（大气物理学与大气环境专业论文）中国东部近海热含量变化分析.pdf

中国东部近海热含量变化分析 摘要 本文首先利用海洋断面的实测海水温度、盐度资料和相同位置的s o d a 再分析资 料分别对通过该断面的洋流体积输送和热量输送以及垂向平均海温进行了估算，结果 表明它们的变化趋势比较接近，再分析资料可用来分析长期的气候变化。分别利用 s o d a 资料中的温度和海流资料计算了中国东部近海的热含量和通过洋流输送进入中 国东部近海的热量，利用n c e p n c a r 再分析资料中的表面热通量资料计算了通过海 气界面向中国东部近海的热量输送，分析了它们的季节变化和异常序列的长期变化 ( 年际变化和年代际变化) ，探讨了中国东部近海热含量变化和表面净热通量以及侧 向热量输送之间的关系。 分析结果表明，中国东部近海包含的热含量具有明显的季节变化特征，与该海域 的垂向平均海温有比较一致的变化趋势，基本表现为夏秋季较多，冬春季较少的类似 余弦函数的变化，最大值出现在9 月，最小值出现在2 月。中国东部近海海气界面净热 通量也有明显的季节变化，表现为单峰曲线，夏季7 月份海洋得到热量最多，冬季1 2 月得到热量最少，年平均为海洋失去热量。海洋平流净热量输送的季节变化为夏季偏 少，冬季偏多。在季节变化上，海表面净热通量和侧向净热输送在不同的月份对中国 东部近海热收支的影响不同。3 8 月中国东部近海通过海气界面和海洋平流输送共同 作用净得到热量，其中3 月和4 月侧向平流净热输送大于表面净热通量，其他月份表面 净热通量起主要作用，使海域热含量增加。9 月份平流净热输送和表面净热通量都很 小接近于零，而且该月份热含量变化项也基本为零。从1 0 月到次年2 月，表面净热通 量为负，中国东部近海从海表面失去的热量多于通过侧向输送净得到的热量，使得这 些时间段内该海域的热收支为失多于收，热含量减少。 中国东部近海热含量异常年际和年代际的变化主要与3 1 。n 以南东海海域热含量 异常变化有关。通过小波分析发现，中国东部近海热含量异常在1 9 6 4 年至1 9 6 9 年和 1 9 7 4 年至1 9 8 5 年间两个时间段存在3 年左右的年际变化周期，与东部近海低纬度界面 ( 2 3 7 5 。n 断面) 的热量输送异常变化比较一致。在年代际变化上，中国东部近海热 含量主要表现为异常偏多一偏少一偏多一偏少一偏多的交替变化状况，与低纬度断面 ( 2 3 7 5 。n ) 的热量输送异常对应较好，且东海热含量异常与该断面热量输送异常的 相关性更好。当低纬度( 2 3 7 5 。n ) 向北的热量输送异常偏多( 少) 时，东海海域热 含量表现为异常偏多( 少) ，同时引起中国东部近海整个海域热含量异常偏多( 少) 。 对东部近海热含量异常与表面净热通量异常时间序列的相关分析发现两者表现 出一定的反相关并通过信度检验，发现表面净热通量与海气温差之间比与海面上空风 速有更加密切的关系。热含量异常与表面净热通量异常的反相关在年代际变化上体现 的更好，即在该海域热含量异常偏多( 少) 的大部分年份里，海气界面表现为海洋异 常放热( 得热) 。 对东海黑潮主轴流经区域的三个断面作海温异常随深度分布的特征表明，在热含 量异常偏多的年份，海温正异常分布的范围比负异常要广，异常最大中心不在海表面 而是在海面以下大约1 0 0 2 0 0 m 的位置，在热含量异常为负的年份则表现出几乎完全 相反的分布状况，原本海温异常为正( 负) 的区域变为异常为负( 正) ，并且各月份 等温面起伏的空间分布也是如此，热含量异常为正的情况下，黑潮断面海温异常最大 位置所在的等温面离海表面深度异常加深或变浅的海域，到了热含量异常为负时则向 相反方向变化为等温面异常上升或下压，这种等温面异常起伏可能与海面上空风场环 流异常引起的海水幅合幅散有关。 关键词：中国东部近海；热含量；表面净热通量；平流热量输送 a n aiy siso fh e a tc o n t e n tinm a r gin ais e a se a s to f c hin a a b s t r a c t o b s e r v a tio n a lo c e a nt e m p e r a t u r ea n ds a linit yd a t aa n ds o d ar e a n a ly sisd a t a a r eu s e dt oc a l c u l a t ev o l u m et r a n s p o r ta n dh e a tt r a n s p o r ta c r o s st h r e es e c t i o n s a n dv a r i a t i o no fv e r t i c a la v e r a g es e at e m p e r a t u r eo ft h et h r e es e c t i o n si n t h eo c e a n ，r e s u l t sf r o md i f f e r e n td a t a s h o wc l o s ev a r i a b i l i t ya n dt h e i r c o r