基于WOA13數據對亞南極鋒的季節變化特征研究

曲　杰，劉建斌，洪園園

（1.海軍參謀部航海保證局，天津　300042；2.海軍航空兵膠州場站氣象臺，山東　青島 266300）

基于WOA13數據對亞南極鋒的季節變化特征研究

曲杰1，劉建斌2，洪園園2

（1.海軍參謀部航海保證局，天津300042；2.海軍航空兵膠州場站氣象臺，山東青島 266300）

海洋鋒深刻反映著海洋環境要素的變化，研究海洋鋒對漁業和水下聲學的應用有著重要的參考價值。WOA13是一種平均格點化數據，對于研究海洋鋒季節變化特征有著很好的優勢。文中利用WOA13季節平均溫度數據，選取0.25經緯度網格數據，對南極洲亞極地鋒進行了季節變化特征研究。以絕對梯度的最大值連線畫出鋒線具體位置，對比不同季節斷面T-D分布圖的差異，得到了亞極地鋒的鋒面結構、強度等季節變化信息。

亞極地鋒；WOA13數據；季節變化

南極繞極流對南極洲海域熱鹽、密度等海洋環境因素影響顯著，深刻影響著南極以至全球的氣候變化。南極繞極流附近有三條環繞極地的中尺度海洋鋒，從南到北分別是南繞極流鋒、南極極地鋒、亞南極鋒。這些海洋鋒分割南極水與亞南極水、亞南極水與亞熱帶水。本文主要研究55°S～35°S海域附近的亞南極鋒的分布情況和季節變化特征。

亞南極鋒歷來受到研究者的重視。蒲書箴等［1］利用第九次考察獲得的德雷克海峽水溫資料，結合國外的錨碇浮標和測流資料，分析和研究了德雷克海峽亞極地鋒面的時間變化和空間變化。Phillips［2］對澳大利亞南部亞極地鋒的溫鹽、流速、通量等特征進行了研究。Glorios et al［3］研究了大西洋西南部海域亞極地鋒及其中尺度渦變化特征。海洋鋒區往往伴隨著浮游植物的大量繁殖，此外魚群是朝鋒區游動的，那里是漂浮的顆粒有機質豐富的區域，因此，研究南極海洋鋒對于漁業來說十分重要。

1　數據與鋒面分析方法

1.1數據介紹

WOA13（World Ocean Atlas 2013） 是來自NOAA的國家海洋數據中心海洋氣象實驗室的海洋氣候學數據集產品，包涵全球海洋溫度、鹽度、溶解氧、磷酸鹽、硅酸鹽等海洋要素數據，分為年平均、季節平均和月平均數據，空間分辨率有：5°，1°，0.25°三種，數據能夠提供三維的海洋環境信息；在深度上，利用內插值的方法，從表層到最大深度5 500 m分為102層［4］。本文選用多年（1955-2012）年際、季節平均0.25°網格溫度數據分析了亞南極鋒的水平和垂直變化情況。何琰等［5］研究表明，利用平均格點化數據分析海洋鋒有很高的可行性。

1.2鋒面確定方法

南極海洋鋒像其它海洋鋒一樣，存在較大的海洋要素梯度。這點在以往的研究中獲得了廣泛的應用。本文采用的是平均格點數據，平均格點數據會使海洋鋒的閾值比實際情況會偏小，鋒區的判別閾值不好把握，但其梯度極值仍能反映海洋鋒的位置信息，選擇0.015℃/km作為判別溫度鋒的閾值，選擇利用鋒區內絕對梯度最大值的連線代表鋒面中軸線的位置，得到了較為清晰的鋒線位置。其中絕對梯度的定義為：

2　亞南極鋒

亞南極鋒（Sub-Antarctic Front，SAF）與南極極地鋒（Antarctic Polar Front，PF）一樣都是環繞南極洲的大尺度海洋鋒，主要在PF鋒線以北，南極極地鋒區介于亞南極鋒與南極極地鋒之間；在亞南極鋒以北是亞南極區。

2.1SAF鋒位置季節變化

將SAF鋒區內每條經度的絕對梯度值的最大點連線，作為SAF主鋒軸線位置。如圖1所示，從圖1可以看出SAF的大致分布范圍和走勢。SAF主要分布在55°S～38°S附近，整體來看SAF鋒軸位置季節性變化不大。特別是在30°E～90°E附近海域，絕對梯度大（圖1），鋒軸線穩定。但也有一些區域鋒軸線擺動較大，如120°W附近、180°W附近等。

圖1　表層SAF鋒軸位置

整體來看，SAF鋒軸線主要隨季節進行南北移動，且大部分區域是從夏季（1-3月）到冬季（7-9）月鋒軸線從北到南移動。

2.2SAF鋒強度變化

圖2～圖5為從表層到300 m水深SAF鋒強度分布的季節變化。雖然格點化數據不能準確表示鋒強度信息，但是利用格點化數據可以看出不同區域海洋鋒強度分布的差異。

圖2　表層SAF鋒強度

圖3　100 m水深SAF鋒強度

從圖2可以看出，在表層全球SAF鋒面中60°W～70°E區域鋒的強度要比其它區域鋒強度要大；在150°W和180°E附近也有兩處強度較大的鋒面。這些區域10-12月鋒面強度要比其它月份大。

