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夏季季风转换期间中沙群岛附近海域的温盐分布特征:

黄 磊 高红芳

(广州海洋地质调查局 广州 510760)

第一作者简介:黄磊(1984-),男,硕士,助理工程师,主要从事海洋地质和海洋水文研究,E-mail:1ei841004@163.com

摘要 对2009年5月中沙群岛附近海域的水文观测资料,运用垂向梯度法,计算了中沙群岛海区温度及盐度两种跃层所处的深度及各自的厚度和强度,并进行了相应的分析。结果表明,夏季风转换期间海洋表、底层温度分布南高北低,表、底层盐度分布较为均匀;垂直结构上温度跃层比较稳定,无逆跃层出现;盐度跃层基本为单跃层,但在研究区南部混合层以下出现两种盐度异常水体。

关键词 季风转换 温跃层 盐跃层 盐度异常

海洋要素跃层的时空分布规律是物理海洋学的重要研究内容[1],其分布和变化不仅关系到水团垂直边界的划定,而且直接影响到潜艇活动和水声仪器的使用以及海洋渔业的发展。因此国内外对跃层的研究,不论是关于大洋跃层的理论,还是浅海跃层的分析与诊断都非常活跃,特别是有关中国陆架海区跃层分析与诊断方面的研究更是成果颇多,如毛汉礼等人对黄海、东海温、盐、密跃层的分布和消长变化规律进行了详细的阐述[2];邹娥梅等对黄海、东海温跃层在成长、强盛、消衰和无跃期的各特征值的分布特征及季节变化作了探讨和分析[3];吴巍,贾旭晶等分别针对南海跃层几种不同的计算方法进行了讨论[4-5];邱春华等利用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)分析了南海北部深水海域温度及盐度的季节和年际变化特征,讨论了季节及年际变化尺度上黑潮通过吕宋海峡对南海北部温、盐场的影响[6]。但以上研究大多是对大范围海域内温盐特征进行分析,针对某一特定区域进行详细分析对比的研究还较少,本文以2009年5月广州海洋地质调查局在南海中沙群岛海域观测的温盐深(CTD)资料,分析了春夏季风转换期间该区水体的温、盐特征,探讨了近表层盐度异常水体的来源和盐度逆转现象形成的可能机制。

1 温盐的水平分布特征

中沙群岛附近海域位于南海中北部,主要跨越了陆坡(岛坡)和深海盆两大地貌单元。该区域属于亚热带季风气候,特点是高温多雨,盛行季风,偶有热带气旋活动。由于该海域受冷空气、南海高压、副热带高压、辐合带及热带气旋环流等多种因素的综合影响,导致该海域水文气象条件较复杂且明显随季节变化而变化。

2009年5月14日~6月1日,广州海洋地质调查局“海洋四号” 综合科学考察船在南海中沙群岛海域进行了为期15天的CTD观测。共设置CTD测站19个(图1),取样时处于南海夏季季风转换期。

图1 研究区位置及CTD取样站位分布图

表层海水的温、盐分布明显受季风、太阳辐射等因素的影响,从图2a可以看出,表层温度分布具有南高北低的特点,即北部陆坡区温度较低,在28℃以下,最北端CTD5表层海水温度为26.248℃;由北向南至深水区,温度逐渐上升到28℃以上,最南端CTD19表层海水温度为29.477℃,南北两端温度相差3℃左右。由于南部处于开阔海域,能吸收更多的太阳辐射,表层增温较快,所以温度普遍比北部高。而海底底层水温的变化明显受海水深浅的影响,水深深的地方底层温度低,在海盆区最低可达2.372℃;水深浅的地方底层温度较高,在中沙海台海底温度为11.025℃。从图2b可以看出,海底底层水温在调查区西南部较高,西北部和海盆区较低。

图2a 表层海水温度的水平分布

图2b 底层海水温度的水平分布

图2c 表层海水盐度的水平分布

图2d 底层海水盐度的水平分布

研究区的表、底层海水盐度分布相对比较均匀,从南到北仅有微小的变化。表层海水盐度变化范围在33.1~33.9之间,其中最低值位于CTD18,盐度值为33.150,最高值位于CTD6,盐度值为33.886。从整体趋势来看,表层海水盐度在调查区南部相对北部较低(图2c),原因是南部海域较北部陆坡区更为开阔,上层海水受季风及蒸腾作用的影响,海水混合程度较高,因此盐度值普遍比北部低。底层海水盐度变化范围在34.4~34.7之间,其中最低值位于CTD18,盐度值为34.458,最高值位于CTD15,盐度值为34.631,二者相差并不大(图2d),原因是底层水体盐度的变化跟海水的深浅有关,水深深的地方压强大,海水密度大,盐度值较高,水深浅的地方压强小,海水密度小,盐度值较低。

