呂宋海峽水交換季節(jié)和年際變化特征的數(shù)值模擬研究

王兆毅，劉桂梅，王輝，王大奎

（1.國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京100081；2.國家海洋局海洋災(zāi)害預(yù)報(bào)技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081）

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呂宋海峽水交換季節(jié)和年際變化特征的數(shù)值模擬研究

王兆毅1，2，劉桂梅1，2，王輝1，2，王大奎1，2

（1.國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京100081；2.國家海洋局海洋災(zāi)害預(yù)報(bào)技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081）

摘要：利用R O M S（Regional Ocean M odeling System）建立了一套覆蓋西北太平洋的渦尺度分辨率環(huán)流模型，并對(duì)呂宋海峽附近的環(huán)流進(jìn)行了模擬研究。結(jié)果表明，呂宋海峽120.75°E斷面凈流量季節(jié)變化顯著，全年均為西向輸運(yùn)，6月份達(dá)到最小，為0.40×106m3/s，然后逐漸增大，在12月份達(dá)到最大，為6.14×106m3/s，全年平均流量為3.04×106m3/s。在500 m以淺，秋、冬季都有明顯的黑潮流套存在，并伴有黑潮分支入侵南海，而春、夏季黑潮南海分支減弱或消失，黑潮入侵不明顯。在500 m以深，冬、春季，呂宋海峽以東有非常明顯的南向流存在，流速約10 cm/s，而到了夏、秋季該南向流出現(xiàn)明顯的減弱，黑潮與南海的水交換主要通過呂宋海峽以北的呂宋海溝進(jìn)行。在垂向結(jié)構(gòu)上，120.75° E斷面淺層呈多流核結(jié)構(gòu)，并且流核的位置和強(qiáng)弱受黑潮的季節(jié)性變化影響顯著，深層流的季節(jié)變化不大。在年際尺度方面，呂宋海峽年際體積輸運(yùn)量異常與Ni?o3.4滯后6個(gè)月相關(guān)系數(shù)達(dá)到41.6 %，呂宋海峽水交換與E NSO現(xiàn)象有較為顯著的正相關(guān)關(guān)系，并存在2～3 a和準(zhǔn)8 a周期的年際變化。

關(guān)鍵詞：呂宋海峽；黑潮；水交換；數(shù)值模擬

1　引言

呂宋海峽是聯(lián)系太平洋與南海的主要通道，在太平洋強(qiáng)西邊界流——黑潮的流動(dòng)過程中，流經(jīng)呂宋海峽東部時(shí)伴隨著黑潮水對(duì)南海的入侵，這通常被稱為呂宋海峽輸運(yùn)。黑潮沿著菲律賓東岸向北流動(dòng)經(jīng)過呂宋海峽時(shí)，有個(gè)分支沿著西北方向進(jìn)入南海。黑潮水主要通過巴林塘海峽進(jìn)入南海，然后大部分的黑潮水經(jīng)巴士海峽流出南海［1—4］。在大量的研究中發(fā)現(xiàn)，黑潮水的入侵，影響著南海北部的溫鹽流分布以及中尺度渦的生成，并很大程度上決定了南海北部海水的特點(diǎn)［5—7］。

南海與大洋進(jìn)行的由表層至深層的充分水交換主要通過呂宋海峽的深水通道，黑潮與南海的水交換量存在著顯著的季節(jié)變化，冬季較強(qiáng)，夏季較弱［6，8—17］，但在不同的研究中，黑潮入侵的強(qiáng)度卻存在著顯著的差異。Qu等［14］利用溫鹽觀測資料進(jìn)行動(dòng)力計(jì)算，得到呂宋海峽上層平均凈輸入量為-3.0 ×106m3/s，其中1-2月最大為-5.3×106m3/s，6-7月最小為-0.2×106m3/s。Chu和Li［15］通過分析氣候態(tài)溫鹽資料得到呂宋海峽平均輸入量為-6.5 ×106m3/s，2月份最強(qiáng)為-13.7×106m3/s，9月份最弱為-1.4×106m3/s。Tian等［16］利用2005年10月呂宋海峽高精度觀測資料得到凈輸運(yùn)量為（-6.0 ±3.0）×106m3/s。鮑獻(xiàn)文等［17］利用2007年7-8 月120°E斷面C T D觀測資料，經(jīng)動(dòng)力計(jì)算得到斷面總交換量為-3.15×106m3/s。

