（自然地理学专业论文）东海黑潮温盐时空分布特征及其影响因素.pdf

上海师范大学硕士学位论文 摘要 本文的研究区域为东海黑潮。东海黑潮作为影响我国东海的重要环流，从低 纬地区传输大量的高温、高盐水至中纬度地区，引起区域热量的再分配，对我国 近海热力动力环境有举足轻重的作用。 利用美国国家海洋大气管理局( n o 从) 2 0 0 7 年发布的全球海域多年月平均 三维数据库( w o r l do c e a na t l a s2 0 0 5 ( w o a 0 5 ) ) ，美国国家地球物理学数据中心 ( n g d c ) 2 0 0 6 年发布二维海底数据地貌数据( g e o d a sg r i d t r a n s l a t o r - d e s i g n a - g r i d ) ，结合日本海洋科学与技术机构( j a m s y e c ) 2 0 0 3 年 发布的1 9 9 7 2 0 0 2 年东海地区月平均降水量资料，2 0 0 3 2 0 0 5 年中国水利部长江 水利委员会公布的长江泥沙公报中长江月平均径流量；研发计算机数值分析 以及图形可视技术，分析东海黑潮内部高温区( 热核) 的时空变化，和表层盐度 的年循环过程，探讨影响东海黑潮表层盐度分布的因素。得出： 1 东海黑潮的内部存在明显的高温区。提取1 0 高温区定义为热核，不同 深度不同月份，黑潮热核的变化存在着差异，表现为，从表层到2 5 0 m 水深，热 核的分布区域由表层的靠近中轴线附近逐渐偏向黑潮的东部边缘；分布范围由表 层占黑潮流幅的3 0 以上缩减到2 5 0 m 深度的1 0 左右：2 5 0 m 以下热核的分布 范围和区域再没有明显的变化。热核除了位置范围的变化外，热核的温度随深度 也有明显的变化：从表层到2 0 0 m 深度，从东海黑潮的入口到出口，同深度热核 的温度呈下降的趋势，在2 0 0 m 深度以下呈上升的趋势。 2 东海黑潮表层盐度存在明显的季节变化，1 2 、l 、2 、3 月份的表层盐度较 一致，高于其它月份，最大值达3 4 ，8 以上；6 、7 、8 、9 月份的表层盐度在一年 最低，在3 4 4 以下；4 、5 月份和l o 、1 1 月份介于其中，为过度阶段。表层盐度 在1 2 个月的分布出现靠近黑潮的东边界一侧盐度高，靠近陆架一侧盐度低，高 盐区在东海黑潮主段琉球群岛、奄美群岛以西。 3 影响东海黑潮表层盐度的主要影响因素有：温度、降水和径流。其中， 温度高，蒸发量大，表层盐度高，表层盐度与表层温度有正相关的关系：降水量 大或是淡水注入量大，盐度值低，表层盐度与其呈负相关的关系。相关分析表明， 上海师范人学硕士学何论文摘要 l l 、1 2 、l 、2 、月份，表层温、盐的高度正相关区域较大。靠近陆架一侧的表层 盐度在冬、春、秋季受温度的影响较大。降水对东海黑潮表层盐度的影响为局部 小范围，主要集中在1 月和夏季的6 、7 、8 月份，主要分布在2 5 0 n 以南和3 0 0 n 附近。长江冲淡水在夏季对东海黑潮表层盐度影响大于其它季节，夏季7 月份表 层盐度平均值在一年中最低，此时的长江月径流量也出现最大值，长江冲淡水与 表层盐度呈现较好的负相关。 关键词：东海黑潮；温度；热核；表层盐度；降水；长江冲淡水 a b s t r a c t k u r o s h i oi nt h ee a s tc h i n as e ai ss t u d i e da sa ni m p o r t a n ti m p a c to nt h ee a s t c h i n as e ac i r c u l a t i o n i tt r a n s p o r t sal o to fe n e r g y ，m o m e n t u mf r o mt h el o wl a t i t u d e t om i d l a t i t u d e sa n dc h a n g e sh e a ti nt h er e g i o n t h ek u r o s h i oi nt h ee a s tc h i n as e a p l a y san e c e s s a r yr o l ei nc o a s t a le n v i r o n m e n t u s i n gt h ew o r l do c e a na t l a s2 0 0 5b y n o a ap u b l i s h e di n2 0 0 7a n dt o p o g r a p h yd a t a b a s ei n2 0 0 6b yn g d c ，e x p l o r i n g t h r e e - d i m e n s i o n a lt e c h n i q u e sf o ro c e a n i cd a t aa n a l y s i sa n df i g u r em a n i f e s t a t i o nw i t h m a t l a bc o m p u t e rp r o g r a m ，r e s e a r c ht h ec h a n g eo ft e