2 温盐的垂直分布特征

2.1 跃层特性

依环境参数的不同,跃层可有温跃层、盐跃层等,它们的形成原因不尽相同,但形成过程之间却有一定的联系。跃层的示性特征用跃层的深度、厚度和强度表示。分析研究区跃层的示性特征是采用CTD提供的标准层资料。确定跃层的方法是先选定某一水文要素跃层强度的最低指标值,然后对这一水文要素的标准层资料求其变化率,即垂向梯度。把该水文要素垂向梯度值大于、等于最低指标值所在深度范围称之为跃层;跃层上、下端点所在深度分别为跃层上、下界深度;跃层下界深度与上界深度之差为跃层的厚度;跃层上、下界深度对应的水文要素值之差除以跃层厚度所得的结果为跃层强度。跃层强度最低值的选取依据海洋调查规范[7]给出的最低标准(表1)。

表1 跃层强度的最低标准

2.2 温跃层

研究区地处亚热带季风区,这里海域广阔,海水较深,大部分海区的跃层具有低纬深海大洋的跃层性质。其跃层类型主要包括浅跃层和深跃层。浅跃层一般分布在近海陆架区及外海深水区的上层,其主要特征是上界深度浅、厚度薄、强度大,且具有明显的季节变化;深跃层比较稳定,终年存在,为永久性的,其主要特征是上界深度较深,厚度较大,强度较弱,季节变化不明显[8]。中沙群岛属于外海深水区,这里浅跃层较弱,其底界深度较深,有时与下面的深跃层上界深度间隔较小,因此在这里将浅跃层与深跃层合二为一作为单跃层处理。例如CTD9和CTD14位于海盆区,水深都接近4000 m,从图3和图4可以看出,浅跃层深度在25 m左右,深跃层深度约为50 m,浅跃层底界深度跟深跃层顶界深度之间的间隔距离很小,因此在分析跃层深度和厚度时将其当做一个跃层进行处理。

在跃层的分析中没有发现逆跃层的现象。根据张勐宁,刘金芳等[9]对南海温跃层的研究,在南海逆跃层主要出现在北部近海,即粤东、粤西近海和北部湾及越南岘港附近海域,且多出现在1月到4月份,其他月份只有10月份出现局部范围的逆跃层,这与我们的分析结果是相符的。另外需要特别指出的是,CTD13和CTD18分别位于中沙北海岭和中沙海台,水深分别为2340 m和360 m,受复杂的海底地形和海流的影响,多跃层的现象较明显(图5,图6),跃层深度、厚度和强度的判定采用邱章,徐锡祯等[4]的分析方法,取第一个跃层的上界深度为跃层顶界深度,最后一个跃层的下界深度为跃层的底界深度,如果由此定出的跃层其强度达不到最低指标值,则对多个跃层依其深度进行适当的组合,最后从中确定的跃层,其强度不但满足最低指标值,而且较强,同时其厚度也尽可能的大。

图3 CTD9温度梯度变化曲线图(注:400 m水深以下曲线变化幅度很小,未在图中表示,以下同)

图4 CTD14温度梯度变化曲线图

通过对温跃层深度、厚度、强度的分析可以看出,取样时正值春夏交替,海表盛行风转为较弱的西南风,太阳辐射逐渐增强,表层海水逐渐增温,但是由于出现上暖下冷的海水现象及风力搅拌作用较弱,大部分跃层深度都在40 m以下,由于我们是将浅跃层和深跃层合并处理,故跃层厚度较厚,一般在130~150 m之间,跃层强度变化不大,一般在0.07~0.09℃/m之间。

图5 CTD13温度梯度变化曲线图

图6 CTD18温度梯度变化曲线图

2.3 盐跃层

在热带海域的上层海洋,气候平均的盐度值随深度呈现单调增加,温度值随深度呈现单调降低,密度随深度呈现单调增高。南海气候平均的温度、盐度和密度也符合上述规律[10]。以盐度为例,从图7a可以看出150 m深度以浅的盐度变化趋势是随深度单调增加。其跃层类型都是单跃层,顶界深度约在30~40 m,跃层厚度约在100~155 m之间,跃层强度在0.01~0.15m-1之间变化。与气候平均值相比,个别站位航测盐度在次表层出现极低盐度值,或者在次表层交替出现高-低盐度极值(图7b),同时温度和密度却符合上述一般垂向分布规律(给出对应位置温度的分布图,图7c),这种盐度的逆转显然具有特殊性。参照对应的混合层深度位置以及南海气候态温跃层的分布[11],发现这种盐度在垂向上的异常基本出现在混合层底和强温跃层之间的深度位置[12]。这种盐度异常水体特点为上部混合层一般在30~40 m之间,上下水层盐度异常值相差约0.3,最低盐度值约在60~70 m之间,盐跃层强度在0.01~0.3 m-1之间变化。

