東海西部近海春、秋季水團特征分析

朱 佳,胡建宇,2*,楊龍奇,陳照章,孫振宇,2

(1.廈門大學海洋與地球學院，近海海洋環境科學國家重點實驗室，福建 廈門 361102；2.南方海洋科學與工程廣東省實驗室(珠海)，廣東 珠海 519082)

東海陸架位于東亞季風區,在冬季盛行東北季風，在夏季盛行西南季風.季風及太陽輻射的季節變化對東海環流和水文特征有重要影響.本研究海域位于東海西部近海、長江口以南、水深<100 m的東海陸架區，由北向南分布有漁山、溫臺、閩東漁場，近岸島嶼眾多，等深線分布密集.以往研究表明東海陸架存在3支重要流系：一是沿岸南下的閩浙沿岸流；二是黑潮的東海段；三是起源于臺灣島東北和臺灣海峽，跨過陸坡穿越到東海陸架并與沿岸水體混合的臺灣暖流[1-7].另有研究表明臺灣暖流的向岸分支順著等深線沿水下深槽持續北上，能夠上溯至長江口外[8].這些流系的強弱和范圍，決定著東海陸架的水文結構及水團的分布和性質，而水團的分布和變化對漁場的形成、位移以及漁季和漁獲量的變化也至關重要.

以往研究中主要應用聚類分析法[9-20]，結合Fisher型逐步判別法[21]、對應分析法(包含T-S圖解法)[12,22-25]、曲線族擬合法[26]和四邊形法[27]等方法對東海以及浙江近海的水團進行劃分，并闡述各水團的特征和水系邊界的季節變動規律.綜合已有研究結果，東海的水團共可歸結為以下10類：大陸沖淡水、黃東海混合水、東海表層水、東海混合水或東海暖水、臺灣暖流水、東海次表層水、黑潮表層水、黑潮次表層水、黑潮次中層水和黑潮中層水.

關于東海西部近海的水團研究雖不少，但采用的水團分類法多為傳統方法，且關于東海西部近岸的水團研究多集中于夏季型和冬季型[10,12-16,21,25]，對于春、秋季過渡型水團特征的闡述較少[19,24].張啟龍等[19]指出春季與冬季相比，江浙沿岸表層水和臺灣暖流表層水范圍東移；秋季與夏季相比，江浙沿岸表層水西縮，臺灣暖流表層水略向北擴展，底層的臺灣暖流深層水消失.Qi等[20]將東海西部近岸的四季水團劃分為陸架沿岸水、黃海表層水、黃海底層水、東海表層水和東海深層水，但并未劃分臺灣暖流.吳曉丹等[24]根據夏季長江口附近海域的斷面T-S曲線，雖劃分出了臺灣暖流和黑潮表層水，但僅限于夏季和垂直斷面方向上.本研究基于2018年秋季和2019年春季東海西部近海調查航次的實測數據，分析該海域的溫、鹽平面與斷面的分布及特征，通過模糊聚類法及近年新發展出的T-S相似度法[28]劃分水團，給出直觀的立體分布圖，并對臺灣暖流水和黑潮次表層水進行劃分和討論，以對東海西部近海春、秋季的溫、鹽分布和過渡型水團細致結構進行補充，為進一步了解臺灣暖流的季節變化和黑潮水分支的前鋒及路徑的時空變化提供參考資料.

1 數據與方法

1.1 數據來源

2018年11月17日—12月4日與2019年4月8—23日，廈門大學于119.5°～125.5° E，25°～29° N海域范圍內進行為期18和16 d的秋季和春季航次調查，分別在49和50個站點(圖1)使用溫鹽深(CTD)剖面儀采集數據.從北向南共7個斷面：A01—A09、B01—B08、C01—C07、D01—D07、E01—E06、F01—F05及G01—G04.

圖中灰色箭頭示意黑潮、臺灣暖流、閩浙沿岸流.圖1 東海西部近海觀測站點分布及主要大陸架海流Fig.1 Distribution of observation stations and the major aspects of the shelf currents in the western East China Sea

1.2 水團分類方法

T-S相似度法主要是計算水體樣本與典型水團曲線在等密面上的溫、鹽相似度從而劃分水團的一種方法，是傳統水團分類法的有效補充.本研究先采用模糊聚類法而后應用T-S相似度法，其優勢在于可在聚類法等傳統水團分類結果的基礎上進一步準確地確定水團邊界，劃分標準具有更加明確的物理意義.T-S相似度法在南海北部的水團劃分上已取得初步進展，成功劃分出南海次表層水與太平洋次表層水的界限[28].T-S相似度法簡要介紹如下：

定義T-S相似度(TSSN，Г)為某個隨機水樣本與典型水團的相似度，數值為0～1之間.如圖2所示，X為某水樣X的T-S點，A、B分別為水樣X沿著其所在等密線與典型水團A、B的T-S曲線的交點.

