黑潮区表面漂流浮标观测结果分析

Argos漂流浮标的若干观测结果

刘增宏1，2许建平1，2朱伯康1，2

（1、国家海洋局第二海洋研究所杭州 310012）

（2、国家海洋局海洋动力过程与卫星海洋学重点实验室杭州 310012）

摘要：表层漂流浮标是一种利用Argos卫星系统定位与传送数据的海洋观测设备，它可以利用Lagrangian法则连续观测表层海流及表层水温。本文利用近些年在南海和西太平洋投放的部分卫星跟踪表层漂流浮标所取得的观测资料，分析观测海域的表层海流特征及其漂移路径上的温度变化。结果表明：（1）由浮标的漂移轨迹看出，黑潮表层流路年际变异相当大；（2）2003年1月份，黑潮表层水有入侵南海的趋势，似无西北太平洋表层水深入南海的迹象。夏季，南海表层水由南海流出经吕宋海峡汇入黑潮主干；（3）秋季，台湾东北海区存在一个强反气旋涡，空间尺度约270 km；（4）黑潮主干在秋末冬初经过东海时明显呈弯曲流动，并形成许多小尺度的气旋式涡；（5）在九州西南海域，黑潮表层流并无分支北上进入对马暖流区；（6）2003年春季，黑潮在日本以南的弯曲不明显，并伴随有冷、暖涡产生，暖涡的强度和空间尺度都要比冷涡大得多；（7）由漂流浮标观测的表层海水的温度分布明显呈日变化和季节变化的特征。在浮标漂移路径呈反气旋或气旋式转动的区域，表层水温对应出现高或低温区。但出现在台湾以东的低温区，则与此时期的台风过境有关。

关键词 Argos表层漂流浮标；黑潮；海流

中图分类号文献标识码：A

关于黑潮表层海流的特征，国内外有许多研究。日本学者近滕正人和玉井一寿[1]，根据GEK（电磁海流计）观测资料，绘制了冬、夏两季黑潮表层路径图，并结合漂流瓶资料，讨论了东海的海流状况。我国学者孙湘平[2，3]也曾分析了东海黑潮表层流路和黑潮下游段的表层流路。近十年来，随着卫星跟踪观测技术的发展，越来越多的卫星跟踪浮标（主要有表层漂流浮标及ARGO剖面浮标）被用来观测海流。本文则利用近几年来在南海和西北太平洋海域布放的Argos表层漂流浮标所取得的漂移路径和表层温度资料，来分析观测海域的海流及其表层温度的分布特征，以期对黑潮表层海流及其流路等有进一步的认识和了解。

1资料来源与观测误差

近些年来，我国在南海和西北太平洋海域投放了一批Argos表层漂流浮标。这里我们选择3条沿黑潮路径具有代表性的浮标07070、26707和27613进行分析研究，其漂移路径见图1。其中07070和26707号浮标布放于南海东北部海域，而27613号浮标布放于吕宋岛以东125.8ºE附近海域。三个浮标的观测时间跨度分别为1995年5～10月、2000年8～12月及2003年1～6月。Argos表层漂流浮标每天大约有6组数据，包括时间、经纬度、温度等。通过剔除明显错误的定位数据，可以计算出浮标每天的平均位置，从而计算出浮标1天的平均流速。浮标设计观测深度约为15 m。由于受到风应力、波浪及水阻力等因素的影响，浮标的运动速度与水质点的运动速度有一定的差异，由此引起的浮标测流误差约为2 cm/s [4，5]。因Argos定位系统对浮标的定位误差在1 km以内[6]，由此引起的浮标测流误差为5 cm/s。另外，通过剔除明显有误的海水表层温度（SST）观测值，算出每天的平均温度，最后得到浮标表层温度的观测时间序列。

2 浮标漂移轨迹与速度分析

浮标的漂移轨迹见图1。由图可以看出，3个布放位置不同的浮标均向北漂移，在台湾岛东南漂移路径开始趋向一致，沿黑潮表层流轴经东海到达九州以南并继续向东北漂移。其中26707号浮标到达九州以南后没有再收到数据。通过计算发现，从台湾以东22ºN附近到九州以南130ºE附近，07070号浮标漂移仅33 d（7月8日～8月9日），其轨迹最稳定；27613号浮标用时42 d（2003年2月8日～3月21日），其轨迹也比较稳定；26707号浮标用时最长，达107 d（9月5日～12月21日），其轨迹有较多旋转。在130ºE以东，07070号浮标漂移速度仍然很快，但明显有大的弯曲；而27613号浮标的漂移轨迹在四国和本州以南不停地旋转。

