對馬海峽水團(tuán)組成對日本海溫鹽分布影響的季節(jié)及年際變化?

朱夢琪， 史 潔, 2??， 郭新宇, 3， 高會旺, 2

(1.中國海洋大學(xué)海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266100； 2.海洋國家實(shí)驗(yàn)室海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266071； 3.日本愛媛大學(xué)沿岸環(huán)境科學(xué)研究中心,松山 7908577)

黑潮為西北太平洋上的強(qiáng)西邊界流，起源于呂宋島，依次流經(jīng)呂宋海峽、東海陸架海域和日本海，最終離開日本海岸向東流去，成為黑潮延伸體進(jìn)入西北太平洋。黑潮具有高溫高鹽、流速快和流量大等特點(diǎn)，在從低緯度海區(qū)向中緯度海區(qū)輸送熱量的同時(shí)，也自南向北輸送鹽份和營養(yǎng)鹽等物質(zhì)。黑潮主軸大約在30.51°N、129.1°E，處出現(xiàn)一黑潮分支從主軸分離出來通過對馬海峽流入日本海，沿九州島西側(cè)向北輸運(yùn)[1]；該黑潮水向日本海的入侵形成了對馬暖流[2]；Ichikawa等認(rèn)為，冬季對馬暖流來源為九州島西岸的黑潮分支，而夏季組成源還包括了臺灣暖流[3]；Guo等對對馬暖流不同源的組成進(jìn)行了定量分析近一步驗(yàn)證了此觀點(diǎn)[4]。因此黑潮的季節(jié)和年際變化會影響到日本海水體環(huán)境的變化。

黑潮在沿其流軸方向進(jìn)行水體輸運(yùn)的同時(shí)，也向其內(nèi)側(cè)的陸架海區(qū)輸送鹽份、營養(yǎng)鹽等物質(zhì)，其中在東海陸架，來源于黑潮的鹽份、營養(yǎng)鹽的輸送量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于長江等河流的輸送量[5-6]。黑潮向東海陸架進(jìn)行水體輸送的同時(shí)，東海陸架水也同時(shí)向黑潮區(qū)進(jìn)行水量、營養(yǎng)鹽的輸送，兩者的水交換具有雙向性[7]。由于東海陸架水與黑潮水之間進(jìn)行水體交換，東海陸架水體環(huán)境的變化有可能通過對馬暖流的輸運(yùn)對日本海產(chǎn)生潛在的影響。

對馬暖流不僅由流入日本海的黑潮分支水組成，同時(shí)也攜帶了來自黃海和東中國海的低鹽水[8]。該低鹽水主要是由長江沖淡水引起[9]。Chang和Isobe運(yùn)用普林斯頓海洋模式(POM)模擬發(fā)現(xiàn)68%的長江沖淡水在夏季朝東北方向輸運(yùn)，并最終途經(jīng)對馬海峽流入日本海[10]。因此東海陸架水與長江沖淡水均會通過對馬海峽對日本海水體環(huán)境造成影響。

日本海是一個(gè)典型的西北太平洋封閉型邊緣海[11]，海底地形陡峭，水深最深可達(dá)3 700 m，主要通過對馬海峽、津輕海峽、宗谷海峽和韃靼海峽這四個(gè)海峽與外海相連，其中對馬海峽作為日本海水體主要輸入通道，將日本海與東中國海相連接，也是黑潮水進(jìn)入日本海的主要通路，因此想要分析東中國海水體環(huán)境和黑潮對日本海水體環(huán)境的影響，首先要清楚對馬海峽處水體環(huán)境變化對日本海產(chǎn)生的影響。因此，本文利用WOD13的溫鹽觀測資料，研究探討了對馬海峽處不同水團(tuán)對日本海典型斷面的影響的季節(jié)和年際變化。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 數(shù)據(jù)介紹

