水团分析
07----南海北部及巴士海峡附近的水团分析

南海北部及巴士海峡附近的水团分析田 天1,魏 皓2,3(中国海洋大学1.环境科学与工程学院;2.教育部物理海洋重点实验室;3.物理海洋研究所,山东青岛266003)摘 要: 为解释黑潮水进入南海的方式,通过对2002年5月29日~6月6日在南海及巴士海峡附近太平洋海域观测所得的资料进行水团分析,以四边形水团定量分析方法得到各水团在海区内的分布状况,同时分析了温度、盐度、密度和溶解氧的分布,并对在相同深度层次上的南海水和黑潮水性质进行了比较。
观测海域的水团分为表层水团(SW),次表层水团(SSW),中层水团(IW)和深层水团(DW),分别处于0~50m,50~300m,400~1000m,1000m 以深。
黑潮水进入南海,但是势力较弱,未能越过119.5 E 深入南海。
关键词: 水团;黑潮;四边形法;巴士海峡;南海中图法分类号: P731.16 文献标识码: A 文章编号: 1672-5174(2005)01-009-04位于太平洋西部的南海是1个面积广阔的深水海盆,通过吕宋海峡(包括巴士海峡、巴林塘海峡、巴布延海峡)、民都洛海峡、马六甲海峡、台湾海峡等与临近的海洋进行频繁的水交换。
其中巴士海峡是太平洋水进南海的重要通道。
许多海洋学家对于南海水团及巴士海峡附近的水团进行过分析,并试图通过分析来证明黑潮水是否进入南海以及解释黑潮水进入南海的方式。
李薇等[1]根据1992年和1994年在南海北部进行的2次大规模的海洋调查资料进行水团分析,得出在春初和夏末黑潮水均通过巴士海峡的中部和北部进入南海,主体侵入南海的范围基本不超过119 E 的西界,黑潮水在150m 附近向西扩展的范围最大。
王凡等[2]根据1998年5~8月 南海季风实验 期间的2个航次的C TD 资料进行分析,发现南海腹地基本上被典型的南海水团所控制,但在南海东北部尤其是巴士海峡附近,表层水和次表层水明显受到西太平洋水的影响。
刘增宏等[3]根据1998年夏季 南海季风试验(SC -SMEX) 期间测得的CTD 资料,利用模糊数学的方法分析得到,黑潮表层水团和黑潮次表层水团出现在巴士海峡附近,表层水团出现在0~75m 水深,范围仅限于118 E 以东,次表层水团仅出现在台湾岛的西南海域,主要分布在75~250m 的水层中。
03-4 海洋温密盐分布-水团

周期性交替出现的涨、落潮流,携带近、外海不同温度海水,与太 阳辐射水温日变化叠加,造成水温变化复杂化,特别是浅海域上层。
17
§3.3 海洋温度、盐度和密度的分布
海洋温度的分布与变化
大洋表温年变化主要受制于太阳辐射,在中高纬度表现为年周期特 征,热带海域因太阳一年两次当顶直射,故为半年周期。
20
§3.3 海洋温度、盐度和密更复杂,其总特征是: 1) 基本 沿纬线呈带状分布,但赤道向两极呈马鞍形双峰分布。即赤道 海域盐度较低;副热带海域达最高值;副热带向两极又逐渐降低。 2) 寒暖流交汇区和径流冲淡区,盐度梯度特别大,某些海域>0.2/km。 3) 最高与最低盐度值多出现在大洋边缘海盆。如红海北部达42.8←蒸 发强、降水与径流小、与大洋交换不畅;黑海为15~23←降水量和径 流量>>蒸发量。 4) 冬季分布特征与夏季相似,但季风影响显著海域如孟加拉湾有较大 差异。夏季因降水量大,盐度降低;冬季降水少、蒸发加强,盐度增 大。
表层水温水平分布
3
大洋环流
4
§3.3 海洋温度、盐度和密度的分布
海洋温度的分布与变化
水平分布
世界大洋2月和8月表温分布具如下共同特点: 1) 等温线分布沿纬线大致呈带状,40°S 以南海域几乎与纬度圈平 行,冬季明显于夏季,这与太阳辐射的纬度变化密切相关。 2) 冬、夏季最高温度均出现在赤道附近海域,西太平洋和印度洋近 赤道海域达28~29℃,位置在7°N 左右,称为热赤道。
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一些重要概念
§3.3 海洋温度、盐度和密度的分布
Sea Surface Temperature (SST) 与气温相近,但并不相同 与气海相互作用有直接关联 当海面极平静无风时,海面会形成一个薄层 真正SST不易观测,一般以数十公分海温为代表
白令海和楚科奇海水文特征和水团结构的初步分析

第13卷第1期极地研究V o l.13,N o.1 2001年3月CH I N ESE JOU RNAL O F POLA R R ESEA RCH M arch2001研究论文白令海和楚科奇海水文特征和水团结构的初步分析汤毓祥 矫玉田 邹娥梅(国家海洋局第一海洋研究所,青岛266061)提要 根据我国首次北极科学考察所获CTD资料,分析了白令海和楚科奇海的水文特征和水团结构。
研究表明:(1)该两海域温、盐度的分布有着明显的区域性差异。
楚科奇海的温、盐度普遍低于白令海。
(2)夏季,白令海大部分水域温度垂直分布的突出特点是:在20m和250m间存在温度低于3°C的中层冷水。
(3)在楚科奇海北纬70°以北海域,不论是水温或盐度皆明显减小,从而在此区域形成强的温、盐度锋带。
(4)在白令海存在三种水团,而楚科奇海的水团则大致分为两类。
关键词 北极 白令海 楚科奇海 水文特征 水团结构1 引言 白令海和楚科奇海通过白令海峡相连(图1)。
该两海域有着丰富的矿产和渔业资源。
而且,在影响全球气候波动的物理过程中起着重要的作用。
然而,尽管一百年前该区域就被认为是科学研究的关键区,但其遥远的地理位置和其他政治原因阻碍了研究的进行。
进入20世纪后期,由于更有利的政治气候,以及经济、自然保护等多方面的迫切需要,对白令海区域的探索明显增加,相继成立了多个国际组织对该海域实施了较大规模的调查和研究。
20世纪80年代后,我国科学家亦曾与国外有关科研机构进行合作,对该两海域的气候与环境变化等问题做过一些研究。
为了进一步探讨北冰洋与太平洋水交换及其对北太平洋环流的变异以及对我国气候的影响,1999年7月1日至9月10日,我国首次利用“雪龙”号科学考察船对白令海、楚科奇海及其邻近海域进行了为期70天的科学考察。
这85极地研究 第13卷次调查共获取83个测站的CTD观测资料Ξ。
其中白令海42个测站;白令海峡、楚科奇海和加拿大海盆35个测站;另有6个测站分布在北冰洋其他海域(图1)。
中国近海区域海洋学:第五章 中国近海的水团和环流

1.2 沿岸水系
黄海
辽南-西朝鲜湾沿岸水:鸭绿江、大洋河、大同 江,冬季偏东岸,夏季偏西岸 江华湾沿岸水:汉江,冬季可南下,夏季堆积 在江华湾 苏北沿岸水:灌溉总渠,冬季贴岸南下,夏季 指向东北,南部被长江冲淡水顶托。水深浅潮 流强,深厚体系
1.2 沿岸水系
东海
长江冲淡水:长江、钱塘江,夏季转向 沪浙闽沿岸水:瓯江、闽江,冬季与长江冲淡 水混合 广东沿岸水:珠江,夏季被上升流截成两部分
水团的扩展可以反映流系 水团还可以指示生物分布,对渔业有指导意义
1.1 概论
中国海主要水团 沿岸水系:径流与海水混合,低盐为主要特征,地理 位置命名
混合水系:二者混合变性产生
外海水系:黑潮水,东海黑潮,菲律宾海入侵,琉球 岛链入侵
T-S点聚图
1.1 概论
夏季代表性水团的TS图
渤黄东海TS图特征
2.3 外海流系
Sverdrup把从台湾南端开始到日本太平洋沿岸 35°N附近的这一段流动称为黑潮,从35°N向东 到160°E附近的流动称为黑潮续流;160°E以东 为北太平洋流。三者合称黑潮流系
2.3 外海流系
黑潮流轴
苏澳-与那国岛之间水道进 入东海
100-1000m等深线大陆坡 NE向
厚度800-1000m
2.1 环流
南海环流
2.1 环流
Dale(1956) 船舶漂流
南海环流
2.1 环流
Wyrtki(1961)
南海中尺度涡
2.1 环流
23.0等密面上的深度分布 1994.08-09,反气旋,150km
南海中尺度涡
2.1 环流
南海环流
风生环流,冬夏季反向 西向强化 中尺度涡
2.1 环流
水文学--水团

