东海黑潮外文翻译资料

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东海黑潮

Y. Hsueh

佛罗里达州立大学海洋学系，佛罗里达州塔拉哈西，32306-4320，美国

1996年1月1日收到; 于1998年7月30日接受

摘要

根据对东海水文和水流的观察，在东海底部地形干扰黑潮的区域，黑潮与大陆架水体之间存在剧烈的水体交换且水温较低。约28°N以南，黑潮侵入大陆架并抬升，由此产生的黑潮向岸流由大陆架水表层的近海流动所补偿，这是黑潮向岸流产生的水平环流的一部分。28°N以北区域，九州海岸地形的阻挡迫使黑潮向东弯曲，左岸部分黑潮分流。这种分流引起了对马岛流，最近海洋环流实验WOCE获得的漂流物轨迹也证实了这一点。因此，黑潮流沿东海大陆架边缘的表层流动的显著特征是南部的延伸汇合和北部的分流。在黑潮流通的高分辨率数值模型中这种表层流动特征也得到了进一步确认。根据模型输出的结果，由于这些跨边界流动的交换导致黑潮损失7%的热量和盐分，获得1.0Sv的淡水。 2000 Elsevier Science B.V.保留所有权利。

关键词：西边界电流；黑潮；东海

1.绪论

东海黑潮在过去几年中一直是许多地区研究的重点，例如Chao，1990; Chern等人，1990；邱和Imasato，1990；Qiu等，1990;陈等人，1992；Hsueh等，1992；Hsueh等，1993；市川和 Beardsley，1993；Lie和Cho，1994。由于北太平洋高纬度地区没有剧烈的重力倾覆，因此北太平洋的黑潮相较于北大西洋的墨西哥湾流是更为重要的极地热盐运输载体（Roem. mich和McCallister，1989；Bryden等，1991）。黑潮与东海相互作用引起的变化也具有重要意义，如果要解决该地区或全球的气候变化，则必须了解其变化。另一方面，来自黑潮的热量和盐影响着边缘海中水体的形成，并且通过高纬度地区的冷却，甚至可能为北太平洋中层海体的形成提供资源（Water Talley，1993）。本文的目的是简要介绍这方面最近的成果。本文将利用正在完成的论文的结果和正在进行的研究工作，因此，基于这些结果的结论可能是暂时的，并且可能会发生变化。

2.背景

东海是以琉球群岛、日本、韩国、中国和台湾为界的一个陆源性海洋（其地理位置见图1）。它包括一个宽阔的大陆架和一个主要的西部边界流，黑潮沿大陆架外缘流动。由于气候学原因，东海水较平均值明显偏冷（Levitus，1982年）。

相比之下，黑潮温跃层的上层水温较高，盐度较高，主要受中亚北太平洋的副热带SMW模式控制。（Nitani， 1972，McCartney，1982; Tsuchiya，1982）

传统上，黑潮被认为是通过台湾与琉球群岛西端Yonakunijima岛之间的东台海峡进入东海（Nitani，1972; Johns等，1995）。黑潮沿大陆架断裂向东北流动至30°N。在那里，黑潮左岸的分流成为津岛流（Sverdrup等人，1942），其余的，通过特卡拉海峡向东流出东海。

上层温跃层的改变主要发生在28°N以南的大陆架断层处，黑潮的次表层水被东西走向的大陆架断层抬升，产生了一个表层循环，以冷且少盐的大陆架水朝着黑潮流动为主要特征。另外，黑潮表层的支流可以把大陆架水带入黑潮。总之，在表层，大陆架水向28°N以南的黑潮汇合。

图1.研究区域的地理图。黑潮是由带箭头的带状图表示的，表示流向。模型域用直线表示。开放的边界是虚的，沿海的边界是坚实的。冲绳海槽没有标记，但它是搁板间隔大约左边缘的区域。黑潮带区和琉球群岛。相应的测深参见图6。

相反，在30°N左右黑潮被冲向九州海岸，被迫向东转。与此同时，左侧流动的分流产生了最终通过津岛的北流、九州列伊和以北的海峡（Lie 和 Cho, 1994）。有证据表明，事实上，东海北部的黑潮有分离，并向黄海和日本海供应热带海域的热和盐。

