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吕宋海峡是南海与外洋相连的唯一深水通道,通过吕宋海峡西北太平洋与南海在各个深度层次上存在广泛的水交换,吕宋海峡水交换对南海温盐分布、物质平衡、环流结构等存在重大影响。但由于观测数据时间和空间上的局限性,而模式同化结果又无法得到充分验证以保证其准确性,吕宋海峡水交换影响下的南海盐度特征及变化一直亟待揭示。 本论文主要利用WOD13、ISHII、HYCOM、SODA等实测及同化模式数据研究了南海表层水的季节及年际变化特征,南海北部次表层高盐水分布及其与西北太平洋环流的关系,南海中层低盐水的变化特征及其影响因子,以及南海深层水团及其环流特征。本文取得的主要成果如下: (1)南海北部高盐水核心位于100~200m水深之间,最西可到111°E,具有显著的季节变化周期,高盐水的体积在6月达到最小值,12月达到最大值。进一步的分析表明,其季节变化主要受低纬度西北太平洋大尺度环流的调制,与北赤道流分叉点位置的季节变化(1月到达最北端、6月到达最南端)呈现很好的相关性。受太平洋大尺度风场的影响,北赤道流分叉点上半年(下半年)向南(北)移动,导致黑潮输运增强(减弱),通过吕宋海峡进入南海的盐通量减少(增加),从而使南海次表层高盐水的盐度降低(升高)。吕宋海峡断面的流速和盐通量分布特征显示,西太平洋高盐水主要通过吕宋海峡中部(20°~21.3°N)进入南海北部。 (2)南海中层低盐水核心位于400-500m水深之间,核心层在南海南部要深于南海北部。北太平洋中层水(NPIW)对南海的入侵仅局限在吕宋海峡附近很小区域,且在南海内部的扩散过程不同于次表层水,次表层水主要沿南海西北大陆坡向西南方向扩展,而中层水沿南海东北西南轴线扩展。鉴于南海中层实测数据及模式数据的局限性,重点关注中层的两个极端事件(1991年出现最大盐度正异常,在2004年出现最大盐度负异常)。最大盐度正异常年,研究区域存在气旋涡,且黑潮强劲,黑潮入侵南海弱,南海与NPIW的水交换弱,同时太平洋中层水盐度较高,因此在南海内部为盐度正异常。最大盐度负异常值年黑潮输运弱有利于黑潮入侵南海,吕宋潜流弱有利于黑潮携带更多的中层水进入南海,因此中层水入侵强。 (3)鉴于南海深层实测数据获取难度大,我们利用WOD13已有的溶解氧、温度、盐度数据研究深层水团特征,利用逆置约化重力模式模拟深层流并结合一简单的位涡积分约束方程进行动力分析。1500m深度以深,溶解氧的水平空间分布为吕宋海峡以西低于吕宋海峡以东,且太平洋侧的溶解氧超过2.6ml/L,因此高溶解氧的水体向西入侵南海。南海深层流以逆时针为主,在南海西边界及北方边界海流较强。深层水经由吕宋海峡进入南海后,受地形引导会沿着3000m的等深线运动,遇到中沙岛会发生分叉,一支继续沿等深线流向南海西南端,另一支绕南海中部海山成气旋式流动。同时深层流受上升流影响,上升流强的地方水平流也强。这也符合Yang-Price提出的位涡积分约束,也就是说吕宋“深海瀑布”将正的位涡输运到海盆,南海深层环流只能是气旋流这样摩擦产生的负涡度通量与输入的正位涡才能达到平衡。再者,下沉的太平洋深层水在南海因强混合会发生变性并最终上升到中层经由吕宋海峡流出南海。 总之,本文综合利用南海北部海域目前可获得的各种资料,系统研究了南海表层、次表层、中层和深层水团特征,首次给出了南海次表层高盐水与NMK环流系统的关系,分析了中层水低频变化与黑潮强度、吕宋潜流的关系,探讨了南海深层流的影响因素。