南海次表層鹽度的低頻變化及與太平洋年代際振蕩的關(guān)系*

王祥鵬, 張玉紅, 王愛(ài)梅, 趙瑋, 杜巖

南海次表層鹽度的低頻變化及與太平洋年代際振蕩的關(guān)系*

王祥鵬1,2, 張玉紅1, 王愛(ài)梅3, 趙瑋4, 杜巖1,2

1. 熱帶海洋環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所), 廣東 廣州 510301; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 3. 國(guó)家海洋信息中心, 天津 300100; 4. 中國(guó)海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院, 山東 青島 266100

南海是西北太平洋最大的邊緣海, 是聯(lián)系北太平洋和北印度洋的關(guān)鍵通道。黑潮北上經(jīng)過(guò)呂宋海峽時(shí)會(huì)將來(lái)自西太平洋的信號(hào)傳入南海, 進(jìn)而影響南海的水動(dòng)力環(huán)境。研究了南海次表層鹽度的空間分布特征、低頻變化規(guī)律及其與太平洋年代際振蕩(Pacific Decadal Oscillation, PDO)的關(guān)系, 并進(jìn)一步探究了次表層鹽度近年來(lái)的變化。結(jié)果顯示: 1)南海次表層高鹽水的位勢(shì)密度主要介于24~26σ, 受次表層氣旋式環(huán)流所驅(qū)動(dòng), 鹽度氣候態(tài)空間分布北高南低, 以呂宋海峽處為起點(diǎn), 呈逆時(shí)針自北向南逐漸降低。2)次表層鹽度低頻變化顯著, 與PDO呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)PDO處于正位相時(shí), 呂宋海峽處西向平流輸送加強(qiáng), 次表層鹽度升高; 當(dāng)PDO處于負(fù)位相時(shí), 呂宋海峽處西向平流輸送減弱, 次表層鹽度降低, 鹽度的變化受到水平環(huán)流場(chǎng)的直接影響。3)近年來(lái), 南海次表層鹽度呈現(xiàn)先降低后升高再降低的趨勢(shì), 滯后PDO約10個(gè)月, 2006— 2014年初, 鹽度呈下降趨勢(shì); 2014—2017年初, 鹽度呈上升趨勢(shì), 且上升速率遠(yuǎn)大于先前下降的速率; 2017年后鹽度再次逐漸降低。

次表層鹽度; 低頻變化; 太平洋年代際振蕩; 平流輸送; 南海

南海地處亞洲東南部, 是熱帶西北太平洋最大的邊緣海, 通過(guò)其四周的海峽和深水海道與外海相連。其中, 位于南海東北部的呂宋海峽是南海所有與外大洋相通的海峽中最深的通道, 來(lái)自西太平洋的信號(hào)通過(guò)呂宋海峽直接或間接地傳入南海, 進(jìn)而影響南海的水動(dòng)力環(huán)境(Ho et al, 2004; Liu et al, 2011; Zhuang et al, 2013)。鹽度作為海洋觀測(cè)中的重要參數(shù), 在水團(tuán)特性和大洋環(huán)流的研究中有著重要的地位(赫崇本等, 1984; Delcroix et al, 1991;田天等, 2005; Ren et al, 2010)。位于鹽度極大值層的南海次表層高鹽水由于其特殊性, 常作為南海和西太平洋相應(yīng)層次水體交換的示蹤物, 因而受到眾多學(xué)者的關(guān)注(劉長(zhǎng)建等, 2008; Nan et al, 2011)。Qu等(2000)利用歷史水文觀測(cè)數(shù)據(jù)分析南海水團(tuán)分布, 發(fā)現(xiàn)太平洋高鹽水通過(guò)呂宋海峽全年入侵南海, 且存在季節(jié)變化, 冬季入侵最強(qiáng), 在東北季風(fēng)的影響下, 高鹽水可以輸送到南海南部。Wang等(2014)利用高分辨率混合坐標(biāo)海洋模式(Hybrid Coordinate Ocean Model, HYCOM)數(shù)據(jù)研究表明南海北部次表層高鹽水位于20~100m水深, 其體積的季節(jié)變化主要受低緯度西北太平洋大尺度環(huán)流的調(diào)制, 與北赤道流分叉點(diǎn)位置的季節(jié)變化有關(guān)。邱春華等(2009)利用SODA1.2資料發(fā)現(xiàn)南海北部深水海域鹽度場(chǎng)存在明顯的年際變化, 其中呂宋海峽處黑潮彎曲的南側(cè)年際變化的信號(hào)最強(qiáng), 信號(hào)周期為2~5年, 與厄爾尼諾-南方濤動(dòng)( El Ni?o- Southern Oscillation, ENSO )具有較大的相關(guān)性。Nan等(2013)基于衛(wèi)星和觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn), 最近20年黑潮入侵有減弱趨勢(shì), 使得南海東北部750m以淺的海水呈淡化態(tài)勢(shì)。Yu等(2015)發(fā)現(xiàn)呂宋海峽次表層輸運(yùn)具有顯著的年代際變化特征, 且與太平洋年代際振蕩(PDO)指數(shù)有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。Zeng等(2016)指出南海北部次表層鹽度具有顯著的年代際變化特征, 來(lái)自呂宋海峽的水平平流輸送和混合層的垂向夾卷作用對(duì)次表層鹽度的變化有很大的貢獻(xiàn)。