• 神秘的百慕大三角 百慕大三角是世界闻名的神秘海域,它地处 北美佛罗里达半岛东南部,具体是指由百慕大群岛、 迈阿密(美国)和圣胡安(波多黎各)三点连线形 成的一个三角地带。几百年来,这里频繁出现离奇 的海难事故和其他一些神奇的事件。人们把这个恐 怖的海域称为“魔鬼三角”或“死事件与人类关系密切,科 学家研究的目的不仅要弄清其原因,而且希 望能提前对它做出准确预报。最近科学家认 为,利用卫星检测海洋和大气,有可能对厄 尔尼诺事件做出预报。
魔鬼三角
在南海有片神秘莫测、令世人恐惧的海域。这片海 域西起香港,东至台湾,南至菲律宾吕宋岛,面积约10 平方千米。自1979 年以来,不断出现航船失踪事件。 令人百思不解的是,这些航船失踪后,竟未发现任何碎 片、油迹或尸体。人们惊奇地发现,这片海域的位置, 恰好与举世闻名的大西洋百慕大魔鬼三角的位置遥遥相 对,于是,中国南海“魔鬼三角”的称谓不胫而走。近 年来,随着海洋物理学的发展,科学家们在大洋中发现 了中尺度旋涡。南海岛屿众多,沿岸流、南海暖流、南 海环流以及黑潮的汇聚,都为旋涡的形成提供了条件。
在垂直空间分布上,可分为: 1、表层水(surface water):富溶解氧。 2、次表层水(subsurface water):高盐 3、中层水(intermediate water):低盐;高盐中层水:地中海, 红海 4、深层水(deep water):贫氧. 5、底层水(bottom water):高密。
3第三章 水团分析

第三章水团分析§3—1 水团的基本概念一、水团的特征1.水团的形成水团是在一定的时期中形成于同一源地的、一定体积的水体。
2.水团的主要特征温度、盐度等参数➢在空间上具有相对的均一性;➢在时间上具有大体一致的变化趋势;➢与其周围海水的物理、化学性质及其变化规律存在明显差异。
二、水团的核心、边界和强度1.水团核心水团都有部分水体的特征最为突出,而其他部分则受到周围水团影响,产生不同程度变异。
这部分特征最为突出的水体,我们称为水团的“核心”。
2.水团的边界水团与水团之间的交界面称为边界,也称之为“锋”。
如果海水是静止不流动的,那么较轻的水团在上,较重的在下。
上、下水体之间的界面为一水平面。
若存在流动,海洋中等压面必有相应的倾斜,则界面就要形成一定的坡度。
3.水团的强度水团的体积越大就越强,反之就弱;水团的盐度、温度、密度与周围水团差别越大,水团就越强,反之则弱。
三、水团的形成和变性1.水团的形成水团最初都是由海面影响形成的。
因为水团都从海面获得其原始特征。
主要受太阳辐射、地理纬度、蒸发、降水、径流与大气的热交换等因子的影响。
例如:我国黄海冷水团形成于冬季,其形成机理是:高盐水通过黄海暖流不断进入黄海,在偏北大风的影响下,上层急剧降温,使海水稳定度减小,涡动混合及对流混合极为发达,导致海水上、下层温盐均匀,形成了范围很大的冷水团。
冬去春来,上层海水逐渐增温,稳定度增大,限制了上下交换。
至夏季,上层水温可达28℃,深水区的底层水温仅为8℃左右。
与表层相比,更显出其“冷”的特征,而这一特征是冬季从表层获得后保留下来的。
2.水团变性水团变性是指水团受到其他水团、地理或气象因子的影响,其高水平特征因子不断向低水平过渡,并逐渐丧失其原有特征的过程。
在外部因素诱导下而发生的变性过程,称之为第一类变性过程;由海水内部混合作用引起的水团变化,称之为第二类变性过程。
四、水团的运动水团只做幅度不大的摆动,不做长距离搬移,比较恒定。
2018-第5章 海洋水团

冰架水 高盐陆架水
(c)蒸发增密对流产生的水团
第5章 海洋水团ZJP
地中海的蒸发对流
第5章 海洋水团ZJP
地中海水对北大西洋水团的作用
第5章 海洋水团ZJP
(d)混合增密对流产生的水团
o 混合后密度永远高于混合前密度的平均值
第5章 海洋水团ZJP
混合增密对流
o 混合增密:任何水团混合都会发生混合增密现象 o 混合增密对流:主要发生在侧向混合,即两个并列水团
o 在水团分析中使用位温更为科学。
∫ θ = T −
p p0
⎜⎜⎝⎛
∂T
∂ρ
⎟⎟⎠⎞ηS
dρ
第5章 海洋水团ZJP
位温的计算
θ = T − Ap − Bp2 − Cp3
A = 3.6504×10−4 + 8.3198×10−5t − 5.4065×10−7 t2 + 4.0274×10−9 t3 +(S − 35)(1.7439×10−5 − 2.9778×10−7 t) B = 8.9309×10−7 − 3.1628×10−8t + 2.1987 ×10−10 t2 −4.1057 ×10−9 (S − 35) C = −1.6056×10−10 + 5.0484×10−12 t
界面上的混合 o 前提:流动有很强的剪切 o 混合增密对流普遍发生。但是,能够形成水团的并不多
见。
第5章 海洋水团ZJP
混合增密是深对流的主要原因之一
o 南极底层水位于3000~4000米以下的南极海盆底部,由 流过狭窄陆架的南极陆架水与绕极深层水约以1∶1的比 例混合,下沉到海底形成的。
o 格陵兰海和拉布拉多海的深对流主要是冷却下沉水与北 极流出的冷水混合的结果,形成高密度的海盆下层水
12----1998年夏_冬季南海水团分析

第33卷 第4期海 洋 与 湖 沼Vol.33,No.4 2002年7月OCE ANOLOGIA E T LI MNOLOGIA SINIC A July,2002 1998年夏、冬季南海水团分析*李 磊 李凤岐 苏 洁 许建平(青岛海洋大学海洋环境学院 青岛 266003)(国家海洋局第二海洋研究所 杭州 310012)提要 为了解南海水团的特征和分布,基于1998年夏季和冬季两个航次的实测资料,采用聚类分析、判别分析和模糊分析方法,对南海的水团进行了分析。
结果表明,南海外海水可划分为6个水团,即南海表层水团、南海次表层水团、南海次-中层混合水团、南海中层水团、南海深层水团和南海底盆水。
越南附近夏季存在一个暖涡;1998年夏季还可鉴别出黑潮表层水团和黑潮次表层水团,但在冬季观测期间无黑潮水越过119.5 E经线进入南海;这些现象可能与厄尔尼诺现象有关联。
夏季有苏禄海海水在50 75m层经由民都洛海峡侵入南海。
关键词 南海,水团,水团分析中图分类号 P731.16南海海域面积广阔、深度大,且与邻近海洋的水交换复杂,因而引起人们的关注。
早期,如Sverdrup等(1946),W yrtki(1961),Nitani(1970),Dietrich等(1980),赫崇本等(1984)都曾对南海水团作过分析并指出:南海的次表层及其下方的诸水团,主要来源于巴士海峡以东太平洋中的各相应水层。
后来,徐锡祯(1982)1)、黄企洲(1984)、李凤岐等(1987a、b)和范立群等(1988)分别研究过南海中部、巴士海峡区域、南海北部海区的水团。
综观以往的分析,大多是针对局部海区的,且一般只使用温、盐曲线进行粗略的水团划分。
作者用聚类分析(李凤岐等,1983;苏育嵩等,1983)、判别分析(李凤岐等,1987a)和模糊分析(李凤岐等,1986,1987b,2000)多种方法对南海整个海域的水团进行了划分。
1 资料与研究方法1 1 资料研究资料来自1998年夏季(6月12日 7月6日)和冬季(11月25日 12月29日)在南海的2个航次的C TD观测,其断面和测站位置见图1。
3第三章 水团分析

