中沙群島海域春夏交季溫鹽分布特征

王勇智，鞠霞,2,3,4*，杜軍，劉長(zhǎng)建，王德武，周潤(rùn)生，薛文靜

（1.自然資源部第一海洋研究所,山東 青島 266061；2.自然資源部 海洋環(huán)境科學(xué)與數(shù)值模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266061；3.山東省海洋環(huán)境科學(xué)與數(shù)值模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266061；4.青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 區(qū)域海洋動(dòng)力學(xué)與數(shù)值模擬功能實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266237；5.自然資源部南海調(diào)查技術(shù)中心,廣東 廣州 510500；6.中國(guó)海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院,山東 青島 266100）

中沙群島位于南海中央海盆西北邊緣，主要由中沙大環(huán)礁和黃巖島組成，北起神狐暗沙，南止波洑暗沙，東至黃巖島，中央為中沙大環(huán)礁，地理位置為（113°02′～118°45′E，13°57′～19°33′N(xiāo)），為南海諸島中的四大群島之一。中沙群島海域面積為60 多萬(wàn)km2，只有黃巖島環(huán)礁的礁緣部分露出海面。受季風(fēng)變化、冷空氣、南海高壓、副熱帶高壓、輻合帶及熱帶氣旋環(huán)流等多種環(huán)境因素的綜合影響，中沙群島海域成為揭示南海海洋水動(dòng)力及其對(duì)其他環(huán)境因素響應(yīng)變化的理想選區(qū)[1]。但相較于西沙群島和南沙群島，中沙群島水文要素基礎(chǔ)資料極其匱乏，不僅制約了對(duì)該海域的認(rèn)識(shí)和研究，而且不利于對(duì)我國(guó)海洋權(quán)益、油氣資源和國(guó)土安全維護(hù)。

南海的水體溫度和鹽度分布相較于大洋水團(tuán)具有顯著的邊緣海特征。南海中部表層水體溫度終年維持在26?29 ℃之間，與南海中部水團(tuán)混合后，鹽度一般低于34[2]。夏季，南海西北部溫度略高[3]，南部表層溫度基本在30 ℃以上，水體垂向?qū)咏Y(jié)穩(wěn)定[4]。南海上層水體溫鹽分布變化主要受太陽(yáng)輻射、潮汐內(nèi)波和季風(fēng)變化影響[5-8]，次表層以下水體則是受到周邊鄰近水團(tuán)混合的影響[5-6]，周邊鄰近水團(tuán)多來(lái)自于呂宋海峽以東的太平洋[2]，該區(qū)域水團(tuán)最明顯的特征為高鹽，最大值一般出現(xiàn)在150 m 層，溫度大約為17 ℃[2]。受季風(fēng)變化的影響，南海水團(tuán)的溫度和鹽度分布表現(xiàn)出明顯的季節(jié)差異[9]。冬、夏季季風(fēng)轉(zhuǎn)換期間，南海上層水團(tuán)的變化往往導(dǎo)致垂向鹽度層結(jié)異常，即在底層出現(xiàn)極低鹽度[10]，南海南部鹽度垂向?qū)咏Y(jié)也類(lèi)似[11]。南海中北部中尺度渦十分活躍[12-14]，且受地形約束的作用，易從呂宋冷渦邊緣脫落后發(fā)展成小氣旋[15]，對(duì)南海溫鹽垂向結(jié)構(gòu)具有較大的影響[13-14]。

盡管在以往的研究中，對(duì)南海的溫鹽分布有較好的研究成果，但在中沙大環(huán)礁海域，水溫、鹽度的現(xiàn)場(chǎng)直接觀測(cè)數(shù)據(jù)十分匱乏，已有的研究多借助間接的手段來(lái)推測(cè)該海域海洋溫鹽的時(shí)空分布，尤其是垂向分布特征數(shù)據(jù)少，少數(shù)的寶貴調(diào)查資料覆蓋面積小，針對(duì)春夏季之交季節(jié)轉(zhuǎn)換時(shí)期中沙大環(huán)礁海域溫鹽分布特征的研究更是缺乏?；诖?，本研究采用2019 年5 月（南海春夏季風(fēng)轉(zhuǎn)換期）在中沙大環(huán)礁、黃巖島和2020 年6 月（夏季風(fēng)爆發(fā)期）在中沙大環(huán)礁海域開(kāi)展的大面站溫鹽數(shù)據(jù)，擬闡明中沙群島海域上層海洋熱力學(xué)特征，為中沙群島物理海洋學(xué)研究提供基礎(chǔ)資料。