m p e r a t u r ec o r eo fk u r o s h i oi n t h ee a s tc h i n as e a u s i n gt h eg r i d d e dp r e c i p i t a t i o nd a t ao ft h ea s i a nr e g i o nb y j a m s t e c p u b l i s h e di n2 0 0 3a n dt h er u n o f fo fc h a n g i i a n gd i l u t e dw a t e ri nd i f f e r e n t m o n t hd u r i n g2 0 0 3 2 0 0 5 ，f i n dc h a r a c t e r i s t i co fs a l i n i t yo ns u r f a c ei nay e a r t h a ti s t h ef o u n d a t i o nf o ru n d e r s t a n d i n gh e a tt r a n s f e ra c c u r a t e l y t h em a i nc o n c l u s i o n sa r e ： 1 k u r o s h i oi nt h ee a s tc h i n as e ai sh i g h t e m p e r a t u r e ，b u th i g h e rt e m p e r a t u r ei n i t si n t e r n a la r e a f r o ms u r f a c et o2 5 0 md e p t h ，t h ed i s t r i b u t i n ga r e ao fw a r m - c o r ei s m o v i n gf r o mm i d d l ea x e so fe c s k u r o s h i oc u r r e n tt ot h ee a s tb o r d e r ，t h ew a r m - c o r e r a n g ei sr e d u c i n gf r o ml a r g e rt h a n3 0 t oa b o u t10 t h e r ei sn od i s t i n c tc h a n g i n g f o rw a r m - c , o r ca r e ab e l o w2 5 0 m f r o mt h ee n t r a n c et ot h ee x i to fe c s - k u r o s h i o ，t h e w a r m c o r et e m p e r a t u r ei sd e c r e a s i n gw i t hk u r o s h i oc u r r e n ta tt h es a m ed e p t hu p p e r t h ed e p t ho f 2 0 0 m ，b u tt h et e m p e r a t u r ei si n c r e a s i n gb e l o wt h ed e p t ho f 2 0 0 m 2 w ef i n dt h a ti th a sa no b v i o u sf e a t u r eo ns u r f a c es a l i n i t yo fk u r o s h i oi nt h e e a s tc h i n as e ai nd i f f e r e n tm o n t h f i r s t l y , s a l i n i t yo ns u r f a c ei sh i g h e ri nj a n u a r yt o m a r c ha n dd e c e m b e r , a n dm a xi s 3 4 8 s a l i n i t yo ns u r f a c ei sl o w e ri nj u n et o s e p t e m b e r ，a n dm i ni s3 4 4 t h e ns a l i n i t yi nt h er e s to fm o n t h sb e t w e e nt w od a t e s s e c o n d l y ，s a l i n i t yi st h eh i g h e s tn e a rt h ee a s ts i d eo ft h ek u r o s h i oi nt h ee a s tc h i n a s e aw h e r ei sc l o s et or y u k y ui s l a n d f i n a l l y , l o w s a l tz o n ei sn e a rt h en o r t h e a s t e r n t a i w a na r e ai nay e a r 3 m a n yf a c t o r sa f f e c t e dt h es a l i n i t yo