太平洋－印度洋貫穿流南海分支研究綜述＊

張 晶，魏澤勛＊，李淑江，王永剛

（1.國家海洋局 第一海洋研究所，山東 青島266061；2.海洋環境科學和數值模擬國家海洋局重點實驗室，山東 青島266061）

太平洋－印度洋是典型的海洋大陸帶，有多個海峽與相鄰近的大洋進行活躍的水體和熱鹽交換［1］。印度尼西亞海區處于太平洋－印度洋的中間地帶，是銜接兩大洋的紐帶。印度尼西亞貫穿流（Indonesian Throughflow，簡稱印尼貫穿流，ITF）從熱帶太平洋向印度洋輸運大量的暖水和鹽，引起水體和熱鹽在兩大洋間的重新分配，對維持太平洋－印度洋的物質、能量和動量平衡有重要意義［2－4］（圖1），本圖參照杜巖和方國洪［4］圖1重繪，其中背景圖片引自 Gordon［3］并有所調整，主要數據來自Fang等、Gordon［3］和 Van Aken等。印尼貫穿流既是熱帶太平洋低緯度西邊界流的重要分支，也是印度洋環流系統的重要組成部分，作為全球海洋系統中唯一一支發生在低緯度洋盆間的流動，它的存在對熱帶氣候系統乃至全球氣候系統有至關重要的作用［5］。

Wyrtki最早提出印尼貫穿流［6］。他發現，在低緯度海區，太平洋水通過亞洲大陸和新幾內亞島間的復雜通道進入東南亞海域，然后流入印度洋。他還基于太平洋側和印度洋側的幾個站位的海平面高度資料估算了ITF的輸運量，發現ITF輸運量存在夏季大冬季小的季節變化特征，之后許多學者的研究結果也都體現了ITF的這一變化特征。Wyrtki對造成這一季節變化形式的原因進行了探討，發現太平洋－印度洋間的大尺度壓力梯度是ITF的主要驅動力［7］。從太平洋和印度洋大尺度壓力梯度的觀點出發，研究發現印度洋的局地風場會影響印度洋側海表面高度的變化，從而影響到ITF的季節變化［8］。Clarke和Liu［9］進一步研究了ITF的驅動機制，發現影響ITF的輸運的動力不僅來自兩大洋間的大尺度壓力梯度，由風應力導致的Ekman輸運也會對其產生影響。

雖然科學家都支持ITF是由太平洋向印度洋輸運，但對于ITF的來源問題仍存在較大的爭議。Ffield［10］和 Gordon et al.［11］分析了ITF的水團特征，認為北太平洋水是ITF的主要來源，而南太平洋僅提供了一小部分，水體主要來自于北太平洋的棉蘭老流，且海水輸運的主要路徑是蘇拉威西海、望加錫海峽和弗洛里斯海。而Godfrey［12－13］則認為ITF主要源自南太平洋，并分別通過繞島環流理論和拉格朗日方法驗證他的觀點。更多的觀測和研究表明北太平洋和南太平洋都是ITF的水源，只是兩者的比例存在季節性變化且受到海洋環流和氣候系統的影響［14］。

圖1 平均意義下的印度尼西亞貫穿流分支示意圖Fig.1 A schematic diagram showing the pathways of the Indonesian Throughflow under an average sense

