北黃海冷水團季節(jié)變化特征分析＊

姚志剛，鮑獻文，李 娜，李希彬，萬 凱，宋 軍

（1.中國海洋大學(xué)海洋環(huán)境學(xué)院，山東青島266100；2.中國海洋大學(xué)物理海洋重點實驗室，山東青島266100；3.國家海洋局天津海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，天津300457；4.國家海洋信息中心，天津300171）

黃海是1個半封閉的陸架淺海，其海底地形最顯著的特征是：在南黃海中部存在1個西北－東南走向的黃海深槽，水深約為50～80 m，進入北黃海后海槽逐漸變淺并轉(zhuǎn)為東西走向。此外，海槽兩側(cè)的地形存在明顯的不對稱，西側(cè)蘇北沿岸的故黃河三角洲海底地形較為平坦，而海槽東側(cè)的朝鮮半島附近海域，地形明顯較西側(cè)陡峭。已有的研究已經(jīng)指出，黃海深槽及其東西向不對稱性等地理特征在黃海冷水團［1］，黃海暖流等［2］水動力環(huán)境的形成和演變過程起著重要作用。以我國山東半島成山頭與朝鮮長山串的連線（寬193 km）為界，將黃海分成南北兩部份［3］。本文的研究對象即位于北黃海，北黃海地處山東半島，遼東半島與朝鮮半島之間，西側(cè)經(jīng)渤海海峽與渤海相連，南側(cè)與南黃海相通，平均水深僅38 m。北黃海最引人注目的水文特征之一即是黃海冷水團的分布及演變，北黃海冷水團的研究，對于理解北黃海海區(qū)水動力環(huán)境、海氣相互作用、生態(tài)要素分布以及渤海與外海的水體交換等均有著重要作用。

黃海冷水團系指暖半年時存在于黃海深底層溫度較低的那一部分水體，它是黃海水文特征的重要組成部分。早在1930年代，日本學(xué)者［4］根據(jù)北黃海的溫、鹽分布及季節(jié)變化，研究了夏季底層冷水及其與魚類的關(guān)系。1959年，赫崇本等［1］基于1930—1940年間的溫鹽長期觀測資料，得出了黃海冷水團是在冬季黃海局地形成的這一著名觀點。1962—1963年，管秉賢等［5－6］研究了冷水團內(nèi)垂直流速及其環(huán)流的特征。1979年，袁業(yè)立［7］建立了1個較嚴格的淺海熱生環(huán)流的流體動力學(xué)模型，并研究了冷水團中心的熱結(jié)構(gòu)以及環(huán)流特征。1980年，孫湘平［8］分析了冷暖年黃海冷水團的顯著差異及冬季渤海冰情對夏季黃海冷水團的影響。1985年，趙保仁等［9］應(yīng)用Simpson－Hunter提出的潮混合形成淺水陸架鋒的概念，討論了黃海冷水團的鋒面特征。1988年，翁學(xué)傳等［10］根據(jù)24 a鹽資料，利用“相似系數(shù)”方法分析了夏季黃海冷水團的分布范圍、低溫中心、體積和溫鹽等的多年變化。1990年，蘇紀蘭［11］，繆經(jīng)榜等［12］運用定性分析和數(shù)值模擬，對黃海冷水團的環(huán)流結(jié)構(gòu)進行了探討。江蓓潔等［13］基于1976—1999年的海洋調(diào)查資料，研究了北黃海冷水團溫鹽的多年變化特征，指出黃海冷水團在1976—1999年共24 a間溫度稍呈上升趨勢，鹽度升降趨勢并不顯著。于非等［14］利用覆蓋整個黃海的GDEM三維水溫資料，較系統(tǒng)的分析了黃海冷水團的形成和演變過程。

