盛夏南海的水文與環(huán)流特征:2000年8月航次再探

李立，許金電

(1.自然資源部第三海洋研究所 海洋動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門 361005)

1 引言

南海是地球上為數(shù)不多的大型次級(jí)海盆之一，縱跨 20 多緯距，橫越 10 經(jīng)距，面積約為 3.5×106km2。其平均水深約為 1 200 m，最大深度超過(guò) 5 500 m。由于海域廣袤，相關(guān)海洋科學(xué)考察大多只根據(jù)研究的焦點(diǎn)對(duì)其局部海域開(kāi)展觀測(cè)。迄今為止，涵蓋整個(gè)海域的“全覆蓋”海洋學(xué)觀測(cè)僅組織過(guò)3次。它們分別是1998年6?7月實(shí)施的“南海季風(fēng)試驗(yàn)(SCSMEX)”之IOP2航次[1?2]、1998年12月實(shí)施的南海海洋環(huán)境補(bǔ)充調(diào)查航次[3]以及本文討論的國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目(G1999043800)“中國(guó)近海環(huán)流形成變異機(jī)理、數(shù)值預(yù)測(cè)方法及對(duì)近海環(huán)境影響的研究”之夏季調(diào)查航次（圖1）[4]。該次調(diào)查在8月實(shí)施，結(jié)束于季風(fēng)轉(zhuǎn)換之前，幾乎覆蓋了整個(gè)南海海盆，第1次給出了盛夏時(shí)分南海完整的三維水文和環(huán)流結(jié)構(gòu)。盡管近年來(lái)衛(wèi)星遙感技術(shù)極大豐富了人們對(duì)海洋動(dòng)力過(guò)程的認(rèn)識(shí)，但受其海面觀測(cè)性質(zhì)之局限，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查依然是海洋研究不可或缺的重要手段。只有現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)方能充分揭示海面以下的物理過(guò)程。

圖1 夏季航次調(diào)查Fig.1 Map of the summer survey

此前已有學(xué)者使用該航次的部分觀測(cè)結(jié)果就2000年夏季南海環(huán)流開(kāi)展過(guò)一些研究[5–7]。然而，因該次調(diào)查由多船實(shí)施，而且航次期間主力考察船的觀測(cè)設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題[8–9]，迄今為止依然缺少對(duì)該次調(diào)查數(shù)據(jù)質(zhì)量的仔細(xì)考證和結(jié)果的綜合分析。為彌補(bǔ)不足，本文首先對(duì)參與該次調(diào)查各船的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了盡可能嚴(yán)格的校準(zhǔn)，然后以校準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)展開(kāi)分析，以保證研究的可靠性。

2 觀測(cè)與數(shù)據(jù)

本次調(diào)查在2000年7月29日至9月6日間展開(kāi)，“向陽(yáng)紅 14”號(hào)、“南測(cè) 12”號(hào)、“延平 2”號(hào)等多艘科考船參與了實(shí)施，主要項(xiàng)目包括溫鹽深儀（CTD）、沿程船載多普勒聲學(xué)海流剖面儀（ADCP）、測(cè)流潛標(biāo)等觀測(cè)。因關(guān)注重點(diǎn)在于海盆尺度的水文與環(huán)流，本文主要分析與討論“向陽(yáng)紅14”號(hào)和“南測(cè)12”號(hào)的觀測(cè)結(jié)果?！把悠?”號(hào)航次[10?11]及相關(guān)潛標(biāo)海流觀測(cè)[12]集中在南海北部陸架附近，與本文關(guān)注重點(diǎn)有別，不再重復(fù),有興趣的讀者請(qǐng)參見(jiàn)相應(yīng)文獻(xiàn)。

