南海上層環(huán)流和熱結(jié)構(gòu)特征的季節(jié)性時(shí)空演變數(shù)值模擬分析

許 婷

(1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所 港口水工建筑技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室 工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300456;2.天津大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 天津300072)

南海上層環(huán)流和熱結(jié)構(gòu)特征的季節(jié)性時(shí)空演變數(shù)值模擬分析

許 婷1,2

(1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所 港口水工建筑技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室 工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300456;2.天津大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 天津300072)

文章基于POM模式模擬了南海上層環(huán)流和熱結(jié)構(gòu)季節(jié)性變化特征，并且在此基礎(chǔ)上初步探討了南海環(huán)流和熱結(jié)構(gòu)的主要影響因素。研究結(jié)果表明：季風(fēng)是控制南海上層環(huán)流季節(jié)性變化的決定性因素，冬、夏季是南海季風(fēng)盛行期，環(huán)流特征也較為典型，而春、秋季節(jié)是季風(fēng)轉(zhuǎn)換期，上層環(huán)流出現(xiàn)多渦結(jié)構(gòu)。南海熱結(jié)構(gòu)分布最直接影響因素是太陽輻射的季節(jié)性變化和地理緯度，并且存在季風(fēng)和洋流影響所產(chǎn)生的熱結(jié)構(gòu)變化。除此之外，南海復(fù)雜地形和岸線也會(huì)間接影響南海環(huán)流形態(tài)和熱結(jié)構(gòu)分布。

上層環(huán)流；熱結(jié)構(gòu)；南海；POM模式；數(shù)值模擬

南海屬于面積較大、水深較深的陸緣海，海底地形十分復(fù)雜，平均水深超過1 000 m，最深處近6 000 m。南海處于東南亞季風(fēng)核心區(qū)域，不同季節(jié)其風(fēng)向變化明顯，屬典型的季風(fēng)性氣候[1]，局地性海-氣相互作用現(xiàn)象十分顯著[2]。南海四周多被半島和島嶼包圍，地理環(huán)境較為封閉，強(qiáng)季風(fēng)作用下形成的局地強(qiáng)迫作用是南海上層環(huán)流的主要驅(qū)動(dòng)力[3]。

我國關(guān)于南海環(huán)流和熱結(jié)構(gòu)方面的研究開始于20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)研究手段多以海洋調(diào)查獲取觀測(cè)資料為主，相繼開展的多次南海大規(guī)模海洋調(diào)查活動(dòng)獲取的風(fēng)資料、海流資料等為開展南海海域研究提供了寶貴的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料，但由于南海面積廣闊、自然環(huán)境、海底地形、海流狀況等十分復(fù)雜，因此現(xiàn)場調(diào)查工作開展起來比較困難，且獲取的實(shí)測(cè)資料十分有限，此階段研究并未取得重大突破。直到20世紀(jì)80年代末期，隨著海洋觀測(cè)技術(shù)手段的明顯進(jìn)步、衛(wèi)星遙感等技術(shù)的引入，尤其是開始采用數(shù)值模擬手段進(jìn)行研究，南海環(huán)流和熱結(jié)構(gòu)研究才迎來了嶄新的階段。

經(jīng)過國內(nèi)外海洋學(xué)者數(shù)十年堅(jiān)持不懈的努力，南海環(huán)流和熱結(jié)構(gòu)方面的研究已經(jīng)取得了不少研究成果，例如1989年，曾慶存[4]基于二維全流方程模式，模擬了南海各月平均表層流，研究結(jié)果表明風(fēng)生海流受海岸及海底地形約束產(chǎn)生的補(bǔ)償流是促成南海暖流的主要因素；1994年，Xie[5]采用非線性約化重力海洋模式研究了南海表層水溫年循環(huán)過程和物理機(jī)制，發(fā)現(xiàn)熱力強(qiáng)迫作用和海面動(dòng)力強(qiáng)迫作用是維持南海表層水溫年循環(huán)的兩大主要?jiǎng)恿σ蛩亍?006年，蘭健等[6]通過分析南海溫躍層時(shí)空分布變化規(guī)律，揭示了南海溫躍層的產(chǎn)生與南海環(huán)流運(yùn)動(dòng)和多渦結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。2016年，韓玉康等人[7]結(jié)合高度計(jì)和SODA再分析資料，利用改進(jìn)的挪威版HYCOM海洋模式對(duì)南海的中尺度渦現(xiàn)象開展了數(shù)值模擬研究，揭示了南海中尺度渦的結(jié)構(gòu)特征、能量以及與背景場的相互作用。