r e l a t i o n sa 1 1p a s tt e s t s t e m p e r a t u r ea n dv e l o c i t yd a t ao fs o d aa r eu s e d t oc a l c u l a t eh e a tc o n t e n ti nm a r g i n a ls e a se a s to fc h i n aa n dh e a tt r a n s p o r t i n t ot h isa r e a s s u r f a c eh e a tf l u xd a t ao fn c e p n c a ra r eu s e dt oc a l c u l a t e h e a tt r a n s p o r ti n t ot h es a m ea r e av i as e as u r f a c e s e a s o n a lv a r i a t i o n sa n d a n o m a li e so n1 0 n g e rt i m es c a l e so ft h et h r e ef a c t o r sa r ea n a l y z e dt os t u d y t h e i rm u t u a lc o n n e c t i o n s a n a l y s i ss h o w sh e a tc o n t e n ti nm a r g i n a ls e a se a s to fc h i n ah a so b v i o u s s e a s o n a lv a r i a t i o n ，c l o s et ov e r t i c a la v e r a g et e m p e r a t u r e ，m o r ei ns u m m e ra n d a u t u m na n dl e s si nw i n t e ra n ds p r i n g t h em a x i m u me x i t si ns e p t e m b e ra n dm a x i m u m a p p e a r si nf e b r u a r y n e ts u r f a c eh e a t f l u xa ls os h o w so b v i o u ss e a s o n a l v a r i a t i o n ， o c e a ng a i n sm o s th e a ti nj u l ya n d1 0 s e sm o s th e a ti nd e c e m b e r t h e a v e r a g e dn e th e a t f l u xi nt w e l v em o n t h sr e p r e s e n t so c e a nr e l e a s i n gh e a tt o t h ea t m o s p h e r e t h es e a s o n a lv a r i a t i o no f1 a t e r a ln e th e a tt r a n s p o r tt ot h i s a r e as h o w sm o r eh e a tg a i ni ns u m m e rt h a ni nw i n t e r t h eh e a tb u d g e ti nm a r g i n a l s e a se a s to fc h i n ai ss t u d i e d d u r i n gm a r c ht oa u g u s t ， t h en e th e a tg a i no f t h i sa r e av i as u r f a c ea n dl a t e r a li sp o s i t i v ea n di n c r e a s e sh e a tc o n t e n ti n t h isa r e a n e tl a t e r a lh e a tf l u xism o r et h a nn e ts u r f a c eh e a tf l u xi nm a r c h a n da p r i la n di no t h e rm o n t h sm a r g i n a ls e a se a s to fc h i n ag a i n sh e a tm a i n l y v i as u r f a c e i ns e p t e m b e r ，t h en e ts u r f a c ea n d1 a t e r a lh e a tf l u xa n dt h e v a r i a b i l i t yo fh e a tc o n t e n ta r ea l lc l o s et oz e r o f r o m0 c t o b e rt of e b r u a r y t h en e x ty e a r ，t h en e