圖1給出本次調(diào)查期間“向陽(yáng)紅14”號(hào)和“南測(cè)12”號(hào)實(shí)施的CTD測(cè)站站位和“向陽(yáng)紅14”號(hào)船載ADCP測(cè)線分布。其中，“南測(cè)12”號(hào)負(fù)責(zé)18°N以北的58個(gè)CTD測(cè)站，實(shí)際完成100個(gè)剖面，目標(biāo)觀測(cè)深度約為1 000 m。該船裝備有3套CTD，本文采用其中海鳥(niǎo)SBE 19提供的57個(gè)站位以保證數(shù)據(jù)的一致性。“向陽(yáng)紅14”號(hào)負(fù)責(zé)18°N以南的89個(gè)測(cè)站，目標(biāo)觀測(cè)深度為1 500 m。該船實(shí)際完成92個(gè)CTD剖面，其中 80 個(gè)由 Neil Brown Mark III CTD完成，12 個(gè)由海鳥(niǎo)SBE 25 CTD 完成，內(nèi)含62 號(hào)、79號(hào)、131 號(hào)3 個(gè)比測(cè)站。沿程測(cè)流采用 RDI 150 kHz 窄帶船載 ADCP 執(zhí)行。

文中所給出的2000年8月的遙感海面動(dòng)力地形是由當(dāng)月的海平面高度異常（Sea Level Anomaly,SLA）與融合平均動(dòng)力地形（MDT_CNES-CLS-09）合成而得。衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)均系在法國(guó)國(guó)家太空研究中心支持下，由Ssalto/Duaces多任務(wù)衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)完成，AVISO（Archiving，Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic data,http://www.aviso.oceanobs.com）分發(fā)。

2.1 CTD 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

雖“南測(cè)12”號(hào)有3 臺(tái)CTD 裝備，但僅海鳥(niǎo)SBE 19 CTD全程使用，除卻第N49號(hào)測(cè)站完成了57站位的觀測(cè)，為此予以采用以保證觀測(cè)的一致性。不過(guò)航次所提交的數(shù)據(jù)噪音偏大（圖2a），因此首先按海鳥(niǎo)數(shù)據(jù)處理軟件的標(biāo)準(zhǔn)程序?yàn)V除噪音，而后就溫度?鹽度（T-S）特征曲線低于12℃部分，與同一海域業(yè)經(jīng)標(biāo)定與質(zhì)量檢驗(yàn)后的歷史CTD測(cè)站的比對(duì)結(jié)果表明，其鹽度值偏低0.03。據(jù)此，對(duì)全部57個(gè)測(cè)站的鹽度做了校正。

“向陽(yáng)紅14”號(hào)的情況比較復(fù)雜。其主力CTD MARK III在航次初期即發(fā)生故障，雖經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)維修后投入使用，但觀測(cè)結(jié)果需嚴(yán)格質(zhì)量控制后方可使用。另外，航次備用的SBE 25 CTD使用前經(jīng)過(guò)標(biāo)定，數(shù)據(jù)可靠，但因水文絞車故障僅完成了12個(gè)測(cè)站，其中包含3個(gè)與MAKRK III CTD的比測(cè)站，可供后者數(shù)據(jù)校正使用。其校正步驟如下：

(1)首先用131號(hào)比測(cè)站比測(cè)結(jié)果對(duì)MARK III數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)誤差訂正。分別對(duì)兩臺(tái)儀器獲取的溫度和電導(dǎo)率數(shù)據(jù)做線性回歸（在回歸之前分別用41點(diǎn)中位數(shù)濾波器和三角濾波器對(duì)MARK III CTD數(shù)據(jù)做了兩次平滑以除去毛刺），求得

式中，T、C 和T′、C′分別為SBE 25 CTD 和MARK III CTD獲取溫度和電導(dǎo)率。

(2)根據(jù)上兩式對(duì) MARK III CTD的所有測(cè)站的溫度、電導(dǎo)率數(shù)據(jù)進(jìn)行線性校正。

(3)此后，以131號(hào)比測(cè)站為基準(zhǔn)，對(duì)各站的T-S特征曲線逐一加以比較，發(fā)現(xiàn)校正后MARK III CTD給出的鹽度值不太穩(wěn)定，站與站之間存在系統(tǒng)偏差。鑒于CTD溫度探頭工作正常，根據(jù)各站T-S特征曲線14℃以下部分求得同一溫度下單站鹽度與131號(hào)比測(cè)站鹽度偏差的平均值，并據(jù)此對(duì)該站鹽度加以校正。此外對(duì)個(gè)別鹽度出現(xiàn)臺(tái)階式跳躍的測(cè)站，則先將跳躍段改正后再如上做單站校正。