本文研究區(qū)域?yàn)槿毡竞：Ｓ?，范圍?0°N～50°N，125°E～145°E，所用的溫度、鹽度數(shù)據(jù)均來自美國國家海洋數(shù)據(jù)中心(National Oceanographic Data Center, NODC)制作的世界海洋數(shù)集(World Ocean Data, WOD)，圖1(a)中黑點(diǎn)為1970—2008年研究區(qū)域內(nèi)的實(shí)測站點(diǎn)分布圖，其中選取對馬海峽處和日本海內(nèi)溫度和鹽度數(shù)據(jù)觀測連續(xù)性較好的兩個(gè)斷面，分別命名為對馬海峽斷面(Tsushima Strait Section, TSC)和日本海斷面(Japan Sea Section, JSS)，斷面上觀測站位分布如圖1(b)所示。對馬海峽斷面經(jīng)緯度范圍為128.6°E～129.7°E，33.4°N～34.6°N，包含10個(gè)站點(diǎn)，從朝鮮半島至九州島分別為T1～T10，其中最大水深位于T5站點(diǎn)處，為138 m；日本海斷面共包含8個(gè)站點(diǎn)(J1～J8)，研究范圍為37.0°N～40.0°N，136.0°E～138.2°E，日本海斷面水深最深為2 664 m，位于J4站點(diǎn)處，由于日本海斷面500 m以深水體性質(zhì)穩(wěn)定，溫鹽變化不大，因此本研究僅對日本海斷面500 m以淺水體的溫鹽分布進(jìn)行分析。本文在分析兩個(gè)斷面溫鹽分布的季節(jié)變化時(shí)，運(yùn)用的是1970—2008年多年平均的觀測結(jié)果。

日本海內(nèi)數(shù)據(jù)均為走航觀測數(shù)據(jù)，不同航線觀測的斷面存在不同，因此日本海內(nèi)雖然站點(diǎn)眾多、斷面眾多，但多數(shù)斷面的季節(jié)和年際的觀測連續(xù)性較差，數(shù)據(jù)存在缺失。在研究對馬海峽處水體對日本海水體產(chǎn)生的季節(jié)和年際的影響時(shí)，選取了兩個(gè)數(shù)據(jù)觀測連續(xù)性較好的斷面，運(yùn)用1994—2000年間的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

在分析長江沖淡水通過對馬海峽對日本海影響時(shí)，所用的長江淡水通量數(shù)據(jù)來自于水利部長江水利委員會出版的《中國河流泥沙公報(bào)》中提供的長江大通站8月的徑流量數(shù)據(jù)，時(shí)間跨度為1994—2000年。在分析日本海環(huán)流場對日本海斷面上水團(tuán)結(jié)構(gòu)影響時(shí)，所用的1994—2000年流場數(shù)據(jù)來自于Hirose等運(yùn)用RIAM Ocean Model建立的海洋模型對日本海海域進(jìn)行模擬所得的模擬數(shù)據(jù)[12]，該網(wǎng)格分辨率為1/12(°)×1/15(°)，垂向共分為38層。

圖1 研究區(qū)域(a)及研究斷面所在位置(b)Fig.1 The study area(a) and the stations at the two observational sections(b)

1.2 水團(tuán)混合比方法

水團(tuán)主要指占有一定空間且具有相近的物理、化學(xué)和生物性質(zhì)和相似的變化趨勢的水體。自從1916年水團(tuán)這一概念引入海洋學(xué)之后，Jacobsen用T-S圖解方法研究兩個(gè)水團(tuán)混合相互影響的問題，得出了水團(tuán)混合的線性反比關(guān)系的結(jié)論[13]；Mille在分析北美陸架水時(shí)提出四個(gè)水團(tuán)濃度混合分析方法[14]。毛漢禮等對混合四邊形計(jì)算進(jìn)一步提出了幾何解法[15]，依據(jù)T-S點(diǎn)聚圖進(jìn)行水團(tuán)分析，得到四個(gè)水團(tuán)的核心溫度、鹽度值，運(yùn)用該濃度混合方法可以對不同水團(tuán)的混合比進(jìn)行定量的分析。Chen等認(rèn)為，東中國海水體與來自對馬暖流的黑潮水的混合過程當(dāng)中有六個(gè)水團(tuán)參與，并運(yùn)用該方法對臺灣海峽處的黑潮表層水、次表層水、臺灣海峽水和其他三水團(tuán)混合而成的陸架水的混合比進(jìn)行計(jì)算分析[16]；田天等將巴士海峽附近海域水團(tuán)分為表層、次表層、中層和深層水團(tuán)，運(yùn)用該方法定量分析了四個(gè)水團(tuán)在該海域內(nèi)的分布情況，證實(shí)了此方法計(jì)算多水團(tuán)水體交換的可行性[17]。本文在研究夏季對馬海峽斷面處的水團(tuán)對秋季日本海斷面上溫鹽分布影響時(shí)，用的就是四個(gè)水團(tuán)混合的方法。