ns u r f a c eo fk u r o s h i oi nt h ee a s tc h i n a s e a c o m b i n e dw i t hp r e v i o u ss t u d i e sa n dd i s c u s s e dt h em a i nr e a s o no ft h es a l i n i t yo n 上海师范火学硕士学位论文摘要 s u r f a c eo fk u r o s h i oi nt h ee a s tc h i n as c a ：t h e ya r es u r f a c et e m p e r a t u r e ，r a i n ， c h a n g ji a n gd i l u t e dw a t e r s a l i n i t yo ns u r f a c eo fk u r o s h i oi nt h ee a s tc h i n as e ai s m a i n l yi n f l u e n c e db ys u r f a c et e m p e r a t u r en e a rt h es h e l fo fc o n t e n t i o u si nn o v e m b e r t of e b r u a r y s a l i n i t yo ns u r f a c ei si m p a c t e db yp r e c i p i t a t i o ni ns m a l l s c a l ei nj a n u a r y a n ds u m m e r ，w h i c hm a i n l ya r e a sa r et h es o u t ho f2 5 0 na n dn e a r3 0 0 nw h e r e e c s k u r o s h i of l o w si n t ot o k a r as t r a i t r u n o f fo fc h a n g j i a n gd i l u t e dw a t e ri n s u m m e ra f f e c tm o s tt ot h es a l i n i t y0 1 1s u r f a c eo fk u s h i r oi nf a nz o n e ，t h em a x i m u m r u n o f fi nj u l ya n dt h ec o r r e s p o n d i n gm i n i m u ms a l i n i t yo ns u r f a c eo fk u r o s h i oi nf a n z o n ei nt h ee a s tc h i n as e a k e y w o r d s ：k u r o s h i oi nt h ee a s tc h i n as e a ；t e m p e r a t u r e ；t h et e m p e r a t u r ec o r e ； t h es a l i n i t yo ns u r f a c e ；p r e c i p i t a t i o n ；c h a n g i i a n gd i l u t e dw a t e r 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除 了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或机构已经发表或撰写过的研究 成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中做了明确的声明并表 示了谢意。 作者签名： 7 孑赫 论文使用授权声明 日期： 谪j r j i 本人完全了解上海师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其它手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此 规定。 作者签名1 躲雌名：胀蚊日 飙1 心| 上海师范人学硕士学位论文绪论 1 1 科学背景 第一章绪论 气候的变化及预测研究越来越受到各国科学家和社会的关注，海洋温盐环 流与气候变率的关系研究是上世纪9 0 年代中后期国际科学界提出的一个新课 题。温盐环流的稳定性、变率以及与之联系的极向热输送，将对局地和全球气 候产生显著影响，是气候系统的重要调节器，研究海洋温盐环流的变化能更好 的了解气候变化。2 0 世纪8 0 年代国际科学界组织实施了热带海洋与全球大气 实验( t o g a ) ，为e n s o 的预测奠定了基础；9 0 年代又组织了历史上规模最大 的世界大洋环流实验( w o c e ) ，展开了对全球海洋环流的全面调查，旨在获取 大量的全球大洋环流观测数据，用以了解其基本特征，例如温度、盐度，验证 描述大洋环流的数值模拟。