已有這些研究極大豐富和提高了人們對黃海冷水團的形成及演變特征等的認識，但上述結(jié)果的獲取更多的依賴于僅有幾條斷面的數(shù)據(jù)或者數(shù)值模型的結(jié)果，缺乏北黃海海區(qū)全局性、較精細觀測數(shù)據(jù)的支持，尤其是基于密集大面站位觀測對北黃海冷水團季節(jié)演變特征的研究目前還較少。2006—2007年908項目執(zhí)行期間，針對北黃海海域所進行的4個航次的密集大面觀測，為北黃海冷水團的研究提供了更詳細的資料。本文即基于908 4個航次的溫鹽觀測數(shù)據(jù)，對北黃海冷水團的季節(jié)演變特征進行分析。

習(xí)慣上人們一般以10或8℃等溫線所包圍的區(qū)域作為黃海冷水團的范圍，管秉賢［5］曾指出，采用8℃等溫線作為黃海冷水團范圍變化的指標較10℃為宜，本文的研究中也采用此觀點選取8℃等溫線作為夏季北黃海冷水團范圍指標的邊界。

1 資料

表1 2006—2007年北黃海調(diào)查4個航次時間Table 1 Cruise duration from 2006 to 2007 in the Northern Yellow Sea region

2 北黃海冷水團水平分布的季節(jié)變化

2.1 夏季

夏季底層冷水團的水平分布如圖2所示。由圖中可以看出：

（1）夏季北黃海冷水團已經(jīng)完全形成，最低溫度約為6℃。6℃低溫等值線封閉且較狹長，盤踞在50 m等深線以深的海槽中，中心位置大致在122.4°E，38.2°N處。

（2）以8℃作為夏季北黃海冷水團的邊界，可以看到黃海冷水團基本呈西北－東南走向，其覆蓋面積幾乎占據(jù)了整個調(diào)查區(qū)域的一半，分布范圍約在121.3°E～124.0°E，37.0°N～38.9°N之間。8℃等值線外緣向岸一側(cè)等溫線分布較密集，并且冷水團的核心與岸邊高溫水之間的溫差達10℃以上。

（3）冷水團所盤踞的位置對應(yīng)鹽度的高值區(qū)，其鹽度高于32 psu。高于32 psu的等鹽線所包圍的面積幾乎占整個調(diào)查區(qū)域1／2以上。高鹽水與周圍低鹽水之間形成較明顯的鹽度鋒面。

翁學(xué)傳等［10］基于1965—1966、1972—1973、1975、1977—1979共8 a的觀測曾指出，夏季北黃海冷水團平均中心的位置位于威海市以北122°12′E，38°14′N附近，而且各層低溫中心的位置比較一致。本文此次調(diào)查的結(jié)果與已有研究相比，北黃海冷水團低溫中心的位置略有東偏，但幅度不大。

2.2 冬季

從溫度大面圖上（見圖3a）可以看出，冬季北黃海冷水團已經(jīng)基本消失。原來的溫度低于6℃的冷水中心，現(xiàn)在已經(jīng)基本被8～9℃的暖水體所替代。整個海區(qū)溫度分布基本呈現(xiàn)遠岸高、近岸低的形態(tài)，與夏季正好相反。

而從鹽度大面圖上（見圖3b）可以較明顯的看到黃海暖流在冬季北上侵入北黃海，與之對應(yīng)的高鹽水呈舌狀自東南向西北延伸進入北黃海，高鹽水舌鹽度的最高值達到32.8 psu，在南北黃海分界處，32.8 psu等鹽度線位于124°E，37°N附近。

汪小波抱著，反過來問她，“你，為什么？為什么？”然后汪小波喃喃地對她，像哄一個孩子，說，“走，回家吧，回家吧！”

2.3 春季

春季處于由冬季向夏季的過渡時期，底層溫度的水平分布如圖4a所示。從圖中可以看出，春季黃海暖流的控制作用較冬季減弱，北黃海中部的冷水開始形成，6℃冷水覆蓋了大約121°E～123°E，38°N～38.8°N以內(nèi)的范圍，占調(diào)查范圍總面積的約1／3。而岸邊淺水區(qū)域的水溫則從冬季的3～4℃增加到現(xiàn)在的7～8℃。北黃海底層冷水中心的溫度與岸邊的溫差有2～3℃。