2 結(jié)果

2.1 對馬海峽斷面上溫度、鹽度的季節(jié)變化特征

圖2和3分別是對馬海峽斷面上溫度、鹽度分布的季節(jié)變化圖。從垂直分布可以看出，在冬、春季整個(gè)斷面的溫度、鹽度垂向分布比較均勻，而夏、秋季，層化現(xiàn)象更為明顯。斷面東西側(cè)溫鹽分布存在差異，斷面西部溫度、鹽度均略低于東部水體。從圖2可以看出，冬季對馬海峽斷面上海溫較低(以2月為例)，垂向分布比較均勻，變化范圍為12.4～15.0 ℃；溫度在水平方向上存在明顯差異，斷面西側(cè)的溫度比東側(cè)溫度低1.0～2.0 ℃。春季(以5月為例)，由于太陽輻射的增強(qiáng)，海表最高溫度可達(dá)18.6 ℃，水溫垂向分布出現(xiàn)層化現(xiàn)象。夏季(以8月為例)，溫度躍層大概位于30 m處，斷面東部躍層深度大于西部，躍層以淺的水域溫度均高于24.0 ℃，表層水溫可達(dá)27.5 ℃，溫躍層以下水溫降低，小于20.0 ℃；水平方向的溫度梯度更加顯著，在對馬海峽東部的暖水相較于西部深厚，以20.0 ℃等溫線為例，在東部可達(dá)60 m，而在西部海域僅可達(dá)25 m左右。秋季由于海表降溫，水體層化現(xiàn)象逐漸消失。

圖2 對馬海峽斷面上1—12月溫度分布圖Fig.2 Vertical distributions of temperature along the Tsushima Strait Section from January to December

冬季，對馬海峽斷面上鹽度變化范圍為33.95～34.65(見圖3)，鹽度在垂直方向上較為均勻。6月開始鹽度出現(xiàn)垂向分層，低鹽水開始在斷面西側(cè)表層出現(xiàn)，最低鹽度約為33.70，鹽度隨著深度的增加而增加。隨著時(shí)間的推移，鹽度垂直分層更加明顯，低鹽水的水平和垂直范圍均逐漸擴(kuò)大。到了夏季(8月)，30 m以淺的水域鹽度低于32.80，最低鹽度出現(xiàn)在表層，為32.10，隨著水深的增加，鹽度逐漸增大，鹽度最大可達(dá)34.56。表層低鹽水體在秋季逐漸減弱，鹽度垂直分層也逐漸消失。

為進(jìn)一步研究對馬海峽斷面上水團(tuán)組成的季節(jié)變化，本文繪制了1—12月的T-S點(diǎn)聚圖(見圖4中的紅點(diǎn))。由圖可見，1—5月份，對馬海峽斷面上溫鹽值分布較為集中，鹽度較高，主要集中在34.20～34.80之間，溫度較低，變化范圍為12.6～15.0 ℃，水團(tuán)密度均大于24.0，此時(shí)，水團(tuán)組成較為單一。任慧茹等將黑潮分為三段：25°N以南為黑潮入口段，25°N～30°N為黑潮中間段，30°N～34°N為黑潮出口段[18]，本研究中對馬海峽斷面冬季鹽度范圍與黑潮出口段上層高鹽水鹽度(34.50)相符，說明此時(shí)對馬海峽處水團(tuán)主要受到黑潮水的影響。6月開始，T-S點(diǎn)聚圖顯示溫鹽點(diǎn)的分布開始變得分散，說明水團(tuán)性質(zhì)較冬季發(fā)生了變化，出現(xiàn)了低鹽低密的點(diǎn)，密度小于24.0。夏季(8月)，T-S點(diǎn)聚圖顯示此時(shí)該斷面水團(tuán)組成最為復(fù)雜。其中，密度小于22.0的水體對應(yīng)溫度較高，主要分布在24.2～27.0 ℃，鹽度較低，最低可達(dá)31.29，本研究將其定義為對夏季馬海峽表層水，主要分布在對馬海峽10 m以淺的區(qū)域。鹽度低于34.05，溫度變化范圍為18.9～24.2 ℃，對應(yīng)密度在22.0～24.0的水體主要分布在對馬海峽斷面10～30 m水層，本研究將其定義為夏季對馬海峽次表層水。此外，鹽度大于34.05，溫度范圍在14.6～18.9 ℃之間，對應(yīng)密度大于24.0的點(diǎn)所表征的水團(tuán)主要分布在30 m以深的水層，本研究將其定義為對馬海峽高鹽水。從秋季到冬季(9～12月)，T-S點(diǎn)聚圖顯示夏季對馬海峽表層水和次表層水逐漸消失，而對馬海峽高鹽水逐漸從馬海峽斷面的深水層，發(fā)展到冬季變?yōu)檎紦?jù)整個(gè)水層。

圖3 對馬海峽斷面上1—12月鹽度分布圖Fig.3 Vertical distributions of salinity along the Tsushima Strait Section from January to December

(紅色點(diǎn)代表對馬海峽斷面，黑色點(diǎn)代表日本海斷面，黑色線為等密線。Red and black dots represent T-S dots at Tsushima Strait Section and Japan Sea Section, and the black lines are the isopycnals.)

