渤、黃海冬、夏季節(jié)風(fēng)生流場(chǎng)年際變化時(shí)空模態(tài)與環(huán)流變異

石 強(qiáng)

(1.海洋溢油鑒別與損害評(píng)估技術(shù)國(guó)家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266033；2.國(guó)家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心， 山東 青島 266033；3.山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266033)

冬、夏季海洋環(huán)流是渤、黃海的兩種主要環(huán)流形態(tài)[1-3]，冬、夏季風(fēng)場(chǎng)是渤、黃海相對(duì)穩(wěn)定的季節(jié)風(fēng)場(chǎng)，春、秋季風(fēng)場(chǎng)為季節(jié)過(guò)度風(fēng)場(chǎng)，冬、夏季風(fēng)生流場(chǎng)形態(tài)可以延續(xù)至初春、秋末，并且影響著渤、黃海冷水團(tuán)，黃海暖流的季節(jié)生消[3].由于渤、黃海海域季節(jié)風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)度呈現(xiàn)顯著線(xiàn)性減弱趨勢(shì)的年際變化[4]，風(fēng)應(yīng)力驅(qū)動(dòng)的渤、黃海冬、夏季環(huán)流將產(chǎn)生顯著年際變化，并且影響冬季黃海暖流與夏季冷水團(tuán)強(qiáng)度及分布.因?yàn)闅夂蚱骄L(fēng)場(chǎng)模擬的渤、黃海平均風(fēng)生流場(chǎng)[5-9]是非平衡狀態(tài)[3-4]，所以減弱了模擬環(huán)流平均狀態(tài)的代表性.渤、黃海風(fēng)場(chǎng)的氣候平均網(wǎng)格點(diǎn)資料、再分析資料、地轉(zhuǎn)風(fēng)計(jì)算風(fēng)場(chǎng)以及中尺度風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)模式輸出風(fēng)場(chǎng)等是目前進(jìn)行渤、黃海風(fēng)生流場(chǎng)模式研究使用風(fēng)資料的主要來(lái)源[2,5-10].由于渤、黃海空間尺度小于1 000 km，低分辨率(2°×2°或1°×1°)氣候平均格點(diǎn)資料、計(jì)算地轉(zhuǎn)風(fēng)場(chǎng)、中尺度模式計(jì)算風(fēng)場(chǎng)等方法將減弱局地的風(fēng)場(chǎng)渦度、散度分量.另外，再分析風(fēng)場(chǎng)與地面觀測(cè)風(fēng)比較的可信度仍然存在不確定度[11-12]，從而使得模擬計(jì)算的渤、黃海風(fēng)生流場(chǎng)形態(tài)與觀測(cè)余流、漂流浮標(biāo)軌跡資料相比局部出現(xiàn)較大偏差.因此，渤、黃海數(shù)值模式的驅(qū)動(dòng)風(fēng)場(chǎng)的準(zhǔn)確、客觀成為制約渤、黃海風(fēng)生流研究的重要條件，發(fā)展渤、黃海陣列浮標(biāo)風(fēng)、流觀測(cè)系統(tǒng)是提升風(fēng)生流模式研究水平的有效方式.在目前觀測(cè)水平條件下，采用渤、黃海沿岸氣象站定時(shí)地面觀測(cè)風(fēng)資料，在測(cè)站分布距離小于渤、黃海風(fēng)要素月平均時(shí)空尺度的前提條件下[4]，構(gòu)建月平均風(fēng)應(yīng)力場(chǎng)用于渤、黃海風(fēng)生流場(chǎng)模式研究是一種改進(jìn)的方法[3].根據(jù)1978—2015年期間渤、黃海沿岸25個(gè)氣象站定時(shí)地面風(fēng)觀測(cè)資料，構(gòu)建月平均風(fēng)應(yīng)力場(chǎng)模擬渤、黃海風(fēng)生流流函數(shù)、速度勢(shì)場(chǎng)季節(jié)循環(huán)過(guò)程，經(jīng)過(guò)與近30多年來(lái)在渤、黃海觀測(cè)溫鹽分布、漂流浮標(biāo)軌跡分布、定點(diǎn)長(zhǎng)期觀測(cè)余流分布等資料比較，該方法模擬渤、黃海風(fēng)生流流函數(shù)、速度勢(shì)場(chǎng)季節(jié)環(huán)流形態(tài)與觀測(cè)資料基本一致[3]，與氣候平均格點(diǎn)風(fēng)場(chǎng)、再分析風(fēng)場(chǎng)等計(jì)算的渤、黃海季節(jié)平均風(fēng)生流場(chǎng)局部有顯著差異[5-9].因此，采用渤、黃海沿岸定時(shí)地面觀測(cè)風(fēng)資料，構(gòu)建月平均風(fēng)應(yīng)力場(chǎng)驅(qū)動(dòng)模擬渤、黃海月平均風(fēng)生流場(chǎng)更接近觀測(cè)流場(chǎng)形態(tài).在經(jīng)過(guò)大量海流、溫鹽觀測(cè)資料驗(yàn)證本方法有效的基礎(chǔ)上[3]，本研究將采用同樣的方法對(duì)渤、黃海冬、夏季節(jié)風(fēng)生環(huán)流年際時(shí)空變化狀況進(jìn)行后繼研究.

本研究根據(jù)1975—2017年渤、黃海沿岸25個(gè)氣象站定時(shí)地面風(fēng)觀測(cè)資料，構(gòu)建冬、夏季平均風(fēng)應(yīng)力場(chǎng)，采用高分辨率的二維垂直平均流風(fēng)生流數(shù)學(xué)模式與旋轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)正交(REOF)等方法，分析了渤、黃海風(fēng)生流場(chǎng)季節(jié)平均速度勢(shì)、流函數(shù)場(chǎng)長(zhǎng)期年際時(shí)空變化，以及對(duì)黃海暖流、黃海冷水團(tuán)長(zhǎng)期變化的影響機(jī)制.

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

渤、黃海沿岸25個(gè)氣象站(圖1)1975年1月1日0時(shí)至2017年9月1日0時(shí)(UTC)定時(shí)(3 h或1 h觀測(cè)1次)地面風(fēng)觀測(cè)資料，采用文獻(xiàn)[3]相同的方法取風(fēng)曳力系數(shù)計(jì)算各站定時(shí)風(fēng)應(yīng)力矢量，并且計(jì)算各站冬季(12月至翌年2月)、夏季(6—8月)平均風(fēng)應(yīng)力，采用Kriging差值方法將觀測(cè)風(fēng)應(yīng)力資料構(gòu)建渤、黃海季節(jié)平均風(fēng)應(yīng)力場(chǎng).由于渤、黃海沿岸25個(gè)氣象站之間的距離均小于渤、黃海月平均風(fēng)特征空間尺度[4]，并且渤、黃海開(kāi)闊海域沒(méi)有造成風(fēng)場(chǎng)突變的大型障礙物，因此，采用氣象站地面風(fēng)觀測(cè)資料空間內(nèi)插值構(gòu)建渤、黃海季節(jié)平均風(fēng)應(yīng)力場(chǎng)是合理的[3-4].

根據(jù)北黃海浮標(biāo)觀測(cè)月平均海表面溫度值訂正的1982—2018年遙感觀測(cè)的黃海月平均海表面溫度資料[3]，確定的2月份表層黃海暖流平均軸線(xiàn)位置.根據(jù)氣候平均海洋溫度數(shù)據(jù)集[13]，確定的7月份黃海底層冷水團(tuán)平均等溫線(xiàn)分布，1976—2016年冬、夏季觀測(cè)的渤海b1斷面與黃海y1、y2斷面站位見(jiàn)圖1.

