黄海西部沿岸锋多年平均特征统计分析

卢晓亭，濮兴啸，李玉阳

(1.总参气象水文局，北京100091；2.中国白城兵器试验中心，吉林 白城 137000；3.海军潜艇学院，山东 青岛 266000)

图1 研究区域及其海底地形Fig.1 Location and seafloor topography in the study area

海洋锋是特征明显不同的两种或几种水体之间狭窄的过渡带[1]。在海洋锋区，海水的温度、盐度在水平方向存在强烈的变化，海洋锋在垂直方向上存在明显的空间结构特征变化，导致锋区声速具有明显的水平梯度变化，这种典型的温、盐、声速结构变化，对水下声传播具有显著影响。因此，研究海洋锋具有重要意义。本文主要研究目的是通过统计分析，提取海洋锋空间位置、水平分布结构和垂直扩展特征等时空特征参数,为后续海洋锋特征模型研究来快速重构海洋锋区温度场提供特征参数输入。在国内，张瑞安等[2]利用1960-1981年春季水文观测资料,初步地分析了黄海西部春季海洋锋的分布和特征。在应用统计特征构建海洋锋特征模型方面，菅永军等[3]以Gangopadhyay海洋锋特征模型为基础，建立了海洋锋区声速计算的理论模式。在国外，依据统计分析得到的海洋锋特征参数构建海洋锋特征模型已得到广泛研究，Bennett和Carnes等[4-5]对湾流锋和冰岛-法罗锋特征模型做了相关研究，Gangopadhyay和Robinson等[6-8]对特定区域海洋锋特征模型做了研究。

1 资料与方法

采用多年实测温度数据，利用统计方法统计分析黄海西部沿岸锋(研究锋段位于成山头外海)多年平均特征，图1所示为研究区域及其海底地形示意图。该锋位置通常位于123°30′E以西海域[2]。温度资料来源于：

1)1939-1999年间中国近海海洋实测数据集，其数据主要包括船测CTD资料、南森站数据和ARGO数据等。

2)2010-08黄海成山头外海海洋锋海试CTD资料，该资料经过资料检验、时间校正、质量控制等处理后得到了原始分辨率的数据，其垂向测量间隔为0.2 m。

将研究海区(35°30′～38°30′N,122°00′～123°30′E)划分为800个小方区，方区空间分辨率为4.5′×4.5′，将位于每一方区的实测资料按月分层进行平均，平均值作为该方区的月平均温度数据，并依据月平均温度计算水平方向的月平均温度梯度。本文以温度梯度的大小判别海洋锋的强弱，参考目前较为普遍使用的海洋锋判别标准[3]确定海洋锋的存在和分布位置，并计算海洋宽度、强度等特征。判别标准公式为

≥0.1 ℃/n mile

(1)

式中，Δt为温度变化量;Δx为水平距离。

2 黄海西部沿岸锋区的温度结构

2.1 月平均温度剖面结构

依据以往研究成果，假定分别以30 m,50 m等深线作为锋的西、东边界，锋区宽度为30 n mile，在此基础上计算得到黄海西部沿岸锋西、东侧边界处平均温度剖面分别如图2和3所示，黄海西部沿岸海洋锋在各个深度的水平温度梯度如图4所示。

图2 沿岸锋西侧月平均温度剖面Fig.2 Monthly averaged temperature section in the western side of the coastal front

图3 沿岸锋东侧月平均温度剖面Fig.3 Monthly averaged temperature section in the eastern side of the coastal front

图4 沿岸锋月平均温度梯度剖面Fig.4 Monthly averaged temperature gradient profile of the coastal front

分析表明：在锋区西侧海域，1，2，3，4，9，10，11，12月表层温度和底层温度基本一致，海表和底层温度差在1 ℃以内，温度剖面大体呈垂直状态。5，6，7，8月海表和底层温度差有明显差异，8月份温差最大可达8 ℃。在锋区东侧海域，1，2，3，4月温度剖面基本呈垂直状态，海表和底层温度变化不大，温差在2 ℃以内,其它月份海表和底层温度有明显的差异，尤其是6，7，8，9，10月在10～25 m层存在明显的温跃层现象。锋区所在海域11，12，1，2，3，4月海表与深水处温度差在3 ℃以内，其它月份随深度增加温度变化显著，在10～25 m层存在明显的温跃层现象。从图4可以看出,>10 m水层各个月份温度梯度较小，1，2，3，7月温度梯度≥0.1 ℃/n mile,存在海洋锋；<10 m水层9，8，7，6和10月份温度梯度明显增加，海洋锋强盛，这表明该锋在夏季和初秋季节明显。