隨著計(jì)算條件的發(fā)展，數(shù)值模擬已成為該區(qū)域研究的主要手段之一。方國洪等［18］利用基于M O M模式建立的全球變網(wǎng)格環(huán)流模式得到呂宋海峽年平均流量為-6.4×106m3/s，12月最大為-13.32×106m3/s，6月最小為-1.16×106m3/s。Q u等［19］利用全球模式模擬得到呂宋海峽年平均凈流量為-2.4×106m3/s，其中冬季最大（西向6.16 ×106m3/s），夏季最?。|向0.9×106m3/s），并研究了呂宋海峽體積輸運(yùn)與E N S O的關(guān)系，指出呂宋海峽流量最大值超前El Ni?o成熟位相1個(gè)月。Y uan等［20］利用浮標(biāo)觀測數(shù)據(jù)研究了2008-2009年呂宋海峽流量變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，在2009年夏季的El Ni?o期出現(xiàn)了減弱。Liu等［21］利用粗分辨率的同化模型研究發(fā)現(xiàn)，Ni?o3.4（5°S～5°N，170°～120°W）指數(shù)較呂宋海峽流量滯后2個(gè)月的相關(guān)性達(dá)到70 %，有顯著的相關(guān)關(guān)系。可見，黑潮入侵的強(qiáng)度在不同的研究中還存在著顯著地差異，另外，近年來有關(guān)呂宋海峽水交換年際變化特征的研究成為熱點(diǎn)，尤其是其與E N S O的關(guān)系研究。

為了較好地模擬黑潮經(jīng)呂宋海峽與南海水交換的季節(jié)和年際變化特征，模式的區(qū)域需要足夠大［18，22］，并且網(wǎng)格分辨率對(duì)黑潮模擬結(jié)果有著顯著的影響，高分辨率可以提供更好的密度場和流場［23—24］，同時(shí)，呂宋海峽島嶼的精細(xì)刻畫對(duì)黑潮入侵影響顯著［25］。綜合前人的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，受計(jì)算條件限制，模型區(qū)域足夠大的普遍分辨率不足，無法精確刻畫呂宋海峽深層流結(jié)構(gòu)特征；而分辨率較高的模型其模擬區(qū)域又不夠大，無法有效降低開邊界對(duì)呂宋海峽流的影響。鑒于此，本文利用具有渦分辨率的西北太平洋環(huán)流模式，對(duì)呂宋海峽水交換的季節(jié)以及年際變化進(jìn)行研究，并探討呂宋海峽年際變化特征與E NSO的關(guān)系，可為南海北部及呂宋海峽的高精度三維溫鹽流預(yù)報(bào)打下良好的基礎(chǔ)。

2　模型配置及校驗(yàn)

