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北太平洋西边界流

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北太平洋的西边界流主要是黑潮、琉球海流及棉兰老海流。黑潮与北大西洋西边界的湾流,为世界瞩目的两支强流。黑潮及棉兰老流主要都来自北赤道流。

从60年代初至80年代中期,我国北太平洋西边界流研究,主要利用国外资料,对黑潮自源地、台湾以东黑潮、东海黑潮及日本以南黑潮作了分析与研究。1965年开展了黑潮及其邻近水域国际合作研究 (CSK) 项目,我国台湾省学者对台湾以东黑潮进行了多次调查。此时期主要成果有: 对台湾以东黑潮及伴生涡旋的结构与变异作了系统的分析; 利用岛屿上的水位资料来监测黑潮的流量变化; 指出200 m水层温、盐度水平梯度最大处,即为黑潮表层流轴所在处,也是地形梯度最大处; 指出台湾以东黑潮流量的变化与夏威夷岛附近海区风应力涡度变化的相关性; 阐述了台湾及其附近海底地形,特别是苏澳以东海脊对黑潮途径的影响; 讨论了东海黑潮变异与日本以南黑潮大弯曲的关系; 研究了黑潮在台湾以东自表层至深层曾出现弯曲和冷水团现象,并做出数值研究等。

80年代中期以后,我国对黑潮进行大规模综合调查研究。1984~1985年对东海黑潮作试验性调查,1986~1992年进行中日黑潮联合调查研究,对东海黑潮,琉球群岛以东海流及日本以南黑潮进行了共23个航次的综合性调查,完成229个断面,2 028个测站的观测,获得80多万个数据资料和样品,1985~1991年开展了中美热带西太平洋海气相互作用调查研究。1985~1990年中国科学院实施“热带西太平洋海气相互作用与年际气候变化研究”(CAS)观测研究计划,1992~1993年进行了热带海洋和全球大气 (TOGA)—海洋与大气耦合响应试验 (COARE) 调查研究,都对黑潮源地区及棉兰老海流进行了多航次的系统调查。1991年开始实施世界大洋环流试验(WOCE),我国WOCE航次计划分为南北两大海区,南区主要在菲律宾及台湾以东海域,1991~1992年由国家海洋局执行了两个WOCE调查航次,我国台湾省学者着重在台湾以东海域进行了WOCE调查,1994年9月开始,在PCM—1断面对黑潮进行锚碇测流及CTD测量。此外,他们还进行了黑潮与东海陆架交换过程的调查研究(KEEP); 北区为东海及琉球群岛以东海区,1991~1993年国家海洋局第二海洋研究所与日本筑波大学、九州大学及鹿儿岛大学在此区进行了长时间锚碇测流及CTD测量。1995~1998年开展了中日副热带环流调查研究,对台湾以东与菲律宾以东黑潮以及琉球群岛以东西边界流进行了多航次的系统综合性调查。最后,我国学者还通过国家自然科学基金的一些项目,对西边界流进行了调查研究。

上述黑潮调查获得的成果有: ①揭示出菲律宾以东黑潮常有多核结构,其东侧有一个稳定的气旋式涡,进而计算出黑潮在源地处的流量及其变化; 菲律宾以东黑潮以下常存在深层逆流; ②揭示黑潮在台湾以东的时空变化,它有不同路径的几个分支,并与该海域冷、暖涡强度及其分布有密切关系; 也揭示台湾以东黑潮以下常有潜流存在; ③东海黑潮,实测流结果表明,东海黑潮具有10~20天的变化周期,而且还存在横向摆动,其摆动平均速度约为10 cm/s左右; 系统分析与计算黑潮的流速结构、流量、热量等,揭示出它的季节变化以及平均流量与热量; 指出东海黑潮深层常有逆流存在; 发现东海黑潮的流量除从台湾东侧直接流入外,在某些年份春季,还有相当部分来自琉球群岛以东,而中层低盐水能通过冲绳岛以南海脊深槽进入东海; 揭示黑潮入侵陆架的季节变化; ④在日本以南黑潮,探讨了黑潮大弯曲全过程的流速、流态与流量变化特征; 分析了黑潮7次大弯曲的特点; 定量揭示日本以南黑潮的来源,指出上层主要来自东海黑潮,而下层则主要来自琉球群岛以东海流。

发现在琉球群岛以东西边界流有两个流核,其中一个在次表层,占有相当部分流量。锚碇测流与理论计算都表明,上述的流结构在每个季节都存在,但有季节变化; 这支西边界流来自再生环流及黑潮分支,但有时黑潮分支并不存在,这与黑潮在台湾以东有几种路径有直接关系;长时间锚碇测流资料,揭示琉球海流低频振动的变化规律; 长时期实测流及数值计算相结合,揭示任何季节在琉球群岛以东海域3000 m以深处都存在一支稳定的、西南向边界流。

我国学者采用多种方法定量地计算了棉兰老海流的流速分布及其流量,揭示其季节变化以及它的多核特性; 棉兰老潜流常年存在,即使在1 500 m以深的水层棉兰老潜流也存在,并具有多核特性; 北赤道流在断面130°E处的分叉点有季节变化。自1986~1991年分叉点变化范围在11.2°N~17.2°N内。此外,利用国外资料发现,棉兰老冷涡的变化与厄尔尼诺现象有密切关系。

黑潮自南向北流动,携带巨大热量,经吐噶喇海峡流向日本以南海域。它的变异对全球气候变化有重大的影响,为此,通过较大范围海流观测与高分辨率的数值模拟相结合,求出它的流量及热通量,进而探讨西边界流的季节变化及年际变化的原因,与厄尔尼诺现象的关系以及北太平洋西边界流以下潜流由来及其去向,都是今后探讨的重要课题。

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