從鹽度的大面分布圖4b上看到，春季北黃海冷水區(qū)域鹽度仍然較高，其量值大于32 psu。與冬季相比，高鹽水舌的分布形態(tài)有較大變化：在南北黃海分界處，32.8 psu的主軸位置從冬季的124°E向西移至現(xiàn)在的123.3°E處，西移了大約75 km之多；而123.5°E以東冬季高鹽水區(qū)域，退化為較弱的小高鹽水舌。

冬季航次的執(zhí)行時間為12月30日～次年1月17日，春季航次為4月22日～5月5日，春季北黃海底層冷水溫度低于冬季表明，冬季航次調(diào)查結(jié)束至春季航次調(diào)查開始期間北黃海底層水體的溫度在繼續(xù)降低，至少在冬季2月應(yīng)當(dāng)如此。冬、春2個航次調(diào)查結(jié)果的對比表明：北黃海底層冷水的降溫幅度達到2℃。與夏季的結(jié)果相比較，春季北黃海底層6℃低溫冷水所占據(jù)的面積遠大于夏季，兩者的差異達到了10倍以上，這也反映了在春季至夏季過渡期間垂向湍混合及平流輸運等因素在黃海冷水團形成中所起的重要影響［14－15］。

2.4 秋季

秋季處于夏季向冬季的過渡期。從圖5a中可以看出，由風(fēng)應(yīng)力增強導(dǎo)致垂直湍混合加劇，上層水的混合作用使得北黃海冷水團的強度及范圍有所減弱。秋季減弱的北黃海冷水團存在2個低溫中心，分別位于122°E，38.3°N和122.4°E，38.7°N附近，其低溫中心的溫度均為9℃。盡管秋季北黃海中部的冷水團區(qū)域的溫度較夏季有所升高，但中部冷水和近岸水之間仍保持著較大的溫度梯度，中部冷水與近岸水之間的溫差達到9～10℃。

從鹽度的大面分布圖5b上看出，高鹽中心仍位于38.5°N，122.5°E附近。與溫度分布類似，以122.5°E，38°N到123.3°E，38.3°N的連線為界，整個北黃?？梢员环譃閮刹糠?，連線的西北部表明北黃海冷水團的逐漸消失，而連線的東南部則顯示了黃海暖流的北進入侵。

圖5 秋季底層溫度（a）、鹽度（b）分布圖Fig.5 Distributions of bottom temperature（a）and salinity（b）in autumn

秋季北黃海冷水團有2個9℃的低溫中心的現(xiàn)象，這一點在以往的研究中也還沒有被提及，在很大程度上它得益于本次調(diào)查所布設(shè)的站位較之前的研究更加密集。

2.5 北黃海冷水團大面分布的季節(jié)變化分析

通過對北黃海冷水團4個季節(jié)溫鹽大面分布的分析，可以看到，春季北黃海冷水團開始形成至夏季北黃海冷水團完全成熟，而秋季北黃海冷水團開始逐漸減弱至冬季北黃海冷水團完全消失。

張以懇等［16］基于1928—1931、1933—1940、1943、1957—1967、1972—1973、1975—1990年共42 a的觀測曾指出北黃海底層冷水團低溫中心溫度的變化范圍約為4.03～8.00℃，其平均值約為5.9℃。而冷水團低溫中心處鹽度的變化范圍為30.79～32.52 psu，多年平均值約為32.01 psu。本次觀測低溫中心的溫度約為6℃，低溫中心處的鹽度值約為32.0 psu，這表明，本次調(diào)查的結(jié)果與前人已有的觀測相吻合，北黃海冷水團低溫中心的溫度和鹽度與歷史資料相比變化不大。