t o g a 、w o c e 计划为气候变异及其可观测性 ( c l i v a r ) 计划的制定奠定了基础，直接推动了全球实时海洋观测网( a r g o ) 计划的实施，也为全面获取全球海域的数据提供了基础，这些计划的实旅，提 高了人们对大洋环流基本特征及其变化的认识。随着科技的发展，全球海洋通 量( j g o f s ) 和海岸带陆海相互作用( l o i c z ) ，全球海洋生态系统动力学 ( g l o b e c ) 等大型国际合作研究计划中，贯穿“受全球变化影响的生态系统 通过反馈机制来调节气候系统，并对气候变化做出响应 这一主线，进一步展 开了与全球气候变化有关的海洋动力生态系统的研究。 著名海洋学家苏纪兰院士指出2 l 世纪海洋发展的重点方向足，海洋在季 节、年际、年代际尺度的气候变异中的作用和近海系统对自然变异、人类活动 和全球变化的相应。气候的年代际变异是全世界都存在的显著现象，这种时间 尺度最可能与海洋相关，上层海洋中纬度与低纬度之间的交换直接影响大洋的 热结构，从而影响年代际气候变异，其中包括温跃层环流、热带大洋环流和副 热带经圈环流的相互作用等，然而对于大洋上层中纬度和热带之间的能量、质 量交换目前还不清楚。 黑潮作为北太平洋副热带环流的西边界流，其变异与大洋内区环流的变异 息息相关，而且我国近海作为北太平洋副热带环流的一个重要能量汇区，其动 上海师范人学硕士学位论文 绪论 力环境对黑潮的能量、质量收支平衡又起着调节作用。黑潮，具有高温、高盐、 流速强、流量大的特征。黑潮从低纬地区传输大量的高温、高盐水至中纬度地 区，引起区域热量的再分配，是影响我国东海的重要环流，对我国近海动力环 境有举足轻重的作用。 1 2 研究历史与现状 1 2 1 黑潮的研究历史 自二十世纪初日本渔业局开始对黑潮定期观测以来，有关黑潮的科学调查 已有9 0 多年的历史。2 0 世纪5 0 年代以来，以中国为主的海洋学家，对中国海 陆架环流进行了相当广泛和长期的调查研究。其中在1 9 6 5 1 9 6 9 年台湾的科学 家对台湾以东的黑潮主干做了较系统的调查研究。对黑潮的较系统调查研究开 始于上世纪8 0 年代中期，1 9 8 6 1 9 9 2 年，中日联合对黑潮进行了一系列的调查， 获取了黑潮主干区大面积较系统的资料，并完成出版了一系列黑潮调查研究论 文集，这些调查和研究都是在实测断面的基础上完成的。与此同时，遥感技术 的开展有利于海洋数据资料的全面获取，减少了受季节影响所造成的数据缺失。 1 9 8 2 年l e v i t u s 将美国海洋大气管理局海洋资料中心收集的全球海洋观测资料 的时间分布和空间分布做了较系统的描述，研究了温盐、热容量的年际变化。 1 9 7 9 1 9 9 8 年，有关国家，在全球海域投放了6 0 0 0 余个跟踪表层漂流浮标，为 研究上层海流的分布情况及其基本特征提供了大量资料。2 0 0 7 年，美国国家海 洋大气管理局，发布了包括我国东海黑潮区域、新的全球海域温盐月平均资料 数据库。 有关东海黑潮温、盐、流的结构特征变异及与陆架水的相互作用，是国家 “9 7 3 ”项目和自然科学基金项目的主要研究问题。在“十五 期间肩动的“9 7 3 项目“中国近海环流形成变异机理、数值预测方法及对环境影响的研究 对我 国东部陆架海域的动力过程及温、盐场长期变化过程进行了研究。“十一五启 动的“9 7 3 ”项目“亚印太交汇区海气相互作用及其对我国短期气候的影响 把 热带太平洋印度洋海洋动力过程作为其研究重点。国家自然基金项目中关于东 海黑潮的温盐结构也有不少的研究：2 0 0 4 年东海黑潮三维结构及季节变化研究 2 上海师范火学硕士学位论文绪论 ( 熊学军，2 0 0 4 ) 以及2 0 0 7 年黑潮流路反气旋弯曲对其向边缘海入侵( 胡筱敏， 2 0 0 7 ) 都涉及到黑潮的温盐结构、动力过程的研究。 实测资料可以获取断面较深层海洋要素的特征，而卫星资料可以研究不同 时段表层状况，在实测和卫星资料的基础上利用数据库可以进一步研究黑潮整 体内部的温盐特征。针对“我国目前对海流、盐度和跃层等海洋环境要素的业 务化预报几乎是空白”的实际情况，科技部、国家海洋局在“2 l 世纪初中国海 洋科技发展目标前瞻 中，将“开展海洋温度、海流三维结构等项目预报技术 的研发作为急需解决的问题”。 1 2 2 东海黑潮温盐的研究进展 1 2 2 1 东海黑潮温盐结构研究 东海黑潮温度研究； 海温研究一直是海洋领域的一个传统部分，表层和断面海水温度的观测研 究又是海温研究的重点。黑潮作为高温水团流经东海地区，输送大量的热量， 前人对黑潮温度的研究主要集中于海表温和断面温度的分布特征。 1 9 9 3 年，潘玉球，苏纪兰等分析了台湾东北海域四季中表层和3 0 m 层的温 度分布；1 9 9 7 、2 0 0 2 年，孙湘平，修书孟等分析了台湾东北海域的表层至1 0 0 m 层的温度分布状况；2 0 0 1 年，许东峰，袁耀初等分析了夏季东海地区5 0 0 m 层 的温度分布。综合前人对不同深度层的观测研究，可以得出：表层冬季水温不 低于2 0 ，夏季水温高达2 o ，冬夏季存在着明显的差异；随着纬度、深 度的增加表层水温逐渐降低；到5 0 0 m 层深度，黑潮水温降低到ll 左右。