1 數(shù)據(jù)

在國(guó)家科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專(zhuān)項(xiàng)的支持下，自然資源部第一海洋研究所分別在2019 年5 月11 日至5 月29 日和2020 年6 月20 日至7 月6 日，利用“粵霞漁指1 020”船在中沙群島海域開(kāi)展了CTD（Conductivity Temperature Depth，溫鹽深探測(cè)儀）大面站觀測(cè)。其中，2019 年5 月航次布設(shè)了47 個(gè)站位（含中沙大環(huán)礁鄰近海域41 個(gè)測(cè)站和黃巖島鄰近海域6 個(gè)測(cè)站），2020 年6 月航次布設(shè)了34 個(gè)站位（均位于中沙大環(huán)礁鄰近海域），觀測(cè)站位見(jiàn)圖1。

圖1 2019 年5 月和2020 年6 月中沙大環(huán)礁和黃巖島海域附近地形和大面站觀測(cè)站位分布Fig.1 Topography and survey stations near the Zhongsha Atoll and Huangyan Island

大面站觀測(cè)獲取的海水溫度和鹽度數(shù)據(jù)用于2 個(gè)航次的溫度和鹽度分布特征分析及相關(guān)對(duì)比分析。海水溫度和鹽度觀測(cè)設(shè)備為美國(guó)海鳥(niǎo)公司生產(chǎn)的SBE 17Plus V2 型CTD。各層的溫度和鹽度采用CTD 下降時(shí)的數(shù)據(jù)，選取了2 m 層（表層）、10 m 層、30 m 層、50 m 層、75 m 層和底層的數(shù)據(jù)，經(jīng)壓力漂移訂正、電導(dǎo)率訂正和數(shù)據(jù)處理等質(zhì)量控制，獲得各站溫度和鹽度。

2 個(gè)航次期間隨船觀測(cè)的海面風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)用于判斷調(diào)查期中沙群島海域季風(fēng)變化。觀測(cè)全程采用船舶氣象儀進(jìn)行氣象觀測(cè)，獲取了調(diào)查期間風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)。風(fēng)速和風(fēng)向每3 s 觀測(cè)一次，將整點(diǎn)時(shí)刻前10 min 的平均風(fēng)速和風(fēng)向作為該時(shí)刻的風(fēng)速和風(fēng)向值。本文還收集了觀測(cè)期間美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心的氣候預(yù)報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)品National Center for Environmental Prediction Climate Forecast System Version 2（NCEP-CFSv2）的風(fēng)場(chǎng)空間分布數(shù)據(jù)，時(shí)間分辨率為1 h，本文處理成1 d 平均數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖。數(shù)據(jù)的下載網(wǎng)址https://rda.ucar.edu/datasets/ds094.1/index.html#!access。

渦旋數(shù)據(jù)來(lái)源于法國(guó)國(guó)家空間研究中心（Centre National D’Etudes Spatiale，CNES）提供的AVISO（Archiving Validation and Interpolation of Satellite Oceanographic data）渦旋追蹤產(chǎn)品Mesoscale Eddy Trajectories Atlas Product META3.0EXP NRT（https://www.aviso.altimetry.fr/en/data/products/value-added-products/global-mesoscaleeddy-trajectory-product.html），該產(chǎn)品從多任務(wù)高度計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)集提取渦旋信息，提供逐日的全球渦旋位置、類(lèi)型、速度、半徑和相關(guān)元數(shù)據(jù)。本文收集了觀測(cè)期間的渦旋數(shù)據(jù)用以分析溫躍層變化的原因。

海表熱通量數(shù)據(jù)來(lái)源于歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）最新發(fā)布的ERA5 第五代全球氣候再分析數(shù)據(jù)集（https://cds.climate.copernicus.eu/cdsapp#!/dataset/reanalysis-era5-single-levels）。該數(shù)據(jù)集可提供高時(shí)空分辨率的溫度和輻射等海洋氣象數(shù)據(jù)，本文使用的數(shù)據(jù)時(shí)間分辨率為1 h，水平分辨率為0.25°×0.25°，對(duì)2019 年5 月和2020 年6 月觀測(cè)期間的海表熱通量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，用于分析2 個(gè)航次海表溫度分布存在差異的原因。