黑潮經(jīng)呂宋海峽入侵南海, 除了將西太平洋的動(dòng)量和熱量傳輸給南海外, 還帶來(lái)了大量的西太平洋高鹽水, 從而對(duì)南海的熱鹽結(jié)構(gòu)、水團(tuán)性質(zhì)、海洋環(huán)流等產(chǎn)生重要影響(Nan et al, 2014)。黑潮高鹽水入侵南海的多寡是影響南海次表層鹽度時(shí)空變化的重要因素, 但目前對(duì)于南海次表層鹽度的研究多關(guān)注其季節(jié)變化, 對(duì)其低頻變化特征和機(jī)制的探究較少, 因此開(kāi)展這方面的研究具有重要的科學(xué)意義。在前述研究的基礎(chǔ)上, 本文利用WOA13資料、SODA2.2.4 (1871—2010年)資料和Argo格點(diǎn)化(2006—2017年)資料, 分析了南海次表層鹽度的空間分布特征、低頻變化規(guī)律以及近年來(lái)的變化, 探討了南海次表層鹽度的變化和熱帶西北太平洋環(huán)流的關(guān)系, 并進(jìn)一步研究了南海次表層鹽度對(duì)太平洋年代際變率PDO的響應(yīng)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源和處理方法

1.1 世界海洋圖集數(shù)據(jù)(World Ocean Atlas 2013 V2, WOA13)

WOA13 V2數(shù)據(jù)是一套利用歷史觀測(cè)資料通過(guò)客觀分析方法得到的包括溫度、鹽度、溶解氧、磷酸鹽等海洋要素的海洋氣候?qū)W數(shù)據(jù)產(chǎn)品。WOA13數(shù)據(jù)空間分辨率為 0.25°×0.25°, 垂直深度為0~ 1500m。本文采用年平均的溫鹽數(shù)據(jù), 確定了南海次表層高鹽水的位勢(shì)密度介于24~26σ之間, 如圖1所示。取兩層等位勢(shì)密度間鹽度的最大值定義為南海次表層的鹽度, 通過(guò)地轉(zhuǎn)平衡方程, 由鹽度最大值層的溫度和鹽度計(jì)算出對(duì)應(yīng)層的地轉(zhuǎn)流, 最后得到南海次表層鹽度和地轉(zhuǎn)流的氣候態(tài)空間分布(圖2b)。

圖1 南海經(jīng)向、緯向斷面鹽度(填色, 單位: ‰)和位勢(shì)密度(等值線, 單位: σθ)分布 a. 20°N斷面; b. 118°E斷面

1.2 簡(jiǎn)單海洋同化數(shù)據(jù)(Simple Ocean Data Assimilation, SODA)