因此，东海黑潮的流通导致南部的表层水汇合，将大陆架水引入黑潮区，北部的分流使黑潮热和盐向边缘海传播。

3.28°N以南的混合机制

黑潮与台湾东北部大陆架的碰撞已被证明可以将下层黑潮水推到大陆架上（Hsueh等，1997）。在夏季，通常在大陆架外侧底部附近可以观察到这种水池（图2是Hsueh等人的一幅图的再现，1993年，该图显示了50米深处的温度分布）。在大陆架外侧有许多闭合或半闭合的轮廓，每个环绕一个具有T-S特性的下层黑潮水局部最小值（Hsueh等，1993）。调查区北端存在一个明显的大值区，靠近台湾处有一个低值区。图3显示了在1994年8月10日至17日的一次调查中，56米处的温度分布范围小得多。台湾东北部峡谷地形北侧的21°C等高线表现为小涡流。此外，（图3中显示为船上覆盖层）声学多普勒电流剖面仪Sb-ADCP测量结果与相位平均技术相结合，显示了围绕漩涡的逆时针环流，与热风的关系一致，具有一定的参考水平（Tang等， 1999）。图4显示了1994年8月12日台湾东北部海面温度的红外图像，在16米处叠加了基于Sb-ADCP的电流矢量，低温图中有小涡存在。在北部存在一个明显的更大的低涡，非常靠近1991年检测到的大量下层黑潮水所在区域（Hsueh，1993）。如果小涡流的Sb-ADCP测量值存在特征性，红外图像中大型水池周围的环流就必须逆时针旋转，引起大量的水流向水池以南的黑潮汇聚。

图2.从1991年8月28日至9月4日期间进行的水文调查的数据，以1°C为间隔的50米处的温度分布。点标记站点。（载自Hsuch等，1993）

图3.台湾东北部大陆边缘56 m处的温度等值线，由1994年8月10日至17日的数据得出。地形深度以200 m等深线开始的400 m间距的实心深度等值线表示，箭头表示来自船载ADCP的相位平均电流矢量。 注意在22°C轮廓线以东的光面矢量绘制为正常尺寸的一半刻度。

图4. 1994年8月12日台湾东北部海域表面温度的卫星红外图像。温度由左边的颜色代码给出。 箭头代表16米处的相平均Sb-ADCP测量值。 1994年8月10日至17日的调查中，带数字的白色方块标志着CTD站点。

在大陆架边界，源于台湾海峡的漩涡将部分陆架水带入到黑潮中。在冬春季节，东北季风的减弱往往导致台湾海峡沿岸的台湾海峡向北涌动（王和陈，1988年）。这种水加入了图3所示的海上流动。台湾北部海岸周围的海上流动是化学和生物物质回流到黑潮的重要渠道，完成了一个从黑潮下层水位在大陆架断层上升开始的交换循环。

因此，在28°N以南，黑潮下层水沿着黑潮流向顺着大陆架断裂伸展流动。在垂直方向上，这种运动与作为表层水平环流的海上流动相抵消。这种交换创建了一种混合机制，由于富含营养物质的地下水域的参与，使其在化学和生物海洋层面具有特别重要的意义。

4.28°以北的分流

随着黑潮沿大陆架进一步向东北方向流动，形势急剧变化。九州海岸的地势险要，黑潮几乎以直角向着这个地方流动，并发挥其影响力。这种影响在上游约200公里约30°N处，在黑潮反气旋弯曲开始和左侧部分流时已经很明显。这种分离显然引起了对马流和黄海暖流，为热带热量和盐运输到亚洲边缘海域的北部地区提供了通道。对马岛的观察日期可追溯到20世纪30年代初（ Sverdrup等人1942年发表的“在黑潮的左侧分支并沿着日本西部海岸向北进入日本海的暖流”）。另一方面，黄海暖流被认为是1972年津岛流Nitani的一个分支（Nakao，1977；管，1984）。

对这些分流动力成因在更后期才得到解释。卫星跟踪表面漂移物的出现和使用，对证明了分流导致对马岛海流形成的测量捕获至关重要。图5是最近一篇论文中的数字的再现，显示了由韩国海洋部署和发展研究所（KORDI）的一组WOCE漂流物的轨迹。（Hsueh等人，1996）。箭头以10天的间隔标记漂流器的位置。虚线是1991年夏季在32°N放出的三个漂流物的轨迹，它们表明存在北流和南向九州沿岸流。 1992年11月在31°N放出了产生虚线痕迹的两个漂流物。其中，近岸海域似乎证实对马流的存在是一个分裂流，而头部地形的死路形成了一个分裂流在冲绳海槽处形成了回旋，其北面是反气旋。产生稳定曲目的三位漂流物是从1993年12月放出的约30°N。后者的轨迹保持与前者相对接近，可能标志着分裂电流的连贯流。综合起来看，这些轨迹描绘了一条向北偏斜的大陆架外侧海流的图像，大致向东北方向。与部署漂流物同时进行的水文观测似乎表明，这些带动这些漂流物的海水是源于黑潮（Lie和Cho，1994）。黑潮流的这种分流显然是受黑潮朝向的浅滩地形的影响。分流的动力学可以用双层海洋模型表现，其中接近的海流被限制在上层并且朝向底部阶梯状上升地形（Hsueh等人，1996）。为了平衡沿岸动量以便达到稳定状态，对于上层深度大于台阶深度的情况，必须有主流向左的分流和向右的偏转（Hsueh等等，1996）。