2.1模型配置

本項(xiàng)研究工作采用R O M S（Regional Ocean M odel system）海洋數(shù)值模式，它是一種基于三維非線性斜壓原始方程的、具有自由表面的和沿地形跟隨坐標(biāo)非線性斜壓模式。模式的計(jì)算區(qū)域范圍為5°S～52°N，99°～160°E之間（圖1b），這個(gè)范圍可以較好的避開島嶼和陸地對(duì)開邊界的影響，尤其是南邊界陸地與島嶼眾多，呂宋海峽的地形如圖1a所示。模式水平分辨率為（1/20）°，可以對(duì)呂宋海峽復(fù)雜地形給出良好的描述［24］，在垂向采用沿地形的垂直伸展坐標(biāo)系，共分為30個(gè)σ層。模式地形數(shù)據(jù)基于G EBC O （General Bathymetric Chart of the Oceans，2010）的全球海洋資料并對(duì)中國近海進(jìn)行了修正，最小水深取為10 m，最大水深7 000 m，并對(duì)地形進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠交?，以減小海底海山等對(duì)模式穩(wěn)定性的影響。模式的4個(gè)邊界設(shè)為開邊界，邊界的水位、溫度、鹽度以及流場數(shù)據(jù)都是由SO D A（Simple Ocean Data Assimilation）多年氣候態(tài)月平均資料提供。模式采用SO D A氣候態(tài)1月份月平均的溫鹽做為模式的初始場，首先利用氣候態(tài)月平均的C O A DS（Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set）氣象風(fēng)場進(jìn)行了10年的氣候態(tài)模擬，在獲得氣候穩(wěn)定態(tài)之后，采用CFSR（Climate Forecast System Reanalysis）高分辨率氣象驅(qū)動(dòng)場進(jìn)行1990-2014年后預(yù)報(bào)模擬，并選取1991-2014年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2.2模型校驗(yàn)

由于缺乏大面的流場觀測結(jié)果，為了檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)呂宋海峽區(qū)域的模擬能力，本文選取了M G DSST （M erged satellite and in situ data Global Daily Sea Surface Temperature）表層海水溫度和AVISO（Archiving Validation and Satelites Oceanographic data）海面高度與模擬結(jié)果進(jìn)行比較。

圖2分別給出了模式模擬的呂宋海峽海域2014 年1月和7月月平均SST（Sea Surface Temperature）以及與M G DSST融合SST的差值比較。從模擬結(jié)果及其與觀測的差值來看，在呂宋海峽海域模式模擬SST與觀測結(jié)果較為一致，尤其是在呂宋海峽兩側(cè)的誤差較小，模擬結(jié)果可以很好的刻畫冬季黑潮在呂宋海峽北上西伸的暖舌特征。從模擬與觀測的誤差來看（圖2c、d），兩者的差異基本在±1.0°C以內(nèi)。因此，通過與衛(wèi)星觀測結(jié)果的比較，模式模擬結(jié)果可以很好的刻畫研究區(qū)域的海溫分布。

圖3分別給出了模式模擬的呂宋海域多年平均的1月（圖3a）和7月（圖3b）的SS H（Sea Surface Height）和AVISO衛(wèi)星遙感觀測資料多年平均的1月（圖3c）和7月（圖3d）的SS H。從圖中可以看出，與觀測結(jié)果相比（圖3c，3d），模式能夠較好的模擬研究區(qū)域的SS H分布特征。為了進(jìn)一步驗(yàn)證模擬水位隨時(shí)間與觀測水位的差異，本文提取了呂宋海峽西側(cè)點(diǎn)（20°N，120°E）的水位與觀測結(jié)果進(jìn)行比較（圖4），從圖中可以看出，模擬結(jié)果可以較好的刻畫模擬點(diǎn)水位隨時(shí)間的變化，水位的高低起伏變化與觀測結(jié)果相一致，在水位數(shù)值上也與觀測結(jié)果相當(dāng)，其中絕對(duì)誤差為7.50 cm，均方根誤差為9.36 cm。通過與A VIS O水位觀測資料的比對(duì)發(fā)現(xiàn)，數(shù)值模擬結(jié)果可以很好的刻畫研究區(qū)域水位的季節(jié)及其年際變化特征。

圖1　呂宋海峽地形（a）和模式區(qū)域示意圖（b）（a中黑線為120.75°E斷面位置）Fig.1 Topography of the Luzon Strait（a）and simulation domain（b），black line in（a）shows the location of 120.75°E section

3　呂宋海峽流場結(jié)構(gòu)