紅線和藍線分別代表兩個典型水團A和B的T-S曲線， 綠點代表某水樣X的T-S點，虛線為等密度線.圖2 T-S相似度法的示意圖Fig.2 Schematic diagram for the T-S similarity method

參數定義為：

(1)

其中，DA和DB是X與交點A、B的距離，

(2)

(3)

式中SA、SB、SX分別為A、B和X點的鹽度.由以上3個公式可知，Γ值越接近0代表水樣X與A型水團的相似度越高；反之，Γ值越接近1代表水樣X與B型水團的相似度越高.因此將Γ=0.5作為劃分A型與B型水團的分界值.

2 溫、鹽結構分析

2.1 溫、鹽平面結構

在進行水團分類前，先對調查海域的溫、鹽分布特征進行分析.圖3和4分別是東海西部近海春季(2019年4月)和秋季(2018年11月)各層的溫、鹽平面分布圖.

由圖3(a)可見，調查海域春季的溫度分布呈現近岸低遠岸高、西北低東南高的整體趨勢.低溫區沿近岸呈帶狀分布，低溫中心位于漁山列島南面的28～29° N近岸0～20 m層，最低溫出現在C01站的5～20 m處，低至13.9 ℃.沿低溫區的外側有一條明顯的水平溫度梯度帶分布，從C02站到C03站(約65 km)，溫差可達7.8 ℃.相對高溫區位于臺灣島西北附近海域，最高可達24.1 ℃，最高溫出現在E04站的0～40 m層.值得注意的是，由于次表層水跨陸架向東海西部陸架區涌升[29]，50 m處相對高溫區迅速縮小至E04站區域，其北面均被低于19 ℃的水體所占據.

如圖3(b)所示，近岸低鹽區基本與低溫區相吻合.受閩浙沿岸水的影響，漁山列島附近的鹽度低于28.0，最低鹽度26.5出現在C01站的表層.近岸的低鹽水與遠岸水交匯，形成了一條狹長的鹽度梯度帶，C01站與C03站的表層鹽度差可達8.3.遠岸的2～50 m層可見兩條鹽度大于34.7的高鹽水舌，朝西和西北方向延伸至調查海域中部，其中C07站約50 m層的鹽度大于34.8.此外，75～100 m層的高鹽水舌匯集成一體，鹽度保持在34.8左右.

圖3 東海西部近海春季(2019年4月)的溫(a)、鹽(b)平面分布Fig.3 Planar distributions of temperature (a) and salinity (b) in the western East China Sea in spring (April,2019)

由圖4(a)可見，調查海域秋季的溫、鹽分布與春季有所不同，表層多為高溫區所覆蓋.與春季相比，秋季近岸的低溫區強度、范圍明顯減小，水平溫度鋒面不復存在，近岸與外海的溫差約2.1 ℃.南、北各有一個高溫中心：北部的高溫區在5～75 m層均可見，位于離岸最遠的A09站，溫度24.0 ℃；南部的高溫區在2～30 m層位于臺灣島北面的E04站和F05站，50～75 m層則南移至靠近臺灣島西北的F05站和G04站，溫度均在23.7 ℃以上.值得注意的是，受黑潮次表層水涌升的影響，在調查海域南部邊緣的50 m層出現一個低溫高鹽區，打破了高溫區原本較完整的分布格局.

秋季沿岸沖淡水的強度和范圍較春季均明顯減弱，沖淡水貼岸南下.因調查站位離岸較遠，圖4(b)的中南部近岸才觀測到沖淡水的蹤跡，最低鹽度約29.9；沖淡水在中部的C、D、E 3個斷面向外擴散.

圖4 東海西部近海秋季(2018年11月)的溫(a)、鹽(b)平面分布Fig.4 Planar distributions of temperature (a) and salinity (b) in the western East China Sea in autumn (November,2018)

圖5 東海西部近海春季(2019年4月)的溫(a)、鹽(b)斷面分布Fig.5 Cross-section distributions of temperature (a) and salinity (b) in the western East China Sea in spring (April,2019)

圖6 東海西部近海秋季(2018年11月)的溫(a)、鹽(b)斷面分布Fig.6 Cross-section distributions of temperature (a) and salinity (b) in the western East China Sea in autumn (November,2018)

2.2 溫、鹽斷面結構

圖5和6分別為春季和秋季的溫、鹽斷面分布圖.從圖5的斷面分布看(B斷面遮擋較多，故未展示)：春季，溫度低于17 ℃且鹽度小于31.5的低溫、低鹽水分布于各斷面的近岸站點，深度可達25 m；E斷面的中部存在一個高溫水柱，位于E04站，影響深度可達底層，其中深度0～40 m的溫度可達24.1 ℃，由表至底的水溫較其他站位高出2.0～5.8 ℃；D斷面遠岸站點的底層以及C、E斷面的遠岸站點由表及底的鹽度均大于其他站點，為34.7～34.8，顯示出黑潮水的高鹽性質.

如圖6所示，各斷面溫、鹽結構顯示出溫度近岸低、遠岸高、底層低、上層高，鹽度近岸低、遠岸高、上層低、底層高的總體趨勢.