簡(jiǎn)單海洋同化數(shù)據(jù)集來(lái)源于美國(guó)馬里蘭大學(xué)和美國(guó)德州農(nóng)工大學(xué)共同研制開(kāi)發(fā)的全球簡(jiǎn)單海洋同化分析系統(tǒng)。本文采用SODA2.2.4的溫度、鹽度和流場(chǎng)的月平均數(shù)據(jù), 其水平方向上空間分辨率為 0.5°×0.5°, 時(shí)間長(zhǎng)度為1871年1月到2010年12月。研究中采用經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解法(EOF)分析了南海次表層鹽度的主要模態(tài)特征及低頻變化, 并通過(guò)相關(guān)性分析進(jìn)一步探究了太平洋年代際變率PDO對(duì)次表層鹽度的影響。

1.3 Argo數(shù)據(jù)

自全球Argo計(jì)劃實(shí)施以來(lái), 各個(gè)國(guó)家在全球大洋共投入了超過(guò)4000個(gè)自動(dòng)剖面浮標(biāo), 組成了全球海洋實(shí)時(shí)觀測(cè)網(wǎng)。該計(jì)劃旨在收集全球海洋0~ 2000m深度的溫度、鹽度、密度、海流以及與氣候變化相關(guān)的信息。本文使用Scripps海洋研究所發(fā)布的Argo溫鹽格點(diǎn)化資料來(lái)探究南海次表層鹽度近年來(lái)的變化。該資料是由Argo 全球數(shù)據(jù)收集中心(Argo Global Data Assembly Center, GDAC)發(fā)布的原始溫、鹽、壓廓線資料重構(gòu)而成的月平均格點(diǎn)化資料, 水平方向上空間分辨率為1.0°×1.0°, 重構(gòu)過(guò)程中去除了沿岸和大島嶼附近平均水深小于500m的數(shù)據(jù)。本文選用的資料時(shí)間跨度為2006年1月—2017年12月。

2 結(jié)果分析

2.1 南海次表層鹽度及流場(chǎng)氣候態(tài)空間分布

Zeng等(2016)以位勢(shì)密度介于24~26σ之間的鹽度極大值定義南海次表層高鹽水。本文以WOA13的溫鹽數(shù)據(jù)再次確定了次表層高鹽水的位勢(shì)密度范圍(圖1), 故下文將采用垂向上兩層等位勢(shì)密度面(24~26σ)之間鹽度的極大值來(lái)探究南海次表層高鹽水的分布特征, 并提取出鹽度極大值層對(duì)應(yīng)的流場(chǎng)信息, 進(jìn)一步分析流場(chǎng)對(duì)鹽度分布特征的影響。SODA2.2.4數(shù)據(jù)可用來(lái)分析南海各水文要素長(zhǎng)時(shí)間的變化(陳海花等, 2015; 王鼎琦等, 2017)。WOA13數(shù)據(jù)是一套利用歷史觀測(cè)資料通過(guò)客觀分析方法得到的海洋數(shù)據(jù)產(chǎn)品, 亦常被用來(lái)分析溫鹽場(chǎng)的氣候態(tài)分布。本文將SODA數(shù)據(jù)和WOA13數(shù)據(jù)進(jìn)行多年平均處理后, 探究南海次表層高鹽水的氣候態(tài)分布特征, 并將兩套數(shù)據(jù)進(jìn)行相互比對(duì)驗(yàn)證。圖2a 為SODA多年平均的鹽度極大值并疊加相應(yīng)流場(chǎng)的空間分布; 圖2b為WOA13氣候態(tài)年平均鹽度極大值并疊加相應(yīng)地轉(zhuǎn)流的空間分布。