3.1水平流場

圖5給出了模式多年平均1月、4月、7月和10月的表層流場，從圖中可以看出，在冬季（圖5a），黑潮在流經(jīng)呂宋海峽時(shí)，部分黑潮水進(jìn)入?yún)嗡魏{后向西北方向流動(dòng)，在20°N，120°E附近分叉，大部分做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)后流出南海，形成流套；小部分繼續(xù)向西北流動(dòng)進(jìn)入南海海域后形成兩個(gè)分支，北向分支流向臺(tái)灣海峽形成臺(tái)灣暖流，西向分支沿著大陸坡折繼續(xù)向西南流動(dòng)形成黑潮南海分支。在春季（圖5b），黑潮進(jìn)入?yún)嗡魏{減弱，伴隨黑潮流套形態(tài)收縮，同時(shí)黑潮南海分支也消失了。到了夏季（圖5c），黑潮流套進(jìn)一步收縮，臺(tái)灣暖流主要由東北向的南海暖流提供。秋季（圖5d），黑潮流套向呂宋海峽深入，并重新形成黑潮南海分支和臺(tái)灣暖流分支。

圖6是模擬得到的呂宋海峽500 m層流場，在冬季，黑潮在流經(jīng)呂宋海峽時(shí)，大部分做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)形成流套后離開南海，其余部分繼續(xù)向西北流動(dòng)后沿著大陸坡折轉(zhuǎn)向西南進(jìn)入南海；在春季，流套較冬季向東收縮，黑潮進(jìn)入南海的西北向分支也減弱；到了夏季，菲律賓島以東的北赤道流北向分支加強(qiáng)，黑潮在呂宋海峽進(jìn)入南海的西北向分支較春季反而加強(qiáng)，并在呂宋海峽以西形成一個(gè)氣旋結(jié)構(gòu)的渦旋，但其并沒有深入南海；秋季，北赤道流北向分支減弱，部分黑潮水在進(jìn)入?yún)嗡魏{后繼續(xù)流向西北，后轉(zhuǎn)向西或西南進(jìn)入南海。

1000m層的多年月平均流場表明（圖7），在冬季，呂宋海峽以東是與表層黑潮流向相反的南向流，并且在呂宋海峽以西有一條四季都存在的北向流，其在流經(jīng)呂宋海峽時(shí)有部分海水由南海流出到太平洋；春季，呂宋海峽以東的黑潮深層逆流加強(qiáng)，并且呂宋海峽以西的南海北向海流有明顯海水向太平洋流出，并在21°N，119°E存在一個(gè)氣旋性渦旋；到了夏季，呂宋以東逆流減弱，呂宋以西南海北向流加強(qiáng)，并且上述氣旋性渦旋也有所加強(qiáng)；秋季，呂宋海峽以東黑潮深層逆流與夏季相似，呂宋以西北向流較夏季變?nèi)酰⑶一緵]有水通過呂宋海峽進(jìn)行水交換。

圖2　模式模擬2014年月平均SST及其與觀測的差異Fig.2 Simulated monthly mean SST and misfits between simulation and observation in 2014

綜合以上結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在不同的深度，黑潮經(jīng)呂宋海峽入侵南海的特征存在顯著差異。在500 m以淺，秋冬季都有明顯的黑潮流套存在，并伴有黑潮分支入侵南海，而春夏季黑潮南海分支減弱或消失，黑潮入侵不明顯。在500 m以深，冬春季，呂宋海峽以東有非常明顯的南向流存在，流速超過了10 cm/s，這與黑潮深層水出現(xiàn)逆流的觀測事實(shí)相一致［26］，也可能包含了北赤道流南向分支［19，22］，而到了夏秋季該南向流出現(xiàn)明顯的減弱，黑潮與南海的水交換主要通過呂宋海峽以北的呂宋海溝進(jìn)行。