西北太平洋流系處于ITF的上游，是ITF重要的直接來源。北赤道流在西北太平洋沿菲律賓海岸分岔成向南的棉蘭老流和向北的黑潮，其分岔點的季節性變化影響了北太平洋水體通過呂宋海峽向南海的入侵［15］。Wyrtki［6］最早關注了南海和太平洋之間的水交換，冬季在東北季風的作用下，北太平洋水通過呂宋海峽流入南海，而夏季在西南季風作用下海水則由南海流向太平洋。方國洪等［16］對南海南部水體通過卡里馬塔海峽向爪哇海的輸運進行了研究，數值模擬結果表明南海存在太平洋－印度洋水交換的一個重要分支，并對印尼貫穿流的輸運有重要影響，后來的觀測進一步證實了太平洋－印度洋水交換南海分支的存在［17］。風場診斷分析和高分辨率的環流模式結果表明，太平洋水體受到太平洋海盆尺度風場的驅動，從呂宋海峽進入南海，并在這里產生分叉，一部分進入蘇祿海，另一部分繼續向南進入爪哇海。這一環流分支有很強的ENSO信號，并且會對ITF的熱量輸送產生顯著的影響［18］。Qu等［19］在研究這一海流分支時曾給出其流徑的示意圖（圖2），本圖參照Qu等［19］Figure1重繪，清楚的標明了太平洋水通過呂宋海峽進入南海，再通過卡里馬塔海峽流向印度尼西亞海域的路徑。太平洋水穿過呂宋海峽進入南海后，分為兩支，一支北上穿過臺灣海峽，一支向南進入南海腹地；南向分支在西沙群島附近又分為兩支，一支海流穿過民都洛海峽進入蘇祿海，另一支繼續向南穿過卡里馬塔海峽流向印度尼西亞海域，又可分為三支，一支向北穿過望加錫海峽流入蘇拉威西海，一支向南穿過龍目海峽進入印度洋，一支繼續向東。這些研究都表明，南海是太平洋－印度洋貫穿流的一個重要通道，通過南海的這支貫穿流分支，被稱為太平洋－印度洋貫穿流南海分支或南海貫穿流。本研究中主要討論太平洋－印度洋貫穿流南海分支的主要入流和出流通道—呂宋海峽和卡里馬塔海峽的研究進展。

圖2 太平洋－印度洋貫穿流南海分支示意圖Fig.2 A schematic diagram showing the South China Sea Branch of the Pacific－Indian Ocean Throughflow

1 太平洋－印度洋貫穿流南海分支

1.1 呂宋海峽水交換

呂宋海峽位于南海的東北側，臺灣島與呂宋島之間，海峽呈東西走向，跨越3個緯度，南北寬380km，東西長200km，平均水深約1 400m，其最大水深可達5 126m，是直接溝通南海和西北太平洋的唯一深水通道，也是南海與外海間體積和熱鹽輸運量最大的通道［20－21］。呂宋海峽被巴坦群島和巴布延群島分割成三個通道：北部的巴士海峽，中部的巴林塘海峽和南部的巴布延海峽，其中以巴士海峽最寬、最深、最為重要［22］。

呂宋海峽水交換（LST）研究工作開展較早，目前有較多基于觀測、數值模式等的研究成果。早在20世紀60年代初，Wyrtki［6］就發現呂宋海峽的水交換存在著顯著的季節性變化，冬季入流（西向流，流入南海），夏季出流（東向流，流出南海）。其后也有很多學者通過觀測資料分析、動力計算和數值模式等方法研究呂宋海峽的水交換特征，例如黃企洲等［23］，郭忠信等［24］，Metzger與 Hurlbut［25－26］，Fang［27］，劉秦玉等［28］，Cai等［29］，Qu［30－32］，Chu與 Li［33］，魏澤勛等［34］，Tian等［35］，Tozuka等［36］，Yaremchuk等［37］，鮑獻文等［38］，袁耀初等［39］，張正光等［40］，姜濤等［41］。研究的結果在季節變化趨勢上來看是一致的，都體現了冬季流量大夏季流量小的特點。張正光等［40］的HYCOM模式結果顯示呂宋海峽的水交換不僅存在季節變化，還有明顯的季節內變化。他們發現呂宋海峽流通量包含顯著的90d和120d變化，這與太平洋西向傳播的Rossby波的周期相似，推測黑潮和太平洋西向傳播的Rossby波間的相互作用是造成呂宋海峽流通量年內高頻變化的動力機制。由于模擬方法的差異和觀測資料的誤差，學者們得到的呂宋海峽流通量結果并不一致，流向和流量大小都有一定的差異（表1）。從表1可以看出，迄今為止學者對呂宋海峽流通量的估算，結果都顯示呂宋海峽年平均為西向輸運，流量估算最小值為Wyrtki的動力計算結果－0.1Sv，最大值為黃企洲的動力計算結果－8.0Sv，年平均結果基本在－4.0Sv；而各個季節流量的估算以方國洪等的數值模式結果最為接近平均結果。