2 季風(fēng)和中沙大環(huán)礁溫鹽特征

2.1 季風(fēng)特征

南海海域?yàn)榧撅L(fēng)控制影響海域，一般5 月是春季和夏季季風(fēng)轉(zhuǎn)換期，6 月為夏季風(fēng)爆發(fā)期。春季和夏季季風(fēng)轉(zhuǎn)換期間的特征為南海區(qū)風(fēng)速波動(dòng)小，風(fēng)速高值區(qū)位于南海北部，約為3.5～5.0 m/s，除北部灣以東風(fēng)為主外，南海大部分海域?yàn)闁|北風(fēng)。南海夏季風(fēng)爆發(fā)后，南海低層風(fēng)場(chǎng)從東北風(fēng)轉(zhuǎn)向?yàn)榉€(wěn)定的來(lái)自熱帶的西南風(fēng)，南海大部分海域以西南風(fēng)為主，風(fēng)速高值區(qū)位于中南半島附近海域[4,9]。由2 次觀測(cè)期間海表風(fēng)場(chǎng)時(shí)間序列圖（圖2 和圖3）可見(jiàn)，中沙大環(huán)礁在2019 年5 月11 日南海北部海域風(fēng)場(chǎng)多為北風(fēng)，而在2020年6 月21 日南海北部海域已基本為南風(fēng)覆蓋，且在2019 年5 月的平均風(fēng)速小于2020 年6 月。因此，2019年5 月調(diào)查時(shí)段基本屬于南海區(qū)春季風(fēng)和夏季風(fēng)轉(zhuǎn)換期，2020 年6 月調(diào)查時(shí)期則為夏季風(fēng)爆發(fā)期。

圖2 基于CSFv2 數(shù)據(jù)的2019 年5 月11 日南海北部海域日均風(fēng)場(chǎng)分布Fig.2 Daily averaged wind fields in northern South China Sea on May 11,2019 from CSFv2 data

圖3 基于CSFv2 數(shù)據(jù)的2020 年6 月21 日南海北部海域日均風(fēng)場(chǎng)分布Fig.3 Daily averaged wind fields in northern South China Sea on June 21,2020 from CSFv2 data

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)風(fēng)場(chǎng)也可看出，2019 年5 月觀測(cè)期間大環(huán)礁海域風(fēng)向由東北風(fēng)和偏東風(fēng)（春季風(fēng)）轉(zhuǎn)為西南或南風(fēng)（夏季風(fēng)），風(fēng)力基本在4 級(jí)風(fēng)以下（圖4），具有春、夏季季風(fēng)轉(zhuǎn)換期間的特征。2020 年6 月觀測(cè)期間，中沙群島海域主要受西南風(fēng)影響，風(fēng)力較2019 年5 月航次有所增強(qiáng)，達(dá)到4 級(jí)及以上，6 月23 日和30 日風(fēng)力達(dá)到6～7 級(jí)（圖5），具有夏季風(fēng)爆發(fā)期的特征。因此，2 個(gè)航次獲取的溫度和鹽度數(shù)據(jù)可分別代表中沙群島海域春、夏季風(fēng)轉(zhuǎn)換期間和夏季風(fēng)剛爆發(fā)后的溫鹽特征。

圖4 2019 年5 月航次調(diào)查期間現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)風(fēng)速和風(fēng)向時(shí)間序列分布Fig.4 Time series of observed wind speed and direction during the survey in May,2019

圖5 2020 年6 月航次調(diào)查期間現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)風(fēng)速和風(fēng)向時(shí)間序列分布Fig.5 Time series of observed wind speed and direction during the survey in June,2020

2.2 2019 年春季和夏季季風(fēng)轉(zhuǎn)換期中沙大環(huán)礁和黃巖島海域溫、鹽分布特征

由2019 年5 月和2020 年6 月航次的溫鹽點(diǎn)聚圖（圖6）可見(jiàn)，2019 年航次各站位間溫鹽性質(zhì)變化較大，2020 年6 月航次的溫鹽分布則相對(duì)均一。因此，2019 年5 月中沙大環(huán)礁和黃巖島海域春、夏季風(fēng)轉(zhuǎn)化期間的溫鹽分布與2020 年6 月夏季風(fēng)爆發(fā)后中沙大環(huán)礁海域的溫鹽分布存在一定的差異。