SODA和WOA13兩套數(shù)據(jù)得到的次表層鹽度的分布比較一致。首先, 西太平洋水體鹽度明顯高于南海水; 其次, 次表層鹽度在南海呈舌狀分布, 高鹽水舌以呂宋海峽為起點(diǎn), 沿著陸架逆時(shí)針自北向南擴(kuò)展, 等鹽線近似東北-西南走向分布, 鹽度西北高, 東南低。前人研究表明, 季風(fēng)是南海上層海流的直接驅(qū)動(dòng)力, 南海上層環(huán)流的基本流型隨季風(fēng)的改變而改變, 冬季在東北季風(fēng)的控制下, 南海基本上呈現(xiàn)為氣旋式環(huán)流; 夏季在西南季風(fēng)的控制下, 表現(xiàn)為反氣旋環(huán)流(蔡樹(shù)群等, 2002; 鮑穎, 2007)。南海次表層流場(chǎng)的氣候態(tài)分布表現(xiàn)為冬季型, 即氣旋式環(huán)流。南海北部氣旋式環(huán)流場(chǎng)有利于黑潮入侵南海, 西北太平洋高鹽水與南海低鹽水團(tuán)在呂宋海峽劇烈混合后, 在氣旋式環(huán)流驅(qū)動(dòng)下向南海內(nèi)區(qū)輸送。SODA和WOA13兩套數(shù)據(jù)在流場(chǎng)的分布上也比較類似, 僅在海南島東南側(cè)西邊界流有所不同, SODA數(shù)據(jù)顯示的西邊界流比較明顯, 這一方面是由于真實(shí)流場(chǎng)與地轉(zhuǎn)流之間的差異造成, 另一方面還受岸界附近觀測(cè)資料缺失影響。整體上兩套數(shù)據(jù)的鹽度和流場(chǎng)在南海的分布比較一致, 且鹽度和流場(chǎng)相互匹配: 西太平洋高鹽水從呂宋海峽進(jìn)入南海, 在南海內(nèi)部氣旋式環(huán)流的驅(qū)動(dòng)下, 沿著西邊界自北向南輸送, 進(jìn)而影響整個(gè)南海的次表層鹽度, 這在一定程度上體現(xiàn)了南海和西北太平洋水體交換的動(dòng)力過(guò)程。

圖2 南海次表層(24~26σθ鹽度極大值層)鹽度(填色, 單位: ‰)和流場(chǎng)(矢量, 單位: m·s–1)氣候態(tài)空間分布 a. SODA數(shù)據(jù); b. WOA13數(shù)據(jù)

2.2 南海次表層鹽度的低頻變化

分析鹽度的低頻變化, 需要較長(zhǎng)時(shí)間序列資料, 本文選取SODA2.2.4(1871—2010年)數(shù)據(jù), 采用經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解法(EOF), 將次表層鹽度場(chǎng)分解成空間模態(tài)和時(shí)間系數(shù)兩部分, 進(jìn)而研究鹽度在長(zhǎng)時(shí)間尺度上的變化。結(jié)果顯示, 鹽度EOF分解的前3個(gè)模態(tài)的方差貢獻(xiàn)率分別為43.73%、8%、5%, 其中第一模態(tài)在鹽度的低頻變化中占據(jù)了主導(dǎo)地位, 故本文主要關(guān)注該模態(tài)。

鹽度第一模態(tài)空間分布為明顯的單極型, 即南海次表層鹽度基本呈同相位變化, 其中變化高值中心出現(xiàn)在南海北部、呂宋海峽以西附近海域, 高值信號(hào)自呂宋海峽傳入, 沿著陸架先向西然后向南傳遞, 此過(guò)程中信號(hào)強(qiáng)度逐漸減小, 該模態(tài)空間分布與次表層鹽度氣候態(tài)的空間分布(圖2)形式極為相似。由先前的分析可知, 在氣候態(tài)分布中, 西北太平洋高鹽水沿著呂宋海峽入侵南海, 在南海氣旋式環(huán)流的驅(qū)動(dòng)下向南海內(nèi)區(qū)輸送。故可以推測(cè), 南海次表層鹽度的變化不是獨(dú)立的, 而是受到呂宋海峽外西太平洋信號(hào)的調(diào)控, 且該信號(hào)的傳播與次表層環(huán)流有很大的關(guān)系。結(jié)合時(shí)間系數(shù)(圖3b), 該模態(tài)低頻變化顯著, 在1875—925年間, 南海次表層鹽度主要呈負(fù)位相變化; 在1926—1965年間, 以正位相為主; 而在1970之后以負(fù)位相為主, 但是正負(fù)交替的頻率增大了, 包含了更多小尺度的信號(hào)。為了更準(zhǔn)確地研究時(shí)間序列的周期變化規(guī)律, 將其進(jìn)行功率譜分析(圖3c), 結(jié)果顯示, 時(shí)間系數(shù)存在3個(gè)譜峰值, 第1種是3~5年的周期振蕩; 第2種為11年左右的變化周期; 第3種為23年左右的年代際變化周期。該模態(tài)低頻變化顯著, 這可能與太平洋年代際振蕩(PDO)有關(guān)。