表1 呂宋海峽西向入侵海流體積輸運（Sv＝106 m3·s－1）Table 1 The volume transport by westerly current through the Luzon Strait（Sv＝106 m3·s－1）

隨著觀測資料的累積、觀測手段和數值模式的改進，學者們發現呂宋海峽水交換存在明顯的垂向分層結構。Wyrtki［7］研究發現，在2月，呂宋海峽表層至300m層存在入流；300～1 000m層，存在出流，且出流流速最大值發生在500m處；在8月情況相反，表層至400m，海水由南海流入太平洋，在400～1 000m間，太平洋水流入南海，且入流流速最大值發生在600m處。方國洪等［42］利用高分辨率數值模式結果得出，呂宋海峽水交換的垂向結構為：表層存在著顯著的季節性變化，冬季入流（西向流，進入南海），夏季出流（東向流，流出南海），次表層至底層較穩定，無明顯季節變化，次表層至中層為入流，深層出流，底層入流，形成一種穩定的緯向翻轉環流結構。分析形成這種結構的原因，他們認為上層水交換的主要驅動力是太平洋向南海傾斜的水位高度差和季風強迫，而次表層至深層主要是由海水垂向混合所造成的南海與太平洋間的密度差維持了這一穩定結構。袁耀初等［39］分析2002年春季呂宋海峽海流資料，得出在200，500m層黑潮沿西北方向入侵南海，而在800m處轉向，海流沿東北向流出南海。Tian et al.［35］利用2005年10月呂宋海峽觀測資料對呂宋海峽120.5°E斷面進行動力計算結果顯示：在500m以上，斷面南北兩端為入流而中間為出流；500～2 000m之間斷面呈南進北出結構，2 000～3 000m南北兩端出流而中間入流，3 000m以深底層為出流（圖3），本圖參照Tian［35］Figure2重繪，圖中斜線陰影區表示海底地形，虛線表示東向的出流，粗實線為0線，細實線表示西向的入流。Fang等［43－44］定量地給出了呂宋海峽水體交換的垂直分層流量，太平洋水入侵南海主要通過呂宋海峽的上0～427m層，平均流量為5.05Sv，2 054m以下的底層也存在流入南海的凈流量，但流量較小，僅為0.31Sv；而在427～2 054m的中層和深層是呂宋海峽輸出南海水體的主要通道，平均值為0.56Sv。張正光等［40］的逐層譜分析和水團分析結果顯示呂宋海峽經向斷面流場可分為三層：0～300 m為上層，300～1 200m為中層，1 200m以下為底層。上層流向以西向入流為主，中層入流量和出流量相當，底層以東向出流為主。姜濤等［41］用MITgcm數值模式研究呂宋海峽1980－2001年平均的體積、熱量和鹽量輸運隨深度的變化，結果顯示在上層（0～145m）和深層（915～1 837m）層海流多為東向出流，中層（145～915m）和底層（1 837m以深）海流主要表現為西向入流。

圖3 呂宋海峽斷面地轉流東西向分布（cm·s－1）Fig.3 velocities of subinertial flow across the Luzon Strait（cm·s－1）

驅動呂宋海峽上層水交換的主要機制有風場的強迫和黑潮的入侵。Wyrtki［6］認為季風場的強迫驅動了呂宋海峽上層的水交換，所以呂宋海峽水交換流量有明顯的季節性變化特征。Farris和Wimbush［45］發現黑潮以流套方式入侵南海的形成是由一個局地臨界積分風應力參數決定。當局地風應力的南向分量超過0.08 N·m－2時，黑潮入侵南海，而當風應力分量低于此值時，黑潮退回呂宋海峽以東，不能入侵南海。

