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黑潮吕宋海峡入侵,因其独特的物理机制和对南海环流的重要意义,数十年来一直是南海区域海洋学研究的重点。近年提出的南海贯穿流,因其对印尼贯穿流(ITF)和印-太海气耦合关键区域上层海洋热动力的影响,以及由此引起的潜在气候重要性,近年来也受到很多学者的关注。本文利用航次数据分析了吕宋海峡水交换的一些观测特征,探讨了一个准全球涡分辨(eddy-permitting)海洋环流模式对西北太平洋-印尼海域环流和南海贯穿流的模拟,以及南海贯穿流对南海和邻近热带海洋的热动力影响。
首先,利用2005~2008年中国科学院南海海洋研究所组织实施的南海北部开放航次获取的温盐和流场数据,结合观测期间的遥感海面风场和海面高度数据,分析了120°E断面的温盐特征、纬向地转流和地转输运分布。结果表明,120°E断面200 m以浅的上层水受黑潮入侵影响的强弱程度年际变化较大,2008年上层太平洋水的入侵最弱,2006年跃层的入侵相对其它年份稍强,尤其在海峡北部区域。观测断面的中下层水表现为较强的南海水团性质,黑潮入侵甚微。各年的纬向地转流和地转输运南北分布差异较大,即天气尺度的流场结构多变。但不论是西南季风尚处于削弱、转向阶段的8月底还是东北季风开始建立的9月,南北平均的吕宋海峡输运(LST)都是从太平洋流向南海,且4年的结果相近,在3.5~5.5 Sv(1 Sv=106m3/s)之间。
然后,利用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)数据、XBT(ExpendableBathythermograph)观测数据和绕岛环流理论(island rule)诊断计算结果,对比分析了中国科学院大气物理研究所(IAP)大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)发展的气候系统海洋模式LICOM(LASG/IAP Climatesystem Ocean Model)对西北太平洋-印尼海域环流和南海贯穿流的模拟,同时利用模式输出探讨了南海贯穿流对南海上层热含量的影响。NEC(North EquatorialCurrent)分叉的垂向结构、南海内区环流的季节和吕宋海峡体积输运的年际变化等分析结果都表明,LICOM能获取研究海区环流系统和海峡水交换特征的合理模拟结果。模式模拟的南海上层热含量季节变化与观测及同化数据都表现出良好的一致性,尤其在南海内区。此外,相关分析表明,吕宋海峡热输送主要控制着南海内区上层的热含量变化,两者呈显著负相关,这进一步证实了南海贯穿流作为一支冷平流调制着南海上层热含量变化的重要事实。
最后,对比分析了LICOM控制试验和南海关闭试验的模拟结果,探讨了南海贯穿流对菲律宾海西边界流,包括NEC分叉、黑潮和棉兰老流体积输运的影响。结果表明,南海贯穿流对NEC分叉的南北移动以及黑潮和棉兰老流之间的流量分配可能存在一种动力负反馈作用:在冬季,较强的LST能导致较强的黑潮,以及NEC分叉南移,这样的结果不利于LST的进一步增强;在夏季,较弱的LST导致较弱的黑潮,以及NEC分叉的北移,这样的结果则不利于LST的进一步较弱。这种负反馈机制在年际变化上也有所体现。