前人研究表明, PDO是一種類似于ENSO型的具有年代際時(shí)間尺度的太平洋變率(Mantua et al, 1997; Qiu, 2003; Newman et al, 2016), 是中緯度北太平洋海洋-大氣耦合系統(tǒng)中最顯著的信號(hào), 主要表現(xiàn)為準(zhǔn)20年(10~30年)和準(zhǔn)50年(50~70年)的周期振蕩(Tourre et al, 1999;楊修群等, 2004; 劉秦玉等, 2010), 該信號(hào)可以通過(guò)大氣橋通道以及海洋內(nèi)部通道傳遞到其他海區(qū), 進(jìn)而影響相關(guān)海區(qū)的氣候和海洋環(huán)境(Alexander, 2010; Nan et al, 2015)。 PDO模態(tài)下太平洋海表面溫度呈偶極子型分布, 極值變化中心分別位于中緯度西北太平洋和赤道中東太平洋以及北美沿岸一部分, 其正負(fù)位相的變化, 必然會(huì)對(duì)北太平洋副熱帶環(huán)流有影響(谷德軍等, 2004)。黑潮不僅是全球最強(qiáng)的西邊界流之一, 同時(shí)也是北太平洋副熱帶環(huán)流的重要組成部分, 在其沿著菲律賓群島北上經(jīng)過(guò)呂宋海峽時(shí)會(huì)有一小部分以分支或者渦旋的形式入侵南海, 從而將西北太平洋的信號(hào)傳入南海, 進(jìn)而影響南海的水動(dòng)力環(huán)境(Wang et al, 2014)。

圖3 南海次表層鹽度EOF第一模態(tài) a. 空間模態(tài); b. 時(shí)間系數(shù); c. 功率譜分析, 紅虛線為95%置信度檢驗(yàn)

由功率譜分析結(jié)果, 南海次表層鹽度EOF第一模態(tài)存在約11年和23年的低頻變化周期, 這與PDO準(zhǔn)20年的周期振蕩類似。為了探究?jī)烧咧g的關(guān)系, 將鹽度EOF第一模態(tài)的時(shí)間系數(shù)與PDO指數(shù)進(jìn)行7~30年低通濾波, 提取顯著周期進(jìn)行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者具有顯著的正相關(guān)關(guān)系, 相關(guān)系數(shù)可達(dá)到0.64(圖4a), 且通過(guò)置信度95%的檢驗(yàn)。這說(shuō)明在低頻變化尺度上, 南海次表層鹽度的變化與PDO位相的變化具有一致性, 當(dāng)PDO處于正位相時(shí), 南海次表層鹽度升高, 反之, 鹽度降低。前人研究發(fā)現(xiàn)的1976/1977年P(guān)DO的正負(fù)位相轉(zhuǎn)換在次表層鹽度的變化中也能夠體現(xiàn)(Mantua et al, 1997; Zhang et al,1997)。除了個(gè)別時(shí)間段外, 兩個(gè)時(shí)間序列的峰值變化均表現(xiàn)出良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

為了更好地探究南海次表層鹽度和PDO位相變化的關(guān)系, 我們挑選出鹽度異常值較大的極值年份(圖4a中對(duì)應(yīng)的實(shí)心和空心綠色圓圈), 分別對(duì)鹽度正負(fù)異常進(jìn)行合成, 并疊加上對(duì)應(yīng)的次表層流場(chǎng)異常(圖4b、c)。結(jié)果顯示, 在鹽度正異常的年份, 呂宋海峽處西向平流加強(qiáng), 西北太平洋高鹽水輸入增多, 同時(shí)南海內(nèi)部氣旋式環(huán)流加強(qiáng), 進(jìn)一步將高鹽水自北向南輸送; 反之, 在鹽度負(fù)異常年份, 南海氣旋式環(huán)流減弱, 呂宋海峽口西向平流輸送減弱, 西太高鹽水入侵減少, 南海次表層鹽度降低。Yu等(2013)研究指出, 當(dāng)PDO處于正位相時(shí), 阿留申低壓及與其相關(guān)的正風(fēng)應(yīng)力旋度異常出現(xiàn)南移, 北太平洋熱帶地區(qū)西風(fēng)異常增強(qiáng), 使得北赤道流分叉點(diǎn)向北移動(dòng), 導(dǎo)致呂宋島以東黑潮減弱, 進(jìn)而黑潮入侵南海加強(qiáng)。這與我們的分析結(jié)果吻合得很好, 即PDO通過(guò)海氣相互作用, 影響北太平洋副熱帶環(huán)流, 進(jìn)一步影響南海次表層鹽度: 當(dāng)PDO處于正位相時(shí), 呂宋海峽處西向輸送增強(qiáng), 南海次表層鹽度升高; 當(dāng)PDO處于負(fù)位相時(shí), 呂宋海峽處西向輸運(yùn)減弱, 南海次表層鹽度隨之降低, 這同時(shí)也反映了南海對(duì)太平洋大尺度氣候模態(tài)的響應(yīng)。