通过对比两种类型的盐跃层在不同站位的分布发现:第一种类型的盐跃层主要分布在研究区北部陆坡及西南侧;第二种类型的盐跃层主要分布在研究区南部海盆区。这些盐度异常水体在春夏季风转换期间具有普遍性[7],其原因主要是南部海区热量摄入较多,有利于蒸发,并在2~3级风作用下,形成了比较浅薄的相对高盐水层,而它的下面仍为冬季遗留下来的低盐水层,从而在垂向上呈现出如图7b所示的上层盐度逆转结构。以后随着夏季季风的稳定增长,上混合层厚度加大,冬季遗留下来的低盐水层会最终变性消失。据此可以认为:在夏季季风转换期间异常表层水的出现主要是该海区气候环境特征造成的,其生成机制涉及混合层与温跃层的交换以及温跃层的动力调整。

南海地质研究.2012

图7 观测期间典型的垂向盐度和温度特征图(a为盐度随深度单调变化图;b为盐度异常变化图;c为盐度异常水体对应的温度变化图)|Fig.7 Typical temperature and salinity profiles(a:salinity with depthmonotonic changes profiles.b:salinity abnormal changes profiles.c:abnormal saline water temperature changes profiles)

3 结 语

根据上述分析结果,初步得到夏季季风转换期间中沙群岛北部附近海域的温盐分布特征:

(1)表层海水受季风、太阳辐射等因素影响,温度分布具有南高北低的特点,盐度变化幅度不大,南部相对北部较低;底层海水受地形、水深等因素影响,在调查区西南部温度较高,西北部和海盆区较低,盐度分布特征正好相反。

(2)利用垂向梯度法对温跃层进行分析得出调查区内浅跃层、深跃层普遍存在。浅跃层特征为上界深度浅、厚度薄、强度大;深跃层特征为上界深度较深,厚度较大,强度较弱。在中沙海台和中沙北海岭,受复杂的海底地形和海流的影响,多跃层现象较为明显。

(3)利用垂向梯度法对盐跃层进行分析,得出跃层类型基本都为单跃层,但个别站位混合层以下出现盐度逆转现象,这些站位都分布在南部海盆区。异常表层水的出现主要是该海区气候环境特征造成的,其生成机制涉及混合层与温跃层的交换以及温跃层的动力调整。

参考文献

[1]李风岐,苏育嵩.海洋水团分析[M].青岛:海洋大学出版社,2000,36 ~37.

[2]毛汉礼,邱道立.第四章:中国近海温、盐、密度的跃层现象[A].中华人民共和国科学技术委员会海洋组海洋综合调查办公室.全国海洋综合调查报告,第三册[C].北京:科学出版社,1964.116.

[3]邹娥梅,熊学平,郭炳火,等.黄、东海温盐跃层的分布及其季节变化[J].黄渤海海洋,2001,19(3):8~18.

[4]吴巍,方欣华,吴德星.关于跃层深度确定方法的讨论[J].海洋湖沼通报,2001,2:1~7.

[5]贾旭晶,刘秦玉,孙即霖.1998年5~6月南海上混合层、温跃层不同定义的比较[J].海洋湖沼通报,2001,1:1~7.

[6]邱春华,贾英来.南海北部深水海域温度以及盐度的季节及年际变化特征[J].中国海洋大学学报,2009,39(3):375~380.

[7]国家技术监督局.海洋调查规范-海洋调查资料处理[S](中华人民共和国国家标准GB12763.7-91).北京:中国标准出版社,1992.69~70.

[8]张勐宁,刘金芳,毛可修,等.中国海温度跃层分布特征概括[J].海洋预报,2006,23(4):51~58.

[9]邱章,徐锡祯,龙小敏.1994年9月南沙群岛调查海区的跃层特征[J].热带海洋,1996,15(2):61 ~67.

[10]王东晓,杜岩,施平.南海上层物理海洋学气候图集[M].北京:气象出版社,2002.168.

[11]杜岩,王东晓,等.南海南部混合层底盐度异常水体的结构特征[J].热带海洋学报,2004,23(6):52~59.

[12]方文东,黄企洲,等.春夏季季风转换期南海南部的异常表层水[J].热带海洋学报,2001,20(1):77~81.

Analyses on Temperature and Salinity Distributions in ZhongSha Islands Waters During Spring to Summer Monsoon Transition

Huang Lei,Gao Hongfang

(Guangzhou Marine Geological Survey,Guangzhou,510760)

Abstract:Based on the data collected during an investigation in the Zhongsha Islands in May,2009,using vertical grads method in thermocline and halocline calculation and discussed thecharacteristics of the transition layer.The results show that the temperature of sea water was high-er in south area and the salinity of sea water is relatively equality during spring to summer mon-soon transition.The vertical temperature stratification was stable and not existed temperature in-version.Almost vertical salinity stratification was single halocline,but two types of the abnormalsaline water were found under the mixed layer in the south part of the Zhongsha islands.

Key words:Monsoon transition Thermocline Halocline Abnormal saline water

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