圖6 2019 年5 月中沙大環(huán)礁和黃巖島海域以及2020 年6 月中沙大環(huán)礁海域水溫和鹽度大面站數(shù)據(jù)溫鹽點(diǎn)聚圖Fig.6 The T-S diagrams in the Zhongsha Atoll and Huangyan Island in May,2019 and in the Zhongsha Atoll in June,2020

中沙大環(huán)礁海域表層和10 m 層海水溫度場(chǎng)呈西南高、東北低的分布特征，由中沙大環(huán)礁向東南至黃巖島海域水溫遞增，黃巖島鄰近海域和中沙大環(huán)礁西部水溫均略高于其他海域。中沙大環(huán)礁和黃巖島鄰近海域表層水溫超過(guò)或等于30 ℃；10 m 層中沙大環(huán)礁大部海域水體溫度低于30 ℃（約29 ℃），而黃巖島海域仍高于30 ℃?？傮w來(lái)看，中沙大環(huán)礁和黃巖島鄰近海域表層和10 m 層溫度水平分布差異較小，溫度最高值和最低值相差未超過(guò)1.5 ℃。然而，中沙大環(huán)礁海域30 m 層溫度分布與表層相反，表層水溫高、低值區(qū)位置發(fā)生變化，呈西南溫度低、東南和東北溫度高的特征。30 m 層中沙大環(huán)礁西南海域不僅溫度低值區(qū)等溫線分布相對(duì)密集，而且高、低值差異較大，可達(dá)到4.5 ℃。黃巖島鄰近海域30 m 層溫度較10 m 層有所下降，但大部分海域仍高于30 ℃。中沙大環(huán)礁50 m 層溫度分布與30 m 層較為相似，但低值區(qū)面積較30 m 層有所增大，等溫線分布較為均勻，水平溫度差異可達(dá)6 ℃。黃巖島鄰近海域50 m 層的溫度也略有下降，分布特征與30 m 層類(lèi)似。中沙大環(huán)礁海域75 m 層溫度場(chǎng)分布也與表層相反，呈現(xiàn)西南部低、其他區(qū)域高的特征，且低值區(qū)隨深度增加范圍顯著增大。中沙大環(huán)礁海域底層溫度中心高，環(huán)礁邊緣深水區(qū)溫度低，高、低值最大差異可達(dá)近20 ℃，但黃巖島鄰近海域底層溫度明顯高于中沙大環(huán)礁海域，其最高溫度也不超過(guò)19 ℃，東西兩側(cè)溫度相對(duì)低。根據(jù)調(diào)查船的同步氣象觀測(cè)結(jié)果可知，調(diào)查期間南海正處于春、夏季過(guò)渡時(shí)期，中沙大環(huán)礁溫度分布主要受表層海水季風(fēng)、太陽(yáng)輻射等因素影響[1]，環(huán)礁表層與底層溫度水平分布差異較大，底層水溫的變化明顯受海水深淺的影響，環(huán)礁邊緣水深大的區(qū)域溫度低，環(huán)礁內(nèi)淺水區(qū)則溫度較高，導(dǎo)致環(huán)礁中心區(qū)域垂向溫度差異小，環(huán)礁邊緣垂向溫度差異較大（圖7 和圖8）。

圖7 2019 年5 月中沙大環(huán)礁海域水溫水平分布Fig.7 Horizontal temperature distribution around the Zhongsha Atoll in May,2019

圖8 2019 年5 月黃巖島海域水溫水平分布Fig.8 Horizontal temperature distribution around the Huangyan Island in May,2019

鹽度各層分布情況與表層溫度場(chǎng)類(lèi)似，呈現(xiàn)自西南向東北遞減的總體趨勢(shì)；但與溫度分布不同的是，在黃巖島鄰近海域附近并未出現(xiàn)高鹽中心，反而表現(xiàn)為低鹽區(qū)，且隨深度增加鹽度水平結(jié)構(gòu)變化不大。底層鹽度同樣受地形影響，由中沙大環(huán)礁中心和黃巖島向周?chē)Ｓ蚍较蛑饾u增大（圖9 和圖10）。

圖9 2019 年5 月中沙大環(huán)礁海域鹽度水平分布Fig.9 Horizontal salinity distribution around the Zhongsha Atoll in May,2019