圖4 對馬海峽斷面和日本海斷面上的1—12月份的多年平均(1970—2008)T-S點(diǎn)聚圖
Fig.4 Climatological T-S diagrams at Tsushima Strait Section and Japan Sea Section from January to December

圖5 日本海斷面上1—12月份的溫度分布圖Fig.5 Vertical distributions of temperature along the Japan Sea Section from January to December

圖6 日本海斷面上1—12月份的鹽度分布圖Fig.6 Vertical distributions of salinity along the Japan Sea Section from January to December

綜上，從全年看來，夏季對馬海峽表層水以高溫低鹽為主要特征，春季開始發(fā)展，夏季成熟，秋冬季節(jié)逐漸消失；對馬海峽高鹽水以低溫高鹽為主要特征，夏季表層低鹽水盛行時(shí)，將其限制在30 m以深，而冬季則占據(jù)整個(gè)水層；夏季對馬海峽次表層水則為夏季表層水和深層高鹽水的混合水。因此，夏季對馬海峽斷面處的水團(tuán)組成最為豐富和復(fù)雜。

2.2 日本海斷面上溫度、鹽度的季節(jié)變化特征

日本海斷面上各月溫度的分布如圖5。冬季2月時(shí)斷面溫度為四季最低，500 m以淺水層溫度均低于10.0 ℃，表層溫度最高，垂直方向上出現(xiàn)分層現(xiàn)象，隨著深度的增加，溫度逐漸降低；水平方向看，等溫線發(fā)生傾斜，斷面東側(cè)(近岸區(qū)域)溫度高于斷面西側(cè)(離岸區(qū)域)。春季(5月)，由于太陽輻射的增強(qiáng)，海表溫度進(jìn)一步升高，海表溫度可達(dá)12.6 ℃，水體層化現(xiàn)象增強(qiáng)。到了夏季(8月)，海表溫度達(dá)到全年最高，約為25.0 ℃，溫度大于20.0 ℃的水集中在25 m以淺，垂向溫度層結(jié)達(dá)到全年最強(qiáng)。秋季(11月)，海表溫度降低，層化現(xiàn)象較夏季有所減弱。

圖6為日本海斷面上鹽度分布的季節(jié)變化。冬季(2月)，整個(gè)斷面上鹽度分布較為均勻，未出現(xiàn)明顯的鹽度層結(jié)，鹽度分布范圍為33.87～34.07。春季(5月)，近岸水域20 m以淺水域出現(xiàn)低鹽水，鹽度低于33.90，并向離岸方向擴(kuò)展；低鹽水層以下至200 m水層出現(xiàn)高鹽水，鹽度高于34.10；200 m以深的水域，鹽度分布較為均勻，鹽度值約為34.06。夏季(8月)，表層低鹽水由近岸區(qū)域擴(kuò)展為整個(gè)斷面；次表層高鹽水鹽度增高，最大可達(dá)34.40，影響范圍為全年最大。到了秋季，表層低鹽水達(dá)到最強(qiáng)，10月低鹽水覆蓋整個(gè)斷面的30 m以淺水層，鹽度值低于33.70；次表層高鹽水在表層低鹽水之下，二者之間存在很強(qiáng)的鹽度梯度。

從日本海斷面上各月的T-S點(diǎn)聚圖(見圖4中的黑點(diǎn))可以看出，該斷面在2月份時(shí)溫鹽點(diǎn)分布比較集中，溫度低于12.3 ℃，鹽度變化范圍為33.60～34.40，對應(yīng)密度較高，大于26.0。春季，從T-S點(diǎn)聚圖上可以看出，出現(xiàn)了高溫低鹽水，溫度高于10.0 ℃，5月份時(shí)溫度最高可達(dá)19.7 ℃，鹽度較低，約為33.00，與冬季相比，海水密度減小，出現(xiàn)了密度范圍為24.0～26.0的水體。到了夏季，溫鹽點(diǎn)分布變得發(fā)散，該斷面水團(tuán)組成變得復(fù)雜，高溫低鹽表層水、高鹽次表層水及低溫高密的日本海固有水同時(shí)存在。到了秋季，高溫低鹽表層水發(fā)展最為成熟，鹽度在10月份達(dá)到全年最低。之后，表層低鹽水和次表層高鹽水逐漸消退，到了冬季，斷面被日本海固有水占據(jù)。