第三章水团分析§3—1 水团的基本概念一、水团的特征1.水团的形成水团是在一定的时期中形成于同一源地的、一定体积的水体。
2.水团的主要特征温度、盐度等参数➢在空间上具有相对的均一性;➢在时间上具有大体一致的变化趋势;➢与其周围海水的物理、化学性质及其变化规律存在明显差异。
二、水团的核心、边界和强度1.水团核心水团都有部分水体的特征最为突出,而其他部分则受到周围水团影响,产生不同程度变异。
这部分特征最为突出的水体,我们称为水团的“核心”。
2.水团的边界水团与水团之间的交界面称为边界,也称之为“锋”。
如果海水是静止不流动的,那么较轻的水团在上,较重的在下。
上、下水体之间的界面为一水平面。
若存在流动,海洋中等压面必有相应的倾斜,则界面就要形成一定的坡度。
3.水团的强度水团的体积越大就越强,反之就弱;水团的盐度、温度、密度与周围水团差别越大,水团就越强,反之则弱。
三、水团的形成和变性1.水团的形成水团最初都是由海面影响形成的。
因为水团都从海面获得其原始特征。
主要受太阳辐射、地理纬度、蒸发、降水、径流与大气的热交换等因子的影响。
例如:我国黄海冷水团形成于冬季,其形成机理是:高盐水通过黄海暖流不断进入黄海,在偏北大风的影响下,上层急剧降温,使海水稳定度减小,涡动混合及对流混合极为发达,导致海水上、下层温盐均匀,形成了范围很大的冷水团。
冬去春来,上层海水逐渐增温,稳定度增大,限制了上下交换。
至夏季,上层水温可达28℃,深水区的底层水温仅为8℃左右。
与表层相比,更显出其“冷”的特征,而这一特征是冬季从表层获得后保留下来的。
2.水团变性水团变性是指水团受到其他水团、地理或气象因子的影响,其高水平特征因子不断向低水平过渡,并逐渐丧失其原有特征的过程。
在外部因素诱导下而发生的变性过程,称之为第一类变性过程;由海水内部混合作用引起的水团变化,称之为第二类变性过程。
四、水团的运动水团只做幅度不大的摆动,不做长距离搬移,比较恒定。
北部湾东北部水团分布及季节变化分析

第50卷 第3期 海 洋 与 湖 沼Vol.50, No.3 2019年5月OCEANOLOGIA ET LIMNOLOGIA SINICAMay, 2019*国家重点研发计划项目, 2017YFC1404300号; 中国科学院战略性先导科技专项专题, XDA11020304号; 全球变化与海气相互作用专项, GASI-IPOVAI-04号; 卫星海洋环境动力学国家重点实验室自主项目, SOEDZZ1805号, SOEDZZ1802号。
曹振轶, 副研究员, E-mail: zhenyicao@① 通信作者: 鲍 敏, 副研究员, E-mail: minbao@ 收稿日期: 2019-01-11, 收修改稿日期: 2019-03-28北部湾东北部水团分布及季节变化分析*曹振轶1 鲍 敏1①管卫兵1, 2 陈 琪1(1. 卫星海洋环境动力学国家重点实验室 自然资源部第二海洋研究所 杭州 310012; 2. 浙江大学 海洋学院 舟山 316021)摘要 基于2016年9月—2017年8月北部湾海域棕囊藻调查9个航次的温度、盐度和密度等水文数据, 通过K-mean 动态聚类分析方法分析了研究海域水团的分布及季节变化过程。
根据温盐资料将研究海域的海水类型分为低温高盐的陆架底层水团、陆架表层混合水团和低盐沿岸水团。
通过20°10′N 断面上多期次的温盐分布特征揭示了北部湾整体上逆时针环流在北部湾东侧陆坡的存在; 通过大面水文调查的结果揭示琼州海峡的余流特征, 并结合卫星漂流浮标运动轨迹揭示了珠江冲淡水对研究海区水团分布的影响。
本研究丰富了对北部湾东北部水团分布和季节变化的认知, 对研究该海域赤潮发生、发展规律有指导意义。
关键词 北部湾; 温盐分布; 水团; 环流中图分类号 P731 doi: 10.11693/hyhz20190100007 北部湾是位于南海西北部的一个半封闭边缘海, 三面为陆地和岛屿包围, 通过南面的湾口和东边的琼州海峡与南海相连, 是水质优良的海湾和重要的渔场。
河流水团示踪试验数据分析的双站直线解析法

基金项目作者简介河南郑州人研究员主要从事农田排水与节水灌溉方面的研究河流水团示踪试验数据分析的双站直线解析法温郭建青宰松梅王洪胜西安理工大学陕西西安水利部农田灌溉研究所河南新乡长安大学陕西西安西北农林科技大学陕西杨陵摘要该方法利用个观测并能够根据一级通过实例应用表明与利用直线图解法确定河流纵向离散系数相比较新方法不仅能同时分析而且具有计算结果可靠关键词参数估计研究背景最为常见的情况是分析瞬时投放示踪剂条件现有的主要试验数据分析方法为以相应解演算法直线图解法相关系数极值法法模拟退火法混沌序列优化法及混合智能优化算法然而有观测断面示踪剂浓度的完全的大了野外的试验工作量在应用非线性最在使用这些方法时均存在着计算工作量较大相关系数极值法可以在一定程度上弥补上述方法的不足为此文中提出一种计算过程较为简便的新方法双站直线解析法还能够根据一级反应该方法能够同时分析个观测断面的示踪剂浓度观测数据即在该河段上游瞬时投放质量为轴方向则描述距投放点一定距离的河水中示踪剂浓度随时间变化规律的解析表达式为式中为投放开始后时刻在距投放点为?为瞬时投放示踪剂的为采样断面与投放断面间的距具有较好的准确性式中??为试验河参数计算方法离散系数与断面平均流速的计算设在河流的个断面观测起始时间和观测上同样在断面令最后分别在各式两端同时取对由于要求个断面的观测起始时间和观测时间间隔完全相同在上式的两端同乘以令为纵坐标为横坐标的直角坐标系中的一个直线方程为该直线的斜直线方程的因变量是由示踪试验中为观测时间因此值之后不难利用直线图解法或一元线性回归法计算出直线常数和在计算出和可以看出一级反应常数与释放参数的计算令同理可知个观测断面的试验观测数据转化为相应的和直线图解法或一元线性回归方法计算直线常数和在得到这写得到的下式计算示踪剂的一级反应速率常数只是计算出来的一级反应速率常数以根据一级反应速率常数计算步骤与算例其为利用直线图解法确定河流纵向离散系数表中给出了参数真值为与且已知并验证表投放断面下游图和转化为表数据进行一元线性回归计算直线常数的计算结果为流速的和为常数参数利用数据绘制曲线如图该曲线几乎为一水平线另一方面将计算个参数的计算结果与其真值间的相对误差均小于与现有方法比较参考文献余常昭北京郭建青温季郭建青王洪胜李云峰郭建青刘毅陈吉宁杜鹏飞郭建青李彦王洪胜等郭建青李彦王洪胜等应用单纯形模拟退火混合算法估计河流水质参数顾莉等杨汝均侯然杰刘照昌等北京。
东中国海的水团分析方法研究(DOC)

东中国海的水团分析方法研究摘要本文首先介绍了水团分析方法的历史及现状。
之后介绍了影响中国近海海域水团形成、分布和变化的各种因素和条件,主要有:自然地理环境的制约、气象气候因素的影响、主体格局与区域特征的互相作用和理、化、生、地特征分布的兆示。
在此基础上本文阐述了适合东中国海海域水团分析的方法,其中着重介绍了分割法、水团聚类分析法、水团的判别分析及预报、水团分析中的正交分解法、水团分析中的模糊数学方法。
通过对这些方法的介绍,得出它们的各自的特点,并比较它们的优劣。
(1)分割法,是将一长串有序的测样,在打乱其原有顺序的前提下,按给定要求分割成有限几段的方法,其严格的说是属于聚类分析的范畴。
不过它是把所有测样看作一类,然后“化整为零”,分割为二类、三类……直到每个测样先作为一类。
(2)聚类法则是“化零为整”,即开始把每个测样先作为一类,然后择其性质相近者聚合。
实践证明,在浅海变性水团分析中,聚类法是一种很有效的方法。
(3)判别分析法又称为分辨法,是根据测样的多种性状的观测值,对其进行客观合理分类的方法;主要运用于预报。
(4)水团概念的模糊性是客观存在的,而应用模糊集合来定义和划分水团,既有合理的物理意义,又不影响集合的交运算及其他运算。
故模糊数学方法在中国浅海水团分析研究中得到了快速的发展和创新,把中国浅海水团分析方法推上了一个新的高度。
THE RESEARCH OF THE ANALYTICAL METHODS OF WATER MASSES IN THE EAST SEA OF CHINAAbstractFirstly, this paper introduces the history of the analytical methods of water masses and currents situation. All kinds of factors and conditions affecting the formation, distribution and change of the China offshore as follows: The restriction of the natural environment, the climate influence, the interaction between the subject pattern and regional characteristics and the sign that diagnostic distributing of physics、chemistry、biology、geography.On the basis of above, this article clarifies appropriate solution in the relative waters. And introducing the split method emphatically, water reunion analytic approach, discrimination of water body analysis and predict, water body analysis fuzzy mathematics method of to paying in analysis. Through the introduction of these methods, get their own characteristics, compare their quality.(1)Split method, examining a long bunch of orderly ones kind, on the premise of upsetting itsoriginal order, according to the given demand to cut limited section of methods apart into one, strictly, it belongs to a category, cluster of analysis. But it regards all samples as one, then "break the whole up into parts" , split into class II , three kinds until each one be one kind. (2)Cluster's rule is to "turn parts into the whole ", namely it regards every sample as one category.then select the close one of nature of it to get together . Practice has proved that it is effective in the sex change water body of shallow waters.(3)Differentiating analytic approach is also called distinguishing law, which is based on theobserved data, and carry on objective method that classifies it rationally; Apply to and predict mainly.(4)It is objective that water body concept is getting fuzzy, defining and dividing the waterbody by fuzzy set is rational physically, and does not influence handing in operation and other operation of the set. So fuzzy mathematics method has been used broadly and innovatively in the research and study in shallow sea water group, and pushing group analytical method of shallow sea water in China to a new height.目录中文大摘要 (1)英文大摘要 (2)目录 (3)1.前言 (5)2.中国近海特殊状况 (6)3.主要应用的水团分析方法 (7)3.1 综合分析方法 (7)3.2 分割法 (8)3.3 聚类分析法 (13)3.4 判别分析法 (16)3.5 正交分解法 (19)3.6 模糊数学方法 (20)3.7 其他的分析方法 (23)4. 总结 (23)参考文献(包括引文注释) (24)附译文………………………………………………………………………东中国海水团分析方法研究陈雨钢(浙江海洋学院海洋科学与技术学院,浙江舟山316004)[摘要] 本文根据中国近海海域的特征,及其在此条件下浅海水团的形成、分布、变化的规律,总结了适合东中国海海域的各类水团分析方法,通过对各种方法的介绍,得出它们的各自的特点,并比较它们的优劣。
海洋混合和水团

