太平洋－印度洋貫穿流南海分支研究綜述＊

張 晶，魏澤勛＊，李淑江，王永剛

（1.國(guó)家海洋局 第一海洋研究所，山東 青島266061；2.海洋環(huán)境科學(xué)和數(shù)值模擬國(guó)家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島266061）

太平洋－印度洋是典型的海洋大陸帶，有多個(gè)海峽與相鄰近的大洋進(jìn)行活躍的水體和熱鹽交換［1］。印度尼西亞海區(qū)處于太平洋－印度洋的中間地帶，是銜接兩大洋的紐帶。印度尼西亞貫穿流（Indonesian Throughflow，簡(jiǎn)稱印尼貫穿流，ITF）從熱帶太平洋向印度洋輸運(yùn)大量的暖水和鹽，引起水體和熱鹽在兩大洋間的重新分配，對(duì)維持太平洋－印度洋的物質(zhì)、能量和動(dòng)量平衡有重要意義［2－4］（圖1），本圖參照杜巖和方國(guó)洪［4］圖1重繪，其中背景圖片引自 Gordon［3］并有所調(diào)整，主要數(shù)據(jù)來自Fang等、Gordon［3］和 Van Aken等。印尼貫穿流既是熱帶太平洋低緯度西邊界流的重要分支，也是印度洋環(huán)流系統(tǒng)的重要組成部分，作為全球海洋系統(tǒng)中唯一一支發(fā)生在低緯度洋盆間的流動(dòng)，它的存在對(duì)熱帶氣候系統(tǒng)乃至全球氣候系統(tǒng)有至關(guān)重要的作用［5］。

Wyrtki最早提出印尼貫穿流［6］。他發(fā)現(xiàn)，在低緯度海區(qū)，太平洋水通過亞洲大陸和新幾內(nèi)亞島間的復(fù)雜通道進(jìn)入東南亞海域，然后流入印度洋。他還基于太平洋側(cè)和印度洋側(cè)的幾個(gè)站位的海平面高度資料估算了ITF的輸運(yùn)量，發(fā)現(xiàn)ITF輸運(yùn)量存在夏季大冬季小的季節(jié)變化特征，之后許多學(xué)者的研究結(jié)果也都體現(xiàn)了ITF的這一變化特征。Wyrtki對(duì)造成這一季節(jié)變化形式的原因進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)太平洋－印度洋間的大尺度壓力梯度是ITF的主要驅(qū)動(dòng)力［7］。從太平洋和印度洋大尺度壓力梯度的觀點(diǎn)出發(fā)，研究發(fā)現(xiàn)印度洋的局地風(fēng)場(chǎng)會(huì)影響印度洋側(cè)海表面高度的變化，從而影響到ITF的季節(jié)變化［8］。Clarke和Liu［9］進(jìn)一步研究了ITF的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)影響ITF的輸運(yùn)的動(dòng)力不僅來自兩大洋間的大尺度壓力梯度，由風(fēng)應(yīng)力導(dǎo)致的Ekman輸運(yùn)也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。

雖然科學(xué)家都支持ITF是由太平洋向印度洋輸運(yùn)，但對(duì)于ITF的來源問題仍存在較大的爭(zhēng)議。Ffield［10］和 Gordon et al.［11］分析了ITF的水團(tuán)特征，認(rèn)為北太平洋水是ITF的主要來源，而南太平洋僅提供了一小部分，水體主要來自于北太平洋的棉蘭老流，且海水輸運(yùn)的主要路徑是蘇拉威西海、望加錫海峽和弗洛里斯海。而Godfrey［12－13］則認(rèn)為ITF主要源自南太平洋，并分別通過繞島環(huán)流理論和拉格朗日方法驗(yàn)證他的觀點(diǎn)。更多的觀測(cè)和研究表明北太平洋和南太平洋都是ITF的水源，只是兩者的比例存在季節(jié)性變化且受到海洋環(huán)流和氣候系統(tǒng)的影響［14］。

圖1 平均意義下的印度尼西亞貫穿流分支示意圖Fig.1 A schematic diagram showing the pathways of the Indonesian Throughflow under an average sense