2.3 對馬海峽斷面上的水團(tuán)對日本海斷面影響的季節(jié)變化

由對馬海峽斷面(見圖2、3)和日本海斷面(見圖5、6)溫鹽分布和T-S點(diǎn)聚圖(見圖4)的逐月變化的對比，可以看出對馬海峽斷面處的溫鹽變化可以影響日本海斷面上水體的溫鹽變化。夏季(8月)，對馬海峽斷面處的水團(tuán)組成較為豐富和復(fù)雜，對馬海峽表層被低鹽水占據(jù)，此時(shí)雖然日本海斷面表層鹽度也降低，但是直到9、10月才將至最低；而夏秋季節(jié)，對馬海峽30 m以深和日本海斷面的次表層均為高鹽水，T-S點(diǎn)聚圖上可以看出這兩個(gè)水團(tuán)性質(zhì)一致；此外，日本海斷面水深在500 m以深的水層常年被局地以低溫高密為特點(diǎn)的固有水所占據(jù)，此水團(tuán)的特征鹽度約為34.07[19]。根據(jù)前人研究，對馬暖流經(jīng)東部通道海流的平均流速為26 cm/s[20]，依據(jù)此流速計(jì)算，水體從對馬海峽斷面輸運(yùn)到日本海斷面需要的時(shí)間為39.4 d。水體流經(jīng)兩個(gè)斷面的時(shí)間間隔大約為1～2個(gè)月。因此，本研究認(rèn)為對馬海峽斷面8月的水團(tuán)組成將影響日本海斷面9—10月的溫鹽分布。由于日本海斷面10月份數(shù)據(jù)連續(xù)性較好，因此本研究運(yùn)用濃度混合分析的方法，分析了8月對馬海峽處的水團(tuán)組成對10月日本海斷面溫鹽分布的影響。

本研究選的四個(gè)水團(tuán)包括夏季對馬海峽表層水(見圖7：A點(diǎn))、夏季對馬海峽次表層水(見圖7：B點(diǎn))、對馬海峽高鹽水(見圖7：C點(diǎn))和日本海斷面深層固有水(見圖7：D點(diǎn))，并且根據(jù)8月對馬海峽斷面和10月日本海斷面兩個(gè)斷面的T-S點(diǎn)聚圖，確定了四個(gè)水團(tuán)的核心溫鹽值(見圖7)。A點(diǎn)溫度為26.7 ℃、鹽度為31.90，溫度較高，鹽度較低，為夏季對馬海峽表層高溫低鹽水的核心溫鹽值；C點(diǎn)溫度為15.2 ℃、鹽度為34.56，主要代表對馬海峽高鹽水；B點(diǎn)是夏季對馬海峽次表層水團(tuán)的核心溫鹽點(diǎn)，是由夏季對馬海峽表層低鹽水與高鹽水混合形成的，溫度為23.5 ℃，鹽度為33.65；D點(diǎn)溫度為0.05 ℃，鹽度為34.07，代表日本海斷面處常年位于深層的低溫高密的固有水團(tuán)。A、B、C三個(gè)不同水團(tuán)核心溫鹽點(diǎn)均為8月對馬海峽斷面上的水團(tuán)，其在該斷面上的具體位置如圖8所示：A位于水深0 m，128.98°E；B位于水深30 m，129.34°E；C位于水深125 m，129.06°E。將A、B、C三點(diǎn)的鹽度值與對馬海峽斷面上其他實(shí)測點(diǎn)做了相關(guān)性分析并將相關(guān)性疊加得到：A、B、C三點(diǎn)相關(guān)性大于0.2的區(qū)域共占整個(gè)斷面面積的82.7%，因此本研究認(rèn)為所選的三點(diǎn)特征溫鹽值可以代表三個(gè)特征水團(tuán)。