3 水團分類

采用模糊聚類法對春、秋季的溫鹽資料進行水團初步劃分，而后在此基礎上應用T-S相似度法對各水團進行再劃分并確定水團邊界.調查海域可初步劃分為5類水團：閩浙沿岸水、混合水、黑潮表層水、臺灣暖流水及黑潮次表層水.其中混合水指的是沿岸水、臺灣暖流水和黑潮水三者的混合，是水團特征介于三者之間的水體.春、秋季各水團的溫、鹽核心值見表1.

表1 東海西部近海春季與秋季的各水團溫、鹽核心值Tab.1 Core values of temperature and salinity of water masses in the western East China Sea in spring and autumn

春季水團分布如圖7(a)所示：閩浙沿岸水分布在近岸的表層至20 m層，鹽度核心值為29.5；黑潮表層水主要分布在遠岸<50 m深度，而50 m層黑潮表層水延伸出兩條水舌向近岸逼近；深度>75 m的高鹽黑潮次表層水跨陸架涌升，將黑潮表層水逼退至臺灣海峽北口附近；混合水在30 m層分布范圍最大，而在深度>30 m層其分布范圍隨著黑潮表層水和黑潮次表層水的加強逐漸縮小.

秋季水團分布如圖7(b)所示：閩浙沿岸水集中分布在近岸深度<30 m層，且往南、向外擴展至臺灣海峽北口，鹽度核心值為31.5；黑潮表層水分布在調查海域的東北角，溫、鹽核心值分別為23.5 ℃和34.4；黑潮表層水由表層至75 m層均可見，但范圍隨著深度增加逐漸向東北縮小；臺灣暖流水分布在深度<50 m的調查海域東南部，而在50 m層因黑潮次表層水的涌升被隔斷成南大北小的兩部分；隨著黑潮次表層水在深度>75 m層的強度和范圍逐漸增強，臺灣暖流水逐漸被混合水取代.

綠色表示閩浙沿岸水；藍色表示混合水；橘色表示黑潮表層水；粉色表示臺灣暖流水；紅色表示黑潮次表層水.圖7 東海西部近海春季(a)與秋季(b)的水團分類Fig.7 Classification of water masses in the western East China Sea in spring (a) and autumn (b)

4 討 論

關于調查海域內的閩浙沿岸水和黑潮水的來源、特征和范圍，以往研究已基本達成共識，但對臺灣暖流的季節分布和來源仍存在爭議.傳統的臺灣暖流是指具有高溫、高鹽特征，由南向北流經閩浙沿岸的海流.有學者認為臺灣暖流是常年存在的[1-2，29-34]；也有論據表明臺灣暖流深層水屬季節水團，僅存在于暖半年(4—9月)[19]；還有研究結果顯示冬季臺灣暖流并未入侵東海[35-36]，或僅在50 m層或底層入侵東海[37].

從本研究所獲得的溫、鹽結構和水團分類結果來看，2019年4月春季分布在調查海域東南部50 m以淺的高溫、高鹽水體，雖然其位置與以往研究中的臺灣暖流分布范圍相吻合，但是其鹽度(34.3～34.8)又高于臺灣暖流表層水(33.1～34.2)[19，38]，因此該水體特性更貼合黑潮水[39-41]，亦可能屬于兩者的混合.考慮到臺灣暖流的定義、來源以及該水體所處深度，將其暫歸為黑潮表層水.此外，秋季(2018年11月)位于調查海域深度<75 m的高溫水體，東北角的鹽度核心值34.4明顯高于東南部的鹽度核心值34.2，且二者的分布并不連續，故東北角的水體屬于黑潮表層水，而東南部的水體屬于臺灣暖流水.

最后還需一提的是，因各流系變化可能存在較大的年際變動，本文基于兩個航次觀測所得的水團分布結論具有一定的局限性，還缺乏調查海域夏、冬季的實測數據，故在季節變化和延續的討論上尚不完整，還需在今后的研究中繼續完善補充，并搜集溫度、鹽度以外的其他參數，嘗試將臺灣暖流水和黑潮表層水進行明確劃分.

5 結 論

在2019年4月春季及2018年11月秋季兩個航次調查中，東海西部近海的溫、鹽分布在平面和垂向上存在空間分布差異，同時在水團分布上也具有明顯的季節變化特征.主要結論如下：

1) 調查海域春、秋季可劃分為5個水團：閩浙沿岸水、混合水、臺灣暖流水、黑潮表層水及黑潮次表層水.

2) 春季，低溫、低鹽的閩浙沿岸水呈帶狀分布，與遠岸水交匯處形成一條狹長的溫度、鹽度梯度帶.黑潮表層水占據遠岸海域深度<75 m的大部分區域，并在50 m層延伸出兩條向岸的高鹽水舌.

3) 秋季，閩浙沿岸水的強度和范圍明顯減弱，溫度和鹽度鋒面不復存在，調查海域南、北部深度<50 m各有一個高溫區，分別是臺灣暖流水和黑潮表層水，南部的臺灣暖流水在50 m層被涌升的黑潮次表層水隔斷成兩部分.

致謝：感謝黃志達、黃汝輝等參與現場觀測.