西北太平洋流系處于ITF的上游，是ITF重要的直接來源。北赤道流在西北太平洋沿菲律賓海岸分岔成向南的棉蘭老流和向北的黑潮，其分岔點(diǎn)的季節(jié)性變化影響了北太平洋水體通過呂宋海峽向南海的入侵［15］。Wyrtki［6］最早關(guān)注了南海和太平洋之間的水交換，冬季在東北季風(fēng)的作用下，北太平洋水通過呂宋海峽流入南海，而夏季在西南季風(fēng)作用下海水則由南海流向太平洋。方國(guó)洪等［16］對(duì)南海南部水體通過卡里馬塔海峽向爪哇海的輸運(yùn)進(jìn)行了研究，數(shù)值模擬結(jié)果表明南海存在太平洋－印度洋水交換的一個(gè)重要分支，并對(duì)印尼貫穿流的輸運(yùn)有重要影響，后來的觀測(cè)進(jìn)一步證實(shí)了太平洋－印度洋水交換南海分支的存在［17］。風(fēng)場(chǎng)診斷分析和高分辨率的環(huán)流模式結(jié)果表明，太平洋水體受到太平洋海盆尺度風(fēng)場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)，從呂宋海峽進(jìn)入南海，并在這里產(chǎn)生分叉，一部分進(jìn)入蘇祿海，另一部分繼續(xù)向南進(jìn)入爪哇海。這一環(huán)流分支有很強(qiáng)的ENSO信號(hào)，并且會(huì)對(duì)ITF的熱量輸送產(chǎn)生顯著的影響［18］。Qu等［19］在研究這一海流分支時(shí)曾給出其流徑的示意圖（圖2），本圖參照Qu等［19］Figure1重繪，清楚的標(biāo)明了太平洋水通過呂宋海峽進(jìn)入南海，再通過卡里馬塔海峽流向印度尼西亞海域的路徑。太平洋水穿過呂宋海峽進(jìn)入南海后，分為兩支，一支北上穿過臺(tái)灣海峽，一支向南進(jìn)入南海腹地；南向分支在西沙群島附近又分為兩支，一支海流穿過民都洛海峽進(jìn)入蘇祿海，另一支繼續(xù)向南穿過卡里馬塔海峽流向印度尼西亞海域，又可分為三支，一支向北穿過望加錫海峽流入蘇拉威西海，一支向南穿過龍目海峽進(jìn)入印度洋，一支繼續(xù)向東。這些研究都表明，南海是太平洋－印度洋貫穿流的一個(gè)重要通道，通過南海的這支貫穿流分支，被稱為太平洋－印度洋貫穿流南海分支或南海貫穿流。本研究中主要討論太平洋－印度洋貫穿流南海分支的主要入流和出流通道—呂宋海峽和卡里馬塔海峽的研究進(jìn)展。

圖2 太平洋－印度洋貫穿流南海分支示意圖Fig.2 A schematic diagram showing the South China Sea Branch of the Pacific－Indian Ocean Throughflow

1 太平洋－印度洋貫穿流南海分支

1.1 呂宋海峽水交換

呂宋海峽位于南海的東北側(cè)，臺(tái)灣島與呂宋島之間，海峽呈東西走向，跨越3個(gè)緯度，南北寬380km，東西長(zhǎng)200km，平均水深約1 400m，其最大水深可達(dá)5 126m，是直接溝通南海和西北太平洋的唯一深水通道，也是南海與外海間體積和熱鹽輸運(yùn)量最大的通道［20－21］。呂宋海峽被巴坦群島和巴布延群島分割成三個(gè)通道：北部的巴士海峽，中部的巴林塘海峽和南部的巴布延海峽，其中以巴士海峽最寬、最深、最為重要［22］。

呂宋海峽水交換（LST）研究工作開展較早，目前有較多基于觀測(cè)、數(shù)值模式等的研究成果。早在20世紀(jì)60年代初，Wyrtki［6］就發(fā)現(xiàn)呂宋海峽的水交換存在著顯著的季節(jié)性變化，冬季入流（西向流，流入南海），夏季出流（東向流，流出南海）。其后也有很多學(xué)者通過觀測(cè)資料分析、動(dòng)力計(jì)算和數(shù)值模式等方法研究呂宋海峽的水交換特征，例如黃企洲等［23］，郭忠信等［24］，Metzger與 Hurlbut［25－26］，F(xiàn)ang［27］，劉秦玉等［28］，Cai等［29］，Qu［30－32］，Chu與 Li［33］，魏澤勛等［34］，Tian等［35］，Tozuka等［36］，Yaremchuk等［37］，鮑獻(xiàn)文等［38］，袁耀初等［39］，張正光等［40］，姜濤等［41］。研究的結(jié)果在季節(jié)變化趨勢(shì)上來看是一致的，都體現(xiàn)了冬季流量大夏季流量小的特點(diǎn)。張正光等［40］的HYCOM模式結(jié)果顯示呂宋海峽的水交換不僅存在季節(jié)變化，還有明顯的季節(jié)內(nèi)變化。他們發(fā)現(xiàn)呂宋海峽流通量包含顯著的90d和120d變化，這與太平洋西向傳播的Rossby波的周期相似，推測(cè)黑潮和太平洋西向傳播的Rossby波間的相互作用是造成呂宋海峽流通量年內(nèi)高頻變化的動(dòng)力機(jī)制。由于模擬方法的差異和觀測(cè)資料的誤差，學(xué)者們得到的呂宋海峽流通量結(jié)果并不一致，流向和流量大小都有一定的差異（表1）。從表1可以看出，迄今為止學(xué)者對(duì)呂宋海峽流通量的估算，結(jié)果都顯示呂宋海峽年平均為西向輸運(yùn)，流量估算最小值為Wyrtki的動(dòng)力計(jì)算結(jié)果－0.1Sv，最大值為黃企洲的動(dòng)力計(jì)算結(jié)果－8.0Sv，年平均結(jié)果基本在－4.0Sv；而各個(gè)季節(jié)流量的估算以方國(guó)洪等的數(shù)值模式結(jié)果最為接近平均結(jié)果。

表1 呂宋海峽西向入侵海流體積輸運(yùn)（Sv＝106 m3·s－1）Table 1 The volume transport by westerly current through the Luzon Strait（Sv＝106 m3·s－1）