图5.最近KORDI表面漂移的轨迹组合。点线是1991年夏季部署的虚线。虚线为1992年11月。实线为1993年12月。（载自Hsueh等，1996）

1986年，通过冬季部署的五个海上电流表观测到黄河中部海槽有向北流动（Hsush，1988）。观测到的卫星红外传感和连续记录的高温异常表明存在黑潮水槽。北支流被证明是高度间歇性的，且与冷锋通道高度相关（Hsueh，1988）。至此，黄海海槽的北向流动，即所谓的黄海暖流，仅认为是补偿向南流动的沿海风力流的回流（Hsueh和Pang，1989; Hsueh和Yuan，1997）。因此，至少在冬季，东北季风的作用使进一步帮助黑潮表层水的分流。

因此，在28°N以北，黑潮主要是由于黑潮所朝向的九州沿海地形阻塞的上游效应而发生分流。这种分流导致对马海流的形成，并为黄海暖流提供水源。这些洋流给向北数百公里的地区带来热带的热量和盐，对北部边际海域以及通过日本海和鄂霍次克海的水体形成和维持北太平洋的分层起到了重要作用。

5.计算机模型模拟

为了帮助设计现场实验和解释实验数据，构建了一个高分辨率，有限区域的东海黑潮流通模型（Schultz，1994; Hsueh等，1997）。该模型基于良好记录的Bryan-Cox代码。（Cox，1984年），并以温度和盐度的气候平均值和在开放边界与整个北太平洋平均风驱环流相匹配的运输流功能场为初始场。模型中的水平混合是通过系数-4 times;的双调和扩散实现的。垂直扩散是Laplacian，粘度为。在模型海洋的底部，流动被限制为平行于海底，底部应力的二次方底部速度的阻力系数为 。统一网格，网格间距a（1/6）°，覆盖领域见图1的区域轮廓。垂直网格共有30个网格层次。黑潮通过吕宋岛以东15°N的南部模式边界进入，并在140°E东部模式边界处从九州南部流出。表面条件为50天的时间尺度上的气候分布，并且没有风压强迫。该模型在约3年和9个月时达到接近平衡。图6显示了模型的底部地形。东南角的深盆地在5000米处变平。图7显示了积分结束后5 m处的模拟水平电流矢量。台湾东北部有冷空气逆时针环流，黑潮横贯断层且进一步弯曲向东北方向延伸，黑潮的左侧分流约在30°N。流通模式在模拟长期观测特征方面的成功，进一步证明了黑潮在东海环流中的主导地位。

图6.东海黑潮流高分辨率，有限区域模型的水深测量。

图7.模型在3.76年的截图在5米处的水平速度场

在模型模拟时，可以尝试对东海的热量和淡水预算进行估算。表1-3分别显示了东海的质量，热量和盐分预算，区域的南边界平行于24°，东边界沿琉球群岛的一条直线，并延伸至南端北纬31°N，西边界为中国大陆。通量以控制体积的向外法线的方向给出。通过南部边界的通量分成两部分，一部分通过台湾海峡，另一部分大致相当于通过台湾东部海峡的24.5°N，在南边界半度向北的位置（Johns等，199）。在3年和278天模式运行结束时，盐分和热量随时间的变化率很小。

表一

表二

表三

东台湾海峡最近报告的平均斜压流量运输速度为12.5plusmn;2.5（Sv Johns等，1995），正压运输尚不得而知，最近根据Sb-ADCP测得的总速度计算得到约10 Sv，同样具有大量的不确定性（Liu等，1998）。因此，表1给出的总运输价值似乎很低，但并非完全不合理。热量和盐的含量都约为7％，由黑潮模型携带的北太平洋24°N的径向极性热输送量可以由流入南部的平均温度来估算，表1和表2.利用文献中的副热带涡旋回流温度，得到0.27PW的值，接近于来自Bryden等人1991年观测的0.35PW的估计值。在这个纬度高分辨率的模型中只有0.03 PW的估计值（Wilkin等人，1995）。盐度以3.42 times; 的速率损失，同事又以约1.0Sv的速率将淡水引入黑潮，而长江的径流峰值为0.4Sv。

6.结论

最近的研究结果显示，在北太平洋西部边缘海域的海洋中，黑潮的流经有着十分重要的地位。大约7％黑潮的热和盐，由于海洋底部地形导致黑潮分流，进而引发的洋流交换流失到边缘海域。约28°N以南，黑潮侵入大陆架，迫使台湾东北部海域产生极强的表层返水。在东海大陆架边缘约30°N处，黑潮开始向东弯曲，黑潮的流动出现大致分流。左岸分流出的黑潮流引起对马海流。根据盐分损失，考虑到北太平洋西部的大量径流和降水过量，淡水以约1.0 Sv的速度并入黑潮。

致谢

该研究得到了国家海洋局物理海洋学计划的资助。海军研究（N00014-95-1-05

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