1.2 研究方法

以南黃海33°47′14″N為開(kāi)邊界，建立渤海—黃海二維非線(xiàn)性垂直平均流風(fēng)生海流模式，模式差分解為變換方向隱式法(ADI)，空間差分為均勻正交網(wǎng)格，dx=1 115 m，dy=1 045 m，dt=30 s，底摩擦拖曳系數(shù)為0.002 5.在季節(jié)平均風(fēng)應(yīng)力驅(qū)動(dòng)下，模式計(jì)算20 d穩(wěn)定后取平均流場(chǎng)計(jì)算平均速度勢(shì)、流函數(shù)場(chǎng).流體速度分解定理指出：運(yùn)動(dòng)流體質(zhì)點(diǎn)速度是平移、旋轉(zhuǎn)、體積變形3種運(yùn)動(dòng)速度的矢量和，而速度勢(shì)、流函數(shù)是研究無(wú)旋垂直運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)水平運(yùn)動(dòng)流體的經(jīng)典流體動(dòng)力學(xué)方法[14].在渤、黃海陸架淺海，風(fēng)生流場(chǎng)中垂直、水平運(yùn)動(dòng)是同樣重要的分量，并且對(duì)溫鹽、溶解氧、表觀耗氧量要素場(chǎng)季節(jié)與年際變化有重要的影響作用，采用速度勢(shì)、流函數(shù)方法研究渤、黃海風(fēng)生流場(chǎng)冬、夏季節(jié)年際變化可以更清楚的表述渤、黃海風(fēng)生流場(chǎng)垂直、水平運(yùn)動(dòng)形態(tài)以及對(duì)黃海暖流、冷水團(tuán)年際變化影響作用[3].本研究對(duì)計(jì)算模擬風(fēng)生流場(chǎng)提取REOF分析值的方法見(jiàn)文獻(xiàn)[3]，采用的速度勢(shì)、流函數(shù)計(jì)算方法、REOF分析、10 a尺度躍變、周期分量顯著性FR值分析和非線(xiàn)性相關(guān)等方法見(jiàn)參考文獻(xiàn)[3，15].

2 結(jié)果與討論

2.1 冬、夏季節(jié)年平均風(fēng)生流場(chǎng)

渤、黃海冬季平均風(fēng)生流場(chǎng)是四季中最強(qiáng)的，冬季反氣旋型水平環(huán)流與輻散下沉環(huán)流在渤、黃海是主要分布形態(tài)(分別占計(jì)算海域面積的61%、67%，下同)；氣旋型水平環(huán)流與輻合上升環(huán)流海域較小(分別占39%、33%)，但是最大強(qiáng)度較大(圖2a、b).冬季渤、黃海表層冷水被輻散下沉環(huán)流輸入底層，位于黃海中部海槽海域的輻合上升環(huán)流將底層冷水向黃海槽海域集中，因此冬季渤、黃海深層成為冷水儲(chǔ)存層.渤海中部反氣旋型環(huán)流將渤海中北部冷水[16]輸送至魯北沿海，渤海海峽氣旋型環(huán)流將遼南沿海冷水向渤海內(nèi)輸送，由此形成渤海海峽水體北進(jìn)-南出流型.發(fā)源于渤海中北部，沿著魯北沿岸輸入南黃海的冷水體是渤海中北部冷水與遼南沿海冷水的混合體，當(dāng)渤海中部反氣旋型環(huán)流與渤海海峽氣旋型環(huán)流較強(qiáng)時(shí)，魯北沿岸流混合冷水帶溫度低、流量大，當(dāng)出現(xiàn)相反環(huán)流情形時(shí)，魯北沿海流冷水帶溫度較高、流量較小[3].黃海中部的氣旋型環(huán)流西側(cè)具有向南黃海輸送冷水的作用；東側(cè)具有向北黃海輸送黃海暖流的作用，當(dāng)黃海中部氣旋型環(huán)流強(qiáng)盛、范圍增大時(shí)，黃海暖流兩側(cè)冷水體對(duì)暖流高溫水體具有較強(qiáng)的混合降溫作用，當(dāng)出現(xiàn)相反環(huán)流情形時(shí)，黃海中部氣旋型環(huán)流強(qiáng)度減弱、范圍縮小時(shí)，南黃海東側(cè)反氣旋型環(huán)流發(fā)展強(qiáng)盛、范圍增大，黃海暖流兩側(cè)的冷水勢(shì)力減弱，黃海暖流溫度升高、范圍增大[3].因此，渤、黃海冬季平均風(fēng)生流場(chǎng)具有深層存儲(chǔ)冷水與魯北沿岸南下冷流、黃海暖流N—NW向暖流的輸送作用.

圖1 渤、黃海沿海氣象站與斷面站位Fig.1 Meteorological stations and cross section stations along the coast of and in the Bohai Sea and Yellow Sea

圖2 渤、黃海冬、夏多年平均速度勢(shì)和流函數(shù)場(chǎng)Fig.2 Winter and summer mean velocity potential and stream function field normal in the Bohai Sea and Yellow Sea圖中數(shù)值單位為102 m2/s

渤、黃海夏季平均風(fēng)生流場(chǎng)是四季中最弱的，夏季反氣旋型環(huán)流與輻合上升環(huán)流海域是主要分布(分別占66%、79%)，并且強(qiáng)度較大；氣旋型環(huán)流與輻散下沉環(huán)流海域較小(分別占34%、21%)，如圖2c、d所示.夏季輻合上升環(huán)流減弱了淺層暖水向深層傳播，黃海中部輻散下沉海域向深層輸送的水體并非是近岸的暖水，而是黃海開(kāi)闊海域溫度相對(duì)較低的冷水.這種環(huán)流形勢(shì)使得黃海深層春、夏季溫度形成季節(jié)非對(duì)稱(chēng)型低溫形態(tài)分量，該溫度分量是夏季黃海冷水團(tuán)形成的主要因素[17].值得指出的是：由于受水深及邊界地形變化的影響，渤、黃海季節(jié)平均風(fēng)生流場(chǎng)中氣旋型環(huán)流并非與輻合上升環(huán)流相重合，即冬季渤海海峽氣旋型環(huán)流與輻散下沉環(huán)流相重合；夏季反氣旋型環(huán)流與輻合上升環(huán)流重合，夏季南黃海西部反氣旋型環(huán)流與輻合上升環(huán)流重合.冬、夏季節(jié)渤海平均速度勢(shì)場(chǎng)與流函數(shù)場(chǎng)相似系數(shù)分別為r1=0.62、r2=-0.24(N=318，信度0.05臨界值為±0.14)；黃海平均速度勢(shì)場(chǎng)與流函數(shù)場(chǎng)相似系數(shù)分別為r1=0.82、r2=0.04(N=639，信度0.05臨界值為±0.11)，冬季渤、黃海風(fēng)應(yīng)力較強(qiáng)時(shí)，平均速度勢(shì)與流函數(shù)相似性較高，夏季風(fēng)應(yīng)力較弱時(shí)，平均速度勢(shì)與流函數(shù)無(wú)顯著相似性或者顯著相反.在氣象與大洋環(huán)流中成立的“氣旋環(huán)流中心存在上升運(yùn)動(dòng)”的結(jié)論在渤、黃海季節(jié)平均環(huán)流場(chǎng)中并不成立[3,18].因此，渤、黃海風(fēng)生流速度勢(shì)場(chǎng)與流函數(shù)場(chǎng)是同樣重要的研究變量.冬季渤海平均速度勢(shì)場(chǎng)、流函數(shù)場(chǎng)與平均風(fēng)應(yīng)力渦度場(chǎng)相似系數(shù)分別為r1=-0.63、r2= -0.63；夏季分別為r1=-0.13、r2=-0.20.冬季黃海平均速度勢(shì)場(chǎng)、流函數(shù)場(chǎng)與平均風(fēng)應(yīng)力渦度場(chǎng)相似系數(shù)分別為r1=-0.36、r2=-0.16；夏季分別為r1=-0.33、r2=-0.22.渤海平均水深為19 m，黃海平均水深為44 m，均處于風(fēng)生艾克曼深度尺度(10～100m)[15]范圍，風(fēng)生艾克曼環(huán)流是渤海冬、夏季平均風(fēng)生流主要機(jī)制，風(fēng)生艾克曼環(huán)流與補(bǔ)償流是黃海冬、夏季平均風(fēng)生流主要機(jī)制.夏季山東半島沿岸存在中小尺度渦流，由此形成沿岸逆流，在2008—2016年的7—8月期間南黃海大范圍滸苔監(jiān)測(cè)中，近岸滸苔漂移軌跡顯示該沿岸逆流存在.