隨著觀測(cè)資料的累積、觀測(cè)手段和數(shù)值模式的改進(jìn)，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)呂宋海峽水交換存在明顯的垂向分層結(jié)構(gòu)。Wyrtki［7］研究發(fā)現(xiàn)，在2月，呂宋海峽表層至300m層存在入流；300～1 000m層，存在出流，且出流流速最大值發(fā)生在500m處；在8月情況相反，表層至400m，海水由南海流入太平洋，在400～1 000m間，太平洋水流入南海，且入流流速最大值發(fā)生在600m處。方國(guó)洪等［42］利用高分辨率數(shù)值模式結(jié)果得出，呂宋海峽水交換的垂向結(jié)構(gòu)為：表層存在著顯著的季節(jié)性變化，冬季入流（西向流，進(jìn)入南海），夏季出流（東向流，流出南海），次表層至底層較穩(wěn)定，無明顯季節(jié)變化，次表層至中層為入流，深層出流，底層入流，形成一種穩(wěn)定的緯向翻轉(zhuǎn)環(huán)流結(jié)構(gòu)。分析形成這種結(jié)構(gòu)的原因，他們認(rèn)為上層水交換的主要驅(qū)動(dòng)力是太平洋向南海傾斜的水位高度差和季風(fēng)強(qiáng)迫，而次表層至深層主要是由海水垂向混合所造成的南海與太平洋間的密度差維持了這一穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。袁耀初等［39］分析2002年春季呂宋海峽海流資料，得出在200，500m層黑潮沿西北方向入侵南海，而在800m處轉(zhuǎn)向，海流沿東北向流出南海。Tian et al.［35］利用2005年10月呂宋海峽觀測(cè)資料對(duì)呂宋海峽120.5°E斷面進(jìn)行動(dòng)力計(jì)算結(jié)果顯示：在500m以上，斷面南北兩端為入流而中間為出流；500～2 000m之間斷面呈南進(jìn)北出結(jié)構(gòu)，2 000～3 000m南北兩端出流而中間入流，3 000m以深底層為出流（圖3），本圖參照Tian［35］Figure2重繪，圖中斜線陰影區(qū)表示海底地形，虛線表示東向的出流，粗實(shí)線為0線，細(xì)實(shí)線表示西向的入流。Fang等［43－44］定量地給出了呂宋海峽水體交換的垂直分層流量，太平洋水入侵南海主要通過呂宋海峽的上0～427m層，平均流量為5.05Sv，2 054m以下的底層也存在流入南海的凈流量，但流量較小，僅為0.31Sv；而在427～2 054m的中層和深層是呂宋海峽輸出南海水體的主要通道，平均值為0.56Sv。張正光等［40］的逐層譜分析和水團(tuán)分析結(jié)果顯示呂宋海峽經(jīng)向斷面流場(chǎng)可分為三層：0～300 m為上層，300～1 200m為中層，1 200m以下為底層。上層流向以西向入流為主，中層入流量和出流量相當(dāng)，底層以東向出流為主。姜濤等［41］用MITgcm數(shù)值模式研究呂宋海峽1980－2001年平均的體積、熱量和鹽量輸運(yùn)隨深度的變化，結(jié)果顯示在上層（0～145m）和深層（915～1 837m）層海流多為東向出流，中層（145～915m）和底層（1 837m以深）海流主要表現(xiàn)為西向入流。

圖3 呂宋海峽斷面地轉(zhuǎn)流東西向分布（cm·s－1）Fig.3 velocities of subinertial flow across the Luzon Strait（cm·s－1）

驅(qū)動(dòng)呂宋海峽上層水交換的主要機(jī)制有風(fēng)場(chǎng)的強(qiáng)迫和黑潮的入侵。Wyrtki［6］認(rèn)為季風(fēng)場(chǎng)的強(qiáng)迫驅(qū)動(dòng)了呂宋海峽上層的水交換，所以呂宋海峽水交換流量有明顯的季節(jié)性變化特征。Farris和Wimbush［45］發(fā)現(xiàn)黑潮以流套方式入侵南海的形成是由一個(gè)局地臨界積分風(fēng)應(yīng)力參數(shù)決定。當(dāng)局地風(fēng)應(yīng)力的南向分量超過0.08 N·m－2時(shí)，黑潮入侵南海，而當(dāng)風(fēng)應(yīng)力分量低于此值時(shí)，黑潮退回呂宋海峽以東，不能入侵南海。

