除垂直混合机制外，海平面气压调整机制也起一定的作用。除了对边界层大气的影响，XU et al[23]指出东海黑潮锋的影响可伸展至自由大气。徐蜜蜜等[24]指出东海海洋锋对其附近的总降水、对流、层云降水均有影响，尤其在春季海洋锋暖侧的降水强度增大，对流降水的频次增多，“雨顶”高度也有明显的抬升。Yoshi N. Sasaki et al [25]则利用卫星遥感数据、再分析数据，讨论了黑潮锋对6月局地降雨的影响，并利用一个区域大气模式（WRF）对其机制进行探讨。

3吐噶喇海峡附近

吐噶喇海峡是黑潮路径上流经的关键通道之一，多年来国内外海洋学者对该海域进行了大量的调查和研究。不同学者计算了吐噶喇海峡的黑潮流速和流量，表明海峡处黑潮主轴的平均核心流速约为92cm/s，平均流量约为24Sv，揭示了吐噶喇海峡黑潮流速的多核结构，并进一步探讨了海峡中流量分布状况和季节变化。Kawabe[26]利用验潮站海表高度数据研究了通过吐噶喇海峡黑潮的流量变化，并指出日本以南黑潮大弯曲的生消与其上游黑潮流量之间关系密切。Ming Feng [27]利用系泊在吐噶喇海峡的列阵测流资料，指出吐噶喇黑潮主轴存在约100天的振荡周期。Ichikawa[28]基于卫星高度计数据进一步讨论了中尺度涡对吐噶喇海峡的流量及流轴变化的影响。Nakamura et al[29]基于90年代的观测数据，对东海陆坡和吐噶喇海峡之间的黑潮弯曲进行了研究，揭示了黑潮在该海域的双流态结构，指出黑潮南北两条路径之间存在30-90天的转换周期；并进一步探讨了该30-90天高频变化的季节及年际特征。Nakamura[30]利用数值模式对该海域黑潮的流态进行模拟，指出在冲绳海槽北部黑潮存在三种显著的路径：伴随黑潮反气旋式弯曲的北部路径，伴随黑潮气旋式弯曲的南部路径及不稳定的转换路径，且斜压不稳定在黑潮路径的变化过程中起重要作用。

4结语

综上所述，对东海黑潮多时空尺度变化特征的研究已经取得了一些重要的进展，主要研究成果有：

（1）揭示了台湾东北冷涡的形成机制，指出它是由黑潮次表层水在台湾东北遇东海陆架阻挡导致涌升的结果；

（2）对东海黑潮主段的温盐特征、流场结构及流量变化有了清晰的认识，并进一步揭示了黑潮锋面的时空特征及其影响；

（3）揭示了吐噶喇海峡处黑潮流轴南北向摆动的变化特征及其机制，指出斜压不稳定在黑潮路径的变化过程中起重要作用。

可以看出，近些年来国内外学者对东海黑潮的时空变化特征做了不少研究，对其变化特征及其影响也有了一定认识。但受资料时间分辨率的限制，对其季节内变化特征的探讨还有欠缺，对此有必要进行进一步的探讨研究。

参考文献

[1] 孙湘平.东海黑潮表层流路（途径）的初步分析[A].黑潮调查研究论文集[C].北京：海洋出版社，1987，1-14

[2] Qiu B.， and N. Imasato， 1990： A numerical study on the formation of the Kuroshio counter current and the Kuroshio branch current in the East China Sea，Continental Shelf Research， 10（2）， 165-184

[3] Chuang， W.-S.， Liang， W.-D.， 1994. Seasonal variability of intrusion of the Kuroshio water across the continental shelf northeast of Taiwan. Journal of Oceanography 50， 531-542

[4] 马超.黑潮变化及其对台湾海峡流动的影响[D].青岛：中国海洋大学，2006.

[5] 胡筱敏，熊学军，乔方利，等.利用漂流浮标资料对黑潮及其邻近海域表层流场及其季节分布特征的分析研究.海洋学报，2008，30（6）：1-16