3.2垂向流場

圖8是120.75°E斷面緯向流圖，如圖所示，該斷面緯向流有非常明顯的多核結(jié)構(gòu)，黑潮主要自呂宋海峽的中南部流入南海，在北部流出。在500 m以淺，主要存在3個(gè)入流流核和2個(gè)出流流核，并且隨季節(jié)變化，流核強(qiáng)度有顯著變化，分析認(rèn)為北部的2個(gè)流核為黑潮的入流流核和出流流核，分別為通過巴林塘海峽的入流和通過巴士海峽的出流，南部的3個(gè)流核與菲律賓沿岸流有關(guān)。在冬季，黑潮出流和入流的最大流速基本都在表層，最大入流流速可以達(dá)到約45 cm/s，出流最大流速約50 cm/s；到了春季，巴林塘海峽的入流和巴士海峽的出流強(qiáng)度都有所減弱；在夏季，巴林塘海峽的入流進(jìn)一步減弱，最大流速出現(xiàn)在約100 m層，巴士海峽的出流較春季反而有所加強(qiáng)；在秋季，巴林塘海峽入流和巴士海峽出流加強(qiáng)，最大流速都位于表層并超過了30 cm/s。與此同時(shí)，斷面南部與菲律賓沿岸流有關(guān)的3個(gè)流核則呈現(xiàn)出冬弱夏強(qiáng)的特征。呂宋海峽西向流從200 m到500 m迅速衰減，在500～1 500 m，以東向流為主，在呂宋海峽底層，又出現(xiàn)東向流，從模擬結(jié)果來看，呂宋海峽水交換在垂向上有明顯的“三明治”結(jié)構(gòu)特征，即中層水流出南海，上層和底層水由太平洋流入南海。

圖3　模式模擬的SS H和AVISO資料的SS H的比較Fig.3 SS H monthly mean climatology from simulation and AVISO

3.3表層漂流軌跡

圖4　模擬點(diǎn)（20°N，120°E）水位隨時(shí)間的變化Fig.4 Sea level changes from 1992 to 2012 at（20°N，120°E）point

圖5　呂宋海峽表層環(huán)流結(jié)構(gòu)（a.1月，b.4月，c.7月，d.10月）Fig.5 Simulated surface currents at the Luzon Straitin January（a），April（b），July（c）and October（d）

為了進(jìn)一步了解黑潮水在流經(jīng)呂宋海峽時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，本文做了表層漂浮粒子實(shí)驗(yàn)。模式從2008年1月1日起，在菲律賓島以西海域（16°～18°N，122°～126°E）一次性投放了1 600余個(gè)表面漂流粒子，粒子分布為緯向每隔0.1°，經(jīng)向每隔0.05°，并與Argo浮標(biāo)軌跡進(jìn)行比較。圖9a給出了16°N緯線附近上投放的160個(gè)粒子的表面漂流軌跡圖，圖9b給出了9個(gè)Argos浮標(biāo)（2901167號(hào)，2901168號(hào)，2901169號(hào)，2901170號(hào)，2901172號(hào)，2901175號(hào)，2901176號(hào)，2900200號(hào)，2901153號(hào)）的軌跡圖。從圖9b的Argos浮標(biāo)軌跡來看，浮標(biāo)進(jìn)入南海主要通過巴林塘海峽，呂宋海峽以北的Argos浮標(biāo)會(huì)隨著海流向北，在蘭嶼島以東繼續(xù)隨黑潮北上，這與表層漂流粒子的軌跡相一致。從圖9a中可以看出，實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出了黑潮以流套形式入侵南海的表層粒子漂流特征，粒子隨黑潮經(jīng)過呂宋海峽時(shí)，有少量粒子通過巴布延海峽進(jìn)入南海，大部分粒子隨黑潮主軸經(jīng)巴林塘海峽進(jìn)入南海，進(jìn)入南海的粒子又分為兩支，流軸南側(cè)的粒子直接進(jìn)入南海并沿路坡折向西和西南，流軸北側(cè)的粒子則隨黑潮流套形成一個(gè)反氣旋轉(zhuǎn)向后通過巴士海峽流出南海，并隨黑潮主軸繼續(xù)北上進(jìn)入東海。

圖6　呂宋海峽500 m層環(huán)流結(jié)構(gòu)（a.1月，b.4月，c.7月，d.10月）Fig.6 Simulated 500 m currents at the Luzon Straitin January（a），April（b），July（c）and October（d）