歷史觀測資料證實，黑潮在流經呂宋海峽時，會有部分黑潮水流入南海。早期對黑潮入侵南海的研究中，存在兩種不同的觀點，一種是Wyrtki［6］提出的黑潮入侵南海存在季節性變化，冬季黑潮入侵南海強烈，而夏季受局地西南季風的影響，表層海水從南海流向太平洋，Chau［46］，Wang［47］及 Watts［48］等人都支持此觀點。另一種觀點是終年有黑潮水流入南海，如 Niino等［49］，Chao［50］，Chu［51］等，但關于黑潮進入南海后的去向觀點不同。Niino和Emery等［49］認為黑潮入侵南海后，終年有一支海流沿臺灣島西側北上；Chu［51］則認為夏季分支沿臺灣島北上，而冬季則進入南海腹地。近年來的研究中，雖然仍有部分學者對黑潮水終年入侵南海存有異議，如1992年初春和1994年夏末的兩次大規模海洋調查結果顯示并無顯著黑潮分支深入南海［52－53］，蘇紀蘭等［54］的模式結果也指出僅有黑潮鋒向南海彎曲，黑潮并未直接進入南海；但多數學者支持黑潮終年入侵南海的觀點。目前主要的爭議在于黑潮入侵南海的方式以及黑潮水進入南海后的去向問題。黑潮入侵南海的方式主要存在兩種觀點：一種觀點是以分支方式直接入侵，仇德忠等［55］，郭忠信等［56］，蒲書箴［57］，李榮鳳［58］，Metzger等［26］早期的研究都支持黑潮有分支進入南海；另一種觀點是黑潮以渦旋流套方式入侵，Nitani［59］最早描述了南海黑潮流套：黑潮有一分支在20°N向西通過呂宋海峽進入南海，但大部分繞著一個暖渦旋轉，然后流回到黑潮主軸。李立等［60］明確提出了南海黑潮流套的概念：黑潮水通過呂宋海峽進入南海，在海面溫度場分布上表現為從呂宋海峽侵入南海的高溫水舌，而從海面動力高度分布來看，黑潮南海“分支”的高溫水舌呈反氣旋式運動，稱為“流套”更為合適。上世紀90年代的多數學者的研究結果也都支持黑潮以流套方式入侵南海，如Su［61］，Farris［45］，Li Rongfeng［62］等的數值模式研究結果。袁東亮等［63］用1.5層約化重力模式實驗結果解釋呂宋海峽黑潮路徑變化時指出，呂宋海峽以東的中尺度渦對黑潮路徑有強烈影響，反氣旋渦旋能造成黑潮由反氣旋入侵向跨隙流態的轉變，卻不能引起黑潮由跨隙流態向反氣旋入侵流態的轉變，因此呂宋海峽黑潮發生跨隙流動的幾率要大于反氣旋入侵的幾率。他還指出中尺度渦對黑潮路徑影響的動力機制顯示，黑潮路徑在呂宋海峽的變異可能存在著較大的可預報性。

對于黑潮水進入南海后的去向問題，大部分學者認為黑潮水進入南海后會分為南北兩支，一支沿臺灣海峽北上，一支南下深入南海腹地。伍伯瑜［64］的研究指出黑潮終年有一分支進入南海并沿臺灣海峽北上。蒲書箴等［57］人認為黑潮分支以西北向進入南海東北部，之后分為南北兩支，一支為臺灣西海岸附近的北向流，另一支為南海北部的西向流。李榮鳳等［58］的數值模式結果顯示冬季黑潮水由呂宋海峽南端進入南海北部西折，西折過程中一部分受海南島陸架坡折的阻擋和地形誘導，轉向東北，匯入逆風而上的南海暖流；另一部分構成南海北部氣旋式渦旋的一部分。夏季進入南海的黑潮有一部分可被陸架誘導流向東北。Fang et al.［65］也支持太平洋的海水通過呂宋海峽進入南海后，會分叉為兩支，一支轉而向北，進入臺灣海峽，最終回到太平洋；另一支向南流動，除小部分通過馬六甲海峽直接匯入印度洋外，大部分分別通過民都洛海峽、巴拉巴克海峽和卡里馬塔海峽匯入太平洋－印度洋貫穿流，最終進入印度洋（圖4），本圖參照Fang等［43］Fig9重繪；廣東沿岸流（Guangdong Coastal Current，縮寫為 GDCC），哈姆黑拉渦（Halmahera Eddy，HE），黑潮（Kuroshio，KS），卡里馬塔海峽貫穿流（Karimata Strait Throughflow，KSTF），呂宋渦旋（Luzon Gyre，LG），呂宋海峽表層流（Luzon Strait Subsurface Inflow，LSSIF），棉蘭老流（Mindanao Current，MC），棉蘭老渦（Mindanao Eddy，ME），望加錫海峽貫穿流（Makassar Strait Throughflow，MSTF），北赤道流（North Equatorial Current，NEC），北赤道逆流（North Equatorial Countercurrent，NECC），南沙渦旋（Nansha Gyre，NG），新幾內亞沿岸流（New Guinea Coastal Current，NGCC），新幾內亞沿岸潛流（New Guinea Coastal Undercurrent，NGCUC），南赤道流（South Equatorial Current，SEC），南海暖流（South China Sea Warm Current，SCSWC），臺灣海峽貫穿流（Taiwan Strait Throughflow，TSTF），越南離岸流（Vietnam Offshore Current，VOC）。