冬季渤、黃海輻散下沉運(yùn)動(dòng)有利于深層存儲(chǔ)冷水，夏季的輻合上升運(yùn)動(dòng)有利于減弱淺層低鹽度暖水向深層傳播，形成春、夏季渤、黃海深層水體低溫高鹽分量[17,19-20],因此季節(jié)垂直環(huán)流分布是形成渤、黃海夏季深層冷水團(tuán)的主要垂直運(yùn)動(dòng)因素.冬季渤海反氣旋型環(huán)流與黃海中部氣旋型環(huán)流將渤海、北黃海冷水自北向南輸送，黃海東部反氣旋環(huán)流與中部氣旋環(huán)流共同將南黃海暖流高鹽暖水自南向北輸送，形成冬季黃海暖流.夏季渤海氣旋型環(huán)流較弱小，黃海東部氣旋型環(huán)流以及渤、黃海反氣旋型環(huán)流將沿岸低鹽度水體輸送至黃海中部，使得黃海中部鹽度季節(jié)性降低[21].黃海反氣旋環(huán)流將冬季底層冷水匯集、滯留在黃海槽海域，黃海東部氣旋環(huán)流與山東半島沿岸逆流有利于阻擋沿岸暖水向黃海中部輸送，此種環(huán)流形態(tài)有利于形成春、夏季節(jié)渤、黃海底層冷水團(tuán)[16-17]，因此季節(jié)水平環(huán)流強(qiáng)弱與范圍大小分布是形成渤、黃海冬季暖流與夏季深層冷水團(tuán)的主要水平運(yùn)動(dòng)因素，冬、夏季節(jié)風(fēng)生流速度勢(shì)場(chǎng)年際變化主要對(duì)渤、黃海溫度場(chǎng)影響明顯，流函數(shù)場(chǎng)年際變化主要對(duì)溫度、鹽度場(chǎng)影響明顯.

渤海冬季平均速度勢(shì)強(qiáng)度(速度勢(shì)絕對(duì)值)年際變化顯著周期為3.7、4.9、14.0 a，平均流函數(shù)強(qiáng)度(流函數(shù)絕對(duì)值)年際變化顯著周期為3.8、5.6、42.0 a，F(xiàn)R值分別為0.72、0.85，冬季平均速度勢(shì)、流函數(shù)強(qiáng)度年際變化中周期分量與線(xiàn)性趨勢(shì)、脈動(dòng)分量有相似權(quán)重.渤海夏季平均速度勢(shì)強(qiáng)度年際變化無(wú)顯著周期，流函數(shù)強(qiáng)度的年際變化顯著周期為4.3、6.1、9.3 a，F(xiàn)R值為0.26，夏季平均速度勢(shì)、流函數(shù)強(qiáng)度年際變化中顯著線(xiàn)性趨勢(shì)和脈動(dòng)分量是主要分量，周期分量不顯著(圖3a、b).

黃海冬季平均速度勢(shì)強(qiáng)度年際變化顯著周期為5.3、7.6 a，流函數(shù)強(qiáng)度年際變化顯著周期為5.3、9.3 a，F(xiàn)R值分別為0.40、0.39，冬季平均速度勢(shì)、流函數(shù)強(qiáng)度年際變化中線(xiàn)性趨勢(shì)與脈動(dòng)分量是主要分量，周期分量較小.黃海夏季平均速度勢(shì)強(qiáng)度年際變化顯著周期為3.4、5.4 a，流函數(shù)強(qiáng)度年際變化顯著周期為3.4、4.1、5.7、8.6、21.5 a，F(xiàn)R值分別為0.20、0.85，夏季平均速度勢(shì)強(qiáng)度年際變化中顯著線(xiàn)性趨勢(shì)與脈動(dòng)分量是主要分量，周期分量很?。黄骄骱瘮?shù)強(qiáng)度年際變化中周期分量與顯著線(xiàn)性趨勢(shì)及脈動(dòng)分量有相似權(quán)重(圖3c、d).

圖3 冬、夏季渤、黃海平均速度勢(shì)、流函數(shù)強(qiáng)度年際變化Fig.3 Interannual variation of winter and summer mean velocity potential and stream function intensity in the Bohai Sea and Yellow Sea

渤、黃海平均速度勢(shì)、流函數(shù)強(qiáng)度冬季線(xiàn)性減弱速率大于夏季，黃海冬、夏季平均速度勢(shì)、流函數(shù)強(qiáng)度減弱速率大于渤海(圖3).渤海夏季、黃海冬季平均速度勢(shì)與流函數(shù)強(qiáng)度年際變化主要形態(tài)為顯著線(xiàn)性減弱、脈動(dòng)變化及10 a尺度躍變.

夏季速度勢(shì)、流函數(shù)場(chǎng)對(duì)應(yīng)的上升-下沉運(yùn)動(dòng)與冷暖水體水平輸送效應(yīng)可以影響溫躍層的強(qiáng)度分布.根據(jù)夏季8月份渤海b1斷面與黃海y1、y2斷面調(diào)查站位(圖1)對(duì)應(yīng)的速度勢(shì)、流函數(shù)、溫度資料分析，8月份渤海風(fēng)生流速度勢(shì)、流函數(shù)強(qiáng)度對(duì)渤海b1斷面8月平均溫躍層強(qiáng)度[19]有顯著影響(r1=-0.36，r2= -0.35)；南黃海速度勢(shì)、流函數(shù)強(qiáng)度對(duì)南黃海y2斷面8月份平均溫躍層強(qiáng)度(另文研究)有顯著影響(r1=-0.29，r2=-0.32)；北黃海速度勢(shì)、流函數(shù)強(qiáng)度對(duì)北黃海y1斷面8月份平均溫躍層強(qiáng)度[20]無(wú)顯著影響.渤海b1斷面水深較淺，夏季風(fēng)生流環(huán)流逐漸減弱趨勢(shì)使得淺層暖水與深層冷水混合作用減弱，渤海b1斷面溫躍層強(qiáng)度呈現(xiàn)顯著線(xiàn)性增強(qiáng)趨勢(shì)[19].南黃海y2斷面水深較大，北黃海y1斷面潮流平流輸送效應(yīng)較大，風(fēng)生流環(huán)流對(duì)溫躍層影響效應(yīng)較小，雖然風(fēng)生流環(huán)流強(qiáng)度逐漸減弱，但是溫躍層強(qiáng)度仍呈現(xiàn)準(zhǔn)平衡態(tài)年際變化[20].