2.3 南海次表層鹽度近年來(lái)的變化

利用Scripps海洋研究所發(fā)布的Argo格點(diǎn)化資料, 本文對(duì)南海次表層鹽度近年來(lái)的變化進(jìn)行相應(yīng)探究。由于南海北部是鹽度變化最顯著的區(qū)域, 因此我們選取北部區(qū)域(112°—120°E,18°—22°N), 對(duì)鹽度數(shù)據(jù)進(jìn)行空間平均, 可得到次表層鹽度隨時(shí)間的變化曲線(圖5a)。研究顯示, 在2006—2014年初, 南海北部次表層鹽度呈降低趨勢(shì), 下降速率約0.002‰·a–1, 在2014年初降到鹽度最低值約34.550‰; 而在2014年后鹽度逐漸升高, 且升高的速率明顯比先前下降的速率快, 達(dá)到0.056‰·a–1, 在2017年初達(dá)到最大值, 約34.768‰; 2017年之后鹽度又呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。將鹽度變化曲線和PDO指數(shù)進(jìn)行比較, 可以看到, 南海北部次表層鹽度近年來(lái)的變化與PDO呈顯著正相關(guān), 將其進(jìn)行超前滯后分析發(fā)現(xiàn), 當(dāng)鹽度變化滯后于PDO約10個(gè)月時(shí), 兩者的相關(guān)性最強(qiáng), 相關(guān)系數(shù)達(dá)0.73。在2006—2012年底, PDO處于負(fù)位相且達(dá)到極小值, 南海次表層鹽度呈現(xiàn)降低的趨勢(shì); 2013年后PDO位相逐漸由負(fù)轉(zhuǎn)正, 由于滯后性, 次表層鹽度2014年初才逐漸升高; 再到2016年后PDO位相逐漸由正轉(zhuǎn)負(fù), 次表層鹽度在2017年初出現(xiàn)降低的趨勢(shì)。

圖4 南海次表層鹽度的低頻變化與PDO的關(guān)系 a. PDO與EOF1時(shí)間系數(shù)比較(7~30年低通濾波); b. 鹽度極大值年(a中綠色填充圓點(diǎn))的鹽度異常(填色, 單位: ‰)和流場(chǎng)異常(矢量, 單位: m·s–1); c. 鹽度極小值年(a中綠色空心圓點(diǎn))的鹽度異常(填色, 單位: ‰)和流場(chǎng)異常(矢量, 單位: m·s–1)

圖5 南海北部次表層鹽度變化與PDO、緯向流異常的關(guān)系 a. 鹽度變化曲線(紅線, 單位: ‰)和PDO指數(shù)(藍(lán)線), 黑色虛線為鹽度線性變化趨勢(shì); b. 鹽度異常曲線(紅線, 單位: ‰)和緯向流異常(藍(lán)線, 單位: m·s–1)