歷史觀測(cè)資料證實(shí)，黑潮在流經(jīng)呂宋海峽時(shí)，會(huì)有部分黑潮水流入南海。早期對(duì)黑潮入侵南海的研究中，存在兩種不同的觀點(diǎn)，一種是Wyrtki［6］提出的黑潮入侵南海存在季節(jié)性變化，冬季黑潮入侵南海強(qiáng)烈，而夏季受局地西南季風(fēng)的影響，表層海水從南海流向太平洋，Chau［46］，Wang［47］及 Watts［48］等人都支持此觀點(diǎn)。另一種觀點(diǎn)是終年有黑潮水流入南海，如 Niino等［49］，Chao［50］，Chu［51］等，但關(guān)于黑潮進(jìn)入南海后的去向觀點(diǎn)不同。Niino和Emery等［49］認(rèn)為黑潮入侵南海后，終年有一支海流沿臺(tái)灣島西側(cè)北上；Chu［51］則認(rèn)為夏季分支沿臺(tái)灣島北上，而冬季則進(jìn)入南海腹地。近年來的研究中，雖然仍有部分學(xué)者對(duì)黑潮水終年入侵南海存有異議，如1992年初春和1994年夏末的兩次大規(guī)模海洋調(diào)查結(jié)果顯示并無顯著黑潮分支深入南海［52－53］，蘇紀(jì)蘭等［54］的模式結(jié)果也指出僅有黑潮鋒向南海彎曲，黑潮并未直接進(jìn)入南海；但多數(shù)學(xué)者支持黑潮終年入侵南海的觀點(diǎn)。目前主要的爭(zhēng)議在于黑潮入侵南海的方式以及黑潮水進(jìn)入南海后的去向問題。黑潮入侵南海的方式主要存在兩種觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)是以分支方式直接入侵，仇德忠等［55］，郭忠信等［56］，蒲書箴［57］，李榮鳳［58］，Metzger等［26］早期的研究都支持黑潮有分支進(jìn)入南海；另一種觀點(diǎn)是黑潮以渦旋流套方式入侵，Nitani［59］最早描述了南海黑潮流套：黑潮有一分支在20°N向西通過呂宋海峽進(jìn)入南海，但大部分繞著一個(gè)暖渦旋轉(zhuǎn)，然后流回到黑潮主軸。李立等［60］明確提出了南海黑潮流套的概念：黑潮水通過呂宋海峽進(jìn)入南海，在海面溫度場(chǎng)分布上表現(xiàn)為從呂宋海峽侵入南海的高溫水舌，而從海面動(dòng)力高度分布來看，黑潮南?！胺种А钡母邷厮喑史礆庑竭\(yùn)動(dòng)，稱為“流套”更為合適。上世紀(jì)90年代的多數(shù)學(xué)者的研究結(jié)果也都支持黑潮以流套方式入侵南海，如Su［61］，F(xiàn)arris［45］，Li Rongfeng［62］等的數(shù)值模式研究結(jié)果。袁東亮等［63］用1.5層約化重力模式實(shí)驗(yàn)結(jié)果解釋呂宋海峽黑潮路徑變化時(shí)指出，呂宋海峽以東的中尺度渦對(duì)黑潮路徑有強(qiáng)烈影響，反氣旋渦旋能造成黑潮由反氣旋入侵向跨隙流態(tài)的轉(zhuǎn)變，卻不能引起黑潮由跨隙流態(tài)向反氣旋入侵流態(tài)的轉(zhuǎn)變，因此呂宋海峽黑潮發(fā)生跨隙流動(dòng)的幾率要大于反氣旋入侵的幾率。他還指出中尺度渦對(duì)黑潮路徑影響的動(dòng)力機(jī)制顯示，黑潮路徑在呂宋海峽的變異可能存在著較大的可預(yù)報(bào)性。

對(duì)于黑潮水進(jìn)入南海后的去向問題，大部分學(xué)者認(rèn)為黑潮水進(jìn)入南海后會(huì)分為南北兩支，一支沿臺(tái)灣海峽北上，一支南下深入南海腹地。伍伯瑜［64］的研究指出黑潮終年有一分支進(jìn)入南海并沿臺(tái)灣海峽北上。蒲書箴等［57］人認(rèn)為黑潮分支以西北向進(jìn)入南海東北部，之后分為南北兩支，一支為臺(tái)灣西海岸附近的北向流，另一支為南海北部的西向流。李榮鳳等［58］的數(shù)值模式結(jié)果顯示冬季黑潮水由呂宋海峽南端進(jìn)入南海北部西折，西折過程中一部分受海南島陸架坡折的阻擋和地形誘導(dǎo)，轉(zhuǎn)向東北，匯入逆風(fēng)而上的南海暖流；另一部分構(gòu)成南海北部氣旋式渦旋的一部分。夏季進(jìn)入南海的黑潮有一部分可被陸架誘導(dǎo)流向東北。Fang et al.［65］也支持太平洋的海水通過呂宋海峽進(jìn)入南海后，會(huì)分叉為兩支，一支轉(zhuǎn)而向北，進(jìn)入臺(tái)灣海峽，最終回到太平洋；另一支向南流動(dòng)，除小部分通過馬六甲海峽直接匯入印度洋外，大部分分別通過民都洛海峽、巴拉巴克海峽和卡里馬塔海峽匯入太平洋－印度洋貫穿流，最終進(jìn)入印度洋（圖4），本圖參照Fang等［43］Fig9重繪；廣東沿岸流（Guangdong Coastal Current，縮寫為 GDCC），哈姆黑拉渦（Halmahera Eddy，HE），黑潮（Kuroshio，KS），卡里馬塔海峽貫穿流（Karimata Strait Throughflow，KSTF），呂宋渦旋（Luzon Gyre，LG），呂宋海峽表層流（Luzon Strait Subsurface Inflow，LSSIF），棉蘭老流（Mindanao Current，MC），棉蘭老渦（Mindanao Eddy，ME），望加錫海峽貫穿流（Makassar Strait Throughflow，MSTF），北赤道流（North Equatorial Current，NEC），北赤道逆流（North Equatorial Countercurrent，NECC），南沙渦旋（Nansha Gyre，NG），新幾內(nèi)亞沿岸流（New Guinea Coastal Current，NGCC），新幾內(nèi)亞沿岸潛流（New Guinea Coastal Undercurrent，NGCUC），南赤道流（South Equatorial Current，SEC），南海暖流（South China Sea Warm Current，SCSWC），臺(tái)灣海峽貫穿流（Taiwan Strait Throughflow，TSTF），越南離岸流（Vietnam Offshore Current，VOC）。