2.2 冬季平均風(fēng)生環(huán)流場(chǎng)年際時(shí)空變化

冬季渤、黃海速度勢(shì)REOF1空間分量呈現(xiàn)徑向分布型，空間變化形態(tài)為：渤海中部輻散下沉區(qū)與渤海灣輻合上升區(qū)同位相變化，黃海中部輻合上升區(qū)與黃海東部輻散下沉區(qū)的強(qiáng)度與范圍反位相變化，北黃海西部與南黃海西部輻散下沉區(qū)同位相變化(圖4a)，REOF2空間分量呈現(xiàn)緯向分布型，空間變化形態(tài)為：渤海中南部輻散下沉區(qū)與渤海灣輻合上升區(qū)的強(qiáng)度與范圍反位相變化，南、北黃海的輻散下沉區(qū)、輻合上升區(qū)為反位相變化，并且南黃海變化幅度大于北黃海(圖4b).渤、黃海流函數(shù)REOF1空間分量在渤海為緯向分布型，黃海為徑向分布型.空間變化形態(tài)為：渤海中部反氣旋環(huán)流與遼東灣反氣旋環(huán)流及渤海灣氣旋環(huán)流的強(qiáng)度與范圍反位相變化，黃海中部氣旋環(huán)流與黃海東部反氣旋環(huán)流、南黃海反氣旋環(huán)流與渤海海峽氣旋環(huán)流的強(qiáng)度與范圍反位相變化(圖5a).REOF2空間分量呈現(xiàn)緯向偶極子分布型，空間變化形態(tài)為：在渤海中北部反氣旋環(huán)流與渤海灣氣旋環(huán)流同位相變化，與萊州灣氣旋環(huán)流反位相變化.以黃海37°N為分界線(xiàn)，在界北海域，黃海中部氣旋環(huán)流與東部反氣旋環(huán)流的強(qiáng)度與范圍反位相變化；黃海中部氣旋環(huán)流與渤海海峽氣旋環(huán)流的強(qiáng)度與范圍反位相變化.在界南海域：黃海中部氣旋環(huán)流與黃海西部反氣旋環(huán)流的強(qiáng)度與范圍反位相變化，東部反氣旋環(huán)流及海州灣反氣旋環(huán)流與中部氣旋環(huán)流同位相變化(圖5b).因此，冬季渤、黃海速度勢(shì)場(chǎng)年際變化主要分量呈現(xiàn)徑向型分布的輻散下沉與輻合上升區(qū)強(qiáng)度與范圍同位相及反位相變化，次要分量呈現(xiàn)緯向型分布的輻散下沉與輻合上升區(qū)強(qiáng)度與范圍反位相變化.渤、黃海流函數(shù)場(chǎng)年際變化主要分量分別呈現(xiàn)緯向、徑向型分布的氣旋與反氣旋環(huán)流反位相變化，次要分量呈現(xiàn)緯向偶極子分布型的氣旋與反氣旋環(huán)流同位相、反位相變化，渤海中部與黃海中部的環(huán)流形態(tài)年際變化分量較大.

圖4 冬季平均速度勢(shì)模態(tài)空間分量Fig.4 Spatial component of winter mean velocity potential modes

圖5 冬季平均流函數(shù)模態(tài)空間分量Fig.5 Spatial component of winter mean stream function modes

冬季渤海速度勢(shì)REOF1與REOF2時(shí)間分量顯著周期分別為12.0 a與21.0 a，存在10 a尺度躍變.FR值分別為0.22、0.68(n=42，顯著0.05臨界值為0.26，下同)，速度勢(shì)REOF1年際變化以顯著線(xiàn)性升高趨勢(shì)及脈動(dòng)分量為主，周期分量很小；REOF2準(zhǔn)平衡態(tài)年際變化中周期分量與脈動(dòng)分量有相似權(quán)重，存在10 a尺度躍變(圖6a、b).流函數(shù)REOF1與REOF2時(shí)間分量顯著周期分別為14.0、42.0 a與5.6、28.0 a.FR值分別為0.94、0.74.流函數(shù)REOF1準(zhǔn)平衡態(tài)年際變化以周期分量為主；REOF2年際變化中周期分量與顯著線(xiàn)性升高趨勢(shì)、脈動(dòng)分量有相似權(quán)重，存在10 a尺度躍變(圖6c、d).

圖6 冬季渤海平均速度勢(shì)、流函數(shù)模態(tài)時(shí)間分量Fig.6 Temporal component of winter mean velocity potential and stream function modes of the Bohai Sea

根據(jù)冬季渤海速度勢(shì)模態(tài)時(shí)空分量的年際變化趨勢(shì)分析，冬季渤海速度勢(shì)年際變化主要分量是渤海灣輻合上升與渤海中、北部輻散下沉環(huán)流呈現(xiàn)顯著線(xiàn)性減弱趨勢(shì)，次要分量是渤海灣—渤海中部—渤?？谂c南北部呈現(xiàn)同步上升-下沉增強(qiáng)或減弱的準(zhǔn)平衡態(tài)年際變化.這種年際變化形態(tài)說(shuō)明冬季渤海灣上升環(huán)流自底層向表層水體輸送能力與渤海大部分海域下沉環(huán)流自表層向底層的水體輸送能力呈現(xiàn)線(xiàn)性降低趨勢(shì)，冬季2月份渤海b1斷面表、底層溫度REOF1顯著線(xiàn)性增溫的長(zhǎng)期趨勢(shì)[22]是這種動(dòng)力因素的作用使得渤海中央水體冷水存儲(chǔ)能力逐漸降低的表現(xiàn).

冬季渤海流函數(shù)年際變化主要分量為渤海中部較大海域反氣旋型環(huán)流與渤海北部氣旋型環(huán)流同步增強(qiáng)或減弱的長(zhǎng)周期準(zhǔn)平衡態(tài)年際變化，次要分量為渤海灣、渤海中部與南部的氣旋型環(huán)流以及渤海中部、遼東灣、萊州灣海域反氣旋型環(huán)流顯著線(xiàn)性增強(qiáng)趨勢(shì).因此，自渤海中北部，沿著魯北近海向南黃海輸送的冷水以及黃海暖流暖水進(jìn)入渤海中部情形呈現(xiàn)強(qiáng)-弱的準(zhǔn)平衡態(tài)長(zhǎng)周期年際變化是主要分量，遼南沿岸冷水進(jìn)入渤海北部的能力增強(qiáng)是次要分量，并且由此部分抵消了渤海中部的增溫影響，冬季渤海b1斷面2月份溫度REOF3的準(zhǔn)平衡態(tài)年際變化[21]是這種效應(yīng)的表現(xiàn).

冬季黃海速度勢(shì)REOF1與REOF2時(shí)間分量顯著周期分別為21.0 a與14.0 a.FR值分別為0.78、0.38，速度勢(shì)REOF1準(zhǔn)平衡態(tài)年際變化中周期分量與脈動(dòng)分量有相似權(quán)重；REOF2年際變化中顯著線(xiàn)性降低趨勢(shì)及脈動(dòng)分量是主要分量，周期分量較小，存在10 a尺度躍變(圖7a、b).流函數(shù)REOF1與REOF2時(shí)間分量顯著周期分別為9.3、21.0 a與12.0 a.FR值分別為0.76、0.31.流函數(shù)REOF1準(zhǔn)平衡態(tài)年際變化中周期分量與脈動(dòng)分量有相似權(quán)重；REOF2年際變化中顯著線(xiàn)性升高趨勢(shì)與脈動(dòng)分量是主要分量，周期分量較小，存在10 a尺度躍變(圖7c、d).

圖7 冬季黃海速度勢(shì)、流函數(shù)模態(tài)時(shí)間分量Fig.7 Temporal component of winter mean velocity potential and stream function modes of the Yellow Sea

冬季黃海速度勢(shì)年際變化趨勢(shì)主要分量為黃海中部輻合上升與黃海東部輻散下沉海域強(qiáng)度與范圍反位相的準(zhǔn)平衡態(tài)年際變化，即黃海中部輻合上升強(qiáng)度增強(qiáng)(減弱)、范圍增大(縮小)時(shí)，黃海東部輻散下沉強(qiáng)度減弱(增強(qiáng))、范圍縮小(增大).次要分量為南黃海輻散下沉、輻合上升環(huán)流分別顯著線(xiàn)性減弱、增強(qiáng)趨勢(shì)；北黃海輻散下沉、輻合上升環(huán)流分別顯著線(xiàn)性增強(qiáng)、減弱趨勢(shì).因此，冬季黃海水體垂直輸送能力以及深層冷水存儲(chǔ)能力以準(zhǔn)平衡態(tài)年際變化是主要分量，南黃海、北黃海垂直輸送能力分別降低、升高年際變化是次要分量.冬季2月份黃海y1、y2斷面表底層溫度模態(tài)長(zhǎng)期線(xiàn)性升溫趨勢(shì)與準(zhǔn)平衡態(tài)年際變化[23-24]是這兩種速度勢(shì)分量年際變化疊加效應(yīng)的結(jié)果.