圖7 8月對馬海峽(紅點(diǎn))和10月日本海斷面(黑點(diǎn)) 的T-S點(diǎn)聚圖及四個(gè)水團(tuán)組成的混合四邊形Fig.7 The T-S dots of the cores of four water masses at the Tsushima Strait Section in August(red dots) and the Japan Sea Section in October(black dots)

圖9為計(jì)算所得的4個(gè)水團(tuán)(夏季馬海峽表層水、夏季對馬海峽次表層水、對馬海峽高鹽水和日本海固有水)在10月日本海斷面上多年平均混合比的分布圖。綠色線為混合比值為0.5的等值線?？梢钥闯觯毡竞嗝嫔?0 m以淺水域主要受夏季對馬海峽表層水和次表層水的共同影響，對馬海峽表層水的最大混合比為0.36，沒有超過0.50，而次表層水的影響范圍更大，最大混合比可達(dá)0.73。對馬海峽高鹽水主要影響日本海斷面水深50～150 m的近岸區(qū)域(見圖9(c))，這主要是由于流經(jīng)對馬海峽東部通道的對馬暖流水主要沿本州島西海岸輸運(yùn)造成，混合比最高值出現(xiàn)在近岸150 m水深處，最大可達(dá)0.82。日本海斷面上水深200 m以下主要受到日本海固有水的影響，混合比大于0.75。

圖8 A、B、C三個(gè)水團(tuán)核心值在對馬海峽斷面上的位置Fig.8 The locations of the cores of the three watermasses (A, B and C) at the Tsushima Strait Section

((a)：夏季對馬海峽表層水；(b)：夏季對馬海峽表層水；(c)：對馬海峽高鹽水；(d)：日本海固有水。(a): Summer Tsushima Strait Surface water; (b): Summer Tsushima Strait subsurface water;(c): Tsushima Strait high salinity water; (d): Japan Sea local water.)

圖9 10月日本海斷面上四個(gè)水團(tuán)在混合比分布圖
Fig.9 The distribution of water mixing ratios along the Japan Sea Section

2.4 對馬海峽斷面上的水團(tuán)對日本海斷面影響的年際變化

圖10為1994—2000年10月日本海斷面上鹽度分布圖?？梢钥闯觯髂暝摂嗝纣}度分布的基本特征一致，均由表層低鹽水、次表層高鹽水和深層水組成，但三部分水的鹽度值和分布范圍存在明顯的年際變化。1994和2000年，表層低鹽水的鹽度值較低，擴(kuò)展范圍較為廣泛，占據(jù)了整個(gè)斷面的30 m以淺水域；而1996年，該低鹽水的擴(kuò)展范圍較小，斷面西側(cè)J1、J2、J3三個(gè)站位沒有明顯的低鹽水存在。次表層高鹽水的年際變化特征與表層低鹽水并不一致，1995和1998年次表層高鹽水在斷面上占據(jù)的水平和垂直范圍均較為廣泛，而1997年次表層高鹽水則較弱。根據(jù)圖10中分析可知，10月日本海斷面的溫鹽分布受到夏季對馬海峽斷面處水體的影響，因此推測，10月日本海斷面水團(tuán)強(qiáng)弱的年際變化也應(yīng)決定于夏季對馬海峽處水團(tuán)分布的年際變化。

圖10 日本海斷面上1994—2000年10月份的鹽度分布圖Fig.10 Vertical distributions of salinity along the Japan Sea Section in October from 1994 to 2000