下面把浮标的漂移轨迹划分为A、B、C三段（图2，表1、2）来讨论。A段指25ºN以南海区；B段为25ºN以北至九州以南130ºE附近这一海区；C段为130ºE以东的海区，称为黑潮的下游区[3]。

2.1 25ºN以南海区

该海区分别指菲律宾以东的西北太平洋海域和南海东北部海域。

07070号浮标（由国家海洋技术中心研制）于1995年5月22日投放，其投放点位于114.4ºE，20ºN的东沙群岛西南海域。由图2a可见，该浮标先向南漂移，在18.5ºN附近快速转向东，抵达117.5ºE后转向东北，似受吕宋岛西北侧气旋向流圈的影响作逆时针旋转[7]。浮标到达南海东北部的台湾西南方后，7月中旬作反气旋转动，沿台湾岛南岸折向东并汇入黑潮主干向北漂移。在这期间，南海受西南季风的控制（图3a），风向在台湾岛西南和吕宋海峡转为向北，但强度已减弱。浮标的平均速度约20.0 cm/s，最大速度达106.7 cm/s（在台湾以南），最小速度仅0.3 cm/s（出现在台湾西南）。另外，由天津海洋技术中心研制的一个试验型ARGO剖面浮标（平台号：08718；循环时间：5 d；观测深度：350 m ）于2003年12月底布放在台湾岛西南方海域（图4），其漂移轨迹和07070号浮标极为相似，自台湾岛西南绕台湾南部向北汇入黑潮主干。可见，黑潮在这期间并没有直接分支进入台湾海峡。

26707号浮标（图2a）于2000年8月5日布放于吕宋岛以西的南海东北部海域，大约在9月初从吕宋岛西北进入巴布延海峡后，沿黑潮折向西，似有退入南海的趋势。但或许由于此时期黑潮侵入南海的势力较弱，浮标作反气旋转动后，在20.5ºN附近退出南海沿黑潮主干向北漂移。期间，海面风场由西南转为东北，吕宋海峡和台湾岛附近的风速增大（图3b，3d）。Centurioni等人[8]在利用1986～2002年表层漂流浮标历史资料分析菲律宾海表层海水通过吕宋海峡进入南海的研究中也发现，表层水在7～9月份并没有向西进入南海。9月中旬，浮标抵达25ºN附近，此时浮标并没有继续向北前进，而是在台湾岛以东作反气旋转动，中间还有2次小的反气旋转动。该反气旋式转动持续了将近52 d（9月14日～11月5日），其中心位于23.5ºN，123ºE，空间尺度约270 km，最大漂移速度约55 cm/s，这一现象与薛惠洁等[9]利用数值模拟的结果相当吻合，而管秉贤指出，黑潮在跨越台湾东北角的海脊时将发生右偏[10]。

27613号浮标（图2a）于2003年1月2日投放于吕宋岛以东的西北太平洋海域，这期间南海主要受东北季风的控制。1月初从吕宋岛以东向吕宋海峡方向漂移，沿黑潮主轴在吕宋海峡中部有明显的入侵南海的趋势，但最终未能进入南海，而是在到达台湾岛南部后呈反气旋式转动，旋涡的空间尺度约57 km。Centurioni等人[8]发现，在1986-2002年间有29个表层漂流浮标向西越过吕宋岛和台湾岛之间的120.8ºE经线（都发生在10～3月份间），其中有相当一部分浮标在越过该经线后向东又折回太平洋。可以看出，在10～3月份，黑潮表层水有入侵南海的趋势，但其强度可能跟东北季风的强度有相当密切的关系。其后，该浮标沿台湾岛以东黑潮主轴向北漂移。在这过程中，平均速度为41.5 cm/s，最大速度约70.2 cm/s（出现在台湾以东），最小速度约11.9 cm/s（出现在反气旋涡处，表1）。