南海次表層鹽度的變化和流場(chǎng)直接相聯(lián)系, 將南海北部平均的次表層鹽度和對(duì)應(yīng)地轉(zhuǎn)流的時(shí)間序列進(jìn)行多年逐月距平, 得到鹽度異常和流場(chǎng)異常(圖5b)。南海北部鹽度的變化和緯向地轉(zhuǎn)流的變化有很好的一致性, 呈顯著的正相關(guān), 相關(guān)系數(shù)約為0.59。當(dāng)呂宋海峽處西向平流減弱時(shí), 鹽度降低; 當(dāng)西向平流增強(qiáng)時(shí), 鹽度增加, 且西向平流增強(qiáng)的速率遠(yuǎn)大于其先前減弱的速率, 這與鹽度的下降趨勢(shì)慢而上升的趨勢(shì)快具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。為了更好地了解鹽度的流場(chǎng)之間的空間配置關(guān)系, 分別將鹽度正負(fù)異常年份對(duì)應(yīng)的鹽度和流場(chǎng)異常進(jìn)行平均, 得到鹽度正異常和負(fù)異常下的鹽度和流場(chǎng)的空間分布。但由于Argo資料時(shí)間長(zhǎng)度較短, 總共只存在一次明顯的鹽度正負(fù)異常的轉(zhuǎn)換, 由鹽度變化曲線可以看到, 在2011年鹽度存在異常上升而后在2012年初又迅速下降的波動(dòng), 而在2014年鹽度由負(fù)異常向正異常轉(zhuǎn)變, 在2017年初鹽度達(dá)到最大值而后逐漸降低, 故我們分別選擇2015—2016年和2012—2013年作為典型的鹽度正、負(fù)異常年份進(jìn)行分析。分別對(duì)時(shí)間平均得到鹽度正異常和負(fù)異常對(duì)應(yīng)的鹽度和流場(chǎng)的空間分布, 如圖6所示。在正異常年份, 呂宋海峽處西向平流加強(qiáng), 西太平洋高鹽水入侵增多, 南海北部鹽度顯著上升, 同時(shí)南海內(nèi)部加強(qiáng)的氣旋式環(huán)流將高鹽水往南邊輸送, 使得南海次表層鹽度整體升高; 在負(fù)異常年份, 南海內(nèi)部出現(xiàn)反氣旋式環(huán)流異常, 且呂宋海峽處西向平流減弱, 使得西太平洋高鹽水入侵減少, 南海次表層鹽度降低。

圖6 南海次表層鹽度異常(填色, 單位: ‰)、流場(chǎng)(矢量, 單位: m·s–1)異?？臻g分布 a.負(fù)異常(2012—2013年平均); b.正異常(2015—2016年平均)

3 結(jié)論與討論

本文利用WOA13資料、SODA2.2.4資料和Argo格點(diǎn)化資料, 研究了南海次表層鹽度的空間分布特征, 低頻變化規(guī)律以及近年來(lái)的變化, 探究了南海次表層鹽度和熱帶西北太平洋環(huán)流的關(guān)系, 以及次表層鹽度的低頻變化對(duì)太平洋年代際變率PDO的響應(yīng)。

研究表明, 南海次表層高鹽水主要位于24~ 26σ之間, 鹽度氣候態(tài)空間分布北高南低, 以呂宋海峽入口為起點(diǎn), 呈逆時(shí)針自北向南逐漸降低, 而且次表層鹽度的空間分布和對(duì)應(yīng)的流場(chǎng)有很好的匹配性, 說(shuō)明南海內(nèi)部氣旋式環(huán)流場(chǎng)是該層鹽度空間分布的主要驅(qū)動(dòng)力。EOF分析表明, 南海次表層鹽度低頻變化顯著, 存在3~5年的年際周期振蕩, 以及11年和23年的年代際變化周期, 且與太平洋年代際振蕩(PDO)之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)PDO處于正位相時(shí), 呂宋海峽處西向平流輸送加強(qiáng), 南海內(nèi)部氣旋式環(huán)流場(chǎng)增強(qiáng), 次表層鹽度增加; 當(dāng)PDO處于負(fù)位相時(shí), 呂宋海峽處西向平流輸送減弱, 南海內(nèi)部氣旋式環(huán)流場(chǎng)減弱, 次表層鹽度降低。近年來(lái), 南海次表層鹽度呈現(xiàn)先減小后增大再減小的趨勢(shì), 在2006—2014年初, 鹽度呈下降趨勢(shì), 下降速率約0.002‰·a–1, 在2014年初鹽度降到最低值約34.550‰; 在2014—2017年, 鹽度呈上升趨勢(shì), 上升速率為0.056‰·a–1, 在2017年初達(dá)到最大值約34.768‰, 上升速率遠(yuǎn)大于下降的速率, 這與呂宋海峽處西向平流增強(qiáng)的速率大于其先前減小的速率相對(duì)應(yīng); 在2017年之后鹽度又呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。近年來(lái)次表層鹽度的變化滯后于PDO約10個(gè)月, 且受到該層水平環(huán)流場(chǎng)的直接影響。