圖4 南海及印度尼西亞部分海域的環流結構圖Fig.4 Circulation patterns in the South China Sea and in parts of the Indonesian Sea

限于深層海流觀測的困難性和呂宋海峽的復雜地形，對于呂宋海峽中下層水交換的驅動機制研究較少。Qu等［66］綜合了南海及呂宋海峽的水文數據資料，分析后發現1 500m以下存在持久的斜壓梯度是太平洋和南海進行水交換的主要驅動力。Fang等［44］認為是垂向混合造成的南海與太平洋間的密度差影響了呂宋海峽中下層的體積輸運。

1.2 卡里馬塔海峽水交換

卡里馬塔海峽位于印度尼西亞加里曼丹島西岸，南連爪哇海，北接南海，寬約350km，水深約50m，是太平洋－印度洋貫穿流南海分支的主要出流通道，它的水體和熱鹽輸運對印尼貫穿流有著重要的影響，流經卡里馬塔海峽的流段也被稱為卡里馬塔海峽貫穿流［22］。歷史上卡里馬塔海峽貫穿流的研究一直被忽視，觀測和研究都較少，尤其是直接觀測資料十分缺乏，現有的結果多為數值模式結果。卡里馬塔海峽貫穿流的研究最早也可追溯到Wyrtki［6］，他基于船舶漂流觀測資料，估算了卡里馬塔海峽的流量，發現冬季有海流從南海流向印度尼西亞海域，而夏季則有印度尼西亞海域海流向北進入南海，且冬季流量大夏季流量小。但Wyrtki的觀測較早，資料具有很大的不確定性。由于卡里馬塔海峽水深較淺，早期南海環流的數值模擬通常將其關閉，并認為民都洛海峽是南海南部海峽的主要出流通道［25］，造成了模擬結果與觀測事實不符。

近年來，卡里馬塔海峽貫穿流的研究才受到重視，許多學者開始通過數值模擬手段研究卡里馬塔海峽貫穿流（表2）。Metzger等［26］最早通過診斷試驗，計算出南海通過卡里馬塔海峽和爪哇海匯入印尼貫穿流的流量是1.6Sv。Lebedev and Yaremchuk［67］的數值模式結果與方國洪等［42］的數值模式結果基本一致，都指出卡里馬塔海峽是南海南部海區的主要出流通道，其海流輸運量的季節變化趨勢呈現冬季大夏季小的特點，且冬夏季間存在流向的逆轉，冬季向南流出南海，夏季向北流入南海。方國洪等［16］的研究進一步指出卡里馬塔海峽是南海最重要的出流通道，它的年輸出量占南海總出流量的一半。Qu等［66］的研究表明卡里馬塔海峽貫穿流將從太平洋進入南海的低溫高鹽水從南海輸出，對于維持南海的水體熱鹽平衡具有很重要的作用。董丹鵬等［68］基于質量、熱量和鹽量守恒的最優化盒子模式，進一步證實了卡里馬塔海峽是南海最主要的出流通道。南海海表有巨大的熱量和淡水輸入，將高溫低鹽水從卡里馬塔海峽輸出是維持整個南海熱鹽平衡最快最有效的途徑。Wang等［69］利用HYCOM模式研究南海四個主要通道的季節變化，發現卡里馬塔海峽的最大出流量在1月，約為2.1Sv；最大入流量在7月，約為－1.0Sv；年平均體積輸運量約為0.5Sv。Fang等［43］研究發現太平洋－印度洋南海分支在冬夏兩季差別較大，冬季存在明顯的太平洋水從呂宋海峽進入南海穿過卡里馬塔海峽流向印尼海區，夏季則有一支北－東北向海流從卡里馬塔海峽流向南海，且這種現象可以用Godfrey給出的“繞島環流理論”進行解釋。學者們對卡里馬塔海峽貫穿流的估算結果，都體現了冬季大夏季小的變化趨勢，且流向均為冬季南向出流，夏季北向入流，但體積輸運的量值卻相差較大，造成數值模式結果差異較大的原因，除了模式的誤差外最主要的原因是卡里馬塔海峽的現場海流觀測資料十分缺乏。