然而，在眾多的前人數(shù)值模擬研究成果中，鮮有文獻(xiàn)報(bào)道全面考慮南海海面高度、海面熱通量、季風(fēng)、溫度場、鹽度場、流等多因素條件模擬分析南海上層環(huán)流和熱結(jié)構(gòu)特征隨季節(jié)不同其時(shí)空演變規(guī)律的變化情況，這也正是本文研究目的所在。

1 數(shù)據(jù)資料與模型配置

POM海洋模式是由美國普林斯頓大學(xué)Blumberg和Mellor提出的三維斜壓原始方程模式[8]，在世界上許多陸架海的廣泛應(yīng)用過程中顯示了其優(yōu)越性[9-11]，為避免贅述，本文略去了模式方程和差分格式介紹(詳見文獻(xiàn)[8])。

1.1計(jì)算域與網(wǎng)格剖分

圖1 南海計(jì)算域水深地形Fig.1 Topography of the South China Sea

南海計(jì)算域選取模擬范圍為99°E～135°E，1°S～32°N，包含了整個(gè)南海以及西太平洋的一部分。模型的西邊界設(shè)置在岸界上，可以避免人為設(shè)置開邊界引起的計(jì)算誤差。東邊界延伸在西太平洋，主要是為了更好地模擬黑潮，因?yàn)槟虾Ｊ芎诔庇绊戄^大，黑潮模擬的好壞直接影響到南海環(huán)流的模擬精度。

模式網(wǎng)格采用了正交曲線網(wǎng)格，一方面可以更好地?cái)M合陸地邊界，另一方面可以減少計(jì)算量。模式網(wǎng)格格點(diǎn)數(shù)為381×301，分辨率約為10 km，采用較高的分辨率有助于模擬大、中尺度海水運(yùn)動(dòng)，垂向分為23個(gè)等sigma層。海底地形采用了分辨率為1分的地形數(shù)據(jù)ETOPO 1(Earth′s topography and bathymetry)。模式的最小水深設(shè)置為10 m，最大水深設(shè)置為5 500 m。計(jì)算域水深地形詳見圖1。

1.2計(jì)算條件配置

模式首先經(jīng)過了15 a的預(yù)熱，具體過程為以World Ocean Atlas 2001(簡稱WOA 01)一月份的月平均溫度場和鹽度場為初始場，氣候態(tài)月平均的海表強(qiáng)迫場和側(cè)邊界條件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從靜止開始積分，積分15年后模式狀態(tài)場達(dá)到平衡態(tài)。其中，模式海表強(qiáng)迫場采用美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(National Centers for Environmental Prediction，簡稱NCEP)的再分析資料，通過64 a(1948年～2011年)平均形成月平均的強(qiáng)迫場，包括風(fēng)場、凈的短波輻射通量、凈的長波輻射通量、感熱通量和潛熱通量等。側(cè)邊界條件采用的SODA 2.2.4月平均再分析資料。宏波[12]對(duì)比了利用SODA、ECCO等不同的再分析資料做南海區(qū)域模式側(cè)邊界的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)使用SODA資料模擬的黑潮的位置和強(qiáng)度效果較好，因此，本文使用SODA資料作為側(cè)邊界條件，包括側(cè)邊界的海表高度、溫度、鹽度和流場。在上述條件下，模式積分了15 a之后達(dá)到平衡態(tài)。

1.3模擬結(jié)果合理性檢驗(yàn)