2 0 0 5 年，郭伟其等对东海地区的海表面温度进行了分析，认为东海地区的海表温南 高北低，同纬度外海高、靠近陆架地区的水温低，这丰要是受制于太阳辐射； 海表温具有年周期和半年周期的变化。东海黑潮的表层海水温度是其海洋热力、 动力过程以及海气相互作用的结果。 有关海水温度随深度的变化，刘兴泉通过对p n 断面和不同纬向断面的分 析，得出，水温由表层到底层随深度逐渐降低，等温线在表层和底层分布稀疏。 次表层密集。表层和底层温度梯度较大，靠近外海的温度要略高于靠近陆架的 温度，冬夏季水温存在差异，到达一定深度后，水温无季节变化。 3 上海师范人学硕十学位论文 绪论 东海黑潮盐度研究 海水中的盐度作为海洋学中的基本要素，是海洋动力及其海气相互作用中 的关键因素，盐度对于海洋中、特别是对热力、动力过程的影响十分显著。所 以对于海水中盐度的研究成为近百年的重点。1 9 0 2 年，k n u d s e n 等人基于化学 分析测定方法，定义了海水的盐度，该方法一直沿用到2 0 世纪6 0 年代。1 9 6 7 年，c o x 提出了对不同深度的海区采样测定盐度的算法。1 9 7 8 年j p o t s 提出了 实用盐度标度方法，1 9 8 2 年国际上正式推行这个盐度标度方法和相关算法。由 于历史上盐度资料的缺乏，以往对于盐度的研究还不是很充分，近年来随着海 洋观测手段的改进和海洋观测资料的增加，关于海面盐度的研究逐渐变得丰富 起来。在2 0 世纪7 0 年代，海水盐度遥感的航空试验，甚至进行了卫星盐度遥 感的尝试，不过在此后一段时间内，盐度遥感发展缓慢，主要是精度不够以及 对其必要性的认识不足。随着人们对气候变化的关注以及对大洋盐度变化在气 候系统中作用的进一步认识，对于盐度的重要性也越来越被关注。但是目前还 是缺乏具有适当时间分辨率的全球海洋盐度监测的手段，虽然对于海洋中盐度 资料的收集已经有1 0 0 多年的历史，但是全球海洋仍有百分之三十的海域，其 盐度的分布从未被测量过。现在所用的盐度资料大部分还是实测的断面资料。 2 0 0 6 年，吕庆华在分析1 9 9 9 年冬、夏季东海表层1 0 m 盐度分布的基础上， 发现，夏季黑潮的盐度在3 4 - - , 3 5 之间，夏季的表层盐度低于冬季的表层盐度。 东海3 0 0 n 断面的温、盐资料是我国自行监测的最长水文序列资料之一，2 0 0 2 年，浦永修利用1 9 7 5 1 9 9 9 年的断面资料分析了区域盐度的垂直分布，将盐度 断面的分布特征划归为4 类，并探讨了长江冲淡水，黄海混合水，黑潮水在断 面上的相互配置关系。刘兴泉利用c t d 资料分析了p n 断面的盐度分布，发现， 在冲绳海槽，黑潮保持着其外海的次表层高盐、近表层低盐、底层次高盐的基 本特征；对垂直环流对应的温、盐结构进行分析，发现夏季黑潮区的盐度近岸 低，外海高，随着黑潮自南往北纬度的增高，盐度逐渐降低。 综合前人对温、盐的断面、表层及不同深度层的研究得出：东海黑潮温、 盐存在明显的月季变化：表层温度冬季自低纬向高纬降低，夏季则普遍高温： 表层盐度冬季明显高于夏季；表层温度和盐度出现由南到北递减的分布状况。 断面上的温度随着深度的增加而降低，而盐度则呈表层低盐、次表层高盐、底 4 上海师范人学硕士学位论文绪论 层次高盐的分布状况。前人对黑潮温、盐分布的研究，多集中在东海区域内的 断面或表层，对于东海黑潮整体的内部温盐的分布特征研究较少。对于黑潮内 部温盐的分布特征及其关系研究将会成为下一步的热点。 1 2 2 2 东海黑潮温盐关系研究 海水的温度和盐度是最重要的两个性质参数，许多学者以温盐的状况来界 定水团的性质。1 9 1 6 年h e l l a n d h a n s e n 首创的温盐曲线，成为划分与分析水 团的最主要工具，也称作t - s 图解( t e m p e r a t u r e s a l i n i t yr e l a t i o n s h i p ) ，被认为 是分析水团最主要的工具和最有成效的方法，也是分析水团应用最广泛的方法 之一。1 9 2 7 年j a c o b s e n 首先用个- s 图解研究发现，当温盐各自均匀的两个水团 相互混合时，出现线性反比关系。 毛汉礼从几个水团同时相互混合的观点出发，提出了一个应用t - s 图解来 分析陆棚浅海区域水团的方法，得到黑潮次表层水处于7 5 - 4 0 0 m 之间，核心在 1 5 0 m 附近，中层水在4 0 0 8 0 0 m ，之间，以及下层水在8 0 0 - 一1 2 0 0 m 之间。孙湘 平利用温盐图解得出不同深度层上的黑潮水、陆架水的相互关系。在台湾东北 部，1 5 0 m 深度层盐度出现最大值，出现黑潮水向东北部入侵的现象，在春、夏 两季黑潮次表层水入侵陆架一个是在彭佳屿至钓鱼岛之间，一个是在1 0 0 m 等 深线附近，秋、冬季因黑潮表层水大举入侵陆架区，致使彭佳屿附近的次表层 水涌升变得不明显，但1 0 0 m 深度附近仍有从台湾以北入侵的黑潮次表层水。 汤毓祥等收集c t d 和浮标资料，利用t - s 图解划分水团探讨夏季对马暖流的来 源，认为对马暖流表层水主要是由长江冲淡水、黑潮表层水和东海南部陆架水 汇聚的；中层水是由黑潮水和陆架低盐水混合的。 