4　呂宋海峽流量

4.1季節(jié)變化特征

從模擬得到的垂向緯向流的季節(jié)變化可見，淺層入流主要分布在呂宋海峽南部和中部，出流主要位于北部，其深度及強(qiáng)度都隨季節(jié)變化顯著。從表1可以看出，呂宋海峽500 m以上凈流量均向西，秋冬季較春夏季凈流量要大，1月西向凈流量達(dá)到最大為6.48×106m3/s，6月份凈流量最小為0.44× 106m3/s；500 m以下層的徑流量幾乎全年向東，3月向東凈流量最大為1.26×106m3/s，11月出現(xiàn)向西凈流量為0.05×106m3/s。呂宋海峽整個(gè)120.75°E斷面的凈流量全年都為負(fù)值，即黑潮全年都是通過呂宋海峽120.75°E斷面流入南海，6月份達(dá)到最小，為0.40×106m3/s，然后逐漸增大，在12月份達(dá)到最大，為6.14×106m3/s，全年平均的流量為3.04×106m3/s。

圖7　呂宋海峽1 000 m層環(huán)流結(jié)構(gòu)（a.1月，b.4月，c.7月，d.10月）Fig.7 Simulated 1 000 m currents at the Luzon Straitin January（a），April（b），July（c）and October（d）

圖8　呂宋海峽120.75°E斷面緯向流（a.1月，b.4月，c.7月，d.10月）Fig.8 Simulated zonal currents of 120.75°E Section at the Luzon Straitin January（a），April（b），July（c）and October（d）

圖9　表層漂流粒子（a）和Argos浮標(biāo)軌跡圖（b）Fig.9 H orizontal trajectories of surface particles（a）and Argos floats（b）

表1　呂宋海峽120.75°E斷面體積輸運(yùn)的季節(jié)變化Tab.1 Seasonal variation of volume transport at 120.75°E Section of the Luzon Strait

呂宋海峽受到島嶼、季風(fēng)、黑潮及中尺度渦影響，其流態(tài)非常復(fù)雜，流量的長時(shí)間觀測也非常困難，鮑獻(xiàn)文等［17］利用夏季航次的觀測結(jié)果對(duì)呂宋海峽流量進(jìn)行了研究。目前，不同學(xué)者根據(jù)不同觀測資料或數(shù)值模式估算的呂宋海峽流量也存在較大差異，無法在定量的研究中得到統(tǒng)一的結(jié)論。表2給出了不同學(xué)者對(duì)呂宋海峽1月、4月、7月和10月的平均流量和本文模擬結(jié)果的比較。從結(jié)果可以看出，其本文模擬結(jié)果量值與鮑獻(xiàn)文等［17］的觀測結(jié)果、Qu等［19］及李云和俞永強(qiáng)［27］的模擬結(jié)果相當(dāng)，流量的季節(jié)性變化與前人研究相一致［19，27-28］。

4.2年際變化特征

呂宋海峽附近流態(tài)和流量變化的影響因子相當(dāng)復(fù)雜，研究表明，作為黑潮源頭的北赤道流對(duì)呂宋海峽流量的變化有一定的影響。為了研究呂宋海峽流量的年際變化特征，本文對(duì)模擬得到的1993-2014年呂宋海峽120.75°E斷面緯向流進(jìn)行處理，得到體積輸送呂宋海峽逐月體積輸送量（圖10），同時(shí)為了研究其變化與E NSO的關(guān)系，利用海表面溫度M G DSST資料提取Ni?o3.4指數(shù)進(jìn)行比較分析。從圖中可以看出，呂宋海峽水交換年際變化特征明顯，1992-1993年、1997-1998年、2002-2003年以及2008-2009年等年份，呂宋海峽的水交換與正常年份相比均出現(xiàn)了不同程度的異常，具體表現(xiàn)為在El Ni?o時(shí)期，呂宋海峽向南海的水交換開始由強(qiáng)轉(zhuǎn)弱，而在La Ni?a期間呂宋海峽水交換明顯減弱，甚至出現(xiàn)南海向太平洋輸送的情況，這與前人的觀測研究結(jié)果基本一致［13，20］。