混合对水团的影响
混合增强
通过混合过程,海洋中的 不同水团得以更加均匀地 分布,增强了海洋的均质 性。
物质交换
混合过程促进了海洋中不 同水团之间的物质交换, 包括营养物质、热量和盐 分等。
生态系统影响
混合过程改变了海洋生态 系统的环境条件,如温度 和盐度等,影响了海洋生 物的分布和生长。
水团对混合的影响
生产力
水团的温度和营养物质含量可以影响浮游植物的生产力,从而影 响整个海洋生态系统的生产力。
物种分布
水团的盐度和温度等属性可以影响不同物种的分布和丰度,从而影 响海洋生物多样性和生态系统结构。
碳循环
水团中的有机碳和溶解无机碳可以影响海洋的碳循环过程,从而影 响全球气候变化。
03
CATALOGUE
混合与水团的相互影响
而影响全球气候。
生产力供应
混合过程使得营养物质在海洋中 重新分布,支持了海洋中的生产 力供应,为海洋生态系统提供能
量来源。
02
CATALOGUE
水团
水团定义和分类
定义
水团是指具有相似物理和化学属性的 水体,它们在海洋中形成并随时间演 变。
分类
根据来源和特性,水团可以分为不同 的类型,例如北极水团、黑潮水团、 赤道水团等。
要影响。
理解混合过程有助于揭示海洋生 态系统的运行机制,为预测气候 变化和生态系统健康提供科学依
据。
混合过程还与海洋中的物质运输 、热量转移等物理过程密切相关 ,对人类社会的发展具有重要意
义。
研究现状及问题
混合过程的动力学机制尚不完全清楚,需要加强 研究。
混合过程在不同海域和不同季节的变化规律缺乏 系统性的研究。
度和分辨率,为深入研究提供数据支持。
北大西洋深层水

黄海
出渤海的鲁北沿岸流 到成山角后转向南, 大致沿45m等深线绕胶 东半岛前行。
冬季南下的流可与苏 北沿岸流汇合,在3233°N附近转向东南进 入东海北部,即“黄 海冷水南侵”。
黄海
朝鲜半岛西岸的沿岸 流终年都可南下。
黄海暖流则从济州岛 西南进入黄海而北上。 过去认为黄海暖流是 对马暖流的分支;近 年研究认为,它实际 是补偿黄海东西两岸 南下的沿岸流而汇集 黄东海混合水北上。
水团形成之后,部分离开海面,下沉到与 其密度相当的水层,继而在周围水团的不 断影响下,形成了表层以下的各种水团。
水团的变性
海洋外部因素:水团与大气、陆地等外界 环境的热、盐交换,引起水团的变性。
海洋内部因素:水团之间的热、盐交换, 引起水团的变性。
中国近海环流
上层环流
渤海
环流很弱,为漂流性 质,流速一般为0.10.2m/s,冬季盛行偏 北大风,驱使海水在 鲁北沿岸堆积.形成 较强的沿岸流.称鲁 北沿岸流,出渤海而 入黄海。辽东湾东岸 也有因盛行风而引起 的沿岸流南下。
东海
黑潮、台湾暖流、对马 暖流以及浙闽沿岸流, 九州沿岸流。
东海黑潮的流轴比较稳定,不像日本以南的黑潮 那样出现大弯曲。流轴的平均流速为1m/s,主干 流幅较窄,强流带(>1m/s) 一般不超过50 km。 黑潮在东海的平均流量为长江径流量的1000倍, 季节变化不大,但有明显的年际变化。
南极中层水,AAIW (AAIW: Antarctic Intermediate Water)
大西洋北部中层有势力强大的地中海水团。
全球大洋最为重要的两个水团是北大西洋 深层水(NADW)和南极底层水(AABW)。
大洋主要水团的源地
基于Argo资料的吕宋岛以东海域水团特征分析