表層以下，到300 m左右時水平鋒面強度較小，因此強度較大的SAF鋒面主要集中在表層到200 m水深的區域內。且鋒強度最大處在水深100 m左右。

圖4　200 m水深SAF鋒強度

圖5　300 m水深SAF鋒強度

2.3SAF鋒面結構變化

因為SAF鋒面介于南極極地鋒區和亞南極區之間，SAF鋒面結構受南北水團運動影響顯著，同時也受地形、環流、上升流等因素的影響。為了直觀簡潔地分析SAF鋒面結構，對SAF鋒區進行緯度斷面和經度斷面溫度深度分布圖（T-D）的對比分析。其中圖6～圖10分別為30°W，40°W，60°E，45°E，120°E經線斷面。

圖6　30°W斷面T-D

圖7　40°W斷面T-D

圖8　60°E斷面T-D

圖9　45°E斷面T-D

圖10　120°E斷面T-D

這些經線斷面的范圍為60°S～35°S因而可以很明顯地看到PF鋒與SAF鋒的分布位置，其中等溫線密集的地方就是海洋鋒的位置，且等溫線越密集，海洋鋒強度就越大。如60°E斷面處，45°S附近的等溫線就很密集，說明此處海洋鋒強度較大，這點從圖2同樣可以看出。

從這幾處經線斷面來看，SAF鋒的鋒面結構和位置以及強度變化并不明顯，有的鋒面在300 m以內（圖10），大部分在500 m左右仍然有鋒面存在。在40°W斷面T-D分布圖（圖7）45°S附近在1-3月和10-12月期間，等溫線向上彎曲，可能是受到上升流作用的影響，此處的鋒面也發生彎曲。同樣在45°E斷面T-D分布圖（圖9）中也可以看到等溫線的彎曲，在45°S附近兩側分別存在著等溫線向下彎曲以及向上彎曲的情況，說明在45°S附近可能存在海水的上升與下降運動。

為了更好地觀察SAF鋒面結構，沿緯線作斷面T-D分布圖11～圖13。

圖11　44°S斷面（80°W～40°W）T-D

圖12　42°S斷面（30°E～60°E）T-D

圖13　40°S斷面（60°W～30°W）T-D

從這些緯線斷面圖中可以看出，上升流的作用明顯。如圖11在60°W附近存在的上升流使得水平方向上的等溫線密集，且在冬春兩季上升流能夠作用到表面；夏秋兩季在表層以下，加深了垂直方向上的密度躍層。

在42°S斷面處，50°E附近以及40°S斷面處的上升流作用明顯。從圖13可以看出，在4-6月存在多處上升流和下降流，其中以55°W附近上升流和50°W附近下降流最為明顯，一般來說海水的上升流總是伴隨著海水的下降運動。

3　結論

平均格點化數據對于反映海洋鋒的季節變化特征有很好的效果。它克服了實測數據覆蓋范圍小以及衛星數據僅限于表面的不足，能夠提供三維的海洋環境信息。通過對WOA13數據的分析，得到了SAF鋒位置、強度、鋒面結構的季節變化特征：

（1）整體來看SAF鋒位置季節變化并不明顯，在55°S～38°S范圍內，主鋒軸位置多集中在48°S～43°S海域內；

（2）在表層60°W～70°E，150°W，180°E附近存在強度較大的鋒面，表層以下強度較大的區域主要集中在300 m水深附近，季節變化方面，無論表層還是表層以下強度差異并不明顯；

（3）SAF鋒面結構受到上升流影響顯著，隨著上升流的季節變化鋒面結構也發生形變。

［1］蒲書箴，廖啟煜，于惠苓，等.德雷克海峽繞極流和鋒面的研究［J］海洋學報，1997（3）：1-9.

［2］Helen E Phillips.Mean Flow，EddyVariabilityand Energetics［D］.Australia:UniversityofTasmania，2000.

［3］Pablo D Glorios，Alberto R Piola，Robert R Leben.Mesoscale Eddies in the Subantarctic Front southwest Atlantic.［J］.Scientia Marina，2005，69（suppl.2）:7-15.

［4］TBoyer，AMishonov.WorldOceanAtlas 2013ProductDocumentation［EB/OL］.［2014-10］.http://www.nodc.noaa.gov/OC5/indprod.html.

［5］何琰，趙進平.北歐海的鋒面分布特征及其季節變化［J］.地球科學進展，2011，26（10）：1079-1091.

Study on the Seasonal Variation Characteristics of the Sub-Antarctic Front Based on WOA13 Data

QU Jie1，LIU Jian-bin2，Hong Yuan-yuan2
1.Navigation Guarantee Bureau of the Chinese Navy Staff，Tianjin 300042，China；
2.Meteorological Observatory of the Jiaozhou Station，Naval Air Force，Qingdao 266300，Shandong Province，China

Ocean fronts deeply reflect the variation of marine environmental factors，which have great research value for marine fishery development and underwater acoustic applications.WOA13 is a kind of averaged grid data advantageous in acquiring the seasonal variation characteristics of ocean fronts.This paper uses the WOA13 mean seasonal data and selects 0.25 degree grid data to study the seasonal variation characteristics of the Sub-Antarctic Front（SAF）.The front location is derived by connecting the maximal values of absolute gradient，so as to compare the differences in the T-D distributing images of different seasons，and finally obtain the seasonal variations of the structure and intensity of the Sub-Antarctic Front.

Sub-Antarctic Front；WOA13 data；seasonal variation

P731.3

A

1003-2029（2016）02-0083-04

10.3969/j.issn.1003-2029.2016.02.015

2016-01-20

曲杰（1978-），男，工程師，主要研究方向為海軍水文氣象保障。E-mail：jerryququ@189.cn