ts u r f a c eh e a tf l u xi sn e g a t i v ea n dn e t1 a t e r a lh e a t t r a n s p o r ti sp o s i t i v e ，b u tt h e r ei sm o r eh e a tl o s et h a nh e a tg a i n ， t h e nh e a t c o n t e n ti nt h isa r e ad e c r e a s e s t h eh e a tc o n t e n ta n o m a li e so fm a r g i n a ls e a se a s to fc h i n ao n1 0 n g e rt i m e s c a l e sa r ep r i m a r il yg e n e r a t e db yc h a n g e so fh e a tc o n t e n ti ne a s tc h i n as e a s r e s u l t so fw a v e l e ta n a l y s i ss h o wt h a td u r i n g1 9 6 4t o1 9 6 9a n d1 9 7 4t o1 9 8 5 ， t h e r ei sa b o u t3y e a r sp e r i o di n t e r a n n u a lv a r i a t i o ni nh e a tc o n t e n ta n o m a l y t h e s ea r ea g r e et oh e a tt r a n s p o r ta n o m a l ya c r o s ss o u t hb o u n d a r y o nd e c a d a l t i m es c a l e s ，h e a tc o n t e n ta n o m a l yr e p r e s e n t sa l t e r n a t ev a r i a t i o n so f p o s i t i v e n e g a t i v e p o s i t i v e n e g a t i v e p o s i t i v e ，c o r r e s p o n d i n gt oh e a t t r a n s p o r ta n o m a l ya c r o s st h es e c t i o ni nl o wl a t i t u d e ， a n dt h ec o r r e l a t i o n b e t w e e nt h e mi sh i g h e ri nt h ee a s tc h i n as e a i ti ss a i dt h a tt h eh e a tc o n t e n t a n o m a l yi ne a s tc h i n as e as h o w sp o s i t i v e( n e g a t i v e ) w h e nt h eh e a tt r a n s p o r t f r o ml o wl a t i t u d et a k e sp o s i t i v e ( n e g a t i v e ) a n o m a l y ，a n dt h e nt h e r ei sm o r e ( 1 e s s )h e a t c o n ti nm a r g i n a ls e a se a s to fc h i n a f u r t h e r m o r e ， a n a l y s i sf i n d s t h a tt h e r ei sn e g a t i v ec o r r e l a t i o n b e t w e e nh e a tc o n t e n ta n o m a l ya n dn e ts u r f a c e h e a tf l u xa n o m a l y ，a n dt h es e a a i rt e m p e r a t u r ed if f e r e n c ep l a y sa ni m p o r t a n t r o l ei nn e ts u r f a c eh e a tf l u x t h ec o r r e l a t i o ns h o w sn e g a t i v eo nd e c a d a lt i m e s c a l e s ， w h e nt h eh e a tc o n t e n ta n o m a l yi sp o s i t i v e( n e g a t i v e ) ，t h e r ei sm o r e ( 1 e s s )h e a tr e l e a s e dt ot h ea t m o s p h e r e t h r e es e c ti o n si nt h ek u r o s h i oa r e aa r