黃海西部沿岸鋒多年平均特征統計分析

盧曉亭，濮興嘯，李玉陽

(1.總參氣象水文局，北京100091；2.中國白城兵器試驗中心，吉林 白城 137000；3.海軍潛艇學院，山東 青島 266000)

圖1 研究區域及其海底地形Fig.1 Location and seafloor topography in the study area

海洋鋒是特征明顯不同的兩種或幾種水體之間狹窄的過渡帶[1]。在海洋鋒區，海水的溫度、鹽度在水平方向存在強烈的變化，海洋鋒在垂直方向上存在明顯的空間結構特征變化，導致鋒區聲速具有明顯的水平梯度變化，這種典型的溫、鹽、聲速結構變化，對水下聲傳播具有顯著影響。因此，研究海洋鋒具有重要意義。本文主要研究目的是通過統計分析，提取海洋鋒空間位置、水平分布結構和垂直擴展特征等時空特征參數,為后續海洋鋒特征模型研究來快速重構海洋鋒區溫度場提供特征參數輸入。在國內，張瑞安等[2]利用1960-1981年春季水文觀測資料,初步地分析了黃海西部春季海洋鋒的分布和特征。在應用統計特征構建海洋鋒特征模型方面，菅永軍等[3]以Gangopadhyay海洋鋒特征模型為基礎，建立了海洋鋒區聲速計算的理論模式。在國外，依據統計分析得到的海洋鋒特征參數構建海洋鋒特征模型已得到廣泛研究，Bennett和Carnes等[4-5]對灣流鋒和冰島-法羅鋒特征模型做了相關研究，Gangopadhyay和Robinson等[6-8]對特定區域海洋鋒特征模型做了研究。

1 資料與方法

采用多年實測溫度數據，利用統計方法統計分析黃海西部沿岸鋒(研究鋒段位于成山頭外海)多年平均特征，圖1所示為研究區域及其海底地形示意圖。該鋒位置通常位于123°30′E以西海域[2]。溫度資料來源于：

1)1939-1999年間中國近海海洋實測數據集，其數據主要包括船測CTD資料、南森站數據和ARGO數據等。

2)2010-08黃海成山頭外海海洋鋒海試CTD資料，該資料經過資料檢驗、時間校正、質量控制等處理后得到了原始分辨率的數據，其垂向測量間隔為0.2 m。

將研究海區(35°30′～38°30′N,122°00′～123°30′E)劃分為800個小方區，方區空間分辨率為4.5′×4.5′，將位于每一方區的實測資料按月分層進行平均，平均值作為該方區的月平均溫度數據，并依據月平均溫度計算水平方向的月平均溫度梯度。本文以溫度梯度的大小判別海洋鋒的強弱，參考目前較為普遍使用的海洋鋒判別標準[3]確定海洋鋒的存在和分布位置，并計算海洋寬度、強度等特征。判別標準公式為

≥0.1 ℃/n mile

(1)

式中，Δt為溫度變化量;Δx為水平距離。

2 黃海西部沿岸鋒區的溫度結構

2.1 月平均溫度剖面結構

依據以往研究成果，假定分別以30 m,50 m等深線作為鋒的西、東邊界，鋒區寬度為30 n mile，在此基礎上計算得到黃海西部沿岸鋒西、東側邊界處平均溫度剖面分別如圖2和3所示，黃海西部沿岸海洋鋒在各個深度的水平溫度梯度如圖4所示。

圖2 沿岸鋒西側月平均溫度剖面Fig.2 Monthly averaged temperature section in the western side of the coastal front

圖3 沿岸鋒東側月平均溫度剖面Fig.3 Monthly averaged temperature section in the eastern side of the coastal front

圖4 沿岸鋒月平均溫度梯度剖面Fig.4 Monthly averaged temperature gradient profile of the coastal front

分析表明：在鋒區西側海域，1，2，3，4，9，10，11，12月表層溫度和底層溫度基本一致，海表和底層溫度差在1 ℃以內，溫度剖面大體呈垂直狀態。5，6，7，8月海表和底層溫度差有明顯差異，8月份溫差最大可達8 ℃。在鋒區東側海域，1，2，3，4月溫度剖面基本呈垂直狀態，海表和底層溫度變化不大，溫差在2 ℃以內,其它月份海表和底層溫度有明顯的差異，尤其是6，7，8，9，10月在10～25 m層存在明顯的溫躍層現象。鋒區所在海域11，12，1，2，3，4月海表與深水處溫度差在3 ℃以內，其它月份隨深度增加溫度變化顯著，在10～25 m層存在明顯的溫躍層現象。從圖4可以看出,>10 m水層各個月份溫度梯度較小，1，2，3，7月溫度梯度≥0.1 ℃/n mile,存在海洋鋒；<10 m水層9，8，7，6和10月份溫度梯度明顯增加，海洋鋒強盛，這表明該鋒在夏季和初秋季節明顯。