以spinup的結(jié)果作為真實(shí)年份模擬的初始場，SODA 2.2.4月平均再分析資料作為邊界條件，NCEP日平均的風(fēng)場、凈的短波輻射通量、凈的長波輻射通量、感熱通量和潛熱通量等作為大氣強(qiáng)迫，本文進(jìn)行了10 a(2001年～2010年)的模擬試驗(yàn)，以檢驗(yàn)POM模式在南海的模擬性能。以10 a平均狀態(tài)作為南海氣候態(tài)，圖2給出了POM模式模擬夏季和冬季的南海表層環(huán)流。前人的研究[13]表明，南海表層環(huán)流主要受季風(fēng)的影響，其次受通過呂宋海峽入侵南海的黑潮的影響。南海夏季季風(fēng)主控風(fēng)向?yàn)槲髂舷?，受其作用，南部海域呈現(xiàn)大范圍的反氣旋式環(huán)流運(yùn)動(dòng)，而北部海域則有弱的氣旋式渦旋存在。同時(shí)受局地風(fēng)應(yīng)力和南海地形的影響，南海表層環(huán)流整體呈氣旋式環(huán)流結(jié)構(gòu)，并且西邊界流存在強(qiáng)化現(xiàn)象。此外，在(18°N，118°E)附近存在呂宋冷渦[14-15]。春秋兩季為南海季風(fēng)的轉(zhuǎn)換期，其環(huán)流結(jié)構(gòu)為南海夏季環(huán)流和冬季環(huán)流之間的過渡形態(tài)。本文采用POM模式模擬的南海表層環(huán)流結(jié)構(gòu)與前人研究的南海大尺度環(huán)流特征[13,16]相符合。

通過與前人研究和觀測(cè)對(duì)比，證實(shí)了本文采用POM模式建立的南海環(huán)流模型能夠較好地模擬南海區(qū)域的環(huán)流結(jié)構(gòu)，本文以該模式為基礎(chǔ)對(duì)南海上層環(huán)流和熱結(jié)構(gòu)季節(jié)性時(shí)空變化開展試驗(yàn)研究。

2 南海上層環(huán)流和熱結(jié)構(gòu)的季節(jié)性時(shí)空演變

通過POM模式模擬得到的南海各月計(jì)算結(jié)果，取1月、4月、7月、10月分別代表冬季、春季、夏季、秋季4個(gè)季節(jié)。為了比較分析不同季節(jié)情況下，南海上層環(huán)流形態(tài)差異和熱結(jié)構(gòu)分布差異，本文給出了各季節(jié)其海表層和100 m層(文中稱之為“次表層”)對(duì)應(yīng)的流場圖和溫度場圖，詳見圖3和圖4。

2-a 夏季 2-b 冬季圖2 POM模擬的南海夏季和冬季氣候態(tài)的海表流場分布Fig.2 Sea surface flow field distribution simulated by POM in the South China Sea in summer and winter

2.1冬季

冬季，南海主控季風(fēng)風(fēng)向?yàn)闁|北向，受其作用，南海表層海流呈現(xiàn)大尺度氣旋式環(huán)流運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，在中南半島東南側(cè)海域也存在一個(gè)尺度相對(duì)較小，但形態(tài)比較清晰的氣旋式渦旋，由對(duì)應(yīng)的溫度場圖可知，該渦旋所處位置溫度相對(duì)較低，屬于冷渦，在越南東南側(cè)海域也依稀可見三四個(gè)氣旋式渦旋。從冬季海表層流場圖還可以看出，黑潮穿過呂宋海峽時(shí)，會(huì)使得南海北部環(huán)流有所加強(qiáng)。從緯度來講，南海北部海區(qū)的水溫應(yīng)該比南部略低，但從冬季南海海表層溫度場圖反應(yīng)情況，南海表層海溫分布較均勻，南北差異并不大，這是因?yàn)楹诔睂儆谝恢?，黑潮將高溫海水帶入南海北部海區(qū)，提高了北部海域的海水溫度。從南海溫度場整體分布來看，越南東南側(cè)海域及東西兩側(cè)沿岸海域海溫相對(duì)偏低，泰國灣海溫相對(duì)偏高，蘇祿海附近海域存在明顯的高溫暖水區(qū)。

南海次表層流場同樣存在一個(gè)大的氣旋式環(huán)流系統(tǒng)，這說明強(qiáng)大的東北季風(fēng)對(duì)于位于100 m層的水深區(qū)域仍有驅(qū)動(dòng)作用，但次表層流速強(qiáng)度比表層流明顯要小，這是由于海表風(fēng)應(yīng)力對(duì)于100 m處的水深層其作用強(qiáng)度減弱。從次表層流場圖還可以看出，南海西部存在著自北向南的西邊界流，中南半島東南側(cè)的氣旋式冷渦依然存在，在呂宋海峽附近存在著明顯的渦旋，在呂宋島西北側(cè)海域也存在一個(gè)明顯的渦旋，從對(duì)應(yīng)的溫度場圖可以看出，該區(qū)域處于低溫冷水區(qū)，從性質(zhì)上判定，該渦旋屬于“冷渦”，這就是學(xué)者們經(jīng)常提到的“呂宋冷渦”。