2.2 月平均温度平面分布

黄海西部沿岸锋附近海域各层温度平面分布体现明显的季节变化特征，如图5所示。1月，低温沿岸水与水温相对较高的黄海混合水交汇的地方形成海洋锋，锋路径大致与等深线相一致，呈现“〕”型走向，与张瑞安等[2]“锋的走向南北向，南端呈舌状伸向东南”研究结果相一致。2月，各层沿岸水在冬季偏北风的影响下，垂直方向混合强烈，致使海表与底层海水温度趋于一致。3月，沿岸水和混合水温度降低至全年最低值，沿近岸至离岸的水平方向水温变化不大，海洋锋强度较弱。4月，沿岸水温度开始升高，沿岸水和混合水温差在3 ℃以内，该月海洋锋消亡。5月，沿岸水和混合水温度进一步升高，在各个深度层，沿岸水和混合水温度基本一致，不存在海洋锋。6月，沿岸水和混合水温度进一步升高，>10 m水层沿岸水和混合水温度基本一致，与张瑞安等[2]“黄海冷水锋一般不出露海面而潜伏在10 m以下水层”研究结果相一致。<10 m水层沿岸水温度高于混合水，两者混合的区域温度水平变化剧烈形成海洋锋，且强度较大，张瑞安等[2]研究也表明6月份温度锋明显。7月，海表沿岸水温度低于混合水温度3 ℃以内，在部分海域海表温差达到4 ℃，这可能是因为在温度相对较低的沿岸水海域海水形成“涌升”现象，即黄海局部上升流，上升流强烈时可能将底层仍保持冬季特性的冷水抬升至海表，形成黄海海表特有的“冷水斑”现象，在上升流区会形成海洋锋，其一般位于30 m以上水层，且锋宽度较小。8月，强烈的太阳辐射使得沿岸水和混合水海表温度趋于一致，>10 m水层海水基本保持高温特性。<10 m水层海洋锋强盛，锋到达的深度可至45 m左右，其强度达到全年最大值。9月，海表温度相比8月份开始降低，由于太阳辐射的作用，上均匀层深度可达20 m，因此，>20 m水层温度基本保持一致，温跃层位于20～25 m层，底层沿岸暖水度略高于混合水，海洋锋强度较弱。12月，沿岸水和混合水温度进一步降低，其在各层温度基本一致，无海洋锋现象。因此，黄海西部沿岸锋在春季开始形成并逐步加强，夏季处于强盛期，秋季海洋锋逐渐减弱，冬季稍有增强的趋势，初春季节海洋锋消亡。

图5 黄海西部海域不同月份标准层平均温度平面分布示例Fig.5 Horizontal distributions of averaged temperature of standard layers in the western Yellow Sea in different months

3 黄海西部沿岸锋特征

3.1 沿岸锋月平均强度

根据黄海西部沿岸锋温度梯度的变化分别计算沿岸锋各月、标准层深度的温度锋强度多年平均值见表1。由表1可以看出，黄海西部沿岸锋6-8月平均强度最大，是海洋锋的强盛时期，并且海底层平均强度大于海表层；而4,12月平均强度最小，是海洋锋的消亡时期，同时也是海洋锋重新生成的转折期。

表1 黄海西部沿岸锋锋强度特征统计表Table 1 Statistics of the intensity features of coastal front in the western Yellow Sea

3.2 沿岸锋月平均宽度和边界

由于黄海西部沿岸锋锋路径大致沿等深线发展，因此，依据在某一深度层分析点到某一等深线距离变化和相应的温度变化情况，作为表征该层锋存在与否及估算平均宽度、强度、边界特征的一种方法。以8月份为例分析，利用2010-08实测数据，基于最小二乘原理，在各个标准层深度采用多项式拟合方法，以离不同等深线的距离为横坐标，温度为纵坐标拟合曲线绘制，如图6所示，图中横坐标负值指该分析位置位于等深线近岸一侧，反之，位于等深线离岸一侧。

图6 8月锋区温度与等深线的距离关系拟合曲线Fig. 6 The fitted curves of the relationship between the temperature in the front area and the distance away from the isobath in August

图6a表明锋区位于20 m等深线以西5 n mile至以东30 n mile之间的海域。0,5和50 m层水温从近岸侧至离岸侧变化平缓，温度梯度小，基本不存在锋区。10～35 m层温度变化剧烈，存在显著海洋锋。10～15 m层锋区宽度10 n mile左右。15～30 m宽度30 n mile左右。30～35 m宽度20 n mile左右。10 m水层强度0.25 ℃/n mile,15 m水层强度0.3 ℃/n mile，20 m水层强度0.11 ℃/n mile，25 m水层强度0.13 ℃/n mile，30 m水层强度0.1 ℃/n mile，35 m水层强度0.16 ℃/n mile。

图6b表明锋区位于40 m等深线以西20 n mile至以东20 n mile之间的海域。0,5,10,35和50 m层温度从近岸一侧到离岸一侧变化平缓，温度梯度小，基本不存在锋区。15～35 m层温度变化剧烈，存在明显的锋区。15～30 m锋区宽度大致30 n mile。35 m锋区宽度20n mile。15 m层强度0.15 ℃/n mile,20 m层强度0.25 ℃/n mile,25 m层强度0.25 ℃/n mile,30 m层强度0.19 ℃/n mile，35 m层强度0.1 ℃/n mile。

4 结 语

黄海西部沿岸锋具有明显的季节变化特征：春季开始形成并逐步加强，夏季处于强盛期，秋季海洋锋逐渐减弱，冬季稍有增强的趋势，初春季节海洋锋消亡。该锋6-8月平均强度最大，并且海底层平均强度大于海表层，而4,12月平均强度最小。2010-08实测数据表明该锋位于20 m等深线以西5 n mile至以东30 n mile之间的海域，且位于40 m等深线以西20 n mile至以东20 n mile之间的海域。黄海“冷水团”对黄海沿岸锋和潮汐锋都有明显影响，且黄海海区水系复杂，因此，黄海锋面结构的研究仍是一个长期的问题，需要在广泛获取实测资料和高分辨率数据的基础上，做进一步研究分析。

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