冬季黃海流函數(shù)年際變化主要分量為黃海中部氣旋型環(huán)流與黃海東西部反氣旋型環(huán)流、渤海海峽氣旋型環(huán)流強(qiáng)度與范圍反位相的準(zhǔn)平衡態(tài)年際變化，黃海中部氣旋型環(huán)流強(qiáng)度增強(qiáng)(減弱)、范圍增大(縮小)時(shí)，黃海東部反氣旋型環(huán)流強(qiáng)度減弱(增強(qiáng))、范圍縮小(增大)，而黃海西部反氣旋型環(huán)流只有強(qiáng)度強(qiáng)-弱年際變化，環(huán)流范圍基本不變.次要變化分量為南黃海西部反氣旋型環(huán)流顯著線(xiàn)性增強(qiáng)；黃海中部氣旋型環(huán)流減弱與黃海東部反氣旋型環(huán)流顯著線(xiàn)性減弱趨勢(shì)，北黃海中部氣旋型環(huán)流顯著線(xiàn)性增強(qiáng)；渤海海峽氣旋型環(huán)流與北黃海東部反氣旋型環(huán)流顯著線(xiàn)性減弱趨勢(shì).因此，雖然冬季黃海風(fēng)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度年際變化顯著減弱[4]，但是冬季黃海風(fēng)生流速度勢(shì)、流函數(shù)場(chǎng)主要分量仍然為準(zhǔn)平衡態(tài)長(zhǎng)周期年際變化，次要分量呈現(xiàn)顯著線(xiàn)性增強(qiáng)-減弱趨勢(shì)年際變化，由此影響了冬季渤海中北部冷水沿著魯北近岸向南黃海輸送[3]、南黃海西側(cè)輻散下沉區(qū)冷-暖水中心[24]、黃海暖流強(qiáng)度與位置以及暖流暖水向渤海輸送[22-25]的年際變化.

冬季渤海速度勢(shì)REOF1、REOF2空間分量與渤海風(fēng)應(yīng)力散度REOF1、REOF2空間分量顯著相似(r1=0.43、r2=0.36)，時(shí)間分量顯著負(fù)相關(guān)及非線(xiàn)性相關(guān)(r1=-0.95、r2=-0.41、nr2=0.62).冬季渤海流函數(shù)REOF1、REOF2空間分量與渤海風(fēng)應(yīng)力渦度REOF1、REOF2空間分量顯著相似(r1=0.62、r2=0.38)，時(shí)間分量顯著負(fù)相關(guān)(r1=-0.96、r2=-0.77).冬季黃海速度勢(shì)REOF1、REOF2空間分量與黃海風(fēng)應(yīng)力渦度REOF1、散度REOF2空間分量顯著相似(r1=0.73、r2= 0.42)，時(shí)間分量顯著負(fù)相關(guān)(r1=-0.77、r2=-0.70).冬季黃海流函數(shù)REOF1、REOF2空間分量與黃海風(fēng)應(yīng)力渦度REOF2、REOF1空間分量顯著相似(r1=0.57、r2=0.56)，時(shí)間分量顯著負(fù)相關(guān)(r1=-0.77、r2=-0.80).由于風(fēng)應(yīng)力散度、渦度場(chǎng)對(duì)風(fēng)生流變化過(guò)程均有作用[15]，因此，冬季渤、黃海風(fēng)生流場(chǎng)垂直、水平環(huán)流場(chǎng)年際變化主要由渤、黃海風(fēng)應(yīng)力場(chǎng)散度、渦度年際變化控制，并且存在非線(xiàn)性作用分量，雖然冬季渤、黃海風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)度顯著線(xiàn)性減弱，但是，冬季渤、黃海風(fēng)應(yīng)力場(chǎng)散度、渦度場(chǎng)中長(zhǎng)周期的準(zhǔn)平衡態(tài)年際變化分量能夠造成冬季渤、黃海風(fēng)生流場(chǎng)垂直、水平環(huán)流場(chǎng)中呈現(xiàn)相應(yīng)的長(zhǎng)周期準(zhǔn)平衡態(tài)年際變化分量.

2.3 夏季風(fēng)生環(huán)流場(chǎng)年際時(shí)空變化

夏季渤、黃海速度勢(shì)REOF1空間分量在渤海為開(kāi)闊海-沿岸分布型；在黃海為徑向分布型.空間分布形態(tài)為：渤海中部輻合上升區(qū)與輻散下沉區(qū)及萊州灣內(nèi)輻散下沉區(qū)強(qiáng)度與范圍反位相變化；遼東灣、渤海灣輻散下沉區(qū)與渤海中部輻散下沉區(qū)反位相變化.黃海中部輻散下沉區(qū)與黃海東部、中部輻合上升區(qū)強(qiáng)度與范圍反位相變化，黃海西部與東南部輻散下沉區(qū)同位相變化(圖8a).REOF2空間分量在渤海為開(kāi)闊海-渤海灣分布型，在北黃海為緯向開(kāi)闊海-沿岸型，在南黃海為徑向分布型.空間分布形態(tài)為：渤海遼東灣、渤海中部、萊州灣的輻散下沉區(qū)與渤海中部輻合上升區(qū)強(qiáng)度與范圍反位相變化，渤海灣內(nèi)輻散下沉與輻合上升同位相變化.北黃海輻散下沉區(qū)與輻合上升區(qū)強(qiáng)度與范圍反位相年際變化，南黃海中部輻散下沉區(qū)與南黃海東、西、南部輻合上升區(qū)強(qiáng)度與范圍反位相年際變化(圖8b).渤、黃海流函數(shù)REOF1空間分量呈現(xiàn)徑向偶極子分布型，空間形態(tài)為：遼東灣氣旋環(huán)流與渤海中部、渤海灣及萊州灣反氣旋環(huán)流同位相變化；與渤海中部氣旋環(huán)流反位相變化.黃海中部反氣旋環(huán)流與黃海東部氣旋環(huán)流強(qiáng)度與范圍反位相變化，北黃海西部反氣旋環(huán)流與黃海中部反氣旋環(huán)流反位相變化，山東半島沿岸逆流與黃海中部反氣旋環(huán)流反位相變化(圖9a).REOF2空間分量呈現(xiàn)緯向偶極子分布型，空間形態(tài)為：遼東灣、渤海中部氣旋環(huán)流與渤海灣、萊州灣反氣旋環(huán)流同位相變化，渤海中部反氣旋環(huán)流與渤海中部氣旋環(huán)流反位相變化.黃海中、西部反氣旋環(huán)流與黃海東部氣旋環(huán)流及山東半島沿岸逆流同位相變化(圖9b).因此，夏季渤、黃海速度勢(shì)年際變化主要分量為徑向分布的輻散下沉與輻合上升區(qū)強(qiáng)度與范圍同位相及反位相變化，次要分量為緯向分布的輻散下沉與輻合上升區(qū)強(qiáng)度與范圍同位相及反位相變化.渤、黃海流函數(shù)年際變化主要分量為徑向偶極子分布的氣旋與反氣旋環(huán)流同位相及反位相變化，次要分量為緯向偶極子分布的氣旋與反氣旋環(huán)流同位相及反位相變化.

圖8 夏季平均速度勢(shì)模態(tài)空間分量Fig.8 Spatial component of summer mean velocity potential modes

圖9 夏季平均流函數(shù)模態(tài)空間分量Fig.9 Spatial component of summer mean stream function modes

夏季渤海速度勢(shì)REOF1、REOF2時(shí)間分量顯著周期分別為8.6、43.0 a與10.8、28.7 a.FR值分別為0.77、0.69.速度勢(shì)REOF1顯著線(xiàn)性升高趨勢(shì)周期年際變化，其中周期分量與顯著線(xiàn)性升高趨勢(shì)、脈動(dòng)分量有相似權(quán)重；REOF2準(zhǔn)平衡態(tài)周期年際變化分量，其中周期分量與脈動(dòng)分量有相似權(quán)重，存在10 a尺度躍變(圖10a、b).流函數(shù)REOF1與REOF2時(shí)間分量顯著周期分別為28.7 a與4.8、6.6 a.FR值分別為0.64、0.42.流函數(shù)REOF1準(zhǔn)平衡年際變化中周期分量與脈動(dòng)分量有相似權(quán)重；REOF2顯著線(xiàn)性降低趨勢(shì)與脈動(dòng)分量是主要年際變化分量，周期分量較小，存在10 a尺度躍變(圖10c、d).