本研究基于觀測，首先統(tǒng)計(jì)了1994—2000年8月對馬海峽斷面處表層、次表層和深層水溫鹽值的年際變化，即各年A、B、C三個(gè)水團(tuán)的核心溫鹽值。日本海深層固有水的核心溫鹽值(即D點(diǎn)的溫鹽值)年際變化不大，設(shè)為定值(0.05 ℃、34.07)。進(jìn)而，根據(jù)1994—2000年10月日本海斷面處的溫鹽分布情況，計(jì)算了各年A、B、C、D 4個(gè)水團(tuán)所占的混合比的年際變化。圖11為1994—2000年日本海斷面上混合比與七年平均混合比之差的分布圖。可以看出，夏季對馬海峽表層水對日本海斷面的影響存在明顯的年際變化(見圖11：a1～a7)，在1995和1998年較強(qiáng)，分別比多年平均值高出0.14和0.15；1994、2000年影響較弱，分別低于多年平均值0.12和0.07。夏季對馬海峽次表層水對日本海斷面的影響在1995、1996、1998和1999這4年較強(qiáng)，1995年影響最強(qiáng)，50 m以淺水層混合比高出多年平均值0.18，1998、1999年混合比在日本海斷面東側(cè)(J3～J8)較強(qiáng)，最高值分別出現(xiàn)在近岸30和50 m處，分別高于多年平均值0.12和0.26；1994、1997和2000年影響較弱，1997年為7年之中影響最弱的年份，低于多年平均值0.28。對馬海峽高鹽水對日本海斷面影響的年際變化主要體現(xiàn)在200 m以淺水層，其中1994年高鹽水影響較強(qiáng)，1994年日本海斷面30 m以淺水層混合比高于年平均混合比0.15，影響最大的點(diǎn)在位于J6站點(diǎn)水深100 m處，高于多年平均值0.24；1996、1997、1998和1999這四年，高鹽水的影響較弱，200 m以淺水層混合比均低于多年平均值；1995、1997年這兩年則是表層和次表層影響呈現(xiàn)一強(qiáng)一弱的相反的變化趨勢，其中1995年50 m以淺水層混合比較低，低于多年平均值0.15，而次表層高于多年平均值0.15，1997年變化趨勢則與1995年相反。日本海斷面固有水在斷面上200 m以深屬于的混合比年際變化不顯著，主要由于此水層常年只被日本海固有水占據(jù)；而在200 m以淺該水團(tuán)的混合比水域年際變化顯著，其中1994、1995和2000年混合比較弱，最低值分別低于多年平均混合比0.17、0.16和0.13，而1996、1997和1999年日本海固有水混合比較大，其中1997年最高，出現(xiàn)在100～200 m水深處，最高高于年平均值0.19。

((a)夏季對馬海峽表層水；(b)夏季對馬海峽次表層水；(c)對馬海峽高鹽水；(d)日本海固有水。(a)Summer Tsushima Strait surface water; (b) Summer Tsushima Strait subsurface water; (c)Tsushima Strait high salinity water; (d)Japan Sea local water.)

圖11 1994—2000年日本海斷面上混合比與7年平均混合比之差的分布圖
Fig.11 The differences between every years’ and climatological averaged mixing ratios from 1997 to 2000

通過對比4個(gè)水團(tuán)在日本海斷面混合比的年際變化可以發(fā)現(xiàn)，夏季對馬海峽表層水和次表層水對日本海斷面的混合比的影響的年際變化趨勢基本一致，共同體現(xiàn)了對馬海峽處低鹽水在日本海斷面的影響。對馬海峽高鹽水和日本海固有水在日本海斷面上混合比的年際變化則呈現(xiàn)相反的趨勢，當(dāng)對馬海峽高鹽水的影響較強(qiáng)時(shí)，日本海固有水影響就較弱，反之亦然。

3 討論

3.1對馬海峽表層水在日本海斷面上混合比年際變化的原因分析

Senjyu等發(fā)現(xiàn)長江沖淡水排放量與對馬海峽處鹽度的變化具有相關(guān)性，證實(shí)了對馬海峽上層低鹽水是受長江沖淡水的影響[21]。因此，長江沖淡水水量的年際變化會影響對馬海峽斷面處低鹽水的強(qiáng)度和擴(kuò)展范圍。由于流經(jīng)對馬海峽東部通道的水體作為對馬暖流的第一分支沿日本本州島西海岸輸運(yùn)[22]，則日本海斷面處表層鹽度的年際變化將會受到長江沖淡水流量的影響。

本研究將1994—2000年夏季對馬海峽表層水在日本海斷面上30 m以淺水層上的平均混合比的年際變化與長江大通站8月的徑流量進(jìn)行比較(見圖12)，可以看出二者存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.88。長江流量較小的年份，如1997和2000年，對馬海峽表層水核心鹽度值較高，分別為31.91和31.89，而對馬海峽表層水在日本海斷面上的混合比也為7年的最低值，混合比大小僅為0.052和0.043。1995和1998年為長江流量較大的年份，文獻(xiàn)記載此兩年長江均發(fā)生特大洪水[23-24]。受此影響，對馬海峽斷面表層水的核心鹽度值較低，分別為31.39和31.27，其在日本海斷面上的混合比也較常年有所增大，其中1998年混合比未7年最高，30 m以淺的平均混合比可達(dá)到0.227。

圖12 8月大通站長江沖淡水徑流量(實(shí)線)與 夏季對馬海峽表層水在日本海斷面上 混合比(虛線)的年際變化Fig.12 The inter-annual variations of the runoff of the Changjiang River at Datong station (full line) and the mixing ratios of the summer Tsushima Strait water(dotted line)in the upper water layer along the Japan Sea Section