1 2 2 3 东海黑潮温盐与中尺度气候的关系研究 对于黑潮温、盐的特征要素研究，除了表层、断面的温盐度特征，前人也 探讨了大尺度的气候变异与黑潮温度突变的相互关系。李忠贤，孙照渤分析了 秋季黑潮海表面温度异常与东亚冬季风以及我国冬季气候的关系，秋季黑潮海 区的海温偏高时，当年的冬季风指数偏高，我国东北和华北地区的气候上升 其它地区冬季气温降低，其中华南地区降温幅度最大。潘华盛等研究表明，黑 潮区域冬、春两季的升温，会造成我国东北地区夏季温度的升高；其中，黑湖 冬季升温的影响更加明显。赵永平计算了黑潮海域异常加热与后期1 2 月北半球 5 上海师范人学硕十学位论文 绪论 大气环流的时滞关系，黑潮海域异常加热时，大气环流的经向度将趋减小。翁 学传、张启龙等提出，冬、春季黑潮加热时，我国南方和沿海地区高度场偏高， 有利于我国北方或长江流域的降水。 已有对东海黑潮温度、盐度的研究主要从三个方面入手，1 ) 温度和盐度的 表层和断面的分布特征，分析黑潮流经东海的物理过程、基本特征与温、盐分 布的关系；2 ) 研究温、盐之间的关系，进一步了解黑潮流入东海后与其它水团 之间的相互作用，重点研究区域为台湾东北部和吐噶拉海峡处；3 ) 分析黑潮温 度、盐度的年际变异与中尺度气候的关系、以及变异造成的影响，尤其以对温 ， 度变异研究居多。主要结论有： ( 1 ) 东海黑潮温度特征：表层夏季温度最高，冬季最低，随着纬度的增加 温度逐渐降低，表层温度由东南到西北递减；黑潮断面温度随深度逐渐降低。 东海黑潮盐度特征：表层盐度夏季低于冬季，靠近陆架盐度低，靠近外海盐度 高，次表层为高盐区，底层为次高盐区。前人对温盐表层和断面的研究很多， 但对于黑潮整体温盐的变化过程以及年际变化仍有待深入。 ( 2 ) t - s 图解是分析水团与水团之间关系的有效手段，已有的研究将黑潮 水团划分为7 5 4 0 0 m 的次表层，4 0 0 8 0 0 m 的中层，8 0 0 - - - 1 2 0 0 m 的底层；在台 湾东北部和吐噶喇海峡这两个黑潮重要的转弯区，t - s 图解揭示了黑潮次表层 水与陆架水相互交换，黑潮水的入侵等现象。已有的研究多集中于对考察断面 温盐结构年际变异的探讨，对于整体内部的高温区和高盐区的分布特征以及年 际变化研究较少，对内部温、盐的结构研究尚有待深入。 ( 3 ) 黑潮流经东海过程中，温度和盐度的变异与大尺度气候的相互作用研 究是个热点。大尺度的气候变化与黑潮的温盐变异，如季风、降水等与黑潮海 温的变化，存在一定的相关性。黑潮海区冬、春两季的升温，将影响我国东北 地区夏季的升温；其中黑潮冬季升温的影响更加明显。秋季黑潮区域的海表温 异常与东亚冬季风以及我国冬季气候具有一定的相关性；秋季黑潮区域的海温 偏高时，当年的冬季风指数偏高，我国东北和华北地区冬季的气温偏高，其它 地区冬季气温偏低，其中以华南地区的降温幅度最大。 本文利用国际数据库的温、盐、降水资料探讨东海黑潮的温盐月季变化， 以及影响表层盐度的因素。利用国际数据库可以弥补实测资料在某些月份的缺 6 上海师范大学硕士学位论文绪论 失，实测资料大多是断面，而卫星遥感资料基于表层资料的获取，对于整体特 征的研究国际数据库的资料最好。本文是在上海市科委攻关课题“东海海洋三 维温、盐结构月季节变化研究一( 编号0 6 2 4 1 2 0 4 9 ) 等项目下进行的研究，主要 是研究黑潮内部的高温区及表层盐度的分布，所以文中着重对这两部分进行探 讨。在m a t l a b 计算机语言的帮助下，对东海黑潮整体的温盐特征以及表层盐度 的分布及其影响因素进行分析研究，第一章对东海黑潮的国内外研究现状进行 总结；第二章介绍所用的数据库资料；第三章探讨东海黑潮温度的分布状况以 及分析内部高温区的时空分布特征；第四章研究东海黑潮表层盐度的1 2 个月的 变化特征：第五章在分析东海黑潮表层盐度的时空分布的基础上，试讨论表层 盐度分布的主要影响因素，包括表层温度、降水、径流( 长江冲淡水) 等：第 六章为结论。 1 3 采取的技术路线 全球海域温度数据库 阅i 荛啸i ； 全球海域盐度数据库 总结前人研 全球海底地形数据库躲全球海底地形数据库 ：； ： 。1 ， i 选定东梅黑潮研充区域i ；| l 硅取表j 攀瓣 i | ； i ll l 划定东海黑潮热核分布l i i 东海黑潮表l东梅月平均l长江冲淡水1 层温度数据i降俐i月平均资料i ii li i， 一jl 蓁蓁 毳 羹 表 嫠 与 幂 墨 萋 藉霍 羹 蓁 蓁 茬 7 上海师范大学硕士学位论文研究区域与数据收集 第二章研究区域与数据资料 2 1 研究区域 研究区域为1 2 0 , - , 1 3 0 0 e ，2 0 , 3 5 0 n 之间的东海海域，见图2 1 。东海位于中 国岸线中部的东方，是西太平洋的一个边缘海，西有广阔的大陆架，东有冲绳 海槽，兼有浅海和深海的特征。东海西邻上海市、浙江、福建两省，北界是启 东嘴至济州岛的东端一五岛列岛一长崎半岛野母犄角的连线，东面以九州岛、 琉球群岛和台湾岛连线为界，与太平洋相邻接，南至我国福建省东山岛南端沿 台湾浅滩南侧至台湾省南端鹅銮鼻连线与南海相通。东海的总面积为 7 7 x 1 0 4 k m 2 ，平均水深为3 7 0 m ，最深可达2 7 1 9 m ，最大水深位于台湾省东北方 的冲绳海槽中( 中国大百科全书，1 9 8 7 ) 。 