為了更好的研究卡里馬塔海峽貫穿流，2007年，中國－印度尼西亞－美國三方合作開展了南海－印尼海水交換觀測項目（The South China Sea－Indonesian Seas Transport/Exchange，簡稱SITE）項目，對卡里馬塔海峽貫穿流進行持續觀測，此項目的開展填補了卡里馬塔海峽海流觀測的空白，對研究卡里馬塔海峽貫穿流有重要的意義［70］。觀測資料顯示，在10－次年04月的西北季風期間，會有低鹽的海水通過卡里馬塔海峽流入印度尼西亞海域；而04－10月的東南季風期間，則有海水流回南海。Fang等［71］基于2007－12－2008－11間卡里馬塔海峽兩個連續觀測站獲得的ADCP資料，發現在冬季有持續的海流從南海流向印度尼西亞海域，并且在觀測海域存在南海向爪哇海傾斜的海面高度差。基于觀測資料，計算得到冬季從南海向印度尼西亞海域的體積輸運、熱量輸運和淡水輸運分別約為3.6Sv、0.36PW和0.14Sv。資料分析還發現卡里馬塔海峽貫穿流冬季和夏季有明顯的海流方向逆轉，冬季從北向南輸運，夏季從南向北輸運，且夏季的輸運量可達1.7Sv，因此通過卡里馬塔海峽的體積輸運冬季和夏季間的季節變化超過5Sv。因卡里馬塔海峽水深僅約50m，所以目前沒有研究表明其有明顯的垂向結構變化。

關于影響卡里馬塔海峽貫穿流變化的原因，學者們也做了研究。比較一致的觀點是局地風場的強迫驅動了卡里馬塔海峽的水交換，如 Fang等［71］，Qu等［66］，Susanto等［70］，Wang等［69］，Tozuka等［36］。翟麗等［72］在分析南海風生正壓環流的動力機制時也指出當冬季平均風應力增大時，卡里馬塔海峽的出流量也會增加。魏澤勛等［73］認為卡里馬塔海峽貫穿流的變化受壓強梯度力和東亞季風的共同影響。Fang等［71］的研究發現卡里馬塔海峽上層的流速比下層大，當西北季風增強時，流量增大；而當西北季風消失時，底層東南向的海流依然存在，這意味著在該海區存在的海表面高度差異也對卡里馬塔海峽貫穿流有影響。王永剛等［74］對卡里馬塔海峽年平均流量和該海區附近的經向風應力的年際變化進行分析，發現兩者呈負相關，表明卡里馬塔海峽的年際變化受局地風應力年際變化的影響。

表2 卡里馬塔海峽貫穿流的體積輸運（Sv＝106 m3·s－1）Table 2 The volume transport by the throughflow through the Karimata Strait（Sv＝106 m3·s－1）