從南海次表層溫度總體結(jié)構(gòu)可以看出，其溫度場分布規(guī)律與海表層相似，但由于位于水下100 m深的次表層其受到太陽輻射的影響作用遠(yuǎn)小于海表層，因此次表層總體海溫要明顯低于表層海水層。另外，南海沿岸淺水區(qū)次表層海溫稍高，在呂宋島西北側(cè)海域存在明顯的低溫冷水區(qū)。

2.2春季

春季屬南海季風(fēng)轉(zhuǎn)換期，海表多為風(fēng)力較弱的偏東風(fēng)。原先的大尺度氣旋式環(huán)流體系已經(jīng)不復(fù)存在，僅北部海域尚殘存些許冬季氣旋式渦旋形態(tài)，其余海域甚至開始出現(xiàn)與冬季完全相反的流型。

同時(shí)，在南海沿岸海域和南部海域，開始出現(xiàn)多個(gè)小型渦旋，廣東外海存在微弱的南海暖流。結(jié)合南海海表層春季流場圖和溫度場圖，不難發(fā)現(xiàn)，沿呂宋島西北沿岸海域存在一支北上的沿岸暖流，有學(xué)者[17]將其稱之為“呂宋沿岸流”。南海開始出現(xiàn)與冬季反向的海流，在中南半島附近海域出現(xiàn)多個(gè)小型渦旋，黑潮對(duì)南海北部海域的影響明顯減弱，這是因?yàn)楹诔北旧砹魉贉p小，溫度降低所致。春季，在廣東外海開始出現(xiàn)南海暖流現(xiàn)象，這是因?yàn)槎驹趶?qiáng)東北季風(fēng)作用下呈現(xiàn)的大尺度氣旋式環(huán)流體系掩蓋了南海暖流現(xiàn)象，而到了風(fēng)速較弱、風(fēng)向不穩(wěn)定的季風(fēng)轉(zhuǎn)換期——春季，南海暖流現(xiàn)象才得以顯現(xiàn)。呂宋沿岸流開始變得雜亂。越南沿岸北部的氣旋式渦旋開始衰減，離岸流也開始減弱，南部的氣旋式環(huán)流也開始減弱。從南海春季表層溫度場圖可以看出，相比冬季，春季海溫明顯上升，尤其是在南海南部海域。但是，也有相對(duì)較低溫的水域存在，比如：位于加里曼丹島北部的海域其水溫則相對(duì)較低。春季，黑潮入侵南海的影響逐漸減弱，南海北部海區(qū)失去了黑潮這支暖流高溫海水的注入，導(dǎo)致南海北部海域春季海溫反而比冬季偏低，這也印證了Shaw[18]的論點(diǎn)“黑潮南海分支始于夏末，冬季加強(qiáng)，終于春末”。

由南海春季次表層流場圖可知，由于春季南海處于季風(fēng)過渡期，風(fēng)向不穩(wěn)定，其流場內(nèi)部結(jié)構(gòu)也顯得較亂。冬季情況下大型海盆尺度的氣旋式環(huán)流已經(jīng)開始分裂為多個(gè)渦旋。與海表層流場相似，西邊界處開始出現(xiàn)明顯的冬季反向流，并發(fā)現(xiàn)有西向流強(qiáng)化現(xiàn)象。呂宋冷渦也開始消失。春季流型處于冬季流型向夏季流型的轉(zhuǎn)換期。次表層和表層海溫相比，春季海溫上升幅度不如冬季明顯。在呂宋島東北側(cè)海域存在一個(gè)明顯的高溫暖水渦旋區(qū)，而其西北側(cè)海域則屬相對(duì)低溫的冷水區(qū)且其覆蓋面積反而有進(jìn)一步擴(kuò)大趨勢(shì)。