為進(jìn)一步分析中沙大環(huán)礁海域溫、鹽的垂向分布特征，在中沙大環(huán)礁海域觀測(cè)區(qū)中部選取了一條SW—NE 走向的中部斷面（圖1b 中的中部斷面），斷面的溫度分布顯示在中沙大環(huán)礁西南部海域存在低溫水體上涌現(xiàn)象，而在環(huán)礁東北部則存在下沉現(xiàn)象。經(jīng)與2019 年5 月觀測(cè)期間的渦旋分布對(duì)比（圖11），發(fā)現(xiàn)中沙大環(huán)礁西南側(cè)海域出現(xiàn)氣旋渦，北側(cè)偏西出現(xiàn)反氣旋渦（觀測(cè)期間一直存在），與溫、鹽剖面一致。因此，中尺度渦可能是導(dǎo)致該區(qū)域出現(xiàn)中層溫度西南低、東北高，鹽度西南高、東北低的主要原因，中尺度渦誘發(fā)了在中沙大環(huán)礁西南部海域形成低溫高鹽水（圖12）。

圖11 2019 年5 月中沙大環(huán)礁鄰近海域海面高度異常（m）Fig.11 Distribution of sea level anomaly (m) in May,2019 (The black rectangle is the Zhongsha Atoll sea area

圖12 2019 年5 月跨中沙大環(huán)礁海域中部斷面溫、鹽剖面分布Fig.12 Vertical distribution of temperature and salinity across the sections at the Zhongsha Atoll in May,2019

在中部斷面上選取3 個(gè)代表性站位（ZS15、ZS43 和ZS25 站），在黃巖島附近海域選取1 個(gè)代表性站位（ZS60 站）（圖1），分析觀測(cè)期間上述站位的溫躍層分布特征。由于2019 年5 月調(diào)查期間正值春夏交替，海面風(fēng)場(chǎng)逐漸轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，太陽(yáng)輻射逐漸增強(qiáng)，表層海水逐漸增溫，但由于該時(shí)期西南風(fēng)較弱，攪拌作用不強(qiáng)，環(huán)礁中央水深淺的海域，溫鹽垂直梯度較小，躍層深度一般為30～70 m（溫、鹽躍層深度基本一致，本文以水溫梯度≥0.1 ℃/m 為標(biāo)準(zhǔn)判斷溫躍層的特征值）；水深相對(duì)深的環(huán)礁邊緣海域，受風(fēng)力攪拌影響小，但西南部ZS15 站附近海域受氣旋渦影響較明顯，躍層深度較淺，約為50 m，東北部ZS25 站附近受反氣旋渦影響，躍層深度較深，約為60～80 m（圖13）。黃巖島附近海域躍層深度差異較大，深度一般為45～120 m，其中ZS60 站位躍層深度約為120 m（圖14）。

圖13 2019 年5 月中沙大環(huán)礁海域典型站位溫鹽垂直剖面分布Fig.13 Vertical profiles of temperature and salinity at stations near the Zhongsha Atoll in May

圖14 2019 年5 月黃巖島海域典型站位（ZS60 站）溫鹽垂直剖面分布Fig.14 Vertical profiles of temperature and salinity at station ZS60 near the Huangyan Island in May,2019

2.3 2020 年夏季風(fēng)爆發(fā)期中沙大環(huán)礁海域溫鹽分布特征

中沙大環(huán)礁海域表層和10 m 層溫度場(chǎng)分布呈現(xiàn)西南低、東北高的趨勢(shì)，表層和10 m 層溫度均超過(guò)30 ℃，表層溫度存在2 個(gè)高值區(qū)，分別位于大環(huán)礁東北和北偏西海域，溫度均超過(guò)31 ℃，溫度低值區(qū)基本位于大環(huán)礁西南海域，約為30.2 ℃，在環(huán)礁北部也存在1 個(gè)較小的溫度低值區(qū)（圖15）。中沙大環(huán)礁海域表層等溫線分布不均勻，越靠近溫度極值處等值線的分布越密集。30 m 層溫度分布呈現(xiàn)出中部和北部高（均大于30 ℃）、西南部低的特征，與10 m 層相比溫度高值區(qū)逐漸向中部擴(kuò)大，等溫線呈環(huán)狀分布的特征開(kāi)始逐漸顯現(xiàn)。50 m 層溫度分布與30 m 層差異較大，2 個(gè)溫度低值區(qū)分別位于大環(huán)礁西部和南部海域，2 個(gè)溫度高值區(qū)位于西北和東北海域，最高溫和最低溫的差異較30 m 層明顯增大，達(dá)到3.5 ℃。至75 m 層溫度場(chǎng)變化較大，低值區(qū)隨深度增加逐漸從西南到東北擴(kuò)大，高值區(qū)位于大環(huán)礁東北海域，影響面積大幅縮小。底層溫度分布受地形因素影響較明顯，水深大的環(huán)礁邊緣區(qū)域溫度低，環(huán)礁內(nèi)溫度相對(duì)高。