2 太平洋印度洋貫穿流南海分支與印度尼西亞貫穿流的相互調制

太平洋－印度洋貫穿流南海分支和印度尼西亞貫穿流都是太平洋－印度洋進行水交換和熱鹽輸運的重要海流。兩者之間存在的復雜的相互調制關系越來越受到學者們的關注［1］。呂宋海峽貫穿流以海洋橋的形式將太平洋的ENSO信號傳遞到南海，對南海的環流和熱鹽收支產生重要影響。通過大氣橋與ENSO相聯系的南海局地風場的驅動，是南海環流年際調整的一個重要因素［18］。北太平洋水體通過呂宋海峽進入南海后，部分會通過加里曼丹和望加錫海峽返回太平洋，對印度尼西亞貫穿流的輸運產生影響。因此有科學家認為南海貫穿流可以作為廣義印尼貫穿流的一個分支［18，75］。Lebedev等［67］曾指出，呂宋海峽的入流對印尼貫穿流有重要貢獻，經呂宋海峽進入南海的水體通過民都洛海峽和卡里馬塔海峽流出，對ITF的貢獻在夏季和冬季分別可達35%和85%，年平均約為50%。方國洪等［16］利用一個高分辨率的全球海洋模式，計算得到穿過整個南海南部海域流向印尼海域并最終流向印度洋的年平均體積、熱量和鹽量輸運分別為5.2Sv、0.57PW和184Gg·s－1，約占印度尼西亞貫穿流相應運輸量的1/4。在氣候態時間尺度上，南海環流對ITF起著重要的作用。Fang等［43］利用海洋環流模式模擬結果，發現在冬季南海確實存在太平洋－印度洋水體交換的一個分支，并且這一分支通過衛星跟蹤的浮標數據得到了驗證。在年際時間尺度上，Wang等［76］進一步證實南海貫穿流可以作為廣義印度尼西亞貫穿流的一個分支存在。

Qu等［66］分析了高分辨率環流模式結果后指出，太平洋－印度洋貫穿流南海分支對ITF輸運的年際變化起重要作用，呂宋海峽貫穿流的體積輸運和印尼貫穿流的體積輸運在年際變化尺度上呈反位相。El Ni?o期間，赤道太平洋的西風異常會使北赤道流增強，其分叉點北移，因此棉蘭老流增強，黑潮減弱，黑潮減弱使太平洋水通過呂宋海峽進入南海的流量增加，而棉蘭老流的增強會導致太平洋流入印度洋的水體減少；La Ni?a期間的變化情況與之相反。Metzger［25］，Fang［27］，Meyres［77］等的研究也都支持上述觀點。姜濤等［41］用MITgcm數值模式研究了呂宋海峽貫穿流1980－2001年的年際變化，結果顯示呂宋海峽貫穿流流量的年際變化與ENSO信號相關性顯著，在El Ni?o期間呂宋海峽水交換表現為顯著的西向入流，La Ni?a期間這種西向入流明顯減弱。

研究發現赤道太平洋風場的變化是導致印尼貫穿流和呂宋海峽水交換的年際變化呈反位相的主要原因。劉欽燕，王東曉等［1，79］基于1958－2004年的SODA月平均資料，利用繞島環流理論和海洋環流模式對印尼貫穿流及呂宋海峽水交換的年際變化做了分析，指出印尼貫穿流和呂宋海峽水交換的年際變化呈反位相（圖5）。本圖參照劉欽燕等［79］圖2重繪。他們選用異常事件發生時的資料，合成風應力距平進行分析，結果表明，El Ni?o期間，赤道太平洋西風爆發，風場變化導致印尼貫穿流流量減少；呂宋海峽東部東風分量和南海內部的北風分量的局地驅動導致呂宋海峽水交換的體積輸運增加。La Ni?a期間情況與之相反。雖然對印尼貫穿流和呂宋海峽水交換的年際變化有了一些認識，但對兩者間的相互調節機制和不同時間尺度上影響其變化的動力因素的研究還較少。對造成兩者間年際變化反相位的原因及與反位相特征相聯系的大氣海洋環流特征的認識都還較少，有待學者們做進一步的研究。

圖5 濾掉8年周期以后的LSTT和ITFT的年代際特征變化趨勢Fig.5 Decadal variations and linear tendency of LSTT and ITFE after removing 8yr period