圖2對(duì)比了校正前后所有測(cè)站的T-S特征。由圖2a可見(jiàn)，校正前“南測(cè)12”號(hào)和“向陽(yáng)紅14”號(hào)的觀測(cè)結(jié)果均存在明顯噪音與偏差。經(jīng)校正之后（圖2b）噪音明顯減小，而它們的T-S特征與經(jīng)標(biāo)定的SBE 25的一致性表明鹽度偏差已得到改正，數(shù)據(jù)質(zhì)量明顯提高，保證了以下分析的可信度。

圖2 校正前 (a)和校正后 (b)所有 CTD 測(cè)站的T-S點(diǎn)聚圖Fig.2 T-S diagrams for all CTD stations before (a) and after(b) correction

2.2 船載 ADCP 數(shù)據(jù)校正

對(duì)船載ADCP給出的原始海流數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，測(cè)得的海流流矢總是偏向航跡的一側(cè)（如文獻(xiàn)[6]，圖3），表明船載ADCP軸線與“向陽(yáng)紅14”號(hào)船軸線不一致。該偏差導(dǎo)致常規(guī)計(jì)算中船速不能準(zhǔn)確扣除，從而被投影到分析所得水體流速上造成嚴(yán)重系統(tǒng)誤差。此前本文作者已參照J(rèn)oyce[13]分析過(guò)誤差原因，根據(jù)GPS導(dǎo)航階段的航向、船速和原始海流數(shù)據(jù)求得兩軸線之間的偏角 α=2.17°，尺度校正參數(shù) β=1.003 6[8]。本文據(jù)此對(duì)船載ADCP原始數(shù)據(jù)加以訂正。

圖3 2000年8月南海的海面重力勢(shì)異常（DH,10 J/kg=1 dyn·m）分布 (a)，衛(wèi)星高度計(jì)遙感海面動(dòng)力地形（MDT）分布 (b)，1 000 kPa （深度：100 m）(c)和 2 000 kPa（深度：200 m）(d)層的重力勢(shì)異常分布Fig.3 Distributions of surface geopotential anomaly (DH,10 J/kg=1 dyn·m) (a),surface dynamic topography derived (MDT) from satellite altimetry (b),and geopotential anomaly at 1 000 kPa (depth:100 m) (c) and 2 000 kPa levels (depth:200 m) (d)in the South China Sea in August,2000

3 結(jié)果

3.1 水文要素的水平分布

圖4給出500 m以淺主要層次的溫度、鹽度和密度的水平分布。盛夏南海表層水溫大都高于28℃，受陸地影響大陸一側(cè)水溫較高，島鏈一側(cè)較低，自西北往東南呈下降趨勢(shì)。在臺(tái)灣海峽南口、中南半島南部近岸可見(jiàn)河口羽流影響，較弱低鹽區(qū)也出現(xiàn)在呂宋島西岸和民都洛海峽口上，這些影響也反映在密度場(chǎng)上。

圖4 表層、1 000 kPa、2 000 kPa、3 000 kPa、4 000 kPa 和 5 000 kPa 各層的溫度（℃，左列）、鹽度（中間列）和密度（kg/m3，右列）的水平分布Fig.4 Distributions of temperature (℃,left column),salinity (middle column),and density (kg/m3,right column) at surface,1 000 kPa,2000 kPa,3 000 kPa,4 000 kPa and 5 000 kPa levels