2.3夏季

夏季，南海上空被西南季風(fēng)所控制，但風(fēng)力大小稍弱于冬季東北季風(fēng)。在西南季風(fēng)控制下，南海表層環(huán)流流型與冬季大致相反，整體呈現(xiàn)反氣旋式環(huán)流。在海南島附近出現(xiàn)由西向東的加強(qiáng)流，在海南島沿岸存在較明顯的順時(shí)針渦旋，且處于高溫區(qū)，從性質(zhì)上屬于“暖渦”。在南海南部也存在兩個(gè)不太明顯的暖渦。從南海表層流場圖可以看出，夏季，南海表層海溫整體呈上升趨勢(shì)，但在北部海域卻存在一相對(duì)低溫冷水區(qū)且覆蓋范圍反而進(jìn)一步擴(kuò)大，這是由于夏季時(shí)期，黑潮暖流入侵南海北部海域并提升南海北部海域水溫現(xiàn)象不再明顯所致。南海中部和西南部海域海溫整體較高。南海東北部臺(tái)灣西南海區(qū)也屬于水溫較高的暖水區(qū)，除此之外，溫度較高的暖渦區(qū)在中沙群島、越南東南外海、菲律賓西側(cè)也有發(fā)現(xiàn)。南海北部海南島與臺(tái)灣島之間海域，海溫整體都比較低。海南島外海和南海東南部沿岸海域則均發(fā)現(xiàn)了小范圍冷渦區(qū)。夏季南海次表層流場在西南季風(fēng)影響下同表層一樣，呈現(xiàn)出反氣旋式大環(huán)流，南海環(huán)流西向強(qiáng)化現(xiàn)象依然明顯。南海夏季次表層溫度分布場圖可以看出，南海次表層海溫相比于春季，略有上升。位于海南島外海的暖渦不僅出現(xiàn)在表層流場中，在次表層流場中也有出現(xiàn)，呂宋海峽處的高溫暖水區(qū)在次表層流場中其范圍有進(jìn)一步擴(kuò)大趨勢(shì)。

2.4秋季

秋季和春季一樣，處于季風(fēng)轉(zhuǎn)換時(shí)期，風(fēng)向不如冬夏季穩(wěn)定且風(fēng)力也較弱，整體流場結(jié)構(gòu)不如冬夏季典型。從南海秋季表層流場圖可知，隨著南海西南季風(fēng)的迅速撤退，南海反氣旋式環(huán)流也開始減弱解體。雖然在南海北部海域仍然殘存反氣旋式環(huán)流，但和夏季相比，范圍縮小，強(qiáng)度減弱。在加里曼丹島西部沿岸的中部海域開始出現(xiàn)一個(gè)相對(duì)低溫的反氣旋式“冷渦”。在越南東海岸，海流呈西向漂流。伴隨著越南離岸流的逐漸減弱消失，南海西邊界流開始重新顯現(xiàn)并逐漸加強(qiáng)。泰國灣的反氣旋式環(huán)流開始消失，并重新被氣旋式環(huán)流控制。南海南部存在冷渦。從南海表層溫度場分布圖可以看出，秋季，南海表層海溫整體降低，溫度梯度減小。同時(shí)，黑潮暖流開始重新入侵南海北部海區(qū)并起到明顯的“加溫”作用，顯著提高了北部海域的水溫。與此相反，在南海西邊界流冷水的影響下，南部海域水溫有進(jìn)一步下降。

同表層流場一樣，秋季南海次表層流場北部海域的反氣旋式環(huán)流開始減弱并解體，氣旋式大環(huán)流開始顯現(xiàn)，但不如冬季明顯。南海環(huán)流西向強(qiáng)化現(xiàn)象也變得強(qiáng)烈。從秋季南海次表層溫度場分布圖可以看出，秋季南海的次表層溫差依然較小，除了呂宋海峽附近海溫相對(duì)較高外，其余海域水溫整體較低，在次表層，南海北部海域依然受到黑潮暖流入侵影響，但溫度升高幅度不如表層明顯些。

3-a冬季海表層流場圖和溫度場圖 3-b春季海表層流場圖和溫度場圖

3-c夏季海表層流場圖和溫度場圖 3-d秋季海表層流場圖和溫度場圖

4-a冬季次表層流場圖和溫度場圖 4-b春季次表層流場圖和溫度場圖

4-c夏季次表層流場圖和溫度場圖 4-d秋季次表層流場圖和溫度場圖

3 南海上層環(huán)流和熱結(jié)構(gòu)的影響因素分析

前面采用POM模式較好地模擬了南海的上層環(huán)流和熱結(jié)構(gòu)情況，但由于南海海域廣闊、岸線較長、地形復(fù)雜、氣候多變等，導(dǎo)致南海環(huán)流形式和熱結(jié)構(gòu)也是非常復(fù)雜多變的，根據(jù)本文數(shù)值模擬結(jié)果，并通過分析總結(jié)前人的研究成果[2,19]，對(duì)南海上層環(huán)流和熱結(jié)構(gòu)影響因素作初步探討。