卡里馬塔海峽貫穿流對印尼海區海流的影響也有學者做了研究。Gordon等［80］猜測導致印尼貫穿流冬季與夏季表層流速差異的一個重要原因可能是從南海經卡里馬塔海峽和爪哇海流過來的相對低鹽海水改變了望加錫海峽水體的南北壓力性質，從而使冬季印尼貫穿流表層流速降低。Tozuka［36］通過控制南海海峽通道研究南海分支對印尼貫穿流的影響發現，當南海貫穿流分支存在時，卡里馬塔海峽的年平均輸運量為1.4 Sv，而望加錫海峽輸運量為4.6Sv；當南海貫穿流分支關閉時，卡里馬塔海峽無明顯的體積輸運，望加錫海峽輸運量為6.1Sv。他還發現由于卡里馬塔海峽貫穿流的存在，導致了望加錫海峽貫穿流最大流速出現在次表層。研究表明，南海對印尼貫穿流的影響冬季比夏季大，因為太平洋－印度洋貫穿流南海分支在冬季更為明顯。王偉文等［81］通過LICOM模式研究發現太平洋－印度洋貫穿流南海分支的存在對南海上層熱含量也有著重要影響。楊陽等［82］的研究發現卡里馬塔海峽和望加錫海峽的流量季節變化呈反位相。卡里馬塔海峽最大輸運量在2月，約為6.2Sv，最小在8月，約－1.7Sv。而望加錫海峽最大流量在7月，約13.8Sv，1月最小，約0.2Sv。Gordon等［83］根據望加錫海峽最新獲取的海流觀測資料，發現2007－2008年的海流剖面結構存在顯著的變異，通過HYCOM模式的模擬，猜測ENSO引起的貫穿流南海分支的加強和減弱是導致這一現象的可能原因。他分析指出：冬季，高溫低鹽的爪哇海水在局地東南季風的驅動下，東流至望加錫海峽的南端，并在海峽南端形成一個北向的壓力梯度，阻礙了望加錫海峽內的南向流；夏季，在西南季風的驅動下，高溫高鹽的班達海水西流，消除冬季在望加錫海峽南端形成的北向壓力梯度，因此卡里馬塔海峽和望加錫海峽的流量季節變化呈反位相。雖然目前對卡里馬塔海峽的輸運量和季節變化有一定的認識，但關于其季節、年際變化規律，垂向海流結構，以及與影響其變化的外界因素和機制方面仍有許多空白，有待做進一步研究。

3 結語

在過去的幾十年中，學者們對太平洋－印度洋間的物質和能量交換進行了大量的研究，發現太平洋－印度洋貫穿流南海分支對維持兩大洋的平衡關系有重要意義。目前的研究結果可總結為以下幾點：

1）呂宋海峽是太平洋印度洋貫穿流南海分支的主要入流通道，年平均水體輸運量約為5Sv，從西北太平洋流向南海，存在冬季大夏季小的季節變化特征。年際變化呈現El Ni?o期間輸運量大，La Ni?a期間輸運量小。呂宋海峽是直接連接太平洋和南海的唯一深水通道，其水交換有明顯的垂向分層結構：上層水交換主要受風場的強迫作用，有明顯的季節性變化，冬季入流，夏季出流；而次表層至底層水交換是由太平洋和南海間的壓力梯度差驅動的，結構較為穩定，次表層至中層為入流，深層出流，底層入流。

2）卡里馬塔海峽是南海分支的主要出流通道，對它的研究目前較少。最新的觀測表明，冬季海水通過卡里馬塔海峽流向爪哇海，流量約為3.6Sv，夏季海水從印度尼西亞海區流回南海，存在顯著的季節變化，變化幅度達5Sv左右。卡里馬塔海峽的物質和能量輸運的年際變化形式及其驅動機制還有待學者們進行更多的研究。

3）南海貫穿流和印尼貫穿流是連接太平洋和印度洋最重要的紐帶，兩者之間有復雜的相互調制關系。目前的研究表明，南海貫穿流和印尼貫穿流的年際變化趨勢呈反位相，推測赤道太平洋風場的變化是造成這一現象的重要原因。但目前對兩者間的復雜變化關系，相互作用機制和它們對全球氣候系統的影響認識都還較少，有待在未來做出更多的研究。

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