圖4 南海及印度尼西亞部分海域的環(huán)流結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Circulation patterns in the South China Sea and in parts of the Indonesian Sea

限于深層海流觀測(cè)的困難性和呂宋海峽的復(fù)雜地形，對(duì)于呂宋海峽中下層水交換的驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究較少。Qu等［66］綜合了南海及呂宋海峽的水文數(shù)據(jù)資料，分析后發(fā)現(xiàn)1 500m以下存在持久的斜壓梯度是太平洋和南海進(jìn)行水交換的主要驅(qū)動(dòng)力。Fang等［44］認(rèn)為是垂向混合造成的南海與太平洋間的密度差影響了呂宋海峽中下層的體積輸運(yùn)。

1.2 卡里馬塔海峽水交換

卡里馬塔海峽位于印度尼西亞加里曼丹島西岸，南連爪哇海，北接南海，寬約350km，水深約50m，是太平洋－印度洋貫穿流南海分支的主要出流通道，它的水體和熱鹽輸運(yùn)對(duì)印尼貫穿流有著重要的影響，流經(jīng)卡里馬塔海峽的流段也被稱為卡里馬塔海峽貫穿流［22］。歷史上卡里馬塔海峽貫穿流的研究一直被忽視，觀測(cè)和研究都較少，尤其是直接觀測(cè)資料十分缺乏，現(xiàn)有的結(jié)果多為數(shù)值模式結(jié)果。卡里馬塔海峽貫穿流的研究最早也可追溯到Wyrtki［6］，他基于船舶漂流觀測(cè)資料，估算了卡里馬塔海峽的流量，發(fā)現(xiàn)冬季有海流從南海流向印度尼西亞海域，而夏季則有印度尼西亞海域海流向北進(jìn)入南海，且冬季流量大夏季流量小。但Wyrtki的觀測(cè)較早，資料具有很大的不確定性。由于卡里馬塔海峽水深較淺，早期南海環(huán)流的數(shù)值模擬通常將其關(guān)閉，并認(rèn)為民都洛海峽是南海南部海峽的主要出流通道［25］，造成了模擬結(jié)果與觀測(cè)事實(shí)不符。

近年來，卡里馬塔海峽貫穿流的研究才受到重視，許多學(xué)者開始通過數(shù)值模擬手段研究卡里馬塔海峽貫穿流（表2）。Metzger等［26］最早通過診斷試驗(yàn)，計(jì)算出南海通過卡里馬塔海峽和爪哇海匯入印尼貫穿流的流量是1.6Sv。Lebedev and Yaremchuk［67］的數(shù)值模式結(jié)果與方國(guó)洪等［42］的數(shù)值模式結(jié)果基本一致，都指出卡里馬塔海峽是南海南部海區(qū)的主要出流通道，其海流輸運(yùn)量的季節(jié)變化趨勢(shì)呈現(xiàn)冬季大夏季小的特點(diǎn)，且冬夏季間存在流向的逆轉(zhuǎn)，冬季向南流出南海，夏季向北流入南海。方國(guó)洪等［16］的研究進(jìn)一步指出卡里馬塔海峽是南海最重要的出流通道，它的年輸出量占南海總出流量的一半。Qu等［66］的研究表明卡里馬塔海峽貫穿流將從太平洋進(jìn)入南海的低溫高鹽水從南海輸出，對(duì)于維持南海的水體熱鹽平衡具有很重要的作用。董丹鵬等［68］基于質(zhì)量、熱量和鹽量守恒的最優(yōu)化盒子模式，進(jìn)一步證實(shí)了卡里馬塔海峽是南海最主要的出流通道。南海海表有巨大的熱量和淡水輸入，將高溫低鹽水從卡里馬塔海峽輸出是維持整個(gè)南海熱鹽平衡最快最有效的途徑。Wang等［69］利用HYCOM模式研究南海四個(gè)主要通道的季節(jié)變化，發(fā)現(xiàn)卡里馬塔海峽的最大出流量在1月，約為2.1Sv；最大入流量在7月，約為－1.0Sv；年平均體積輸運(yùn)量約為0.5Sv。Fang等［43］研究發(fā)現(xiàn)太平洋－印度洋南海分支在冬夏兩季差別較大，冬季存在明顯的太平洋水從呂宋海峽進(jìn)入南海穿過卡里馬塔海峽流向印尼海區(qū)，夏季則有一支北－東北向海流從卡里馬塔海峽流向南海，且這種現(xiàn)象可以用Godfrey給出的“繞島環(huán)流理論”進(jìn)行解釋。學(xué)者們對(duì)卡里馬塔海峽貫穿流的估算結(jié)果，都體現(xiàn)了冬季大夏季小的變化趨勢(shì)，且流向均為冬季南向出流，夏季北向入流，但體積輸運(yùn)的量值卻相差較大，造成數(shù)值模式結(jié)果差異較大的原因，除了模式的誤差外最主要的原因是卡里馬塔海峽的現(xiàn)場(chǎng)海流觀測(cè)資料十分缺乏。