第39卷第2期2021年4月海洋科学进展A D V A N C E S I N MA R I N E S C I E N C EV o l .39 N o .2A pr i l ,2021基于A r go 资料的吕宋岛以东海域水团特征分析秦 韬1,2,谢 骏2,宋德海1,3*,丁 扬1,3,鲍献文1,2,3(1.物理海洋教育部重点实验室,山东青岛266100;2.中国海洋大学海洋与大气学院,山东青岛266100;3.青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋动力过程与气候功能实验室,山东青岛266237)收稿日期:2020-04-11资助项目:国家重点研发计划项目 海洋工程动力环境精细化预报与安全保障及评估技术研究(2017Y F C 1404202)作者简介:秦 韬(1994 ),男,硕士研究生,主要从事海洋水团分析方面研究.E -m a i l :m r _q i n t a o @163.c o m*通信作者:宋德海(1983 ),男,副教授,博士,主要从事近海环流与物质输运方面研究.E -m a i l :s o n gd h @o u c .e d u .c n (王佳实 编辑)摘 要:基于中国A r g o 实时资料中心发布的2004年1月至2017年12月A r g o 全球温盐资料,运用直线定位法和隶属关系,对吕宋岛以东海域(120ʎ~140ʎE ,10ʎ~30ʎN )水团进行分析,划分出北太平洋次表层水团(N P S S W )和北太平洋中层水团(N P I W )的分布范围㊂次表层水团位于50~220m 深度,分布在10ʎ~28ʎN 范围内,温度16.61~27.60ħ,盐度34.68~35.14,核心范围春夏季较大,秋冬季较小㊂中层水团位于280~900m 深度,分布在10~30ʎN 范围内,温度3.67~16.55ħ,盐度34.11~34.67,核心范围季节变化较弱,整体位于18ʎN 以北㊂次表层与中层水团核心温盐具有一定的年际变化特征,次表层水团与气候变化相关性较好,核心温度和盐度均存在4a 的变化周期;而中层水团与气候变化相关性较差,核心温度和盐度则分别具有3.5a 和3a 的变化周期㊂关键词:A r g o 资料;水团;T -S 点聚图;季节变化与年际变化中图分类号:P 731.16 文献标志码:A 文章编号:1671-6647(2021)02-0241-14d o i :10.3969/j.i s s n .1671-6647.2021.02.008引用格式:Q I N T ,X I EJ ,S O N GD H ,e t a l .C h a r a c t e r i s t i c s o f t h ew a t e rm a s s t o t h e e a s t o f t h eL u z o n I s l a n db a s e d o nA r g od a t a [J ].A d v a n c e s i n M a r i n eS c i e n c e ,2021,39(2):241-254.秦韬,谢骏,宋德海,等.基于A r go 资料的吕宋岛以东海域水团特征分析[J ].海洋科学进展,2021,39(2):241-254.大洋水团中储存着全球25%的C O 2以及温室效应90%的含热量[1-3]㊂这些水团信息丰富,与各种洋流相互交错,共同影响着厄尔尼诺与南方涛动(E lN i ño -S o u t h e r nO s c i l l a t i o n ,E N S O )的发生过程[4],研究其来源以及变化机制与国家经济建设㊁生态系统循环㊁海上运输活动等具有密切关系[5-8]㊂太平洋大体分为5个水团,且各水团占比不同㊂表层水和次表层水的体积较小,二者体积之和为5%,所占体积较小,中层水占比22%,底层水与深层水占比73%[9]㊂考虑到地域差异和水团特性,故可以对各层水团进行细分㊂次表层可以划分为北太平洋热带水(N o r t hP a c i f i cT r o pi c a lW a t e r ,N P TW )以及南太平洋热带水(S o u t hP a c i f i cT r o p i c a lW a t e r ,S P TW )[10-11]㊂N P TW 会受北赤道流影响向西迁移,通过吕宋海峡入侵南海[12-14]㊂同时,N P TW 向南移动加入副热带环流,与南半球向北移动的S P TW 相遇,形成赤道太平洋水团的十字路口[15]㊂北太平洋中层水(N o r t hP a c i f i c I n t e r m e d i a t e W a t e r ,N P I W )在亚北极海域西北部生成[16],伴随盐析并潜沉南下加入副热带环流[17],盐度通常较低,一部分在棉兰老岛附近向南入侵热带西太平洋[18],另一部分通过亚北极涡进入东太平洋,再逐渐流向西太平洋[19]㊂N P I W 对南海也有一定入侵,但强度较小,相反,南海中层水可以在秋冬季通过吕宋海峡流入太平洋[20-21]㊂综上,对于北太平洋水团的来源和变化已有相关研究,但存在资料长度受限,空间采集样本不足和实测数据缺乏导致数值模拟误差大和成果较少等问题㊂同时不同的水团分类及辨识方法,导致统计结果差异大㊂而A r go 自动剖面浮标具有自动测量海洋数据的功能,下潜深度可达2000m ,工作时间一般有5a 之久[22]㊂242海洋科学进展39卷多个A r g o自动剖面浮标组成的观测网,可以获得更为丰富连续的水文信息,能为海洋观测提供详细的数据资料[23]㊂为了厘清吕宋岛以东的西北太平洋研究海域水团信息,本文基于中国A r g o实时资料中心发布的共14a剖面浮标观测资料,将A r g o资料与模糊数学中直线定位方法相结合,对西北太平洋吕宋岛东部海域的水团边界进行划分,研究水团分布结构,分析水团的季节与年际变化,并探讨其变化机制㊂1资料和方法1.1资料来源与质量控制数据资料由中国A r g o实时资料中心提供了剖面浮标观测资料以及全球海洋A r g o网格数据集(B O A_ A r g o,f t p:ʊf t p.a r g o.o r g.c n/p u b/A R G O/g l o b a l/)㊂网格资料数据时间范围为2004年1月至2017年12月,垂向共划分58层,分别为:0m层,5m层,10~180m间取10m间隔划分18层,200~460m间取20m 间隔划分14层,500~1250m间取50m间隔划分16层,1300~1900m间取100m间隔划分7层,以及底层1975m㊂原始剖面资料已经进行了实时质量控制,本试验对A r g o资料进行了再次修正,删除了无效剖面数据以及不完整剖面㊂最终,在研究区域内,有568个A r g o自动剖面浮标的45771个剖面资料用于数据分析㊂根据西北太平洋的季节特性,将12月至次年2月定义为冬季,3月至5月定义为春季,6月至8月定义为夏季, 9月至11月定义为秋季㊂剖面资料空间分布如图1所示,春㊁夏㊁秋㊁冬四季剖面数量分别为11082,11630, 11657和11402个,剖面分布如图1所示㊂图1研究区域浮标剖面分布F i g.1 T h e s p a t i a l d i s t r i b u t i o no f p r o f i l e s i n t h e s t u d y a r e a1.2直线定位方法水团边界难以划分,通常会用模糊聚类进行分析,从而逐渐衍生出用隶属函数来区分水团㊂建立在隶属函数之上,李凤歧等[24]提出了直线定位法,其核心思想为拟合每个剖面的T-S曲线,寻找基本能够包络整个温盐散点数据的曲线,以此构造隶属函数㊂本文借鉴此方法进行了水团分析㊂绘制了利用高斯拟合方法对温盐散点资料拟合出的温盐散点曲线示例图(图2),从而找出水团边界变化形态㊂从图2a提取出已经基本涵盖所有温盐散点的包络线K线和L线,2条包络线代表着研究区域中的T-S 曲线的合成㊂在曲线范围内,存在着大量的温盐数据点,但主要关注的有6个特征点,分别为:1)点a为表层2期秦 韬,等:基于A r go 资料的吕宋岛以东海域水团特征分析243图2 研究区域温盐散点曲线示例F i g .2 T h e c u r v e o f t e m p e r a t u r e a n d s a l i n i t y s c a t t e r d i a g r a mi n t h e s t u d y ar e a 与次表层的分界点,点a 盐度值为S a =12[K (T a )+L (T a )],其中T a 为次表层水团上界的温度,可由温度断面图确定;2)点b 为曲线K 上的盐度极大值点,即b (S b ,T b );3)点c 为曲线L 上的盐度极大值点,即c (S c ,S c );4)点p 为曲线K 和曲线L 的交点,即p (S p ,T p );5)点d 为曲线L 上的盐度极小值点,即d (S d ,T d );6)点e 为曲线K 上的盐度极小值点,即e (S e ,T e );7)点q 为中层水团和深层水团的分界点,点q 盐度为S q =12[K (T q )+L (T q )],其中T q 为中层水团的下界温度㊂根据T -S 曲线解析理论,图2b 中的直线b c 为次表层水团高盐核心混合变性的轨迹,直线e d 为中层水团低盐核心变性的轨迹㊂由于水团的边界难以确定,通常用隶属度来表示水团范围,由此本文引入隶属度(μ),次表层水团的隶属函数记为μU ,中层水团的隶数函数记为μI ㊂故各点隶属度为μU (S b ,T b )=1,μU (S c ,T c )=0.5,μI (S e ,T e )=1,μI (S d ,T d )=0.5㊂在隶属函数概念里,一般当隶属度大于0.9时,就认为该点为水团核心范围[24]㊂因此,点b 为次表层核心,点e 为中层核心,点c 与点d 分别代表次表层与中层水团的边界㊂次表层水团的隶属函数(μU )和中层水团的隶属函数(μI )总体表示为μ(Si ,T i )=e x p -(S i -K (T i ))2D S -T i -T *2D T éëêêùûúú,(1)式中,S i ,T i 分别为曲线内任意一个点的盐度与温度;T *为水团变性轨迹直线,如T *U 为直线b c ;T *I 为直线e d ;T i -T *2是任意点i 到直线T *(T *U 或T *I )距离的平方;D S 为任一点温度所对应的2条包络线盐度距离的平方与对数的比值;D T 为图形中温跃层中心到特征曲线距离的平方与对数的比值㊂对于不同水团,D S ㊁D T 和T *的表达式为对μU ,有D S =[K (T i )-L (T i )]2/l n2 T i ȡT p 且S i <K (T i )¥ T i ȡT p 且S i ȡK (T i )ε T i <T p ìîíïïïï,(2)D T =T a -T *U 2/l n2 T i >T *UT *U -T p 2/l n2 T i ɤT *U{,(3)T *U =T c +(T b -T c )(S -S c )/(S b -S c );(4)对μI ,有D S =[K (T i )-L (T i )]2/l n2 T i <T p 且S i ȡK (T i )¥T i <T p 且S i <K (T i )εT i ȡT p ìîíïïïï,(5)244海洋科学进展39卷D T=T p-T*I2/l n2T*I-T q2/l n2{T i>T*IT iɤT*I,(6)T*I=T e+(T d-T e)(S-S e)/(S d-S e)㊂(7)式(2)和式(5)中,ε系数较小,取ε=0.0001㊂在此方法中,μU和μI是以直线T=T p定位分界的,故称为直线定位法㊂其中,点b,c,p,d和e可根据T-S曲线来确定,而点a和点q则需依温度断面图选定㊂当隶属度超过0.5的闭合区域认为是一个水团,隶属度超过0.9的区域认为是水团的核心,隶属度小于0.5的区域归为混合区域㊂1.3其它资料本文所用流场资料为美国马里兰大学提供的全球海洋月平均流场数据(S O D A_3.3.2),空间分辨率为0.5ʎˑ0.5ʎ,垂直方向为50层,水深范围为5~5000m,时间范围1980 2017年㊂E N S O指数资料来自美国国家海洋和大气管理局,热带太平洋尼诺4区指数(N iño4I n d e x)以及西北太平洋暖水体积指数资料(W a r m W a t e rV o l u m e,WWV)来自美国国家大气研究中心㊂结合流场资料,本文计算了北赤道流流量(N o r t hE q u a t o r i a lC u r r e n tF l o w,N E C F)与热输运量(N o r t h E q u a t o r i a l C u r r e n tH e a tT r a n s p o r t,N E C H),黑潮流量(K u r o s h i oF l o w,K F)与热输运量(K u r o s h i o H e a t T r a n s p o r t,K H)以及次表层㊁中层水团的体积和含热量,具体公式如下:N E C F=∬026.7σθu d y d z,(8)N E C H=∬026.7σθρC p T u d y d z,(9)K F=∬0-700m v d x d z,(10)KH=∬0-700mρC p T v d x d z㊂(11)式中,ρ为密度,C p为比热容,T为温度,u为西向流速,v为北向流速㊂N E C F计算选取(137ʎE,7~21ʎN)断面,以26.7等位势密度(σθ)面为零流速面[25]对格点的u进行深度积分,N E C H计算是在相同的断面上,对u㊁ρ㊁C p和T的乘积进行积分得出㊂K F㊁KH的计算亦采用此方法,只不过在计算K F㊁KH时所选取的为选取台湾以东(121ʎ42'~123ʎ00'E,24ʎN)断面,以700m为零流速面[26]㊂2水团特征分析2.1温、盐结构分布将处理后的剖面温盐数据按季节归类,分别绘制T-S点聚图(图3),可以发现散点排列呈现反 S 型曲线, S 曲线有2个极值点,表明在研究区域内至少可以划分出4个水团,从上至下依次为:北太平洋表层水(N o r t hP a c i f i c S u r f a c eW a t e r,N P S W)㊁北太平洋次表层水(N o r t hP a c i f i c S u b s u r f a c eW a t e r,N P S S W)㊁北太平洋中层水(N o r t hP a c i f i c I n t e r m e d i a t e W a t e r,N P I W)㊁北太平洋深层水(N o r t hP a c i f i cD e e p W a t e r, N P DW)[8]㊂后文依次简称表层水团㊁次表层水团㊁中层水团和深层水团㊂图3中两个红色区域分别代表次表层水团㊁中层水团,其余水团由于未构造隶属函数故整体呈深蓝色㊂红色区域代表水团的核心,隶属度值大于0.9,蓝绿色区域代表水团的边界范围,隶属度值大于或等于0.5㊂次表层与中层之间的边界交汇区域,属于过渡层面,H e等[27]和李凤岐等[28]称其为次-中层混合区域㊂对比春㊁夏㊁秋和冬四个季节的变化(图3)可知,表层水团的T-S点聚图较为离散,夏秋季离散现象较大,冬春季离散较小,表明表层水会受到来自其它海区的低盐度水团流动混合的影响[12]㊂从T-S平面上看,2期秦韬,等:基于A r g o资料的吕宋岛以东海域水团特征分析245次表层水团有一定的季节变化,核心区域变化较小,主要体现在边界混合区域的范围变化,冬春季节的混合区域厚度会稍厚一点,整体盐度值高于34.7,表现出高温高盐特征㊂中层水季节变化不明显,只有轻微的离散现象,整体盐度值小于34.6,表现为低温低盐㊂中层水向下是深层水团,在T-S平面中深层水团范围较为集中,盐度介于34.4~34.7,温度不高于8ħ,季节变化不明显㊂注:颜色表示隶属度,红色为核心区域,蓝色为边界混合区域;等值线为条件密度线图34个季节T-S点聚图F i g.3 T h e T-S s c a t t e r d i a g r a mo f4s e a s o n s2.2水团季节特征2.2.1水团大面分布的季节特征由于直线定位方法的优势为对次表层以及中层水团的划分,但缺乏对其它水团隶属函数的构造,故重点对次表层以及中层水团选取位势密度面进行分析㊂王露等[29]曾利用24.5等σθ面和26.8等σθ面来表征次表层㊁中层水团的气候态特征并取得了较好结果,故本文选取这两个密度面进行隶属函数构造㊂1)次表层水由图4可见,水团分布于整个研究区域,边界能够达到琉球群岛以及日本群岛附近㊂由隶属度0.9等值线区域所代表的水团核心表明,次表层水团主要由北赤道流所携带的中部太平洋水团迁移形成㊂春夏季,核心范围较大(120ʎ~140ʎE,12ʎ~18ʎN),表明这一时期的北赤道流西向流动最强;秋冬季,核心范围收缩,并且在冬季水团整体范围有轻微缩小现象㊂2)中层水同样,计算中层水团所在的280~900m水深区间的水体隶属度,选取26.8等σθ面位势密度面进行分析,水团整体位于10ʎN以北(图5)㊂中层水团的季节特征不显著,核心范围主要位于18ʎN北部,范围较大,在10ʎN附近,为中层水边界混合区域,在10ʎ~20ʎN区域内隶属等值线较为平滑,基本平行于北赤道流流轴,表明中层水的边界一定程度受到北赤道流的影响㊂246海洋科学进展39卷图4次表层水24.5等σθ面特征隶属度分布F i g.4 D i s t r i b u t i o no f c h a r a c t e r i s t i cm e m b e r s h i p o f t h e s u b s u r f a c ew a t e r a t24.5σθ图5中层水26.8等σθ面特征隶属度分布F i g.5 D i s t r i b u t i o no f c h a r a c t e r i s t i cm e m b e r s h i p o f i n t e r m e d i a t ew a t e r a t26.8σθ2期秦韬,等:基于A r g o资料的吕宋岛以东海域水团特征分析247 2.2.2水团断面分布的季节特征因各水团的范围变化皆穿过137ʎE断面,水团在此断面面积范围较大(图6),故选取137ʎE断面进行分析㊂沿该断面,次表层水团在20ʎN以南位于100~220m深度,在20ʎN以北位于50~220m深度,整体位于10~28ʎN区域内㊂冬春交替季节时,20~30ʎN区域内表层与次表层混合较为剧烈,边界性质难以区分㊂图6137ʎE断面特征隶属度分布F i g.6 V e r t i c a l s e c t i o no f c h a r a c t e r i s t i cm e m b e r s h i p a l o n g137ʎE中层水团深度280~900m,整体位于10ʎN以北,水团厚度变化不大,但在不同纬度其所在深度不同,从280m深度开始,10ʎ~15ʎN之间出现中层水团迹象,随着深度增加,中层水团范围向北逐渐扩大,遍布整个研究区域,深度超过550m时,中层水团核心整体范围介于16ʎN以北,水团核心与水团整体范围随深度增加逐渐向北移动并缩小㊂在30ʎN纬线上隶属度线没有闭合,表明在研究区域外还有中层水团的存在㊂本文将各个水团的温盐范围进行梳理,并与李绪录[30]㊁陈上及[31]的研究结果进行对比(表1)后发现结果稍有不同,但总体结果较为吻合㊂其结果的不同一方面来源于水团隶属函数构造思路的差异,另一方面来由于直线定位方法未构造次-中层混合区域隶属函数,导致两层水团的边界范围稍稍扩大㊂表1本文与前人次表层水团和中层水团的温盐特征T a b l e1 C o m p a r i s i o no f t e m p e r a t u r e a