圖15 2020 年6 月中沙大環(huán)礁海域溫度水平分布Fig.15 Horizontal temperature distribution in June,2020

中沙大環(huán)礁海域表層和10 m 層鹽度分布相似（圖16），均在（114°36′E，15°54′N(xiāo)）處存在一個(gè)低值中心。30 m 和50 m 層鹽度場(chǎng)與溫度場(chǎng)變化相反，低值區(qū)隨深度增加逐漸從東北至西南擴(kuò)大，鹽度等值線多呈環(huán)狀分布。75 m 層鹽度高值區(qū)隨深度增加逐漸從西南至東北擴(kuò)大，鹽度等值線分布較為均勻。底層鹽度分布與溫度分布同樣受地形因素影響，水深較淺處鹽度低，較深處鹽度相對(duì)高。

圖16 2020 年6 月中沙大環(huán)礁海域鹽度水平分布Fig.16 Horizontal salinity distribution in June,2020

2020 年6 月航次中沙大環(huán)礁海域北部溫度明顯高于南部，分別在（114°00′E，15°54′N(xiāo)）處和（114°30′E，16°06′N(xiāo)）處附近存在2 個(gè)高值中心。底層海水溫度主要受地形因素影響，環(huán)礁中部淺水區(qū)溫度相對(duì)高，環(huán)礁邊緣深水區(qū)溫度低。由跨中沙大環(huán)礁的SW—NE 向中部斷面溫、鹽剖面分布可見(jiàn)（圖17），在環(huán)礁西南和東北部海域，30 m 層等溫線均有小幅度的下沉現(xiàn)象，30 m 以深除東北部環(huán)礁邊緣外，等溫線和等鹽線均較為平直，故溫度與鹽度躍層并無(wú)明顯的異?，F(xiàn)象，但在（114°30′E，15°45′N(xiāo)），20 m 以淺處附近存在一個(gè)高溫低鹽中心。經(jīng)與觀測(cè)同期的渦旋分布（圖18）對(duì)比發(fā)現(xiàn)，中沙大環(huán)礁海域中北部偏東出現(xiàn)反氣旋渦（除6 月30 日外），南部偏東出現(xiàn)氣旋渦（觀測(cè)期間一直存在），與上層溫、鹽平面分布一致。因此，中尺度渦可能是導(dǎo)致該區(qū)域出現(xiàn)上層溫度西南低、東北高，鹽度西南高、東北低特征的主要原因，即在中沙大環(huán)礁東北部海域形成高溫低鹽水。調(diào)查時(shí)段為南海夏季，太陽(yáng)輻射逐漸增強(qiáng)，表層海水溫度較高，中沙大環(huán)礁內(nèi)由于水深較淺，溫度垂直梯度較小。相比于2019 年5 月航次，環(huán)礁西南部ZS15 站附近由于氣旋渦消失，環(huán)礁西南部海域躍層深度增加至50 m 左右；中部ZS43 站附近海域由于反氣旋渦出現(xiàn)，該海域躍層深度增加至60 m；東北部ZS25 站附近海域躍層深度基本不變，約55 m（圖19）。

圖17 2020 年6 月跨中沙大環(huán)礁的中部斷面溫鹽分布Fig.17 Vertical distribution of temperature and salinity across the sections at the Zhongsha Atoll in June,2020

圖18 2020 年6 月中沙大環(huán)礁鄰近海域海面高度異常（m）分布Fig.18 Distribution of sea level anomaly (m) near the Zhongsha Atoll in June,2020

圖19 2020 年6 月中沙大環(huán)礁海域典型站位溫鹽垂直剖面分布Fig.19 Typical vertical profiles of temperatute and salinity at the stations near the Zhongsha Atoll in June,2020