表2　呂宋海峽流量季節(jié)變化的對(duì)比（單位：106m3/s）Tab.2 Seasonal variation of volume transport at the Luzon Strait（unit：106m3/s）

圖10　1993-2014年呂宋海峽逐月體積輸送量（紅色柱）及異常（紅色線）（單位：106m3/s））和El Ni?o（藍(lán)色柱）和La Ni?a（綠色柱）變化圖（單位：℃）Fig.10 Interannual changes（red bar）and anomalies（red line）of the volume transports through the Luzon Strait from 1993 to 2014，and the El Ni?o index（blue bar）and La Ni?a index（green bar）

圖11　呂宋海峽體積輸運(yùn)年際變化與E NSO關(guān)系（a）及功率譜圖（b）Fig.11 Interannual changes（a）and power spectral map（b）of volume transports through the Luzon Strait and E NSO index

雖然前人通過研究發(fā)現(xiàn)呂宋海峽水交換與La Ni?a有關(guān)，但受限于資料長度有限，具體相關(guān)關(guān)系及周期變化特征卻很少涉及。為了進(jìn)一步研究呂宋海峽水交換與E NSO的相關(guān)關(guān)系，本文利用多年數(shù)值模擬結(jié)果去掉各月的多年平均輸送量之后得到呂宋海峽年際體積輸送異常，并與利用海表面溫度M G DSST資料提取Ni?o3.4指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析（圖11a）。對(duì)呂宋海峽年際體積輸送量與Ni?o3.4相關(guān)性進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，五點(diǎn)滑動(dòng)平均的呂宋海峽年際體積輸運(yùn)量異常（向東為正）與Ni?o3.4達(dá)到99 %置信度檢驗(yàn)的滯后6個(gè)月相關(guān)系數(shù)達(dá)到41.6 %，顯示呂宋海峽水交換的變化與Ni?o3.4指數(shù)有較為顯著的正相關(guān)關(guān)系，揭示呂宋海峽體積輸運(yùn)是太平洋E NSO對(duì)南海影響的關(guān)鍵過程。這可能與E NSO有關(guān)的赤道Rossby波和Kelvin波的傳播有關(guān)，自Ni?o3.4區(qū)的Rossby波抵達(dá)西太平洋沿岸后，轉(zhuǎn)為沿岸Kelvin波沿菲律賓島北上影響呂宋海峽，與E NSO有關(guān)的沿岸Kelvin波的年際變化可能誘發(fā)呂宋海峽水交換的異常，從本文渦尺度分辨率的模擬結(jié)果來看支持以上假設(shè)。

另外，對(duì)呂宋海峽年際體積輸運(yùn)量做0.1～1.0 次/a的帶通濾波后進(jìn)行Burg功率譜分析（圖11b）發(fā)現(xiàn)，除了年際變化特征外，呂宋海峽流量的年際變化還存在2～3 a和準(zhǔn)8 a的周期，這與Ni?o3.4的周期變化特征基本一致。

5　結(jié)論

本文通過利用R O M S渦尺度分辨率的西北太平洋數(shù)值模式，模擬研究了呂宋海峽1993-2014年的水交換隨深度以及季節(jié)的變化，獲取了呂宋海峽體積通量的季節(jié)和年際變化特征，得到的主要結(jié)論如下：

在不同的深度，黑潮經(jīng)呂宋海峽入侵南海的特征存在顯著差異。在500 m以淺，秋冬季都有明顯的黑潮流套存在，并伴有黑潮分支入侵南海，而春夏季黑潮南海分支減弱或消失，黑潮入侵不明顯。在500 m以深，冬春季，呂宋海峽以東有非常明顯的南向流存在，流速約10 cm/s，而到了夏秋季該南向流出現(xiàn)明顯的減弱，黑潮與南海的水交換主要通過呂宋海峽以北的呂宋海溝進(jìn)行。在垂向結(jié)構(gòu)上，120.75°E斷面淺層呈多流核結(jié)構(gòu)，并且流核的位置和強(qiáng)弱受黑潮的季節(jié)性變化影響顯著，深層流的季節(jié)變化不大。