n d s a l i n i t y o f t h e s u b s u r f a c e a n d i n t e r m e d i a t ew a t e rm a s s e sb yp r e s e n t a n d p r e v i o u s s t u d y项目次表层水中层水温度/ħ盐度深度/m温度/ħ盐度深度/m本文结果春季16.61~27.4734.68~35.1150~2203.68~16.5534.12~34.67280~900夏季16.61~27.5034.68~35.1250~2203.73~16.5134.10~34.66280~900秋季16.61~27.4034.68~35.1380~2203.68~16.5434.11~34.67280~900冬季16.61~27.6034.68~35.1450~2203.67~16.5434.11~34.67280~900李绪录[30]结果13.90~27.4034.53~35.05100~4103.80~14.0034.17~34.57140~1120陈上及[31]结果13.85~22.4834.63~35.68100~2504.20~14.0034.37~34.98200~1000248海洋科学进展39卷3讨论3.1水团核心温度/盐度的年际变化将次表层与中层水团核心区域内的温度/盐度平均值作为该水团的核心温度/盐度,本文计算了2004 2017年共168个月次表层与中层水团的温度/盐度核心异常值,即将逐月的温度/盐度减去多年平均的温度/盐度值㊂经低通滤波去掉季节变化后,得到水团核心温度和盐度年际变化(图7)㊂如图7a和图7b可知,次表层的温度㊁盐度变化具有较好的一致性,核心温度22.79~24.02ħ,在2004 2010年温度比平均温度低0.5ħ左右,属于冷季;2011 2016年温度比平均温度高0.3ħ左右,属于暖季;两者存在一定的周期变化㊂小波分析表明,次表层温度存在4a的周期㊂核心盐度介于34.99~35.11,与温度变化趋势一样,2004 2010年盐度较均值低0.04,2011 2016年盐度较均值高0.04㊂小波分析显示存在约4a的周期,周期变化与温度基本一致㊂中层水的核心温度为7.47~7.80ħ,核心盐度为34.02~ 34.16(图7c和图7d)㊂整个温盐变化同样出现正负异常的交替变化,小波分析结果表明,中层核心温度周期3.5a,核心盐度周期为3a㊂图7次表层和中层水团核心温度㊁盐度异常年际变化F i g.7I n t e r a n n u a l v a r i a t i o n s o f c o r e t e m p e r a t u r e a n d s a l i n i t y i n t h e s u b s u r f a c e a n d i n t e r m e d i a t ew a t e rm a s s e s2期秦韬,等:基于A r g o资料的吕宋岛以东海域水团特征分析249为了探寻水团年际变化的原因,本文对次表层160m㊁中层550m等深面做经验正交分解(E m p i r i c a l O r t h o g o n a l F u n c t i o n,E O F)分析,其第一模态空间分布如图8所示,次表层温度㊁盐度第一模态贡献率分别为51.41%和41.15%,在空间分布上二者表现出了较好的一致性,在18ʎN以北基本呈现负相位,15ʎN以南为正相位,且正相位分布的趋势与北赤道流的流轴较为切合,可能受北赤道流的影响,而负相位主要表现出黑潮的一定影响㊂中层温度㊁盐度第一模态贡献率分别为13.34%和10.62%,对于中层温度第一模态分布,整体为负相位,但在台湾岛东部以及日本群岛附近出现了正相位,表现出黑潮以及四国岛附近洋流的影响㊂盐度第一模态在日本群岛南部表现出负相位,向南过渡到20ʎN附近逐渐接近零㊂本文将各层时间序列㊁体积㊁含热量与各气候因子做相关分析,时间序列曲线如图9所示,结果如表2所示㊂图8次表层和中层水团E O F第一模态空间分布F i g.8 T h e f i r s tE O F m o d e s o f t h e s u b s u r f a c e a n d i n t e r m e d i a t ew a t e rm a s s e s表2次表层和中层水团变化指数与气候变化指数相关关系(95%置信度)T a b l e2 T h e c o r r e l a t i o n sb e t w e e n s u b s u r f a c e/i n t e r m e d i a t ew a t e rm a s s i n d i c a t o r s a n dc l i m a t i c i nd i ce s(95%c o nf i d e n c e l e v e l)项目E N S O N iño4WWV N E C F N E C H K F KH次表层温度0.6060.593-0.557-0.356-0.251-0.012-0.047次表层盐度0.3990.352-0.483-0.282-0.1840.2080.165次表层体积0.3100.282-0.411-0.254-0.1840.2240.181次表层含热量0.2770.260-0.393-0.240-0.1690.2210.176中层温度0.0840.037-0.065-0.054-0.023-0.096-0.191中层盐度-0.182-0.1580.0800.0160.0020.2580.341中层体积0.0470.0740.0880.0930.076-0.085-0.184中层含热量0.0710.130-0.0920.0920.091-0.002-0.104250海洋科学进展39卷由表2可知,次表层水团温度与盐度时间序列对于各气候变化指数表现出了较好的关系㊂各项系数基本大于0.3,属于实相关,与黑潮的相关系数稍稍较小,但总体说明气候因子对于次表层的温盐性质具有一定的关系㊂结合其时间序列可以说明,当发生厄尔尼诺事件时,西北太平洋气旋性异常环流加强,北赤道流的流速增大[25],携带更多的中部太平洋水团进入西太平洋,导致流轴区域的温度与盐度都升高的较快㊂在拉尼娜期间,北赤道流的流速减小,流轴区域的水团温度㊁盐度降低的也较快一些㊂在18ʎN北部,次表层的边界混合区域温度变化受E N S O的影响相对盐度较弱㊂次表层水团体积/含热量与各气候变化指数的相关系数相对温盐序列稍小,但与前4项气候因子相关系数在0.3附近波动,具有实相关特征㊂可见E N S O现象对于次表层水团相关特性具有一定的影响,从相关系数大小来看,二者的影响程度相当㊂次表层与WWV的关系表现为负实相关,可以说明西北太平洋暖池的增长与否影响着次表层水团各项特征的变化㊂图9次表层和中层水团E O F时间序列与气候变化指数F i g.9 C l i m a t i c i n d i c e s a n dE O Ft i m e s e r i e s o f t e m p e r a t u r e a n d s a l i n i t yi n t h e s u b s u r f a c e a n d i n t e r m e d i a t ew a t e rm a s s e s中层水团各指数与气候变化指数相关性都较小,尤其是体积㊁含热量与气候变化指数的相关关系,皆小于0.3,属于微相关,但其盐度与黑潮相关系数达到了0.3,表明盐度特征的改变与黑潮有一定的关系㊂当E N S O现象发生时,中层水20ʎN以南的部分温盐基本不发生变化,20ʎN北部温度和盐度会稍稍降低㊂但总体来讲,中层水的结构较为稳定,各项气候因子对其影响均较小㊂3.2与相关指数之间的关系通过本文研究可以看出,次表层水团与气候因子都具有较好的相关关系,E N S O气候因子具有一定的2期秦韬,等:基于A r g o资料的吕宋岛以东海域水团特征分析251周期性,其相位的改变影响着大洋环流以及赤道信风,从而改变海洋内部水体上升下沉等混合过程,最终改变水团的性质[32-33],N iño4指数为通过计算海域(160ʎE~150ʎW,5ʎS~5ʎN)海温距平所得,主要影响太平洋中部降雨锋面的变化,从而对北赤道流向西运动产生影响㊂对于西北太平洋暖池而言,暖池的表层海温较高,可以通过感热㊁潜热方式释放能量进入大气,影响大气环流系统,改变着海表的蒸发降水[34]㊂本文中暖池与次表层水温度㊁盐度时间序列㊁体积㊁含热量指标皆呈负相关,主要由于暖池在区域分布上与次表层在空间区域分布上较为相近,但暖池相对较浅,次表层相对较深,两者之间由混合层相隔开,所以当暖池发生变化时一定程度上也易影响着次表层性质的变化㊂中层水与气候变化大部分指数的相关系数要小于次表层水,主要为微相关,但盐度与黑潮的相关系数要稍大于次表层,说明黑潮可能会对于中层水团的盐度有一定影响㊂当气候因子对海面造成扰动时,次表层水深度较浅,气候扰动能够较好的传递到该层中㊂而中层水团较深,水团的构成较为复杂,在不同的纬度,所在的深度范围也不同,故从单一的气候因子说明二者的相关关系较为困难,具体影响物理机制还应结合其具体范围进行独立探讨㊂4结论本文利用A r g o自动剖面浮标观测资料对西北太平洋海域(120ʎ~140ʎE,10ʎ~30ʎN)进行了水团分析,划分出北太平洋次表层水团(N P S S W)与北太平洋中层水团(N P I W)的分布范围,并探讨了两种水团的季节变化以及年际变化,进而选取水团变化指数与气候变化指数做相关分析㊂主要结论:1)次表层水团呈东西向分布,30ʎN以南区域皆有次表层水的分布,位于50~220m深度㊂24.5等位密面上,核心区域在130ʎE以东,与北赤道流流轴相重合㊂核心区域面积在春夏季较大,秋冬季较小㊂50~150m 