100 m（水深增大 1 m 相當(dāng)于壓力增大 10 kPa，后同）層海水性質(zhì)分布以海盆SW?NE軸線為界明顯分成兩部分。水文分布格局與表層完全不同，海區(qū)西北部相對(duì)低溫、高鹽、高密度，顯示大陸一側(cè)深層冷水抬升，反映了在夏季西南季風(fēng)作用下南海水文結(jié)構(gòu)海盆尺度的動(dòng)力調(diào)整。該調(diào)整雖未將冷水帶至海面，但為夏季沿岸上升流的發(fā)生提供了背景條件。在菲律賓群島西側(cè)和中南半島東南可見(jiàn)兩個(gè)高溫、低鹽、低密度海區(qū)。前者中心位于民都洛海峽口上，表現(xiàn)為以民都洛海峽為核心向西擴(kuò)展的高溫、低鹽、低密度水舌，提示蘇祿海水體的可能影響。后者應(yīng)為夏季該海域常見(jiàn)的南沙反氣旋環(huán)流（Nansha Anticyclonic Gyre,NSAG）[14]。此外，在較小尺度上，海區(qū)東北部有黑潮暖水侵入，在東沙島以西海域則有一中尺度冷渦發(fā)育。

與100 m層相比，200 m層同樣發(fā)生了顯著變化，其鹽度差異甚小，海水性質(zhì)的分布格局主要表現(xiàn)為沿海盆軸向呈SW?NE分布的暖水帶。暖水帶含南北兩個(gè)反氣旋核，分別位于 12.0°N，112.5°E 和 14.5°N，116.0°E，中心水溫高于19℃ 和17℃，密度小于25.1 kg/m3和25.3 kg/m3。沿岸（特別是大陸沿岸）則相對(duì)低溫、高密，表明海盆中部大尺度環(huán)流為反氣旋型，應(yīng)為季風(fēng)響應(yīng)所致。該層的另一值得注意顯著變化是，民都洛海峽口外的低鹽、低密度水舌消失，提示在200 m層蘇祿海水體的影響已不復(fù)存在。除此之外，東北部黑潮入侵仍十分明顯，其南側(cè)冷渦依然可見(jiàn)但卻表現(xiàn)為低鹽核，反映了氣旋型冷渦中心低鹽中層水上涌。

這一格局在300 m層得以維持，此時(shí)暖水帶的兩個(gè)核心表現(xiàn)出高鹽特征，表明在反氣旋中心次表層高鹽水下沉。有趣的是，在海南島東南方出現(xiàn)了一個(gè)淺層未見(jiàn)的中尺度暖中心，其原因待考。

400 m層和500 m層的分布格局較其上層有了明顯的變化，暖水帶東北部的暖核心已趨于消失，但南沙反氣旋仍是水溫和密度分布的主要特征，此外亦可見(jiàn)海南島東南方的中尺度暖中心。鹽度的分布則發(fā)生根本的變化，自北向南呈帶狀分布，其值逐步升高。鹽度的最低值出現(xiàn)在呂宋海峽，說(shuō)明帶狀結(jié)構(gòu)是侵入南海的北太平洋中層水向南運(yùn)移所致。上述水溫和密度的分布格局在600 m層僅依稀可見(jiàn)，鹽度分布與500 m層相似。在更深層次，各要素的水平較差變得很小，不再討論。

3.2 水文要素的垂直分布

圖5是15°N和12°N兩個(gè)橫跨海盆緯向斷面上水文性質(zhì)的垂直分布。15°N位于NSAG以北，較好地反映了觀測(cè)期間南海海盆的大尺度水文分布特征（圖5a至圖5c）。由圖可見(jiàn)，大致以116°E為中心，溫鹽密度的等值線都向兩側(cè)抬升，在400 m以淺尤為顯著，提示海盆尺度環(huán)流大抵呈反氣旋型。不過(guò)116°E以西等值線的抬升明顯高于海盆東側(cè)，表明這里的氣旋型環(huán)流是不對(duì)稱的，斷面西側(cè)的北向流會(huì)更強(qiáng)些。在近陸坡處分布變得復(fù)雜，可見(jiàn)等值線較小尺度的波狀起伏，在深處更加明顯。這提示在近陸坡處上下層的主要物理過(guò)程可能有所不同。

圖5 15°N（a?c）和 12°N（d?f）兩個(gè)緯向跨海盆斷面上水文性質(zhì)的垂直分布Fig.5 Vertical distributions of hydrographic properties on zonal,cross-basin sections in 15°N（a?c）and 12°N（d?f）