呂宋海峽水交換在季節(jié)變化方面，整個(gè)斷面的凈流量全年都為負(fù)值（西向），6月份達(dá)到最小，為0.40 ×106m3/s，然后逐漸增大，在12月份達(dá)到最大，為6.14×106m3/s，全年平均的流量為3.04×106m3/s，模擬結(jié)果與實(shí)際觀測流量和多數(shù)學(xué)者通過動(dòng)力計(jì)算或數(shù)值模擬獲得的流量相比均較為接近。在年際尺度方面，在El Ni?o年份，呂宋海峽的水交換與正常年份相比均出現(xiàn)了不同程度的異常，通過進(jìn)一步相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，五點(diǎn)滑動(dòng)平均的呂宋海峽年際體積輸運(yùn)量異常與Ni?o3.4達(dá)到99 %置信度檢驗(yàn)的滯后6個(gè)月相關(guān)系數(shù)達(dá)到41.6 %，表示呂宋海峽向南海的流量與Ni?o3.4指數(shù)有顯著的正相關(guān)關(guān)系，據(jù)推測，與E NSO有關(guān)的沿岸Kelvin波的年際變化可能誘發(fā)呂宋海峽水交換的異常。另外，呂宋海峽水交換的年際變化主要有2～3 a和準(zhǔn)8 a的周期，也與Ni?o3.4的周期變化特征相一致。

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Numerical study of seasonal and interannual variation of circulation and water transportsin the Luzon Strait

W ang Zhaoyi1，2，Liu Guimei1，2，W ang H ui1，2，W ang Dakui1，2
（1.National Marine Environmental Forecasting Center，Beijing 100081，China；2.Key Laboratory of Research on Marine Hazards Forecasting，State Oceanic Administration，Beijing 100081，China）

Abstract：The Northwest Pacific model，a regional（1/20）°eddy-resolving ocean general circulation model，is adapted to study the seasonal and inter-annual variation of circulation and water exchange in the Luzon Strait（LS）based on the R O M S（Regional Oceanic M odel System）.The LS is the main channel，through which the SCS exchange water with the W est Pacific Ocean.The seasonal variation in the Luzon Strait Transport（LST）is found to be significant；and LST is westward throughoutthe year.The LST through the 120.75°E Section reaches the minimu m in June of 0.40×106m3/s and maximu m in December of 6.14×106m3/s.The mean LST is estimated to be 3.04×106m3/s.In the upper-layer（0-500 m），the Kuroshio Intrusion takes the shape of Kuroshio Loop with a South China Sea branch of Kuroshioin winter and autu mn，while the Kuroshio Intrusion is non-significant with the disappearance of South China Sea branch of Kuroshio in spring and su m mer.In the deep-layer（＞500 m），the southward current of LS is significantin winter and spring with 10 cm/s，while the current become weak in su mmer and fall.The Luzon Trench is the main channelthrough in the deep-layer.M ulti-core structureis a characteristic of the vertical transport pattern in the LS，with several cores in its southern part and only one core in its northern part.The lag correlation coefficient with six months between LST and Ni?o 3.4 can reach to 41.6 %，which is closely related to the remote influence of E NSO，and there are 2-3 years and 8 years cycle in the interannual variation of LST in addition.

Key words：Luzon Strait；water transport；Kuroshio；nu merical simulation

作者簡介：王兆毅（1987—），男，山東省臨沂市人，助理研究員，主要從事溫鹽流數(shù)值模擬研究及預(yù)報(bào)工作。E-mail：wangzy＠n mefc.gov.cn

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2011CB403606）；中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（X D A1102010403）；海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201205018）；國家自然科學(xué)基金（41222038，41206023）。

收稿日期：2015-04-27；

修訂日期：2015-09-02。

中圖分類號(hào)：P731.26

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：0253-4193（2016）05-0001-13