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為落實(shí)國(guó)務(wù)院防控非洲豬瘟專題會(huì)議要求，2018年9月18—21日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部聯(lián)合公安部、衛(wèi)生健康委組成第一聯(lián)合督查組，赴內(nèi)蒙古、黑龍江、吉林開(kāi)展非洲豬瘟防控工作督查。督查組組長(zhǎng)、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部副部長(zhǎng)于康震強(qiáng)調(diào)，各地要堅(jiān)決貫徹黨中央、國(guó)務(wù)院決策部署，堅(jiān)持疫病防控和生產(chǎn)供應(yīng)兩手抓，強(qiáng)化思想認(rèn)識(shí)，逐級(jí)壓實(shí)責(zé)任，將非洲豬瘟防控的各項(xiàng)措施落實(shí)到場(chǎng)、到村、到戶、到人。

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Low-frequency variability of subsurface salinity in the South China Sea and its relationship with the Pacific Decadal Oscillation

WANG Xiangpeng1,2, ZHANG Yuhong1, WANG Aimei3, ZHAO Wei4, DU Yan1,2

1. State Key Laboratory of Tropical Oceanography (South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences), Guangzhou 510301, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. National Marine Data and Information Service, Tianjin 300100, China; 4. College of Oceanic and Atmospheric Sciences, Ocean University of China, Qingdao 266100, China

The South China Sea is the largest marginal sea in the northwestern Pacific and the key channel connecting the North Pacific and northern Indian Ocean. When the Kuroshio flows northward along the Philippine Islands, signals from the western Pacific are transmitted to the South China Sea through the Luzon Strait, thus affecting the hydrodynamic environment of the South China Sea. We analyze the spatial distribution and low-frequency variability of subsurface salinity in the South China Sea, and try to explain the relationship between the subsurface salinity in the South China Sea and the Pacific Decadal Oscillation (PDO); we also explore the change of the subsurface salinity in recent years. The results are as follows. 1) Driven by the subsurface cyclonic circulation, subsurface salinity at about 24-26σdecreases gradually from north to south counterclockwise starting from the Luzon Strait. 2) The low-frequency variability of subsurface salinity is significantly correlated with PDO. When the PDO is in the positive phase, the westward transport in the Luzon Strait is strengthened and the subsurface salinity increases. When the PDO is in the negative phase, the westward transport in the Luzon Strait is weakened and the subsurface salinity decreases, and the salinity change is directly affected by the horizontal circulation. 3) In recent years, the subsurface salinity has shown a trend of refreshing from 2006 to early 2014, and then increasing from 2014 to early 2017, lagging behind the PDO by about 10 months. Since 2017, the salinity decreased again.

subsurface salinity; low frequency variability; Pacific Decadal Oscillation (PDO); advection; South China Sea

date: 2018-11-26;

date: 2019-02-28.

This work is supported by the Chinese Academy of Sciences (XDA19060501,XDA13010404), the State Oceanic Administration of China ( GASI-IPOV AI-02), and the National Natural Science Foundation of China (41525019, 41506019, 41805057, 41830538).

DU Yan. E-mail: duyan@scsio.ac.cn

P731

A

1009-5470(2019)04-0001-9

10.11978/2018128

http://www.jto.ac.cn

2018-11-26;

2019-02-28。

孫淑杰編輯

中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDA19060501、XDA13010404); 國(guó)家海洋局“全球變化與海氣相互作用”專項(xiàng)(GASI-IPOV AI-02); 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41525019、41506019、41805057、41830538)

王祥鵬 (1995—), 男, 海南省澄邁縣人, 博士研究生, 主要從事海氣相互作用研究。E-mail: wangxiangpeng18@mails.ucas.ac.cn

杜巖。E-mail: duyan@scsio.ac.cn

*感謝韓冰、張漣漪、王閔楊、孫啟偉、鄭依玲在數(shù)據(jù)處理方面提供的幫助;

Editor: SUN Shujie