3 北黃海冷水團垂直分布的季節(jié)變化

本次調(diào)查所設(shè)置的C5斷面為大連－成山頭斷面，其北起大連外海附近的C501站，南至成山頭外的C512站，橫貫北黃海冷水團中心，歷史上多以該斷面作為研究北黃海冷水團的變化特征的典型斷面，因此本文給出了對該歷史典型斷面共4個季節(jié)溫鹽特征的分析。

3.1 夏季

夏季北黃海冷水團溫鹽剖面的垂直分布如圖6所示，夏季北黃海冷水團從15 m層開始出現(xiàn)，沿C5斷面冷中心位于C507站（122.2′E，38.1°N）附近的底層，冷中心處的溫度約為6℃，冷中心處的鹽度值約為31.8 psu。在C503站和C507站的底層水中，存在2個鹽度的高值區(qū)，其中心鹽度值均在31.8 psu以上，南部鹽度高值區(qū)的面積較大，其溫度也更低，約在6°C以下。以8℃等溫線作為夏季黃海冷水團的邊界，可以看到沿C5斷面（大連－成山頭斷面）北黃海冷水團的溫度和鹽度呈明顯的雙峰分布，這一點在之前的研究中還沒有被提及，至于形成原因尚需進一步研究。

圖6 夏季C5斷面溫度（a）、鹽度（b）剖面Fig.6 Profile of temperature（a）and salinity（b）across C5 section in summer

3.2 冬季

冬季北黃海冷水團剖面的垂直分布如圖7所示，受冬季大風(fēng)混合加強的影響，整個斷面的溫度和鹽度垂直分布較為均勻，斷面水平分布也較為均勻。整個斷面溫差約為2℃，鹽差為0.4 psu。此時已基本看不到北黃海冷水團的影響。

圖7 冬季C5斷面溫度（a）、鹽度（b）剖面Fig.7 Profile of temperature（a）and salinity（b）across C5 section in winter

3.3 春季

春季北黃海冷水團剖面的垂直分布如圖8所示，春季北黃海冷水團已經(jīng)初步形成，溫度躍層開始出現(xiàn)，但由于近岸以及上層區(qū)域的增溫作用并不顯著，因而溫度躍層并不是太強，表底溫差僅有4℃。北黃海冷水團的中心位于C503站至C507站間的底層，中心溫度約為6℃，與夏季冷中心的位置基本一致，但此時6℃等溫線所包圍的面積要明顯大于夏季。沿C5斷面鹽度的躍層尚未形成，處于冬季垂直均勻分布到躍層形成的過渡時期，雖然中部等鹽線發(fā)生彎曲，但近岸仍基本呈現(xiàn)垂直均勻分布狀態(tài)。沿C5斷面的高鹽中心已經(jīng)出現(xiàn)，位于C505站到C507站30 m以深水域，其鹽度值約為32.2 psu。

圖8 春季C5斷面溫度（a）、鹽度（b）剖面Fig.8 Profile of temperature（a）and salinity（b）across C5 section in spring

3.4 秋季

秋季北黃海冷水團剖面的垂直分布如圖9所示，秋季北黃海冷水團開始減弱。風(fēng)混合的加強使上層溫度趨于均勻，溫度躍層出現(xiàn)在30～40 m左右。躍層以下的低溫中心位于C505站到C507站之間，低溫中心溫度約為10℃。大風(fēng)的垂直混合作用使得整個北黃海冷水團分布在C502站到C507站之間30 m以下的水域。同樣，大風(fēng)的垂直混合作用也使得鹽度分布逐漸向垂直均勻分布狀態(tài)過渡，雖然30 m以深還存在一部分北黃海冷水團，但鹽躍層已經(jīng)并不明顯，高鹽中心位于C505站到C506站的底層，高鹽中心的鹽度值為32.2 psu。

圖9 秋季C5斷面溫度（a）、鹽度（b）剖面Fig.9 Profile of temperature（a）and salinity（b）across C5 section in autumn