圖10 夏季渤海平均速度勢(shì)、流函數(shù)模態(tài)時(shí)間分量Fig.10 Temporal component of summer mean velocity potential and stream function modes of the Bohai Sea

根據(jù)夏季渤海速度勢(shì)、流函數(shù)模態(tài)時(shí)空分量的年際變化趨勢(shì)分析，夏季渤海速度勢(shì)年際變化主要分量為全部海域輻合上升強(qiáng)度顯著線(xiàn)性減弱趨勢(shì)，次要分量為輻合上升強(qiáng)度呈現(xiàn)準(zhǔn)平衡態(tài)長(zhǎng)周期年際變化.當(dāng)主要與次要分量的輻合上升同位相或反位相疊加時(shí)，輻合上升的年際變化幅度將增大.夏季8月份渤海b1斷面溫躍層強(qiáng)度顯著線(xiàn)性增強(qiáng)年際變化[19]說(shuō)明輻合上升強(qiáng)度顯著減弱.夏季渤海遼東灣氣旋環(huán)流與渤海灣、萊州灣反氣旋環(huán)流同位相以及渤海中部氣旋環(huán)流反位相準(zhǔn)平衡態(tài)長(zhǎng)周期年際變化是主要分量，遼東灣氣旋環(huán)流、渤海中部氣旋環(huán)流及渤海灣、萊州灣反氣旋環(huán)流存在顯著線(xiàn)性減弱趨勢(shì)；渤海中部反氣旋環(huán)流存在顯著線(xiàn)性增強(qiáng)趨勢(shì)是次要分量.夏季8月份渤海b1斷面溫度模態(tài)時(shí)間分量的準(zhǔn)平衡態(tài)變化(REOF1)與線(xiàn)性降低趨勢(shì)(REOF2—REOF4)變化[15]是渤海速度勢(shì)、流函數(shù)場(chǎng)年際變化綜合動(dòng)力作用的結(jié)果.

夏季黃海速度勢(shì)REOF1與REOF2時(shí)間分量顯著周期分別為10.8、21.5 a與7.2、12.3 a.FR值分別為0.80、0.46.速度勢(shì)REOF1年際變化周期分量與顯著線(xiàn)性升高趨勢(shì)、脈動(dòng)分量有相似權(quán)重；REOF2顯著線(xiàn)性升高趨勢(shì)與脈動(dòng)分量是主要分量，周期分量較小，存在10 a尺度躍變(圖11a、b).流函數(shù)REOF1與REOF2時(shí)間分量顯著周期分別為7.2、12.3 a與28.7 a.FR值分別為0.49、0.41.流函數(shù)REOF1、REOF2年際變化中顯著線(xiàn)升高性趨勢(shì)、脈動(dòng)分量是主要分量，周期分量較小，存在10 a尺度躍變(圖11c、d).

圖11 夏季平均黃海速度勢(shì)、流函數(shù)模態(tài)時(shí)間分量Fig.11 Temporal component of summer mean velocity potential and stream function modes of the Yellow Sea

夏季黃海速度勢(shì)年際變化趨勢(shì)主要分量為渤海海峽、南黃海西側(cè)及黃海東部輻合上升環(huán)流與黃海中部輻散下沉環(huán)流顯著線(xiàn)性減弱；南黃海中部輻合上升環(huán)流顯著線(xiàn)性增強(qiáng)，次要分量為北黃海西側(cè)、東側(cè)輻合上升環(huán)流顯著線(xiàn)性減弱；北黃海中部輻散下沉環(huán)流顯著線(xiàn)性增強(qiáng)，南黃海西側(cè)、東側(cè)輻合上升環(huán)流線(xiàn)性減弱；黃海中部輻散下沉環(huán)流顯著線(xiàn)性減弱.夏季黃海流函數(shù)年際變化主要分量為黃海中部、南黃海西部反氣旋環(huán)流強(qiáng)度顯著線(xiàn)性增強(qiáng)、范圍增大；渤海海峽反氣旋環(huán)流顯著線(xiàn)性減弱；山東半島沿岸逆流、黃海東部氣旋環(huán)流強(qiáng)度顯著線(xiàn)性減弱、范圍縮小，次要分量為北黃海、南黃海反氣旋環(huán)流、山東半島沿岸逆流及黃海東部氣旋環(huán)流顯著線(xiàn)性減弱.夏季8月份北黃海y1斷面溫度、鹽度年際變化時(shí)空模態(tài)[20]是黃海速度勢(shì)、流函數(shù)綜合動(dòng)力作用的結(jié)果.

夏季渤海速度勢(shì)REOF1空間分量與渤海風(fēng)應(yīng)力散度REOF1、渦度REOF1空間分量顯著相似(r1=0.38、r2=0.29)，時(shí)間分量顯著負(fù)相關(guān)(r1=-0.71、r2=-0.72)；速度勢(shì)REOF2空間分量與渤海風(fēng)應(yīng)力散度REOF3、渦度REOF2空間分量顯著相似(r1=0.21、r2=0.29)，時(shí)間分量顯著非線(xiàn)性相關(guān)(nr1=0.41、nr2=0.84).夏季渤海流函數(shù)REOF1、REOF2空間分量與渤海風(fēng)應(yīng)力渦度REOF1、REOF2空間分量顯著相似(r1=0.71、r2=0.49)，時(shí)間分量顯著負(fù)相關(guān)及非線(xiàn)性相關(guān)(r1=-0.72、nr2=0.84).夏季黃海速度勢(shì)REOF1空間分量與黃海風(fēng)應(yīng)力散度REOF1、渦度REOF2空間分量顯著相似(r1=0.50、r2=0.44)，時(shí)間分量顯著負(fù)相關(guān)(r1=-0.91、r2=-0.63)；速度勢(shì)REOF2空間分量與黃海風(fēng)應(yīng)力渦度REOF2空間分量顯著相似(r=0.42)，時(shí)間分量顯著非線(xiàn)性相關(guān)(nr= 0.68).夏季黃海流函數(shù)REOF1空間分量與黃海風(fēng)應(yīng)力散度REOF1、渦度REOF2空間分量顯著相似(r1=0.64、r2=0.48)，時(shí)間分量顯著負(fù)相關(guān)(r1=-0.56、r2=-0.63)；流函數(shù)REOF2空間分量與黃海風(fēng)應(yīng)力渦度REOF1空間分量顯著相似(r=0.22)，時(shí)間分量顯著負(fù)相關(guān)(r1=-0.93).因此，在夏季較弱風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)度作用下，渤、黃海風(fēng)應(yīng)力場(chǎng)對(duì)風(fēng)生流場(chǎng)作用形態(tài)的年際變化過(guò)程比冬季復(fù)雜，非線(xiàn)性作用分量增大，夏季風(fēng)應(yīng)力與風(fēng)生流之間的非線(xiàn)性作用過(guò)程值得進(jìn)一步研究.

2.4 風(fēng)生流環(huán)流與黃海暖流、黃海冷水團(tuán)的年際變化

冬季黃海暖流范圍、溫度強(qiáng)度呈現(xiàn)顯著年際變化形態(tài)[22-26].1999年冬季是黃海暖流暖年，1999年2月黃海暖流高溫水體自南黃海、北黃海侵入渤海中部，并且在南黃海西側(cè)輻散下沉中心形成暖中心[22-24].1999年2月黃海中部輻合上升環(huán)流、氣旋環(huán)流強(qiáng)度與范圍顯著減小，黃海東部輻散下沉環(huán)流及反氣旋環(huán)流強(qiáng)度增強(qiáng)、范圍增大，南黃海西側(cè)輻散下沉環(huán)流減弱、反氣旋環(huán)流增強(qiáng)，渤海海峽為反氣旋環(huán)流占據(jù)；渤海中部輻散下沉環(huán)流、反氣旋環(huán)流減弱(圖12).黃海東部反氣旋環(huán)流強(qiáng)度增強(qiáng)、范圍增大有利于加強(qiáng)南黃海暖流進(jìn)入黃海，黃海中部氣旋環(huán)流強(qiáng)度減弱、范圍縮小及南黃海西側(cè)反氣旋環(huán)流增強(qiáng)，有利于黃海暖流西北分支發(fā)展.渤海海峽、北黃海反氣旋環(huán)流發(fā)展有利于阻止遼南沿岸冷水進(jìn)入北黃海暖流水體，同時(shí)將黃海暖流暖水向渤海中部輸送，渤海中部反氣旋環(huán)流減弱，有利于減弱渤海中北部冷水向魯北近海輸送,以及減弱阻擋黃海暖流暖水自渤海海峽流入渤海中部[16].由此，渤、黃海環(huán)流垂直、水平分布形態(tài)的輸送效應(yīng)使得黃海暖流高溫水體自南黃海中部向南黃海西北部、北黃海及渤海輸送形成黃海暖流暖年.