3.2 夏季對馬海峽高鹽水在日本海斷面上混合比年際變化的原因分析

圖13為1994—2000年10月份的日本海100 m水深處的流場分布圖，可以看出，日本海東海岸處存在多個(gè)順時(shí)針環(huán)流。Sasajima等指出，日本海東海岸處此類渦旋是由于斜壓不穩(wěn)定造成的，是局地產(chǎn)生的渦旋[25]。此類順指針渦旋可以引起該層海水產(chǎn)生輻聚下沉，將該層海水帶到更深層[26]。1994、1995、1999和2000年正好有此順時(shí)針渦旋位于在本研究的日本海斷面上；1996和1997年該渦旋位置較上述四年偏西南，位于日本海斷面西南側(cè)，未跨越日本海斷面；1998年日本海斷面附近則無明顯順時(shí)針渦旋的存在。

1994、1995和2000年10月，該順時(shí)針渦旋處水體的溫度、鹽度均高于周圍海域。由于順時(shí)針的渦旋使海水產(chǎn)生輻聚下沉，因此位于日本海斷面處的順時(shí)針渦旋會引起次表層高溫、高鹽水向下擴(kuò)展，進(jìn)而高鹽水團(tuán)在日本海斷面上100～200 m水層的混合比高于多年混合比平均值(見圖11)。而1999年日本海斷面處雖然也存在順時(shí)針渦旋，但從100 m層溫鹽分布可以看出，斷面處鹽度低于周圍水體，主要是由于次表層高鹽水較弱(見圖10)導(dǎo)致，因此該年雖然有輻聚現(xiàn)象，但不能使高鹽水體在斷面上的影響范圍擴(kuò)大，故高鹽水在100～200 m水層的混合比低于多年混合比平均值。1996、1997和1998年，日本海斷面處并無順時(shí)針渦旋存在，因此未產(chǎn)生海水輻聚下沉，高鹽水在100～200 m水層的混合比也低于多年混合比平均值。

綜上可以看出日本海斷面處的順時(shí)針渦旋造成的海水輻聚下沉使日本海斷面次表層高鹽水體向下擴(kuò)展，混合比高于其他年份，同時(shí)會將其下的日本海固有水限制在較低的水層，使日本海固有水在100～200 m水層的混合比低于其他年份。

(其中藍(lán)色實(shí)線為斷面2。The blue line represents the section 2.)

圖13 日本海斷面1994—2000年10月份 水深為100 m處的流場圖
Fig.13 The flow fieldsin the Japan Sea at the depth of 100 m in October from 1994 to 2000

4 結(jié)語

通過對WOD13數(shù)據(jù)連續(xù)性的對馬海峽斷面和日本海斷面的溫度、鹽度觀測數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，季節(jié)上看，秋季日本海斷面上溫鹽分布受到夏季對馬海峽斷面上水團(tuán)分布的影響。對馬海峽表層和次表層低鹽水使得秋季日本海斷面上50 m以淺出現(xiàn)低鹽水；對馬海峽底層高鹽水主要影響日本海斷面50～150 m水層，其水團(tuán)混合比可達(dá)0.82以上；其下是日本海固有水。年際上看，長江流量較大的年份，夏季對馬海峽表層和次表層低鹽水的核心鹽度值偏低，則秋季在日本海斷面上的混合比就高于其他年份；對馬海峽底層高鹽水在日本海斷面上混合比的年際變化則決定于其影響水層上的流場結(jié)構(gòu)和溫鹽分布，斷面上出現(xiàn)順時(shí)針渦旋和高鹽水，則海水輻聚下沉使對馬海峽高鹽水影響范圍和強(qiáng)度增大，其混合比也高于其他年份。

本文對對馬海峽斷面與日本海斷面的溫鹽季節(jié)分布特征進(jìn)行分析，同時(shí)對對馬海峽處不同水團(tuán)對日本海影響的季節(jié)和年際變化進(jìn)行了定量分析，在前人的研究基礎(chǔ)上更進(jìn)了一步。在此研究的基礎(chǔ)上，接下來將對東中國海的營養(yǎng)鹽、有機(jī)物等對日本海的影響進(jìn)行定量分析與評價(jià)，更加深入的探討東中國海與黑潮的雙向輸運(yùn)對日本海域的影響，為進(jìn)一步研究開闊大洋與邊緣海之間的相互作用打下基礎(chǔ)。