為了更好的研究卡里馬塔海峽貫穿流，2007年，中國(guó)－印度尼西亞－美國(guó)三方合作開展了南海－印尼海水交換觀測(cè)項(xiàng)目（The South China Sea－Indonesian Seas Transport/Exchange，簡(jiǎn)稱SITE）項(xiàng)目，對(duì)卡里馬塔海峽貫穿流進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)，此項(xiàng)目的開展填補(bǔ)了卡里馬塔海峽海流觀測(cè)的空白，對(duì)研究卡里馬塔海峽貫穿流有重要的意義［70］。觀測(cè)資料顯示，在10－次年04月的西北季風(fēng)期間，會(huì)有低鹽的海水通過卡里馬塔海峽流入印度尼西亞海域；而04－10月的東南季風(fēng)期間，則有海水流回南海。Fang等［71］基于2007－12－2008－11間卡里馬塔海峽兩個(gè)連續(xù)觀測(cè)站獲得的ADCP資料，發(fā)現(xiàn)在冬季有持續(xù)的海流從南海流向印度尼西亞海域，并且在觀測(cè)海域存在南海向爪哇海傾斜的海面高度差。基于觀測(cè)資料，計(jì)算得到冬季從南海向印度尼西亞海域的體積輸運(yùn)、熱量輸運(yùn)和淡水輸運(yùn)分別約為3.6Sv、0.36PW和0.14Sv。資料分析還發(fā)現(xiàn)卡里馬塔海峽貫穿流冬季和夏季有明顯的海流方向逆轉(zhuǎn)，冬季從北向南輸運(yùn)，夏季從南向北輸運(yùn)，且夏季的輸運(yùn)量可達(dá)1.7Sv，因此通過卡里馬塔海峽的體積輸運(yùn)冬季和夏季間的季節(jié)變化超過5Sv。因卡里馬塔海峽水深僅約50m，所以目前沒有研究表明其有明顯的垂向結(jié)構(gòu)變化。

關(guān)于影響卡里馬塔海峽貫穿流變化的原因，學(xué)者們也做了研究。比較一致的觀點(diǎn)是局地風(fēng)場(chǎng)的強(qiáng)迫驅(qū)動(dòng)了卡里馬塔海峽的水交換，如 Fang等［71］，Qu等［66］，Susanto等［70］，Wang等［69］，Tozuka等［36］。翟麗等［72］在分析南海風(fēng)生正壓環(huán)流的動(dòng)力機(jī)制時(shí)也指出當(dāng)冬季平均風(fēng)應(yīng)力增大時(shí)，卡里馬塔海峽的出流量也會(huì)增加。魏澤勛等［73］認(rèn)為卡里馬塔海峽貫穿流的變化受壓強(qiáng)梯度力和東亞季風(fēng)的共同影響。Fang等［71］的研究發(fā)現(xiàn)卡里馬塔海峽上層的流速比下層大，當(dāng)西北季風(fēng)增強(qiáng)時(shí)，流量增大；而當(dāng)西北季風(fēng)消失時(shí)，底層?xùn)|南向的海流依然存在，這意味著在該海區(qū)存在的海表面高度差異也對(duì)卡里馬塔海峽貫穿流有影響。王永剛等［74］對(duì)卡里馬塔海峽年平均流量和該海區(qū)附近的經(jīng)向風(fēng)應(yīng)力的年際變化進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)兩者呈負(fù)相關(guān)，表明卡里馬塔海峽的年際變化受局地風(fēng)應(yīng)力年際變化的影響。

表2 卡里馬塔海峽貫穿流的體積輸運(yùn)（Sv＝106 m3·s－1）Table 2 The volume transport by the throughflow through the Karimata Strait（Sv＝106 m3·s－1）