4 結(jié)論

從底層溫鹽分布可以看出：

（1）冬季，北黃海冷水團消失，在北黃海中部，其溫度約為8～9℃，向岸溫度逐漸降低。黃海暖流的高鹽水呈舌狀向西北延伸，高鹽水舌主軸的鹽度的最高值達到32.8 psu。

（2）春季，北黃海中部的冷水特征開始出現(xiàn)，6℃冷水占據(jù)了調(diào)查范圍約1／3的水域。冷水中心的鹽度值大于32 psu。成山頭以東的高鹽水舌主軸自冬季的124°E西移到123.3°E處。

（3）夏季，北黃海冷水團已經(jīng)完全形成，最低溫度約為6℃，鹽度高于32 psu，盤踞在50 m等深線以深的海槽中，與近岸水的溫差達12℃以上。冷水團與岸邊高溫低鹽水之間形成明顯的鋒面。與前人結(jié)果料相比，低溫中心位置東偏。

（4）秋季，北黃海冷水團強度減弱，存在2個低溫中心。高鹽中心仍位于38.5°N，122.5°E附近，與溫度類似。

（5）沿C5斷面，溫躍層春季形成，夏季最強，秋季減弱，冬季消失；夏季溫躍層在10～20 m之間，春季溫躍層在20～30 m之間，秋季溫躍層在30～40 m之間；夏季北黃海冷水團溫度和鹽度呈現(xiàn)明顯的雙峰分布。

［1］ 赫崇本，汪園祥，雷宗友，等.黃海冷水團的形成及其性質(zhì)的初步探討［J］.山東海洋學(xué)院學(xué)報，1959，2（1）：11－15.

［2］ 邢傳璽，黃大吉.冬季黃海暖流西偏機理數(shù)值探討［J］.海洋學(xué)報，2011，32（6）：1－10.

［3］ 孫湘平.中國近海區(qū)域海洋［M］.北京：海洋出版社，2006：376.

［4］ 關(guān)東廳水產(chǎn)實驗場.海洋調(diào)查報告［R］.日本：關(guān)東廳水產(chǎn)實驗場，1934.

［5］ 管秉賢.黃海冷水團的水溫變化以及環(huán)流特征的初步分析［J］.海洋與湖沼，1963，5（4）：255－284.

［6］ 管秉賢.有關(guān)我國近海海流研究的若干問題［J］.海洋與湖沼，1962，4（3－4）：121－141.

［7］ 袁業(yè)立.黃海冷水團環(huán)流1.冷水團中心部分的熱結(jié)構(gòu)和環(huán)流特征［J］.海洋與湖沼，1979，10（3）：187－196.

［8］ 孫湘平.氣候異常引起的黃海冷水團及渤海冰情變異的若干例證［J］.海洋湖沼通報，1980，1：1－8.

［9］ 趙保仁.黃海冷水團鋒面與潮混合［J］.海洋與湖沼，1985，16（6）：451－460.

［10］ 翁學(xué)傳，張以懇，王從敏，等.黃海冷水團的變化特征［J］.海洋與湖沼，1988，19（4）：368－379.

［11］ 蘇紀蘭，黃大吉.黃海冷水團的環(huán)流結(jié)構(gòu)［J］.海洋與湖沼，1995，26（5）：1－7.

［12］ 繆經(jīng)榜，劉興泉，薛亞.北黃海冷水團形成機制的初步探討Ⅰ.模式解［J］.中國科學(xué)，1990（12）：1311－1321.

［13］ 江蓓潔，鮑獻文，吳德星，等.北黃海冷水團溫，鹽多年變化特征及影響因素［J］.海洋學(xué)報，2007，29（4）：1－10.

［14］ 于非，張志欣，刁新源，等.黃海冷水團演變過程及其與鄰近水團關(guān)系的分析［J］.海洋學(xué)報，2006，28（5）：26－34.

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［16］ 張以懇，楊玉玲.夏季北黃海冷水團多年變化特性分析［J］.海洋預(yù)報，1996，13（4）：15－21.