12°N斷面在NSAG核心略偏北處橫切過(guò)。在116°E以西，斷面圖的左側(cè)可見(jiàn)等值線明顯下沉，核心水體水溫（密度）明顯高（低）于周邊。NSAG的水平尺度大于3個(gè)緯距（約400 km），垂直尺度達(dá)近千米。其反氣旋特征在1 000 m深處依然得以維持，盡管因相差偏小在水平分布上難以分辨。值得注意的是，在NSAG的中心等溫線和等密線隆起，即便在深處亦是如此，表明NSAG內(nèi)部可能存在復(fù)雜的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。

3.3 環(huán)流特征

受海區(qū)北部測(cè)站觀測(cè)深度所限，我們根據(jù)CTD現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算了海面相對(duì)8 000 kPa表面的重力勢(shì)異常（亦即相對(duì)8000 kPa表面的動(dòng)力高度，圖3a）并與當(dāng)月衛(wèi)星高度計(jì)遙感海面動(dòng)力地形（圖3b）以及船載ADCP的實(shí)測(cè)流矢對(duì)比。其結(jié)果顯示，三者所揭示的主要環(huán)流特征相當(dāng)一致，表明經(jīng)校正后的CTD和船載ADCP數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地反映了觀測(cè)期間南海上層的環(huán)流特征，另一方面，也說(shuō)明南海上層環(huán)流主要受800 m以淺的斜壓地轉(zhuǎn)分量所支配。

表層重力勢(shì)異常和動(dòng)力地形分析都顯示，觀測(cè)期間，南海大抵以海盆SW?NE走向的軸線為界分野，東南部動(dòng)力地形高于西北部。軸線東南由兩個(gè)高值區(qū)組成：其一位于中南半島南部外海（中心位置11.5°N，112.0°E），其二位于呂宋島西側(cè)外海（15.0°N，118.0°E附近），說(shuō)明有反氣旋渦狀環(huán)流存在。整體而言，海盆東南受反氣旋型環(huán)流控制（雖然高值區(qū)的分布因?qū)崪y(cè)和遙感的時(shí)空采樣方式的差別而有所不同），其中最突出的特征是中南半島南部外NSAG及其北側(cè)密集的等值線所反映的強(qiáng)離岸流，二者的ADCP實(shí)測(cè)最大流速都達(dá)近 1 m/s。

在海盆軸線西北特別是大陸沿岸海面動(dòng)力地形處低位，顯示西南季風(fēng)驅(qū)動(dòng)下南海海盆尺度的動(dòng)力響應(yīng)，包括大尺度溫鹽結(jié)構(gòu)季節(jié)性調(diào)整和沿大陸近岸（從中南半島南端到臺(tái)灣海峽）分布的近岸上升流及其伴隨的東北向急流[14–15]。分析并揭示，觀測(cè)期間海盆軸線西北海域基本受中尺度現(xiàn)象支配，未見(jiàn)明確的大尺度環(huán)流結(jié)構(gòu)。自呂宋海峽往西依次可見(jiàn)黑潮入侵在南海東北部形成的高值帶（21°N）、東沙島西南方的氣旋渦（19.0°N，116.5°E）、海南島東南方的反氣旋渦（17.0°N，112.0°E）以及中南半島中部向東突出的氣旋型舌（14°N）。

根據(jù)開(kāi)闊海域的Sverdrup輸運(yùn)理論或風(fēng)應(yīng)力旋度分析，以往有研究認(rèn)為，夏季南海北部環(huán)流應(yīng)該是氣旋型的[16]。從觀測(cè)結(jié)果看，侵入南海東北部的黑潮流套的南段、呂宋島西側(cè)反氣旋環(huán)流的西北段以及東沙東南的冷渦雖構(gòu)成氣旋狀流態(tài)，然而其尺度不及海盆寬度的一半，代表不了海盆軸線西北海域的大尺度環(huán)流態(tài)勢(shì)。與此相反，衛(wèi)星高度計(jì)給出的動(dòng)力地形顯示，在沿岸低值區(qū)的外側(cè)等值線密集，地轉(zhuǎn)環(huán)流朝向東北。因此，夏季南海北部并沒(méi)有明顯的大尺度氣旋型環(huán)流態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)，地形邊界的作用應(yīng)該是導(dǎo)致該結(jié)果有別于Sverdrup輸運(yùn)的主要原因。而黑潮的外強(qiáng)迫及其誘發(fā)的渦旋則令該海域的環(huán)流主要受活躍的中尺度現(xiàn)象所支配。