3 季風(fēng)爆發(fā)前后中沙大環(huán)礁海域溫鹽分布差異

在國(guó)家科中沙群島海域2 個(gè)航次水溫水平和垂向分布均存在較大差異，但由于2020 年6 月航次沒(méi)有在黃巖島附近設(shè)置調(diào)查站位，故僅對(duì)中沙大環(huán)礁海域2019 年5 月和2020 年6 月航次調(diào)查數(shù)據(jù)開(kāi)展對(duì)比分析。2019 年5 月中沙大環(huán)礁溫度從表層至底層各層溫度水平分布特征差異較大，但2020 年6 月大環(huán)礁從表層至底層各層溫度水平分布較為相似，說(shuō)明太陽(yáng)輻射和風(fēng)應(yīng)力對(duì)大環(huán)礁海域溫度變化具有較大的控制作用，同時(shí)大環(huán)礁各層溫度對(duì)太陽(yáng)輻射和風(fēng)應(yīng)力作用的響應(yīng)也存在差異。2019 年5 月中沙大環(huán)礁海域表層和10 m 層溫度分布特征為西南高、東北低，而2020 年6 月則相反，呈現(xiàn)出西南低、東北高的分布特征，表明夏季風(fēng)爆發(fā)后中沙大環(huán)礁東北部海域升溫較快，其表層溫度最高值也較2019 年5 月高出0.2 ℃。2019 年5 月中沙大環(huán)礁海域10 m 層溫度大部分低于30 ℃，而2020 年6 月則都超過(guò)30 ℃，表明夏季風(fēng)爆發(fā)后，環(huán)礁內(nèi)淺水區(qū)升溫較快。2019 年5 月中沙大環(huán)礁海域30 m 層溫度分布與表層相反，溫度高、低值差異大，差值達(dá)到4.5 ℃。但2020 年6 月30 m 層溫度分布與表層相似，高、低值的差異很小，小于1.5 ℃，只是在環(huán)礁西南部溫度略低，其他區(qū)域溫度基本高于30 ℃，淺水區(qū)垂向混合較好。而2019 年5 月環(huán)礁內(nèi)30 m 層溫度基本低于30℃。2019 年5 月和2020 年6 月中沙大環(huán)礁海域50 m 層溫度分布趨勢(shì)較為一致，但2019 年溫度差異要明顯大于2020 年，且溫度最低值可達(dá)22.5 ℃，大部分環(huán)礁海域溫度均小于30℃，2019 年5 月50 m 層溫度最高值達(dá)到30.2 ℃，高于2020 年6 月大環(huán)礁海域50 m 層最高溫度（30 ℃）。2019 年5 月和2020 年6 月75 m層溫度均低于30 ℃，溫度較低區(qū)域占據(jù)了環(huán)礁大部分海域，但2020 年6 月溫度最高值要低于2019 年5 月，溫度高值區(qū)的位置也不同，2019 年5 月溫度高值區(qū)位于環(huán)礁東南，而2020 年6 月溫度高值區(qū)位于環(huán)礁東北邊緣。2019 年5 月75 m 層溫度高、低值差異進(jìn)一步加大，達(dá)到9 ℃，而2020 年6 月75 m 層溫度高、低值差異與50 m 層基本相同，約為3 ℃。2019 年5 月和2020 年6 月大環(huán)礁底層溫度分布趨勢(shì)基本相同，但2019年5 月大環(huán)礁邊緣低溫區(qū)溫度更低，可達(dá)到10 ℃（位于環(huán)礁南部），而2020 年6 月則超過(guò)18 ℃。因此，2019 年5 月底層溫度水平梯度（約21 ℃）遠(yuǎn)高于2020 年6 月底層溫度梯度（約12 ℃）。

通過(guò)觀測(cè)期間平均海表凈熱通量平面分布（圖20）可發(fā)現(xiàn)：2019 年5 月環(huán)礁西南部海洋吸熱高于東北部，故導(dǎo)致表層溫度西南高、東北低；2020 年6 至7 月正好相反，環(huán)礁西南部海洋吸熱低于東北部，故導(dǎo)致表層溫度西南低、東北高，與溫度平面分布一致。2019 年5 月和2020 年6 月航次觀測(cè)結(jié)果均表明中沙大環(huán)礁海域局部產(chǎn)生了低溫高鹽或高溫低鹽水，而中尺度渦是導(dǎo)致其形成的主要原因：2020 年6 月，由于西南部氣旋渦的消失和中部反氣旋渦的出現(xiàn)，導(dǎo)致西南部和中部溫躍層深度增加。

圖20 2019 年5 月和2020 年6 月觀測(cè)期間平均海表凈熱通量分布Fig.20 Distribution of monthly mean sea surface net heat flux in May,2019 and June,2020