黑潮是影响东海区域的主要环流。黑潮为北太平洋西边界流，它与大西洋 湾流齐名为世界瞩目的两支强流。黑潮具有高温、高盐、透明度大和水色深蓝 等特点，其流速很强，携带着巨大的水量和热量。黑潮这一名称的由来，是因 为它的海水颜色呈深蓝，看起来似一黑色水带，蜿蜒在北太平洋西边界而得名。 黑潮主要来自北赤道流的北向分支。黑潮从源地流经台湾以东海域，通过苏澳 以东海脊进入东海，沿东海大陆架外缘向东北方向流动。并通过吐噶喇海峡返 回太平洋，再流向日本以南海域，汇入北太平洋海流。黑潮从低纬度区传输大 量的高温、高盐水至中纬度地区，对我国近海环流产生强烈的影响，成为我国近 海环流变异的主要动力。在黑潮影响的区域，通过海气相互作用过程，对我国 近海和全球气候产生影响。 为了简化问题，首先需要确定东海黑潮分布的空间区域范围，即东海黑潮 的流径、流幅和边界。对东海黑潮主体的流径，前人论述的比较清楚、一致。 但对东海黑潮流幅和边界的确定仍然不明确。从观测资料看，东海黑潮的主段 主要沿冲绳海槽向东北方向流动。冲绳海槽以东为琉球群岛，冲绳海槽东坡的 坡脚线在2 6 03 5 n 以北在7 0 0 m 水深，以南在1 0 0 0 m 水深以上，岛坡很陡， 坡脚线与琉球岛链脊之间距离很窄。为减少岛链中岛间区域对资料分析的影响， 将东海黑潮东部边界取在冲绳海槽东坡的坡脚线与琉球岛链之间5 0 0 m 水深处， 9 上晦师范大学硕士学位论立研究区域与数据收集 这样在现有的2 x 2 海洋深度数据库中确定黑潮的东部边界比较方便。 由于海槽走向、深度变化和水流惯性，东海黑潮在台湾东北和九州西南地 形坡折区，侵入东海陆架区域。即便是在东海黑潮的主段，多年浮标观测，东 海黑潮在一系列“涡”、“逆流”的作用下，频频侵入东海陆架区，给东海黑潮 西部边界的确定提出了难题。己有研究将流速 3 0c m s 作为黑潮流区给出了 冬、夏季黑潮路径的分布。这样东海黑潮的西部边界总体上沿着水深2 0 0 r a 以 下东海最陡峭的陆架坡折流动。前人将w o c e s v p 和中国近海环流观察项目中 卫星跟踪的l5 7 个表层测流浮标资料绘在地图上，分析黑潮及其入侵东海陆架 和东海陆架上层环流的分布状况。将浮标路径图与以往的东海海底地形图重叠， 可见黑潮主流的边界在东海陆架的坡折处。根据新的东海海底地形勘测，东海 外陆架坡折线锁定在1 6 0 m 等深线，而不是传统的2 0 0 m 。在2 2 海洋深度 数据庠( e t o p o 2 ) 中取1 6 0 m 等椿线成图，与浮标路径图主体的西侧吻合的相当 好。因此，取东海陆架坡折线水深1 6 0 m 处作为东海黑潮的西部边界。 幽2 - l 糸海海底地形 f i 9 2 - 1t o p o g r a l ，h y m t h ee m t c h m as e a _【n。i口三焉j巡婚 上海师范 学颐 学位论文 研究k 域与数据收集 0m l o o m 2 0 0 m 3 0 0 m 4 0 0 m 5 0 0 r e 一 妒。赫 蹦2 - 2 尔海黑嘲全年温度分布目 f i g 2 2a 衄u a lt e m p e r a t u r ei nk u r o s h i oo f t h ee a s tc h i n as e a 2 2 数据收集 论文中的数据资料来源于：美国冈家海洋大气管理局( n o a a ) 2 0 0 7 年 发布的全球海域多年川平均二维数据库( w o r l d o c e a n a t l a s2 0 0 5 ( w o a 0 5 ) ) ，精 度为1 。l 。： 美国陶家地球物理学数据中心f n g d c ) 2 0 0 6 年6h 发布二维海 底数据地貌数据( g e o d a s g r i d t r a n s l a t o r - d e s i g n _ a _ g r i d ，2 0 0 7 ) ，精度为2 t 2 ： 日木海洋科学与技术机构( j a m s y e c ) 2 0 0 3 年发布的1 9 9 7 2 0 0 2 年东海地 区爿平均降水量资料数据库的网格精度为1 。l 。：2 0 0 3 2 0 0 5 年中国水利 部长江水利委员会公布的长江泥沙公报中_ 圭江h 平均径流量。数据资料洋 细情况如f ： 1 ) 温、盐的资料来自于美固国家海洋大气管理局( n a t i o n a lo c e a n i ca n d a t m o s p h e r i c a d m i n i s t r a t i o n ) 磺新发布的全球海域多年h 、r 均三维数据库。美国 凼家海洋大气管理局( n o a a ) 是美国商业部下属的科技部门，丰耍关注地球的 大气和海洋的变化，管理对海洋和沿海资源的利用和保护。它成立于18 0 7 年 上海师范大学硕士学位论文研究区域与数据收集 从开始的调查海岸带到现在的应用卫星技术，收集了大量的海洋数据。美国国 家海洋大气管理局收集全球海域的温度( t e m p e r a t u r e ) 、盐度( s a l i n i t y ) 、氧 ( o x y g e n ) 硅酸盐( s i l i c a t e ) 、磷酸盐( p h o s p h a t e ) 、溶解氧( a o u ) 等海洋要 素数据。