100 m層和200 m層的重力勢(shì)異常分布與表層有所不同，其東南?西北分野弱化，主要表現(xiàn)為海盆中部由SW?NE走向的兩個(gè)相鄰的高值中心組成的反氣旋環(huán)流結(jié)構(gòu)（圖3c，圖3d）。二者之中NSAG尤顯突出，其水體呈高溫、低鹽、低密度，在海水特性分布上有著明顯的印記（圖4，圖5）。從圖3c和圖3d還可看到，在上述反氣旋環(huán)流結(jié)構(gòu)以南重力勢(shì)異常分布比較均勻，而在其北側(cè)分布則呈現(xiàn)較復(fù)雜的高低起伏。呂宋海峽黑潮的入侵及東沙島以西的氣旋渦特征依然明顯，海南島東南海域的反氣旋渦也依稀可見(jiàn)，在其西側(cè)未見(jiàn)西邊界流，次表層環(huán)流主要受中尺度變異主導(dǎo)。

4 討論

4.1 NSAG 的主要特征

位于中南半島東南外海的NSAG是南海夏季環(huán)流最顯著的特征。早在20世紀(jì)60年代，Wyrtki便已注意到夏季中南半島東南部外海表層西向強(qiáng)化的北向流及其外側(cè)的逆流[17]，并得到夏季平均動(dòng)力高度場(chǎng)分析的支持[18]。但直到20世紀(jì)90年代才有關(guān)于NSAG的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)見(jiàn)諸文獻(xiàn)。迄今為止，相關(guān)的觀測(cè)僅有4次，分別來(lái)自1994年9月和1999年7月南沙調(diào)查的夏季航次[19?20]、1998年6月的南海季風(fēng)實(shí)驗(yàn)夏季航次[1?2]以及本文討論的2000年8月航次。比較它們的觀測(cè)結(jié)果（圖 3，文獻(xiàn) [1–2,19–20]）可知，NSAG 在緯向跨4個(gè)經(jīng)距，水平尺度約400 km（在經(jīng)向向南延伸尺度要大些），垂向尺度至少有400 m，并有跡象表明，其影響可達(dá)近千米（圖5d至圖5f）。NSAG的核心大致穩(wěn)定于112°E附近，但所處的緯度不穩(wěn)定，南北波動(dòng)明顯。

從上述4個(gè)航次所在月份的衛(wèi)星高度計(jì)遙感海面動(dòng)力地形（圖6a至圖6d）可以看到，1998年6月、1999年7月和2000年8月NSAG核心區(qū)都在11.5°N附近，但1994年9月卻在9.5°N附近，南偏了兩個(gè)緯距。與此相應(yīng)，其北側(cè)的離岸流與岸線分離的緯度也明顯不同。對(duì)比多年月平均動(dòng)力地形（圖6e至圖6h）可見(jiàn)，就氣候態(tài)而言，NSAG的強(qiáng)度要比觀測(cè)期間弱得多（尤其是6月），而且氣候態(tài)核心所處緯度的季節(jié)波動(dòng)僅半個(gè)緯距（6?8月在 10.0°N，9月在 9.5°N）。這說(shuō)明，NSAG的強(qiáng)度和位置都存在明顯的年際差異，年際變化較季節(jié)變化更為顯著，其規(guī)律有待深入探索。

圖6 各次觀測(cè)期間（a?d）和相應(yīng)氣候態(tài)的月平均（e?h）衛(wèi)星高度計(jì)遙感海面動(dòng)力地形（單位：m）Fig.6 Monthly surface dynamic topography (unit:m) derived from satellite altimetry for each observational period (a?d) and the corresponding climatological month (e?h)