由于以往對(duì)中沙群島及鄰近海域小尺度的溫鹽調(diào)查很少，多是從南海春夏季風(fēng)轉(zhuǎn)換期間大尺度范圍的溫鹽變化角度開(kāi)展調(diào)查或者研究[2,5-8,14-15]。從南海大尺度范圍的歷史研究成果來(lái)看，中沙大環(huán)礁海域基本被南海局地水團(tuán)控制，受黑潮水和其他流系的影響較小。夏季風(fēng)爆發(fā)前后，中沙大環(huán)礁海域的表層和次表層水溫鹽結(jié)構(gòu)響應(yīng)較快，均發(fā)生了明顯變化，與南海上層水在夏季風(fēng)爆發(fā)后的整體變化特征趨向一致，然而由于中沙大環(huán)礁內(nèi)水深差異大，其響應(yīng)方式和強(qiáng)弱存在較明顯的差異，環(huán)礁內(nèi)淺水區(qū)響應(yīng)速度快，50 m 以深水域的響應(yīng)顯著滯后，表明南海夏季風(fēng)對(duì)中沙大環(huán)礁海域的上層溫鹽結(jié)構(gòu)具有重要的影響。此外，受中尺度渦旋影響的中沙大環(huán)礁局部海域存在低溫高鹽或高溫低鹽水體，并在大環(huán)礁區(qū)產(chǎn)生垂向上流速切變，進(jìn)一步加劇了溫躍層深度增加，與夏季南海季風(fēng)爆發(fā)后的溫鹽場(chǎng)調(diào)整趨勢(shì)基本一致。

4 結(jié)論

本文選取了2019 年5 月（春、夏季風(fēng)轉(zhuǎn)換期）中沙大環(huán)礁、黃巖島海域和2020 年6 月（夏季風(fēng)爆發(fā)期）中沙大環(huán)礁附近海域2 個(gè)航次的CTD 調(diào)查數(shù)據(jù)及同步的風(fēng)速風(fēng)向調(diào)查數(shù)據(jù)等，分析了中沙大環(huán)礁和黃巖島鄰近海域的季風(fēng)特征以及水體溫度、鹽度水平和垂向分布特征，對(duì)比了夏季風(fēng)爆發(fā)前后中沙大環(huán)礁海域溫、鹽分布和溫躍層深度的差異性，探究了中沙大環(huán)礁局部海域溫、鹽分布對(duì)中尺度渦旋的響應(yīng)，得出以下主要結(jié)論。

1）春、夏季風(fēng)轉(zhuǎn)換期間和夏季風(fēng)爆發(fā)后，中沙大環(huán)礁海域的溫度分布呈現(xiàn)出了較大的差異性。由于海表熱通量分布的改變，表層溫度由2019 年5 月的西南高東北低，變化為2020 年6 月的西南低東北高。2019年5 月中沙大環(huán)礁各層溫度整體略低于2020 年6 月，隨著水深的增加其差距越大，其各層的水平溫度梯度均要大于2020 年6 月，表明春夏季風(fēng)轉(zhuǎn)換期間環(huán)礁內(nèi)海域升溫并不均勻。黃巖島附近海域表層溫度與中沙大環(huán)礁海域差異較小，但底層溫度明顯高于中沙大環(huán)礁海域。

2）夏季風(fēng)爆發(fā)后，中沙大環(huán)礁海域的表層和次表層水溫鹽響應(yīng)較快，與南海上層水在夏季風(fēng)爆發(fā)后的整體變化特征趨向一致，但由于環(huán)礁內(nèi)水深分布差異大，其響應(yīng)方式和強(qiáng)弱存在明顯差異，環(huán)礁內(nèi)淺水區(qū)響應(yīng)速度快，50 m 以深水域的響應(yīng)顯著滯后，表明南海夏季風(fēng)對(duì)中沙大環(huán)礁海域的上層溫鹽結(jié)構(gòu)具有重要的影響。

3）太陽(yáng)輻射和中尺度渦對(duì)中沙大環(huán)礁溫鹽水平和垂向分布具有較大影響作用。在中尺度渦的作用下，中沙大環(huán)礁溫度垂向分布出現(xiàn)等溫線上涌或下沉，導(dǎo)致中沙大環(huán)礁區(qū)域局部產(chǎn)生低溫高鹽水或高溫低鹽水，其生消變化亦使得2020 年6 月大部分區(qū)域溫躍層深度相比于2019 年5 月有所增加。