圖12 1999年2月黃海暖流暖年月平均速度勢(shì)、流函數(shù)場(chǎng)Fig.12 Warm year monthly mean velocity potential and stream function field of the Yellow Sea Warm Current in February 1999圖中數(shù)值單位為102 m2/s

圖13 1982年2月黃海暖流冷年月平均速度勢(shì)、流函數(shù)場(chǎng)Fig.13 Cold year monthly mean velocity potential and stream function field of the Yellow Sea Warm Current in February 1982圖中數(shù)值單位為102 m2/s

1982年冬季是黃海暖流冷年，1982年2月份南黃海124°E附近黃海暖流流域溫度較低；南黃海西側(cè)輻散下沉區(qū)為冷水中心，北黃?！澈：{及渤海中部為冷水控制[22-24].1982年2月黃海中部輻合上升環(huán)流及氣旋環(huán)流強(qiáng)度增強(qiáng)、范圍增大，黃海東部輻散下沉環(huán)流及反氣旋環(huán)流強(qiáng)度減弱、范圍減小，南黃海西側(cè)輻散下沉環(huán)流增強(qiáng)、反氣旋環(huán)流減弱，北黃海、渤海海峽為氣旋環(huán)流控制，渤海中部反氣旋環(huán)流增強(qiáng)(圖13).

黃海中部氣旋環(huán)流東側(cè)對(duì)暖水的輸送作用小于東部的反氣旋環(huán)流，黃海中部氣旋環(huán)流西側(cè)冷水向南黃海輸送作用增強(qiáng)，南黃海西側(cè)反氣旋環(huán)流減弱，因此減弱了黃海暖流西北分支發(fā)展，在南黃海西側(cè)輻散下沉區(qū)形成冷水中心[24].北黃海氣旋環(huán)流將遼南沿海冷水向黃海暖流海域輸送，對(duì)黃海暖流水體降溫作用顯著，渤海中部反氣旋環(huán)流增強(qiáng)使得渤海中北部冷水向魯北近海輸送增強(qiáng)，并阻擋了渤海海峽水體進(jìn)入渤海中部.由此，形成北上黃海暖流暖水體在北黃海、渤海中部海域消失以及黃海暖流冷年[22-26].因此，冬季渤海中部輻散下沉反氣旋環(huán)流與黃海中部至渤海海峽的氣旋環(huán)流、黃海東部輻散下沉反氣旋環(huán)流是形成冬季黃海暖流強(qiáng)度與范圍冷暖年的控制環(huán)流.

夏季渤、黃海深層冷水的強(qiáng)度與范圍以及溫度躍層、鹽度躍層強(qiáng)度存在顯著年際變化[17,19-21].1990年夏季為渤、黃海深層冷水團(tuán)暖年，1990年8月渤、黃海深層冷水團(tuán)溫度較高、核心冷水團(tuán)(≤8℃)范圍較小[19-20].1990年8月渤海北、南部淺水區(qū)為輻散下沉環(huán)流，將淺層暖水向底層輸送，渤海中部為輻合上升環(huán)流，將近岸底層暖水向中部深層集中，渤海海峽為較強(qiáng)反氣旋環(huán)流，阻擋了北黃海深層冷水向渤海內(nèi)部輸送(圖14)，由此，形成渤海底層冷水團(tuán)暖年[19].渤海夏季風(fēng)生流速度勢(shì)、流函數(shù)場(chǎng)平均強(qiáng)度顯著線(xiàn)性減弱，淺層暖、低鹽水體與深層冷、高鹽水體混合作用減弱，形成了夏季渤海b1斷面平均溫度躍層、鹽度躍層強(qiáng)度顯著線(xiàn)性增強(qiáng)[19].渤海海峽輻合上升環(huán)流與反氣旋環(huán)流將近岸暖水向北黃海海槽冷水區(qū)集中(圖14)，提升了北黃海冷水團(tuán)溫度[20].黃海中部氣旋環(huán)流較弱，但是環(huán)流形態(tài)為遼南、魯南近岸暖水向黃海中部冷水區(qū)輸送(圖14)，使得夏季黃海冷水團(tuán)溫度升高，形成夏季黃海冷水團(tuán)暖年[20].

圖14 1990年8月黃海冷水團(tuán)暖年月平均速度勢(shì)、流函數(shù)場(chǎng)Fig.14 Warm year monthly mean velocity potential and stream function field of the Yellow Sea Cold Water Mass in August 1990圖中數(shù)值單位為102 m2/s

2011年夏季為渤、黃海深層冷水冷年，2011年8月渤、黃海深層冷水團(tuán)溫度較低、黃海核心冷水團(tuán)范圍較大[19-20].2011年8月渤海大部分淺海海域?yàn)檩椇仙仙h(huán)流(只有萊州灣附近為輻散下沉環(huán)流)，阻擋近岸表層暖水向底層輸送，渤海中部反氣旋環(huán)流延伸至渤海海峽，使得渤海海峽冷水能夠進(jìn)入渤海中部，渤海中部輻散下沉環(huán)流將來(lái)自北黃海冷水向底層輸送(圖15)，由此形成渤海底層冷水團(tuán)冷年[19].黃海中部氣旋環(huán)流強(qiáng)度與范圍增大，使得近岸暖水只能沿著海岸方向運(yùn)移，不能進(jìn)入黃海中部冷水團(tuán)海域，黃海中部輻合上升環(huán)流強(qiáng)度與范圍增大，減弱了表層暖水向底層熱傳播，由此，黃海中部冷水團(tuán)受到輻合上升環(huán)流與氣旋環(huán)流保護(hù)免受表層暖水向底層轉(zhuǎn)播與近岸暖水侵入影響，維持較低溫度.渤海海峽較弱的輻散下沉環(huán)流將北黃海冷水向深層輸送，南黃海西側(cè)輻散下沉環(huán)流向深層輸送的暖水由氣旋環(huán)流攜帶向南黃海南部輸送，并不能進(jìn)入黃海中部的黃海核心冷水團(tuán)海域(圖15)，這些動(dòng)力因素有利于維持夏季黃海冷水團(tuán)低溫形態(tài)，形成夏季黃海冷水團(tuán)冷年[19-20].