4.2 民都洛海峽

民都洛海峽是南海與蘇祿海水交換的主要通道，早在20世紀(jì)60年代，Wyrtki[17]便指出蘇祿海水來(lái)自南海，并根據(jù)船舶報(bào)資料認(rèn)為，在西南季風(fēng)期（6?9月）民都洛海峽表層流從南海流入蘇祿海，而在東北季風(fēng)強(qiáng)盛期（12月至翌年3月）則相反。近年來(lái)，南海在太平洋?印度洋盆間交換中所起作用被重視[21]，民都洛海峽交換也日受關(guān)注。Qu和Song[22]通過(guò)遙感海面高度和海底壓力的分析表明，存在1個(gè)持續(xù)的斜壓梯度驅(qū)動(dòng)南海到蘇祿海的溢流，其平均輸送約為2.4×106m3/s，大都經(jīng)民都洛海峽底層流入。2008年前后，PhilEX項(xiàng)目在民都洛海峽投放了長(zhǎng)達(dá)15個(gè)月的ADCP測(cè)流潛標(biāo)，證實(shí)不論冬夏，民都洛海峽的下層流均由南海流向蘇祿海，而上層流則呈明顯的季節(jié)循環(huán)：從4月起經(jīng)整個(gè)西南季風(fēng)期到11月向北流入南海，冬季則相反。夏季流速呈兩層結(jié)構(gòu)，上進(jìn)下出，切變大致位于200 m上下[23]。

本航次期間，“向陽(yáng)紅14”號(hào)在民都洛海峽北側(cè)口外有1個(gè)船載ADCP走航斷面，圖7截取了斷面1個(gè)日潮周期的測(cè)線上（圖7a）的海流觀測(cè)，估算了峽口的平均余流剖面（圖7b）。其結(jié)果表明，觀測(cè)期間確有海水自蘇祿海經(jīng)民都洛海峽口涌入南海，但沿海峽走向流速卻呈3層結(jié)構(gòu)。涌向南海的入流發(fā)生在上混合層底（約60 m）到210 m區(qū)間，流速最大值出現(xiàn)在大約100 m深處，上下層流向則都與中層相反。流向蘇祿海的上層出流出現(xiàn)在上混合層，近表層流速約為 10 cm/s；下層出流則發(fā)生在 200 m以深層次，并隨水深而增強(qiáng)，最大流速約5 cm/s。

水文觀測(cè)亦支持上述海流分析，分布顯示，在1 000 kPa（近 100 m）層，海區(qū)東側(cè)的水文特征表現(xiàn)為以民都洛海峽為核心的高溫、低鹽、低密度水舌（圖3a）。水舌沿呂宋島和巴拉望島西岸向兩翼擴(kuò)展，并西伸至115°E附近。在峽口入流的核心水溫超過(guò)25℃，鹽度低于 34.2，密度小于 22.5 kg/m3，呈高溫、低鹽、低密度特征，水體應(yīng)來(lái)自蘇祿海。通過(guò)與蘇祿海8月多年平均溫鹽剖面的對(duì)比（圖7c）可以看到，南海和蘇祿海的剖面曲線的交點(diǎn)大致出現(xiàn)在100 m附近，在交點(diǎn)以下，蘇祿海的鹽度低于南海水溫卻高于南海。因此，上述高溫、低鹽、低密度水舌確為來(lái)自蘇祿海的逆流，只是觀測(cè)期間蘇祿海的溫鹽剖面與多年平均結(jié)果略有不同。