2 太平洋印度洋貫穿流南海分支與印度尼西亞貫穿流的相互調(diào)制

太平洋－印度洋貫穿流南海分支和印度尼西亞貫穿流都是太平洋－印度洋進(jìn)行水交換和熱鹽輸運(yùn)的重要海流。兩者之間存在的復(fù)雜的相互調(diào)制關(guān)系越來越受到學(xué)者們的關(guān)注［1］。呂宋海峽貫穿流以海洋橋的形式將太平洋的ENSO信號(hào)傳遞到南海，對(duì)南海的環(huán)流和熱鹽收支產(chǎn)生重要影響。通過大氣橋與ENSO相聯(lián)系的南海局地風(fēng)場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)，是南海環(huán)流年際調(diào)整的一個(gè)重要因素［18］。北太平洋水體通過呂宋海峽進(jìn)入南海后，部分會(huì)通過加里曼丹和望加錫海峽返回太平洋，對(duì)印度尼西亞貫穿流的輸運(yùn)產(chǎn)生影響。因此有科學(xué)家認(rèn)為南海貫穿流可以作為廣義印尼貫穿流的一個(gè)分支［18，75］。Lebedev等［67］曾指出，呂宋海峽的入流對(duì)印尼貫穿流有重要貢獻(xiàn)，經(jīng)呂宋海峽進(jìn)入南海的水體通過民都洛海峽和卡里馬塔海峽流出，對(duì)ITF的貢獻(xiàn)在夏季和冬季分別可達(dá)35%和85%，年平均約為50%。方國(guó)洪等［16］利用一個(gè)高分辨率的全球海洋模式，計(jì)算得到穿過整個(gè)南海南部海域流向印尼海域并最終流向印度洋的年平均體積、熱量和鹽量輸運(yùn)分別為5.2Sv、0.57PW和184Gg·s－1，約占印度尼西亞貫穿流相應(yīng)運(yùn)輸量的1/4。在氣候態(tài)時(shí)間尺度上，南海環(huán)流對(duì)ITF起著重要的作用。Fang等［43］利用海洋環(huán)流模式模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在冬季南海確實(shí)存在太平洋－印度洋水體交換的一個(gè)分支，并且這一分支通過衛(wèi)星跟蹤的浮標(biāo)數(shù)據(jù)得到了驗(yàn)證。在年際時(shí)間尺度上，Wang等［76］進(jìn)一步證實(shí)南海貫穿流可以作為廣義印度尼西亞貫穿流的一個(gè)分支存在。

Qu等［66］分析了高分辨率環(huán)流模式結(jié)果后指出，太平洋－印度洋貫穿流南海分支對(duì)ITF輸運(yùn)的年際變化起重要作用，呂宋海峽貫穿流的體積輸運(yùn)和印尼貫穿流的體積輸運(yùn)在年際變化尺度上呈反位相。El Ni?o期間，赤道太平洋的西風(fēng)異常會(huì)使北赤道流增強(qiáng)，其分叉點(diǎn)北移，因此棉蘭老流增強(qiáng)，黑潮減弱，黑潮減弱使太平洋水通過呂宋海峽進(jìn)入南海的流量增加，而棉蘭老流的增強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致太平洋流入印度洋的水體減少；La Ni?a期間的變化情況與之相反。Metzger［25］，F(xiàn)ang［27］，Meyres［77］等的研究也都支持上述觀點(diǎn)。姜濤等［41］用MITgcm數(shù)值模式研究了呂宋海峽貫穿流1980－2001年的年際變化，結(jié)果顯示呂宋海峽貫穿流流量的年際變化與ENSO信號(hào)相關(guān)性顯著，在El Ni?o期間呂宋海峽水交換表現(xiàn)為顯著的西向入流，La Ni?a期間這種西向入流明顯減弱。

研究發(fā)現(xiàn)赤道太平洋風(fēng)場(chǎng)的變化是導(dǎo)致印尼貫穿流和呂宋海峽水交換的年際變化呈反位相的主要原因。劉欽燕，王東曉等［1，79］基于1958－2004年的SODA月平均資料，利用繞島環(huán)流理論和海洋環(huán)流模式對(duì)印尼貫穿流及呂宋海峽水交換的年際變化做了分析，指出印尼貫穿流和呂宋海峽水交換的年際變化呈反位相（圖5）。本圖參照劉欽燕等［79］圖2重繪。他們選用異常事件發(fā)生時(shí)的資料，合成風(fēng)應(yīng)力距平進(jìn)行分析，結(jié)果表明，El Ni?o期間，赤道太平洋西風(fēng)爆發(fā)，風(fēng)場(chǎng)變化導(dǎo)致印尼貫穿流流量減少；呂宋海峽東部東風(fēng)分量和南海內(nèi)部的北風(fēng)分量的局地驅(qū)動(dòng)導(dǎo)致呂宋海峽水交換的體積輸運(yùn)增加。La Ni?a期間情況與之相反。雖然對(duì)印尼貫穿流和呂宋海峽水交換的年際變化有了一些認(rèn)識(shí)，但對(duì)兩者間的相互調(diào)節(jié)機(jī)制和不同時(shí)間尺度上影響其變化的動(dòng)力因素的研究還較少。對(duì)造成兩者間年際變化反相位的原因及與反位相特征相聯(lián)系的大氣海洋環(huán)流特征的認(rèn)識(shí)都還較少，有待學(xué)者們做進(jìn)一步的研究。

圖5 濾掉8年周期以后的LSTT和ITFT的年代際特征變化趨勢(shì)Fig.5 Decadal variations and linear tendency of LSTT and ITFE after removing 8yr period