圖15 2011年8月黃海冷水團(tuán)冷年月平均速度勢(shì)、流函數(shù)場(chǎng)Fig.15 Cold year monthly mean velocity potential and stream function field of the Yellow Sea Cold Water Mass in August 2011圖中數(shù)值單位為102 m2/s

2006年8月至2015年8月期間夏季北黃海y1斷面核心冷水團(tuán)平均溫度與面積呈現(xiàn)大幅度波動(dòng)，但是夏季南黃海y2斷面核心冷水團(tuán)平均溫度并沒(méi)有呈現(xiàn)大幅度波動(dòng)[20]，該期間黃海速度勢(shì)、流函數(shù)模態(tài)時(shí)間分量呈現(xiàn)大幅度波動(dòng)(圖11)，2006年8月北黃海y1斷面核心冷水團(tuán)平均溫度較高、面積較小[20]，速度勢(shì)、流函數(shù)分布與1990年8月情形相似；2011年8月北黃海y1斷面核心冷水團(tuán)溫度較低、面積較大[20]，黃海流函數(shù)模態(tài)在北黃海氣旋環(huán)流增強(qiáng)效應(yīng)大于南黃海(圖2b，圖11c、d)是北、南黃海核心冷水團(tuán)強(qiáng)度年際變化波動(dòng)幅度差異的主要?jiǎng)恿υ颍?015年8月北黃海y1斷面核心冷水團(tuán)平均溫度升高、面積減小[20],速度勢(shì)、流函數(shù)模態(tài)向2006年夏季情形接近(圖11).夏季黃海風(fēng)生流場(chǎng)大幅波動(dòng)年際時(shí)空變化是黃海核心冷水團(tuán)強(qiáng)度大幅波動(dòng)年際變化主要?jiǎng)恿σ蛩?因此，夏季渤海中部輻散下沉反氣旋環(huán)流與黃海中部輻合上升氣旋型環(huán)流是夏季渤、黃海冷水團(tuán)強(qiáng)度與范圍的控制環(huán)流.由于渤、黃海輻合上升環(huán)流位置與氣旋環(huán)流位置非一致重疊，渤、黃海風(fēng)生流垂直環(huán)流效應(yīng)與水平環(huán)流效應(yīng)有顯著的局地差異，風(fēng)生流速度勢(shì)場(chǎng)年際變化是一個(gè)重要的分析變量.渤、黃海冬、夏季風(fēng)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度逐漸減弱[4]使得冬季黃海暖流暖水溫度逐漸降低[22-24]、夏季黃海核心冷水團(tuán)范圍逐漸縮小[20].

由于冬季黃海暖流源自東海的黑潮北上分支影響[1-2]，海氣熱力過(guò)程對(duì)渤、黃海溫鹽場(chǎng)季節(jié)變化有顯著影響[16-17,21]，太平洋大尺度溫度指標(biāo)PDO以及海氣熱力作用年際變化對(duì)冬、夏季節(jié)渤、黃海溫鹽分布與年際變化有顯著影響作用[19-20,22-24].因此，由風(fēng)生流場(chǎng)、大尺度環(huán)流及海氣熱力交換共同作用的渤、黃海冬、夏季節(jié)溫鹽場(chǎng)年際變化定量過(guò)程需要進(jìn)一步研究.

3 結(jié)論

(1)在氣候平均狀態(tài)下，冬季反氣旋型水平環(huán)流、輻散下沉環(huán)流是渤、黃海主要環(huán)流形態(tài)，氣旋型水平環(huán)流、輻合上升海域較小，但是強(qiáng)度較大.冬季渤、黃海風(fēng)生流是形成深層冷水儲(chǔ)存層以及冷-暖水體南北向輸送的主要?jiǎng)恿σ蛩?夏季反氣旋型環(huán)流、輻合上升環(huán)流海域是渤、黃海主要環(huán)流形態(tài)，并且強(qiáng)度較大，氣旋型環(huán)流、輻散下沉海域較小.夏季渤、黃海風(fēng)生流是形成冷水團(tuán)及山東半島沿岸逆流的主要?jiǎng)恿σ蛩?

(2)渤、黃海冬季平均風(fēng)生流速度勢(shì)、流函數(shù)場(chǎng)年際變化分別存在兩種主要時(shí)空模態(tài).冬季渤海垂直環(huán)流強(qiáng)度及垂直輸送水體能力顯著線(xiàn)性降低趨勢(shì)年際變化是主要分量，局部垂直環(huán)流增強(qiáng)或減弱準(zhǔn)平衡態(tài)年際變化是次要分量.冬季渤海冷水輸出與黃海暖流暖水進(jìn)入渤海的強(qiáng)度準(zhǔn)平衡態(tài)長(zhǎng)周期年際變化是主要分量，遼南沿海冷水進(jìn)入渤海的強(qiáng)度顯著增強(qiáng)趨勢(shì)是次要分量.冬季黃海水體垂直輸送能力以及深層冷水存儲(chǔ)能力準(zhǔn)平衡態(tài)年際變化是主要分量，南黃海、北黃海垂直輸送能力分別降低、升高年際變化是次要分量.冬季黃海氣旋與反氣旋環(huán)流呈現(xiàn)此消彼長(zhǎng)的準(zhǔn)平衡態(tài)年際變化是主要分量，氣旋與反氣旋環(huán)流顯著線(xiàn)性增強(qiáng)或減弱趨勢(shì)是次要分量.冬季黃海垂直及水平環(huán)流的主要分量維持準(zhǔn)平衡態(tài)年際變化.

(3)渤、黃海夏季平均風(fēng)生流速度勢(shì)、流函數(shù)場(chǎng)年際變化分別存在兩種主要時(shí)空模態(tài).夏季渤海輻合上升環(huán)流顯著線(xiàn)性減弱年際變化是主要分量，輻合上升強(qiáng)度準(zhǔn)平衡態(tài)長(zhǎng)周期年際變化是次要分量.夏季渤海氣旋與反氣旋環(huán)流準(zhǔn)平衡態(tài)長(zhǎng)周期年際變化是主要分量，氣旋與反氣旋環(huán)流顯著線(xiàn)性增強(qiáng)及減弱趨勢(shì)年際變化是次要分量.夏季黃海大部分海域垂直環(huán)流顯著線(xiàn)性減弱；南黃海中部垂直環(huán)流顯著增強(qiáng)是主要分量，大部分海域垂直環(huán)流顯著線(xiàn)性減弱；北黃海中部垂直環(huán)流顯著線(xiàn)性增強(qiáng)是次要分量.夏季黃海中部、南黃海西部反氣旋環(huán)流強(qiáng)度顯著線(xiàn)性增強(qiáng)、范圍增大，其他海域氣旋與反氣旋環(huán)流、山東半島沿岸逆流顯著線(xiàn)性減弱是主要分量，氣旋與反氣旋環(huán)流顯著線(xiàn)性減弱是次要分量.風(fēng)應(yīng)力場(chǎng)散度、渦度時(shí)空分量年際變化是控制風(fēng)生流場(chǎng)時(shí)空年際變化的主要因素，冬季以風(fēng)-流線(xiàn)性作用過(guò)程為主，夏季風(fēng)-流非線(xiàn)性作用過(guò)程增大.

(4)冬季渤海中部輻散下沉反氣旋環(huán)流與黃海中部至渤海海峽的氣旋環(huán)流、黃海東部輻散下沉反氣旋環(huán)流是冬季黃海暖流強(qiáng)度與范圍冷暖年的主要控制環(huán)流.當(dāng)黃海中部輻合上升環(huán)流、氣旋環(huán)流強(qiáng)度與范圍顯著減小，黃海東部輻散下沉環(huán)流及反氣旋環(huán)流強(qiáng)度增強(qiáng)、范圍增大，南黃海西側(cè)輻散下沉環(huán)流減弱、反氣旋環(huán)流增強(qiáng)，渤海海峽為反氣旋環(huán)流占據(jù)；渤海中部輻散下沉環(huán)流、反氣旋環(huán)流減弱時(shí)，形成黃海暖流暖年.相反環(huán)流形態(tài)時(shí)，則形成黃海暖流冷年.

(5)夏季渤海中部輻散下沉反氣旋環(huán)流與黃海中部輻合上升氣旋型環(huán)流是夏季渤、黃海冷水團(tuán)強(qiáng)度與范圍冷暖年的主要控制環(huán)流.當(dāng)夏季渤海風(fēng)生流速度勢(shì)、流函數(shù)場(chǎng)平均強(qiáng)度顯著減弱，黃海氣旋與反氣旋環(huán)流強(qiáng)度減弱，并將近岸暖水向渤、黃海中部冷水團(tuán)海域輸送時(shí)，形成渤海底層冷水團(tuán)與黃海冷水團(tuán)暖年.相反環(huán)流形態(tài)時(shí)，形成渤海底層冷水團(tuán)與黃海冷水團(tuán)冷年.夏季黃海風(fēng)生流場(chǎng)大幅波動(dòng)年際時(shí)空變化是黃海核心冷水團(tuán)強(qiáng)度大幅波動(dòng)年際變化主要?jiǎng)恿σ蛩?