以月为单位，每一种海洋要素都包括1 2 个月以及春夏秋冬四个季节的 1 6 组数据。时间跨度从1 8 9 5 2 0 0 5 年，将全球各个海域的实测资料进行质量控 制，网格化处理，以1 0 1 0 和5 0 5 0 的精度划分，深度以下表( 2 1 ) 的标准水深 层为单位，形成海洋三维数据库，经度从0 5 0 e 旬5 0 w ，纬度从8 9 5 0 s 8 9 5 0 n 。 其中每个网格内的数据年代跨度不一，所以此数据库中的数据更大程度上是表 现海洋的平均态，适合研究海洋要素的多年平均状态。本论文研究东海黑潮， 所以在全球海域数据库中选取1 2 0 - - 1 3 0 0 e ，2 0 - 3 5 0 n 东海地区精度为1 0 x l o 的温、 盐数据，由于东海靠近陆架，且在5 0 0 m 以下的深度黑潮趋于稳定状态，故选 取5 0 0 m 层( 1 4 层) 以上的数据进行分析研究。 表2 1 数据库标准水深层 t a b l e 2 1 d e p t h sa s s o c i a t e dw i t h e a c hs t a n d a r dl e v e ln u m b e r d e p t h ( m )l e v e l d e p t h ( m ) l e v e l d e p t h ( 皿) l e v e l d e p t h ( m ) l e v e l 0 12 5 0l l1 2 0 02 14 5 0 03 l 1 02 3 0 0 1 21 3 0 02 2 5 0 0 03 2 2 034 0 01 31 4 0 02 35 5 0 03 3 3 045 0 01 41 5 0 02 46 0 0 03 4 5 0 56 0 01 51 7 5 0 2 5 6 5 0 03 5 7 567 0 01 62 0 0 02 67 0 0 03 6 1 0 07 8 0 01 72 5 0 0 2 7 7 5 0 03 7 1 2 589 0 01 83 0 0 02 88 0 0 03 8 1 5 0 9 1 0 0 0 1 93 5 0 02 9 8 5 0 0 3 9 2 0 01 01 1 0 02 04 0 0 03 09 0 0 04 0 ( 2 ) 海底地形数据库资料来自美国国家地球物理学数据中心。位于科罗拉 多州的美国国家地球物理数据中心隶属美国商业部( u s d o c ) 、国家海洋和大 气管理局( n o a a ) ，由国家环境卫星遥感系统、数据和信息服务系统( n e s d i s ) 组成的。目的是收集国际水域各种海洋地质学和地球物理学的数据。其中包括： 数字化的地磁、重力、海洋测深与航海数据；模拟的地震反射与折射图；剖面 扫描声纳数据；多射线回声探测数据等。利用先进的技术将数据处理形成全球 1 2 上海师范火学硕士学位论文研究区域与数据收集 的地形数据库。目前，n g d c 拥有4 0 0 多个数字化的数据库，其中有一些为高 精度数据库。本论文中应用的是地球物理学数据中。i 二, ( n g d c ) 2 0 0 6 年6 月发布 海底地形数据，精度为2 2 。 ( 3 ) 东海地区月平均降水数据是日本海洋科学与技术机构( j a m s t e c ) 2 0 0 3 年发布的1 9 9 7 - 2 0 0 2 年东海地区月平均降水量资料，网格精度为l o 1 0 。 在欧洲和北美的一些机构虽然已经建立的全球降水数据库，但是它们的主要数 据来源是国家气象机构的地面雨量资料，对于东海地区的资料较少。日本海洋 科学与技术机构主要结合雷达和雨量观测资料，以及收集陆地水文站的每天降 水资料，对资料进行质量控制，形成二维空间差值栅格数据。在本论文数据分 析中，由于海洋上的降水资料难于获取，故将已有的东海地区月平均降水资料 再次进行二维插值、质量控制，填补部分海洋上缺失的数据。 ( 4 ) 长江多年平均的月径流量。中国水利部长江泥沙公报发布长江流域干 流、主要支流以及洞庭湖、鄱阳湖区主要控制水文站水沙情况及特征值，包括 多年的水沙统计值；水沙统计及其与多年平均比较；水沙特征与多年平均值及 上年度值比较；水沙的特征值及径流量、输沙量的逐月分布。长江千流的主要 控制水文站有，屏山、朱沱、寸滩、宜昌、沙市、汉口、大通。本论文中需要 用到长江入海径流量的月平均数据，故选取离入海口最近的水文站一大通站 2 0 0 3 2 0 0 5 年的长江月径流资料进行平均。 上海师范大学硕七学位论文 东海黑潮热核的时空变化 第三章东海黑潮热核的时空变化 海温的研究一直是海洋学的重要部分，随着卫星遥感技术的发展，对于海 洋表层温度的研究越来越成熟。海表温度( s e as u r f a c et e m p e r a t u r e ，s s t ) 是最 早从卫星上获取的海洋环境参数，卫星海表温度主要利用海面热红外辐射的测 量获得，是卫星海洋遥感中最为成熟、运用最为广泛的技术。卫星海表温度常 分为海表皮温和海表体温，前者是指海表微米量级海水层的温度，后者是指海 表0 5 1 o m 海水层的温度，卫星较难获取深层的