卡里馬塔海峽貫穿流對(duì)印尼海區(qū)海流的影響也有學(xué)者做了研究。Gordon等［80］猜測(cè)導(dǎo)致印尼貫穿流冬季與夏季表層流速差異的一個(gè)重要原因可能是從南海經(jīng)卡里馬塔海峽和爪哇海流過來的相對(duì)低鹽海水改變了望加錫海峽水體的南北壓力性質(zhì)，從而使冬季印尼貫穿流表層流速降低。Tozuka［36］通過控制南海海峽通道研究南海分支對(duì)印尼貫穿流的影響發(fā)現(xiàn)，當(dāng)南海貫穿流分支存在時(shí)，卡里馬塔海峽的年平均輸運(yùn)量為1.4 Sv，而望加錫海峽輸運(yùn)量為4.6Sv；當(dāng)南海貫穿流分支關(guān)閉時(shí)，卡里馬塔海峽無明顯的體積輸運(yùn)，望加錫海峽輸運(yùn)量為6.1Sv。他還發(fā)現(xiàn)由于卡里馬塔海峽貫穿流的存在，導(dǎo)致了望加錫海峽貫穿流最大流速出現(xiàn)在次表層。研究表明，南海對(duì)印尼貫穿流的影響冬季比夏季大，因?yàn)樘窖螅《妊筘灤┝髂虾７种г诙靖鼮槊黠@。王偉文等［81］通過LICOM模式研究發(fā)現(xiàn)太平洋－印度洋貫穿流南海分支的存在對(duì)南海上層熱含量也有著重要影響。楊陽等［82］的研究發(fā)現(xiàn)卡里馬塔海峽和望加錫海峽的流量季節(jié)變化呈反位相。卡里馬塔海峽最大輸運(yùn)量在2月，約為6.2Sv，最小在8月，約－1.7Sv。而望加錫海峽最大流量在7月，約13.8Sv，1月最小，約0.2Sv。Gordon等［83］根據(jù)望加錫海峽最新獲取的海流觀測(cè)資料，發(fā)現(xiàn)2007－2008年的海流剖面結(jié)構(gòu)存在顯著的變異，通過HYCOM模式的模擬，猜測(cè)ENSO引起的貫穿流南海分支的加強(qiáng)和減弱是導(dǎo)致這一現(xiàn)象的可能原因。他分析指出：冬季，高溫低鹽的爪哇海水在局地東南季風(fēng)的驅(qū)動(dòng)下，東流至望加錫海峽的南端，并在海峽南端形成一個(gè)北向的壓力梯度，阻礙了望加錫海峽內(nèi)的南向流；夏季，在西南季風(fēng)的驅(qū)動(dòng)下，高溫高鹽的班達(dá)海水西流，消除冬季在望加錫海峽南端形成的北向壓力梯度，因此卡里馬塔海峽和望加錫海峽的流量季節(jié)變化呈反位相。雖然目前對(duì)卡里馬塔海峽的輸運(yùn)量和季節(jié)變化有一定的認(rèn)識(shí)，但關(guān)于其季節(jié)、年際變化規(guī)律，垂向海流結(jié)構(gòu)，以及與影響其變化的外界因素和機(jī)制方面仍有許多空白，有待做進(jìn)一步研究。

3 結(jié)語

在過去的幾十年中，學(xué)者們對(duì)太平洋－印度洋間的物質(zhì)和能量交換進(jìn)行了大量的研究，發(fā)現(xiàn)太平洋－印度洋貫穿流南海分支對(duì)維持兩大洋的平衡關(guān)系有重要意義。目前的研究結(jié)果可總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

1）呂宋海峽是太平洋印度洋貫穿流南海分支的主要入流通道，年平均水體輸運(yùn)量約為5Sv，從西北太平洋流向南海，存在冬季大夏季小的季節(jié)變化特征。年際變化呈現(xiàn)El Ni?o期間輸運(yùn)量大，La Ni?a期間輸運(yùn)量小。呂宋海峽是直接連接太平洋和南海的唯一深水通道，其水交換有明顯的垂向分層結(jié)構(gòu)：上層水交換主要受風(fēng)場(chǎng)的強(qiáng)迫作用，有明顯的季節(jié)性變化，冬季入流，夏季出流；而次表層至底層水交換是由太平洋和南海間的壓力梯度差驅(qū)動(dòng)的，結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，次表層至中層為入流，深層出流，底層入流。

2）卡里馬塔海峽是南海分支的主要出流通道，對(duì)它的研究目前較少。最新的觀測(cè)表明，冬季海水通過卡里馬塔海峽流向爪哇海，流量約為3.6Sv，夏季海水從印度尼西亞海區(qū)流回南海，存在顯著的季節(jié)變化，變化幅度達(dá)5Sv左右。卡里馬塔海峽的物質(zhì)和能量輸運(yùn)的年際變化形式及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制還有待學(xué)者們進(jìn)行更多的研究。

3）南海貫穿流和印尼貫穿流是連接太平洋和印度洋最重要的紐帶，兩者之間有復(fù)雜的相互調(diào)制關(guān)系。目前的研究表明，南海貫穿流和印尼貫穿流的年際變化趨勢(shì)呈反位相，推測(cè)赤道太平洋風(fēng)場(chǎng)的變化是造成這一現(xiàn)象的重要原因。但目前對(duì)兩者間的復(fù)雜變化關(guān)系，相互作用機(jī)制和它們對(duì)全球氣候系統(tǒng)的影響認(rèn)識(shí)都還較少，有待在未來做出更多的研究。

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