es e l e c t e dt os h o wt h ed e p t h d i s t r i b u t i o no fs e at e m p e r a t u r ea n o m a l y p o s i t i v ea r e ai sm o r ew i d e l yt h a n n e g a t i v ea r e aw h e nh e a tc o n t e n ta n o m a l yi sp o s i t i v ed u r i n g2 0 0 4t o2 0 0 6 ，a n d t h em a x i m u mp o s i t i v ea n o m a l ye x i s t si nh e i g h t d u r i n g1 0 0t o2 0 0m e t e r su n d e r t h es e as u r f a c e t h ed i s t r i b u t i o n b e c o m e sn e a r l yc o n t r a r yd u r i n g2 0 0 0t o2 0 0 3 ， a n dt h eh e i g h ta n o m a lie so ft h es u r f a c eo fc o n s t a n tt e i i l p e r a t u r ea n dw i n d a n o m a li e si nt w e l v em o n t h sa r ea l m o s tt h es a m ew h e nh e a tc o n t e n ta n o m a l y c h a n g i n gf r o mp o s i t i v et on e g a t i v e k e yw o r d s ：m a r g in ais e a se a s to fc hin a ；h e a tc o n t e n t ； n e ts u r f a c eh e a tfiu x ； ia t e r aih e a tt r a n s p o r t 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得( 注；如遗直墓 他孟蔓挂别虚明的：奎拦互窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：赂逆签字日期扫口印年多月r 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论 文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。( 保密 的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 签字同期：讼呷 灾得矗 年z 月广同 j 新繇m 磊 签字日期： 矿年舌月广日 中国东部近海热含量变化分析 1 引言 地球表面约7 1 为海洋所覆盖，全球海洋吸收太阳辐射量约占进入地球大气顶的 总太阳辐射量的7 0 左右，其中绝大部分被贮存在海洋表层混合层中( 冯士榨等1 9 9 9 ) 。 海水中蕴含着巨大的热量，并能以表面热通量的形式输送给大气，通过热力作用驱动 大气的运动，并影响气候的变化。一些研究表明，中国近海海温对沿海地区乃至内陆 的汛期降水等天气现象和气候变化有一定的影响。如李峰、何立富( 2 0 0 2 ) 提出，2 0 世纪7 0 年代中期以后中东太平洋前冬的海温异常通过海洋过程影响次年夏季我国近 海地区海温变化，近海海温异常作为热源强迫可以使副高位置偏南强度加强，从而造 成我国长江中下游地区夏季降水偏多。吴志伟等( 2 0 0 6 ) 也认为从前期海温来看江淮 梅雨与中国近海海温相关关系最为显著。竺夏英等( 2 0 0 7 ) 的分析结果发现，北半球 冬、春季中国近海( 包括黑潮区) 海温异常升高( 降低) ，可能使得副热带地区对大气的 非绝热加热异常增加( 减少) ，在对流层低层激发出气旋( 反气旋) 性环流，使得5 0 0 h p a 副热带高压偏南( 北) ，从而使得梅雨带偏南( 北) 。 近年来，全球变暖与人类日常生活受到越来越多的关注。秦大河等( 2 0 0 7 ) 通过 对i p c ca r 4 综合报告的解读，指出气候系统的变暖是不争的事实。目前全球平均气 温、海温的升高，大范围冰雪的融化以及海平面上升的观测事实都支持了这一观点。 而有学者通过研究发现，8 中国近海海温在2 0 世纪8 0 年代以来呈不断上升趋势，张秀芝 等( 2 0 0 5 ) 通过对中国近海海表面温度研究发现，近1 0 0 年多来各海区呈增温趋势， 2 0 世纪8 0 年代以后增暖明显，9 0 年代至今最暖。蔡榕硕等( 2 0 0 6 ) 的分析结果表明由 于受全球气候变暖的影响，1 9 7 6 年之后中国近海海表面水温比1 9 7 6 年之前明显上升。 而海洋的表面温度的变化取决于海洋所包含热量的变化( 秦正坤和孙照渤2 0 0 5 ) ， 并且鉴于海洋的热力作用对气候的重要影响，热含量作为衡量一个海域热状况的基本 指标，在不同时间尺度上的变化理应受到科学家们的关注。 