深度的次表层水主要存在于20ʎ~28ʎN范围内,随深度的增加,次表层水体向南迁移,在150~220m深度上其已位于10ʎ~24ʎN之间㊂次表层温盐核心具有一定的年际变化,且二者具有较好的一致性㊂核心温度与盐度的年际变化周期皆为4a㊂2)中层水出现于280m深度㊂在280~360m,中层水分布于12ʎ~14ʎN;在360m以深,中层水范围随深度增加向西北方向扩大;在420m深度时,其范围已扩展至琉球群岛附近;最大面积出现在550m深度,核心范围介于18ʎ~25ʎN;在550~900m深度,水团逐渐向北缩小直至消失㊂中层水的年际变化明显,核心温度周期3.5a,核心盐度的变化周期3a㊂3)E N S O对次表层水的性质改变具有一定影响,厄尔尼诺时期,次表层水的核心区域温度盐度升高,边界混合区域变化较小,部分区域会有温度盐度降低的现象,拉尼娜时期,次表层水的核心区域温度盐度降低的较快,边界混合区域降低的较慢㊂中层水较为稳定,各气候因子对其温盐性质影响较小㊂本文研究采用了568个A r g o自动剖面浮标的45771个剖面资料,时间范围涵盖了从2004年1月至2017年12月共14a,因而对水团范围以及各项指标的划分更为准确,分析结果能够为该区域的水团研究提供一定的参考㊂参考文献(R e f e r e n c e s):[1] S C HU C KMA N N K V,P A L M E R M D,T R E N B E R T H KE,e t a l.A n i m p e r a t i v e t om o n i t o r e a r t h s e n e r g y i m b a l a n c e[J].N a t u r eC l i-m a t eC h a n g e,2016,6(2):138-144.[2] S A L L EJB,S HU C K B U R G H E,B R U N E A U N,e ta l.A s 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水团分析课程作业青岛冷水团特征及成因分析
姓名:**
班级:A12海科
学号:*********
青岛冷水团特征及成因分析
摘要:在这项工作中,青岛冷水团的主要特征采用基于1980年温度,盐度,溶解氧在西部南黄海“比较分析法”进行的数据研究。
水团的形成原因是基于在该区域1959年的温度和盐度的数据和其他一些作者的研究进行了分析。
结果表明,青岛冷水团有成长和消失过程:出现在三月下旬,在四月出现稳定的格局;最大的是在其五月;在六月份开始变小;消失在七月。
青岛冷水团来自山东北部沿海的水,其特点是低的温度和盐度,高溶氧。
这水团是在反气旋环流和太阳辐射的联合作用形成的。
关键字:青岛冷水团特征形成原因
介绍:青岛冷水团是指在现有的海域离山东东南半岛深底层的那部分春季和夏季的低温水。
这是一个惊人的和重要的中等规模的现象,这使得无论是在南黄海大海环流和温盐结构西部变的复杂,尤其是在海域离山东半岛南部。
很多重要的海洋水文现象(如海洋面前,强跃层,深底低温水的沿海岸爬坡等)发生在这个区域在春季和夏季期间都与青岛冷水团的存在和变化有关。
当水团发生在一个重要的渔场,在这个区域,一些重要经济鱼类的寻找食物,水团的变化,直接影响鱼类分布和集中在春天捕捞季节的山东渔场。
因此,这是对青岛冷水团研究重要理论和实践意义。
在过去很多年在深层的青岛冷水团是很少被研究的,除了一些学者。
例如郑和张(1983),张(1986),张(1996)对青岛冷水团的未来的温盐和强烈的变化做过一些研究。
有些作者把青岛冷水团简单地作为南黄海冷水团的组成部分。
他们的研究对南黄海冷水西部中心进行研究。
因此,迄今为止,青岛冷水团的特征的形成原因尚未完全解释清楚。
这项工作的目的是基于西方南黄海海洋水文资料和其他相关的研究结果,以便为进一步解释对青岛冷水团的特点和成因分析这片海域的水团和流通结构和为合理利用提供科学依据,开发和保护海洋资源的这片海域。
数据:在本文中所使用的数据是西部南黄海的温度,盐度,溶解氧在1980年2月- 7月由中国国家海洋局提供,研究的区域是在119°30′-124°30′E , 34°00′-37°00′N,包含了38个研究点(图2a)
划分方法:对因子散点图的研究分析表明,在这片水域从2至7月存在6个水团:青岛冷水团,黄海冷水团(YSCWM),黄海水(YSW),山东南部沿海水(SSCW),江苏北部沿海水(NJCW)和黄海暖流水,这些水团可以被分为两个:海洋暖流变性水团(YSWCMW)和黄海暖流水主体(YSWCWMB)。
青岛冷水团只发生在3月到6月。
底层水团的分布和相应的系数散点图(图1-3)显示:青岛冷水团在其分布范围和发生位置具有逐月明显的变化。
在三月的最后十天,它发生在离石岛南部的海域且具有相对小的范围(图1)。
青岛冷水团向南移动并在四月稳定的格局。
在5月,青岛冷水团位于青岛海域东面在34°50′-36°30′N ,121°00′-122°15′E(它的中心在35°45′N , 121°40′E)并且是规模最大的。
6月份,水团的位置接近,5月份,但其范围较小,在七月,青岛冷水团完全消失。
(图3)值得注意的是,青岛冷水团在3月〜4月(图.1)中位于所述山东南部沿海水并且在5月-6月(图2),它位于山东南部沿海水和黄海冷水团之间,这似乎表明了青岛冷水团来自北方山东沿岸水的黄海冷水团(南渤海沿岸水),并进入最终黄海冷水团(图3)。
水团的特性:如上所述,所述QCWM具有在五月最大分布范围,所以在研究区域水团各种平均温度盐度和溶解氧值仅在这个月(表1)。
在五月,QCWM温度(6.76℃)最低,但其溶解氧(7.05毫升/ L)是这片海域中所有的水团最高的,而QCWM盐度(31.92)比所述YSCWM的低,但近似的NJCW和SSCW的。
总之,QCWM的特点是低温,盐度和高溶解氧。
温度和盐度的底部层在研究区的平面分布显示,温度分布盐度分布是不同。
该等温线是致密,并在水团外显示是闭合模式,具有最低温度的水体和较高的温度的中心,从而形成一个强大的热梯度。
等值线稀疏基本平行于海岸线,这表明QCWM有混合水的功能。
计算出的青岛冷水团的平均温度,盐度和溶解氧在底层中3月- 6月(表2)具有明显的一个月一个月的变化,水团的温度和盐度增加,但溶解氧逐月下降,与所述青岛冷水团的三个特征值的平均值的变化之间存在差异,随温度变化最大(1.75℃/月),溶解氧少变化(-00.42 -1毫升/月),和盐度变化最少(0.23/月)。
青岛冷水团的上层和地表水的温度变化,主要是从海引起的发热量的运输逐渐下降。
青岛冷水团的盐度和水的质量增加是其与YSCWM侧向混合的结果,和溶解的氧减少可能与温度增加有关。
上面的分析表明,青岛冷水团是季节性水团以低温,盐度,高溶氧。
它已经
成长和消失过程和特殊是结构温盐。
青岛冷水团的低温水来自山东北部沿海水(南环渤海近岸海域)在北方山东半岛沿流动,然后向南去成山头轮角。
但是目前为止,再深层的青岛冷水团的成因还没被解释清楚,在郑和张(1983年)进行了几个主要的研究分析中,他们认为
青岛冷水团在晚冬或早春是传递水体,是由低温水向南流以下黄海沿岸流组成的,而且它出现后,沿海的水变得温暖。
这意味着,青岛冷水团的形成是由于离岸水的变暖(热力学效应)。
但是,我们认为,热力学效果只有一种形成青岛冷水团的原因,因为这不能解释为什么三月至六月青岛冷水团可以在较浅的海域离南部山东半岛存在。
因此,另一种成因(海流的动态效果)应该考虑。
因此,我们将通过使用1959年的观测温度和盐度的数据和其他一些研究结果讨论二月这个问题。
在这里,我们先研究研究区海洋环流特征,然后讨论青岛冷水团的形成原因。
在冬季1959年(月)离山东半岛南部海区表面温度和盐度的(图4)分布表明,这里的海流有两个分支。
一支是低温和低盐)的水流南下在山头轮角向西南去离海岸(山东北部沿海水。
另外一只,其形成时具有较高的温度和盐度(YSWCW)的水流沿黄海槽向北移动,然后向西北流去,最后向东北转向青岛。
在这一观测海域的两个分支的水流形成是要与反气旋环流相互作用有关。
山东省1984年科学和技术委员会的数据也表明,在冬季,大部分的海流在东南山东半岛的近海水域的表面和底层向东北流动,而靠近成山角的海流向南流动,这表明,在冬天在东南部山东半岛的近海区域存有一个反气旋环流。
在这里,我们先研究研究区海洋环流特征,然后讨论青岛冷水团的形成原因。
1987年张学者在渤海和黄海的1975-1980漂流瓶的分析和漂移卡数据表明,在春季和夏季,在东南山东半岛附近的区域的有反气旋环流的存在(图5)。
徐
等人(1999)在东南山东半岛在冬季使用二维数值模型,也证实了一个反气旋环流的存在(36°00'-36°50'N,121°10'-122°40'之间)(约2cm/s的速度)。
值得注意的是,该青岛冷水团正好位于在上述反气旋环流的分布范围。
因此,可以认为,该反气旋循环是QCWM形成的动态因素,因为没有这个环流,这部
分在南部山东海域的浅和滑动底部冷水不能保持3- 4个月。
因此,我们认为青岛冷水团的形成原因应包括动力和热力因素。
在这些中,环流的动态效果是形成青岛冷水团的先决条件,并且暖的上层水被加热,是青岛冷水团形成的必要条件。
根据上面的分析,我们可以推导出QCWM的可能形成过程如下。
在冬季,
来自山东省(南部渤海沿岸水)的北部沿海低温水绕着成山头角南移,虽已经抵达东南部山东半岛海域,它仍然在那里受反气旋环流的影响。
后早春,太阳辐射的增加和上层水在这方面的迅速加热升温,但在深层和底层海水慢慢升温,由于温跃层,效果仍然类似在冬季的低温特性。
青岛冷水团就是在这种方式下形成的。
结论:
1.青岛冷水团的成长和消失的过程。
它出现在三月下旬,在四月稳定的
格局,是在最大的面积在五月,六月变小,消失在七月。
2.青岛冷水团主要来自山东北部沿海水域(南渤海沿岸水),其特点是
低的温度和盐度,溶氧高。
3.青岛冷水团是根据动态因素(反气旋循环)和热力学因素(太阳辐射)。
前者的共同作用形成的是青岛冷水团形成的先决条件,而后者是一个必要条件。