圖7 民都洛海峽口外 100 m 層的密度分布（單位：kg/m3）、CTD 測(cè)站（灰點(diǎn)）、船載 ADCP 測(cè)線（紅線）(a)；船載 ADCP 測(cè)線平均流速剖面，粉色（藍(lán)色）為SE（NE）分量 (b)；a圖中CTD測(cè)站溫度（紅線）和鹽度（藍(lán)線）的深度剖面，粗線為WOA13 之 1°平均值（9.5°N，120.5°E）(c)Fig.7 Distribution of density on the 100 m level off the Mindoro Strait plotted with CTD stations (grey dots) and shipboard ADCP tracks used (red line) (a); vertical profiles of SW (pink) and NE (blue) current components averaged along the ADCP tracks (b); vertical profiles of temperature (red) and salinity (blue) of CTD stations in subfigure a,and for the one degree mean at (9.5°N，120.5°E) from WOA13(thick lines) (c)

上述蘇祿海入侵水體在表層不甚明顯，在2 000 kPa層則全然不可見(jiàn)，說(shuō)明在近表層和下層不存在蘇祿海入流水體的影響。這和峽口斷面余流的分析結(jié)果一致，表明經(jīng)民都洛海峽涌入南海的蘇祿海入流主要發(fā)生在溫躍層（50～200 m），在 100 m 附近最為顯著。流向蘇祿海的表層出流主要發(fā)生在50 m以淺之上混合層，而下層溢流則在200 m以下。因此，經(jīng)民都洛海峽的盆間交換的垂直結(jié)構(gòu)要比此前的理解復(fù)雜，在不同的條件下交換可出現(xiàn)不同模態(tài)。

5 結(jié)論

經(jīng)認(rèn)真校正，2000年8月南海多船準(zhǔn)同步調(diào)查的CTD和船載ADCP觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量得以提高，達(dá)到正常工作水平。分析表明，盛夏期間南海海面動(dòng)力地形東南部高于西北部，水文和環(huán)流性質(zhì)大抵以SW?NE走向的海盆軸線為界展現(xiàn)不同特征。

海盆軸線東南海域受季節(jié)性反氣旋環(huán)流控制，由直徑約為400 km的兩個(gè)相鄰的次海盆尺度反氣旋渦狀環(huán)流組成，其核心水體呈高溫、低密度特征。二者之中，位于中南半島南部外海的南沙反氣環(huán)流尤為強(qiáng)大，是盛夏南海海盆最顯著的特征。其實(shí)測(cè)最大流速近 1 m/s，垂直尺度不低于 400 m，并有跡象表明其影響可達(dá)近千米。遙感分析顯示，NSAG中心的平均位置在 10.0°N，111°E附近，但 4次已有的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)期間，NSAG的中心位置都有明顯偏移。其中心經(jīng)度相對(duì)穩(wěn)定在112°E附近，中心緯度卻存在明顯的差異，南北波動(dòng)達(dá)兩個(gè)緯距，說(shuō)明NSAG及其北側(cè)伴隨的離岸流存在顯著的年際變化。

海盆軸線西北海域展現(xiàn)諸多中尺度特征，入侵黑潮、中尺度冷/暖渦以及西南季風(fēng)驅(qū)動(dòng)的沿岸上升流均為重要特征，但未現(xiàn)明確的大尺度環(huán)流結(jié)構(gòu)。復(fù)雜的外強(qiáng)迫和地形的影響可能是導(dǎo)致軸線西北受中尺度現(xiàn)象控制的主要原因。

觀測(cè)證實(shí)，夏季有蘇祿海水經(jīng)民都洛海峽注入南海。但發(fā)現(xiàn)與以往的認(rèn)知不同，觀測(cè)期間民都洛海峽交換呈3層結(jié)構(gòu)，上混合層和下層均流向蘇祿海，進(jìn)入南海的入流則發(fā)生在60～200 m的中層，其流速最大值約為10 cm/s，出現(xiàn)在約100 m深處。侵入南海的水體呈高溫、低鹽、低密度性質(zhì)，沿呂宋島和巴拉望島海岸向兩側(cè)擴(kuò)展，并向西深入達(dá)115°E，不過(guò)影響僅限于躍層附近，在近表層和200 m層均難尋蹤跡。這一結(jié)果表明，在一定的條件下民都洛海峽的水交換可呈不同模態(tài)。

NSAG的年際變化和蘇祿海水交換的多模特征是值得進(jìn)一步探討的科學(xué)問(wèn)題。