c l a r ad e s e r 等( 2 0 0 3 ) 提出海洋热含量比海表面温度更能反映海洋的记忆能力。 热含量的多少一定程度上暗示着海洋向大气放热的多少，海洋对气候影响的重要性不 仅体现在海洋对大气放热以热力作用驱动大气，还在于洋流的热量输送。海洋热输送 的变化通过海洋环流影响整个海域的热状况再分布，引起热含量的变化，从而引起海 l 中国东部近海热含量变化分析 气界面上热通量和水汽通量的变化，进而影响气候。为了弄清楚海洋在气候变化中起 的作用，有必了解热含量的变化状况以及可能的主要影响因素。 t a m a k iy a s u d aa n dk i m i oh a n a w a ( 1 9 9 7 ) 提出，北太平洋副热带模态水形成区 域，1 9 7 6 1 9 8 5 年相比于1 9 6 6 1 9 7 5 年，在西南部由异常暖水占据，东北部由异常冷 水占据。冷水形成的原因是海表面大量的热量释放以及由于西风加强引起向南的冷水 的艾克曼输运加强。暖水形成则是由于2 0 世纪7 0 年代中期以后阿留伸低压加强引起副 热带环流加强进而使得黑潮从低纬度向日本以南海域的暖水输送加强。t a m a k iy a s u d a a n dy o s h i t e r uk i t 硼u r a ( 2 0 0 3 ) 提出，北太平洋中部风应力旋度加强3 年后黑潮和 黑潮延续体输送增多，引起北太平洋副热带模态水区域海水增暖，进而增加了向大气 的热量释放。胡瑞金等( 2 0 0 5 ) 提出赤道以北印度洋热含量变化项与经向热输送的季 节变化特点类似；在年际尺度上，热含量的变化主要由经向热输送的变化引起。t a k u y a h v a s e g a w a 等( 2 0 0 7 ) 提出阿留申低压加强后黑潮输送加强，然后同本东南海域热含 量异常偏多从而引起海面异常放热。s h e n f ud o n ga n dk a t h r y na k e l l y ( 2 0 0 4 ) 、s h e n f u d o n g 等( 2 0 0 7 ) 分别提出在湾流区域和西北大西洋海域上层热含量异常偏多时导致 海面异常放热。 中国近海热含量变化的研究主要集中在南海( 何有海和关翠华1 9 9 7 ，佟景全等 2 0 0 6 ) ，而对处于中纬度的中国东部近海涉及较少，此海域的研究主要集中在海温和 表面热通量方面。中国东部近海包含了受陆地影响较大的半封闭内海( 以渤海、北黄 海为代表) 和强暖流区域( 以黑潮主干为代表) ( 赵永平等1 9 9 1 ) ，其热状况与一般 大洋有显著区别。该海域热量收支变化，除了考虑到海气界面的热交换，另一个不可 忽略的因素便是海洋暖流( 主要是黑潮) 输送的热量，长江、黄河的输送相对很小， 可以忽略不计。 黑潮( k u r o s h i o ) 是西北太平洋著名的西边界流，是北赤道流在菲律宾群岛以东 向北流动的一个分支延续而来。源地位于中国台湾省东南和巴士海峡以东海域，它沿 台湾东岸北上，进入东海，主流沿东海陆架外缘大陆坡向东北流动至3 0 。n 附近，然后 分为两支，一支向北经对马海峡进入日本海，另一支向东北经吐噶喇海峡进入日本以 南海域。黑潮从低纬度输送大量热量进入中高纬度( 包括我国近海海域) ，对气候变 2 中国东部近海热含量变化分析 化的影响作用不可忽视( 翁学传等1 9 9 6 ，张启龙等1 9 9 9 ，温娜和刘秦玉2 0 0 6 ) ， 对引起其变异的可能机理一些学者也做了不少的研究。 管秉贤( 1 9 7 9 ) 提出东海g 断面上流速与北太平洋夏威夷群岛( 2 0 。n 2 8 。n ，1 5 0 。e 1 3 0 。w ) 附近提前2 个月的风应力涡度有较好的相关。管秉贤( 1 9 8 3 ) 、刘举平和 管秉贤( 1 9 8 6 ) 也认为台湾以东和东海黑潮流速流量的变动与北太平洋副热带中心区 域( 夏威夷群岛附近2 2 。n 2 8 。n 之间) 海面风应力涡度的变化之间有较好的相关关系， 流速流量变化滞后于风应力涡度场变化约2 月1 年左右时间。k a z u n o r ia k i t o m o 等 ( 1 9 9 6 ) 认为黑潮在源地的输运主要由海洋对于热带北太平洋上空风应力场的线性斜 压响应决定。与e n s o 事件发生有关的信风加强，引起风应力旋度的负异常，驱动海洋 中的艾克曼辐合流，温跃层下沉以非频散斜压罗斯贝波的形式在北赤道流形成的波导 通道中向西传播，增加了黑潮在源地( 1 7 。n 2 1 。n ) 的输送并传递到东海以及日本以 南海域。m a s a k ik a w a b e ( 2 0 0 1 ) 认为黑潮输运峰值基本发生在厄尔尼诺事件时期， 1 9 8 0 年和1 9 8 3 年赤道东太平洋变暖而没有厄尔尼诺时输运也增多。黑潮输运峰值起因 于厄尔尼诺或赤道东太平阳存在暖水时由风激发的上升斜压罗斯贝波。y o oy i nk i m 等( 2 0 0 4 ) 提出厄尔尼诺年份里，北赤道流分叉点向北移动，输运增强，拉尼娜年份 里，分叉点向南移动输送减弱，且北赤道流输送与黑潮输送有很好的相关。 