3.1季風(fēng)影響

南海四周多被半島和島嶼所包圍，處于半封閉環(huán)境之中，加之東南亞強(qiáng)季風(fēng)氣候影響，局地強(qiáng)迫作用成為南海表層海流運(yùn)動(dòng)的最直接驅(qū)動(dòng)力。南海環(huán)流特征在冬季和夏季時(shí)期比較典型，冬季環(huán)流運(yùn)動(dòng)呈典型的氣旋式，夏季與之相反，呈反氣旋式，這是因?yàn)槎局骺丶撅L(fēng)風(fēng)向?yàn)闁|北向，夏季則為西南季風(fēng)，二者風(fēng)向恰好相反。春、秋兩季處于季風(fēng)過渡期，風(fēng)向不穩(wěn)定，風(fēng)力較弱，因此，春季和秋季期間，南海環(huán)流流型處于冬、夏季過渡流型，且環(huán)流特征不如冬夏季典型。季風(fēng)不但能直接影響南海上層海流運(yùn)動(dòng)，而且風(fēng)場能夠在很大程度上改變海洋上層水溫分布，同時(shí)也是出現(xiàn)局地冷暖中心的主要原因之一，因此許多研究學(xué)者認(rèn)為，風(fēng)場是南海環(huán)流中最重要的影響因素。

3.2太陽輻射影響

太陽輻射的季節(jié)性變化是決定南海水溫分布季節(jié)性變化的最主要原因。南海南部海域接近赤道附近，該區(qū)域太陽輻射季節(jié)性變化不如位于北緯度帶的海域那么明顯，從而使得南北海域產(chǎn)生一定的溫度差，導(dǎo)致壓力梯度產(chǎn)生，在科氏力的共同影響下，形成密度流。除此之外，太陽輻射還會(huì)間接影響鹽度分布和海水密度。因此，太陽輻射也是直接影響南海環(huán)流和熱結(jié)構(gòu)的重要因素。

3.3洋流影響

除了上面闡述的季風(fēng)影響和太陽輻射影響之外，洋流也會(huì)直接影響南海環(huán)流和熱結(jié)構(gòu)分布，許多學(xué)者通過現(xiàn)場觀測(cè)手段和數(shù)模試驗(yàn)手段均證實(shí)了黑潮入侵南海能夠明顯改變南海北部海區(qū)的環(huán)流形式和熱結(jié)構(gòu)，對(duì)北部海區(qū)影響較大，對(duì)中南部海區(qū)影響較小。黑潮入侵現(xiàn)象開始于夏末秋初，終止于春末，冬季最強(qiáng)，因此，南海北部海域在冬季時(shí)期受黑潮影響最顯著。此外，南海暖流也會(huì)影響南海的熱結(jié)構(gòu)分布。南海除了大的氣旋式環(huán)流和反氣旋式環(huán)流體系外，還包含若干個(gè)中、小尺度渦旋，在南海復(fù)雜地形和自然環(huán)境影響下，在局地風(fēng)場的影響下，南海的多渦現(xiàn)象也是被廣大學(xué)者所共識(shí)的，這些冷、暖渦旋也在一定程度上影響著南海環(huán)流形態(tài)和熱結(jié)構(gòu)分布。

3.4地形影響

南海地形條件十分復(fù)雜，在大尺度的環(huán)流體系背景下，同時(shí)還會(huì)發(fā)育諸多中小尺度的渦旋形態(tài)，這都與南海復(fù)雜的海底地形有重要關(guān)系，與此同時(shí)，復(fù)雜的地形條件通過摩擦作用影響，還會(huì)反過來抑制這些中小尺度渦旋的過度發(fā)展。南海海域復(fù)雜的邊界條件和地形特征使得南海海流呈現(xiàn)多樣化結(jié)構(gòu)。有研究表明，對(duì)于南海這種半封閉海盆，如果南海地形平坦光滑，則渦旋會(huì)明顯減少，且流場也會(huì)變得相對(duì)簡單。