2.2 月平均溫度平面分布

黃海西部沿岸鋒附近海域各層溫度平面分布體現明顯的季節變化特征，如圖5所示。1月，低溫沿岸水與水溫相對較高的黃?；旌纤粎R的地方形成海洋鋒，鋒路徑大致與等深線相一致，呈現“〕”型走向，與張瑞安等[2]“鋒的走向南北向，南端呈舌狀伸向東南”研究結果相一致。2月，各層沿岸水在冬季偏北風的影響下，垂直方向混合強烈，致使海表與底層海水溫度趨于一致。3月，沿岸水和混合水溫度降低至全年最低值，沿近岸至離岸的水平方向水溫變化不大，海洋鋒強度較弱。4月，沿岸水溫度開始升高，沿岸水和混合水溫差在3 ℃以內，該月海洋鋒消亡。5月，沿岸水和混合水溫度進一步升高，在各個深度層，沿岸水和混合水溫度基本一致，不存在海洋鋒。6月，沿岸水和混合水溫度進一步升高，>10 m水層沿岸水和混合水溫度基本一致，與張瑞安等[2]“黃海冷水鋒一般不出露海面而潛伏在10 m以下水層”研究結果相一致。<10 m水層沿岸水溫度高于混合水，兩者混合的區域溫度水平變化劇烈形成海洋鋒，且強度較大，張瑞安等[2]研究也表明6月份溫度鋒明顯。7月，海表沿岸水溫度低于混合水溫度3 ℃以內，在部分海域海表溫差達到4 ℃，這可能是因為在溫度相對較低的沿岸水海域海水形成“涌升”現象，即黃海局部上升流，上升流強烈時可能將底層仍保持冬季特性的冷水抬升至海表，形成黃海海表特有的“冷水斑”現象，在上升流區會形成海洋鋒，其一般位于30 m以上水層，且鋒寬度較小。8月，強烈的太陽輻射使得沿岸水和混合水海表溫度趨于一致，>10 m水層海水基本保持高溫特性。<10 m水層海洋鋒強盛，鋒到達的深度可至45 m左右，其強度達到全年最大值。9月，海表溫度相比8月份開始降低，由于太陽輻射的作用，上均勻層深度可達20 m，因此，>20 m水層溫度基本保持一致，溫躍層位于20～25 m層，底層沿岸暖水度略高于混合水，海洋鋒強度較弱。12月，沿岸水和混合水溫度進一步降低，其在各層溫度基本一致，無海洋鋒現象。因此，黃海西部沿岸鋒在春季開始形成并逐步加強，夏季處于強盛期，秋季海洋鋒逐漸減弱，冬季稍有增強的趨勢，初春季節海洋鋒消亡。

圖5 黃海西部海域不同月份標準層平均溫度平面分布示例Fig.5 Horizontal distributions of averaged temperature of standard layers in the western Yellow Sea in different months

3 黃海西部沿岸鋒特征

3.1 沿岸鋒月平均強度

根據黃海西部沿岸鋒溫度梯度的變化分別計算沿岸鋒各月、標準層深度的溫度鋒強度多年平均值見表1。由表1可以看出，黃海西部沿岸鋒6-8月平均強度最大，是海洋鋒的強盛時期，并且海底層平均強度大于海表層；而4,12月平均強度最小，是海洋鋒的消亡時期，同時也是海洋鋒重新生成的轉折期。

表1 黃海西部沿岸鋒鋒強度特征統計表Table 1 Statistics of the intensity features of coastal front in the western Yellow Sea

3.2 沿岸鋒月平均寬度和邊界

由于黃海西部沿岸鋒鋒路徑大致沿等深線發展，因此，依據在某一深度層分析點到某一等深線距離變化和相應的溫度變化情況，作為表征該層鋒存在與否及估算平均寬度、強度、邊界特征的一種方法。以8月份為例分析，利用2010-08實測數據，基于最小二乘原理，在各個標準層深度采用多項式擬合方法，以離不同等深線的距離為橫坐標，溫度為縱坐標擬合曲線繪制，如圖6所示，圖中橫坐標負值指該分析位置位于等深線近岸一側，反之，位于等深線離岸一側。

圖6 8月鋒區溫度與等深線的距離關系擬合曲線Fig. 6 The fitted curves of the relationship between the temperature in the front area and the distance away from the isobath in August

圖6a表明鋒區位于20 m等深線以西5 n mile至以東30 n mile之間的海域。0,5和50 m層水溫從近岸側至離岸側變化平緩，溫度梯度小，基本不存在鋒區。10～35 m層溫度變化劇烈，存在顯著海洋鋒。10～15 m層鋒區寬度10 n mile左右。15～30 m寬度30 n mile左右。30～35 m寬度20 n mile左右。10 m水層強度0.25 ℃/n mile,15 m水層強度0.3 ℃/n mile，20 m水層強度0.11 ℃/n mile，25 m水層強度0.13 ℃/n mile，30 m水層強度0.1 ℃/n mile，35 m水層強度0.16 ℃/n mile。

圖6b表明鋒區位于40 m等深線以西20 n mile至以東20 n mile之間的海域。0,5,10,35和50 m層溫度從近岸一側到離岸一側變化平緩，溫度梯度小，基本不存在鋒區。15～35 m層溫度變化劇烈，存在明顯的鋒區。15～30 m鋒區寬度大致30 n mile。35 m鋒區寬度20n mile。15 m層強度0.15 ℃/n mile,20 m層強度0.25 ℃/n mile,25 m層強度0.25 ℃/n mile,30 m層強度0.19 ℃/n mile，35 m層強度0.1 ℃/n mile。

4 結 語

黃海西部沿岸鋒具有明顯的季節變化特征：春季開始形成并逐步加強，夏季處于強盛期，秋季海洋鋒逐漸減弱，冬季稍有增強的趨勢，初春季節海洋鋒消亡。該鋒6-8月平均強度最大，并且海底層平均強度大于海表層，而4,12月平均強度最小。2010-08實測數據表明該鋒位于20 m等深線以西5 n mile至以東30 n mile之間的海域，且位于40 m等深線以西20 n mile至以東20 n mile之間的海域。黃?！袄渌畧F”對黃海沿岸鋒和潮汐鋒都有明顯影響，且黃海海區水系復雜，因此，黃海鋒面結構的研究仍是一個長期的問題，需要在廣泛獲取實測資料和高分辨率數據的基礎上，做進一步研究分析。

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