在中国东部近海海气界面热通量方面，已有不少的研究成果。赵永平等( 1 9 9 1 ) 利用1 0 年的海上调查资料估算的渤、黄、东海总的海面热量收支入不敷出，阎俊岳 ( 1 9 9 9 ) 提出潜热输送是海面失热的主要部分，其量值取决于海面状态和风速。感热 通量则取决于风速和海一气温差。年平均而言，以黑潮主干区为中心的东海是热量亏 损区，亏损区的失热量通过洋流输送得以补充。方国洪等( 2 0 0 2 ) 、p e t e rc h u 等( 2 0 0 5 ) 对黄海和东海表面热平衡的研究也是失多于收。周明煜等( 2 0 0 2 ) 计算结果表明我国 近海海域潜热通量明显高于感热通量，月平均净热通量在黄、东海海域1 月为负值， 即净热量由海洋向大气输送；7 月为正值，即净热量由海面向海洋深处输送。陈锦年 等( 2 0 0 6 ) 研究表明中国近海( 黄、渤海和黑潮海域) 的感热和潜热通量的年变化( 冬 季峰值，夏季谷值) 可能与东亚季风的爆发存在密切关系。冬季受东亚冬季风的影响， 海气温差和风速偏大。西南季风爆发后，来自印度洋和南海区域的暖湿空气到达黑潮 中国东部近海热含量变化分析 区域同样使得海气温差和海气比湿差减小，感热通量和潜热通量偏小。而且从上世纪 9 0 年代中期，黑潮海域感热通量和潜热通量均有增大的趋势，而潜热通量的增大的趋 势较感热明显。 方国洪等( 2 0 0 2 ) 提出在中国近海海洋内部黑潮输入东海的热量要多于输出的热 量，对于此海域总的热量收支有重要作用。在不同时间尺度上，中国东部近海得到的 侧向平流热量输送与海面净热通量对此海域总的热含量的变化的贡献到底有何不同 尚不明了，因此本文着力讨论不同时间尺度上中国东部近海热含量与海洋平流热量输 送和海气界面净热通量的变化，并分析各自之间的关系。 4 中固东部近海热含量变化分析 2 资料及方法 翻2 1 c h o f um a r u 调斋船观测的p n 、t k ，1 3 7 。e 断面的位置 f i g2lt he s l t u a t i o n o fp n 、t ka n d1 3 7 4 es e c t i o n sd u r i n go b s e r v a t i o n sw l t ht h ec h o f u 舭r ub o a t 21 实测资料 文中利用了日本气象厅c h o f um a r u 调查船走航观测所得到的东海雕、t k 断面 和t k 断面以东的1 3 7 。e 断面( 见图2 一1 ) 的观测资料，选用其中的温度、盐度、水深 = 组数掘进行计算。p n 断面包括1 9 7 8 2 0 0 3 年2 6 年每年4 个航次共1 0 4 个航次的资料 同本以南吐噶喇海峡所在的t k 断面上包括1 9 8 7 1 9 9 9 年4 9 个航次，除1 9 8 7 年为三个航 次、1 9 9 2 年为两个航次外其他各年均为四个航次。1 3 76 e 断面包括1 9 7 2 2 0 0 2 年每年 春夏季节两个航次共6 2 个航次。观测时间上1 月或2 月代表冬季，4 月或5 月代表春季， 7 月或8 月代表夏季，1 0 月或1 1 月的资料代表秋季。 p n 断面( 以前也叫g 断面) 位于日本冲永良部岛西北，横切东海黑潮主干，跨越 冲绳海槽，是东海黑潮流经比较稳定的区域。对于该断面上黑潮的流速、流量等不少 学者都进行过细致的计算和分析。本文选用的p n 断面e 调查站点的经纬度范围为2 9 。0 0n ，1 2 6 。0 0e 2 7 。3 1n ，1 2 8 。1 je 走航观测站点多时有1 6 个站点，最少时有 中国东部近海热含量变化分析 8 个。日本以南吐噶喇海峡处的t k 断面站点范围为2 8 。3 5 n ，1 2 9 。4 5 e 3 0 。1 5 n ， 1 3 0 。5 0 e ，本文选取的1 3 年的调查资料中每个航次都有1 2 个站点，就海峡跨度而言 比较密集。t k 断面东边的1 3 7 。e 断面范围为7 。n 3 4 。n ，该断面在1 9 9 8 年1 月航次 的站点数最少为2 7 个站点，1 9 9 4 年7 月航次最多为6 8 个站点，其他航次大致在3 3 3 9 个站点之间。 2 2s o d a 海洋再分析资料 s o d a 海洋数据集为美国马里兰大学( u n i v e r s i t yo fm a r y l a n d ) 于2 0 世纪9 0 年代开始开发并公开提供的海洋再分析资料。其水平方向上分辨率为0 5 0 0 5 0 ， 垂直方向上分辨率为不等间距，共4 0 层，离海面越深各层深度间隔越大，最深到5 3 7 5 m ， 本文选用的资料为温度和流速，时间跨度为1 9 5 8 年1 月2 0 0 6 年1 2 月共4 9 年5 8 8 个月， 时间分辨率为月平均，空间范围为中国近海1 1 5 2 5 。e 1 3 4 7 5 。e ，2 4 2 5 。n 4 2 7 5 。 n ，包括渤海、黄海和东海的全部，垂直方向上2 3 层，这些层次的温度是由观测数据 直接获得的变量，而流速为与温、盐、深变量有很强的动力关系并且受到观测数据影 响的变量( 南京信息工程大学大气资料服务中心2 0 0 6 ) 。