4 結(jié)論

本文基于POM模式模擬了南海上層環(huán)流和熱結(jié)構(gòu)季節(jié)性變化特征，并且在此基礎(chǔ)上初步探討了南海環(huán)流和熱結(jié)構(gòu)的主要影響因素，得出主要結(jié)論如下：

(1)季風(fēng)是南海上層環(huán)流的最直接強(qiáng)迫，冬季和夏季季風(fēng)風(fēng)向穩(wěn)定且風(fēng)力較強(qiáng)，因此，南海環(huán)流特征也比較顯著，冬季在東北強(qiáng)季風(fēng)作用下南海環(huán)流呈現(xiàn)大尺度的氣旋式環(huán)流運(yùn)動(dòng)，夏季在西南季風(fēng)作用下則呈現(xiàn)大尺度的反氣旋式環(huán)流運(yùn)動(dòng)，二者季風(fēng)風(fēng)向相反，環(huán)流形態(tài)也恰好相反。春、秋季節(jié)是南海季風(fēng)轉(zhuǎn)換期，風(fēng)向有交替，且風(fēng)力不強(qiáng)，因此南海上層環(huán)流呈現(xiàn)多個(gè)渦旋小體系。除此之外，黑潮、南海暖流等勢(shì)力較強(qiáng)的洋流也會(huì)對(duì)南海上層環(huán)流產(chǎn)生重要影響。

(2)南海的熱結(jié)構(gòu)分布最直接的影響就是太陽輻射的季節(jié)性變化，空間上與所處緯度帶有關(guān)。但在不同季節(jié)，會(huì)存在季風(fēng)和洋流影響所產(chǎn)生的不同熱結(jié)構(gòu)，例如：黑潮對(duì)南海冬季北部環(huán)流熱結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生重要影響，使得北部海溫明顯提高。

(3)南海次表層流場總體來說與表層相似，不同的是，次表層海溫低于表層且季節(jié)性差異不如表層那么明顯，黑潮暖流入侵現(xiàn)象在次表層也有顯現(xiàn)，但也不如表層顯著。

(4)復(fù)雜地形不會(huì)對(duì)南海上層環(huán)流產(chǎn)生直接影響，但能夠在一定程度上影響南海的溫度、鹽度的結(jié)構(gòu)分布，產(chǎn)生密度流，對(duì)流場和熱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生間接影響，復(fù)雜地形在催生諸多中小尺度渦旋發(fā)育的同時(shí)又抑制它們過度發(fā)展。

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Numerical simulation analysis on seasonal spatial-temporal evolution of upper-layer circulation and thermal-structure in the South China Sea

XUTing1,2

(1.TianjinResearchInstituteforWaterTransportEngineering，NationalEngineeringLaboratoryforPortHydraulicConstructionTechnology,KeyLaboratoryofEngineeringSediment,MinistryofTransport,Tianjin300456,China； 2.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)

In this paper, the seasonal spatial-temporal evolution of upper-layer circulation and thermal-structure in the South China Sea were simulated based on the POM model. A primary discussion was carried out on the major influencing factors of circulation and thermal-structure in the South China Sea. Monsoon is the decisive factor to control the seasonal variation of upper-layer circulation in the South China Sea. South China Sea monsoon prevails in both winter and summer with typical circulation characteristics. But spring and autumn are the monsoon conversion period when multi-vortex structures appear in the upper-layer circulation. The most direct influencing factors of thermal-structure in the South China Sea include seasonal variation of solar radiation and geographical latitude, and there exist thermal structural variation influenced by monsoon and ocean current. The complex terrain and shorelines in the South China Sea will also indirectly influence the circulation form and thermal-structure distribution in the South China Sea.

upper-layer circulation; thermal structure; the South China Sea; POM model; numerical simulation

P 732

：A

：1005-8443(2017)04-0344-07

2017-01-11；

：2017-03-22

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(TKS150210)；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51509023)；國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題(課題編號(hào)：No.2016YFC0402605和課題編號(hào)：No.2016YFC0402603)；水利工程仿真與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目(HESS1401)；國家海洋局南海維權(quán)技術(shù)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目(SCS1606)

許婷(1985-)，女，山東省菏澤人，副研究員，博士研究生，主要從事海岸河口水動(dòng)力泥沙及水環(huán)境數(shù)值模擬研究。

Biography：XU Ting(1985-),female, associate professor.