第2 4 层即1 3 7 8 5 7 m 以及更深 层次是并不严格地受到观测数据制约和动力关系束缚的变量，要慎重使用。贾英来等 ( 2 0 0 4 ) ，谷德军等( 2 0 0 4 ) ，余帆等( 2 0 0 8 ) 都曾用s o d a 资料中的流速数据进行过 研究，在本文中我们首先将其与实测资料做了简单的对比，分别利用两种资料计算相 同层次上p n 断面、t k 断面和1 3 7 。e 断面的洋流流量和热量输送，证实s o d a 上层海洋流 速资料的可用性。 2 3n c e p n c a r 再分析资料 n c e p n c a r 再分析资料是由美国国家环境预报中心( n a t i o n a lc e n t e rf o r e n v i r o n m e n t a lp r e d i c t i o n ) 和美国国家大气科学研究中心( n a t i o n a lc e n t e rf o r a t m o s p h e r i cr e s e a r c h ) 提供的自1 9 9 1 年开始联合进行的4 0 年( 1 9 5 8 1 9 9 7 年) 大气 资料再分析研究项目( 目前资料己拓展到1 9 4 8 2 0 0 9 年) 的研究成果。n c e p n c a r 再 6 中国东部近海热含量变化分析 分析系统采用了当今最先进的全球资料同化系统和完美的数据库，对各种来源的观测 资料( 包括基地观测、船舶观测、气球观测、无线电探空测风观测、飞机观测、卫星 观测等) ，用统一的资料同化系统进行质量控制和同化，具有覆盖的时段比较长和观 测资料非常综合两个特点。本文所用资料主要包括1 9 5 8 2 0 0 6 年4 9 年海气界面短波辐 射、长波辐射、感热通量和潜热通量的月平均资料，然后利用净热通量= 短波辐射 一长波辐射一感热通量一潜热通量的公式计算得到中国东部近海海气界面净热通 量。同时使用了海表面温度和海面上空气温资料以及海面上空1 0 m 处风场资料，数据 空间分辨率为1 8 7 5 。1 9 0 4 7 。，空间范围为包括渤、黄、东海的1 1 4 。e 1 3 4 。e ， 2 l 。n 4 3 。n 。为了与s o d a 数据相对应，我们对热通量资料进行了适当的插值处理。 2 4q uik s c a t 卫星海面风场资料 q u i k s c a t ( q u i ks c a t t e r o m e t e r ) 卫星是美国宇航局于1 9 9 9 年6 月发射的一颗探 测卫星，其携带的洋面风场散射探测仪( s e a w i n d s ) 主要通过探测海洋表面的起伏状 况得到洋面1 0 m 的风场数据。该卫星具有高时空分辨率特点，每天能够覆盖9 0 以上的 地球洋面，利用它得到的全天候洋面风场资料可以很好的弥补海面气象资料方面的缺 乏( 方翔等2 0 0 7 ) 。该资料年限比较短，本文只选取了2 0 0 0 2 0 0 6 年8 4 个月的月平均 资料，空间分辨率为0 2 5 0 0 2 5 0 。 2 5g s s t f 2 ( g o d d a r ds a t eiiit e 珈a s e ds u r f a c e t u r b uie n tfiu x e s v e r sio n2 ) 感热通量和潜热通量资料 这是一套精度较高的全球海气界面湍流通量资料集，由n a s a ( n a t i o n a l a e r o n a u t i c sa n ds p a c ea d i m i n i s t r a t i o n ) g e sd i s c ( g o d d a r de a r t hs c i e n c e sd a t a a n di n f o r m a t i o ns e r v i c e sc e n t e r ) 的表面湍流通量研究小组所开发，变量包括潜 热通量、感热通量、纬向风应力、经向风应力、海面上空1 0 m 处风速和比湿等，本文 选用时间年限为1 9 8 8 年1 月2 0 0 0 年1 2 月的潜热通量和感热通量月平均资料，空间分 辨率为1 0 1 0 。 7 中国东部近海热含量变化分析 2 6 动力计算方法 与大气观测相比，海洋环流的直接观测比较困难，且费用比较昂贵，难以获得大 范围长时间尺度的宝贵资料。而水文资料相对比较容易获取，因此利用海洋调查得到 的水文资料来推断海洋流场成为科学家们认识大洋环流有关特征的主要方法。动力计 算方法就是利用密度场通过地转平衡方程来诊断水平地转流，方法比较简单，但为了 求得各层流速，需要事先选定一个流速为零的参考面，因此不同参考面的选取对于所 确定的海洋流速也不尽相同。在计算东海黑潮流速时，国内外学者( 汤毓祥等1 9 9 4 ， 孙湘平和金子郁雄1 9 9 3 ，陈红霞等2 0 0 6 ，k a z u n o r ia k i t o m o 等1 9 9 6 ，h i r o s h i y o s h i n a r i 等2 0 0 4 ，t a k a s h ik a g i m o t oa n dt o s h i oy a m a g a t a1 9 9 7 ) 大多选用水下 7 0 0 m 作为计算零面。陈红霞等( 2 0 0 7 ) 提出，曾有人( 熊学军2 0 0 2 ) 多次在东海黑 潮区利用l a d c p 测流资料分析后指出7 0 0m 大致是东海黑潮的无流面。陈红霞等( 2 0 0 3 ) 根据断面水文测量数据利用非线性共轭梯度法计算所得零流面平均为7 1 3 m 。利用断面 水文资料进行计算时，对于p n 断面，沿断面方向经度由小到大为x 正方向，垂直 断面向东北为y 轴正方向。对于t k 断面，沿断面方向纬度由大到小为x 轴正方向， 垂直断面向东为y 轴正方向，由海底到海面为z 方向。对于位于西北太平洋的1 3 7 。 e 断面，因各站点的观测深度较深，前人( 顾玉荷1 9 9 6 ，顾玉荷和孙湘平1 9 9 9 ，孙 湘平1 9 9 9 ) 都将速度零面取为1 0 0 0 m ，本文也取相同深度，诊断得到的流速方向为垂 直断面向西。 动力计算是基于地转近似方程( 1 ) 和静力近似方程( 2 ) ，方程形式为： i = 土宅 ( 1 ) jp o 恪喘 ( 2 ) 由方程( 2 ) 得到变量p 的表达式再代入方程( 1 ) 可得到 忙一去( 挚，fp 3z 。瓠 8 ( 3 ) 。 中国东部近海热含量变化分析 其中海水密度p 2 以s ，r ，一利用1 9 8 0 年国际海水状态方程( 侍茂崇等2 0 0 0 ) 求得， g 为重力加速度，为科氏参数，= 2 q 如p ，q 为地转角速度约为7 2 7 2 e 一5 删，s ，口为 调查站点所在纬度。 参考零面的选取根据陈红霞等( 2 0 0 6 ) 的做法，当断面上两相邻站点观测深度都 超过7 0 0m ( 1 0 0 0 m ) 时，选取7 0 0m ( 1 0 0 0 m ) 作为速度零面；当相邻两站点调查 深度有小于7 0 0m ( 1 0 0 0 m ) 时，选取较浅站点的观测深度作为速度零面。这样，方 程( 3 ) 中z o 即为参考零面所在深度。 断面上黑潮热量输送的计算利用翁学传等( 1 9 9 6 ) 提到的方法， q = c 。p z g ( 4 ) ， 其单位为，s 。c ，为海水定压比热( ，( 姆窖c ) ) ，丁为温度( 。c ) ，9 ( 跏) 为断面 上黑潮体积输送，且 9 = vz 砒 ( 5 ) ， 吃( 咖) 为动力计算所得到的各层次流速。 热含量的计算公式为q = p q 勉 ( 6 ) ， 单位，聊2 ，从选用资料的底层到海面进行积分。 9 中国东部近海热含量变化分析 y e a r 图2 2 利用实测水文资料( 空心圆实线) 和s o d a 资料( 实心圆实线) 计算得到的1 9 7 8 年2 0 0 3 年 通过p n 断面的黑潮流量异常( a ，单位：s v ) 和热量输送异常( b ，单位：1 e 1 4j s ) f i g 2 2v 0 1 u m et r a n s p o r t ( a ，u n it ：s v ) a n dh e a tt r a n s p o r t ( b ，u n i t ：1 e 1 4j s )a n o m a li e so f k u r o s i oa c r o s sp ns e c t i o nd u r i n g1 9 7 8 2 0 0 3u s i n go b s e r v a t i o n a ld a t a s ( 1 i n ew i t he m p t y c i r c l e ) a n ds o d ad a t a s ( 1 i n ew i t hs 0 1 i dc i r c l e ) a v e r a g e t y e a r 图2 3 利用实测资料( 空心圆实线) 和s o d a 资料( 实心圆实线) 得到的p n 断面垂向平均海温异常 ( 单位：。c ) f i g 2 3a n o m a l yo fv e r t i c a la v e r a g et e m p e r a t u r e ( u n i t ：。c ) o np ns e c t i o nu s i n g o b s e r v a t i o n a ld a t a s ( 1 i n ew i t he m p t yc i r c l e ) a n ds o d ad a t a s ( 1 i n ew i t hs 0 1 i dc i r c l e ) 1 0 中国东部近海热含量变化分析 y e a r 图2 4 利用实测水文资料( 空心圆实线) 和s o d a 资料( 实心圆实线) 计算得到的通过t k 断面的黑 潮流量异常( a ，单位：s v ) 和热量输送异常( b ，单位：1 e 1 4j s ) f i g 2 4v 0 1 u m et r a n s p o r t ( a ，u n i t ：s v ) a n dh e a tt r a n s p o r t ( b ，u n i t ：1 e 1 4j s )a n o m a li e so