南海声速主跃层的时空分布

赵世梅

[摘 要]声速跃层对水下通信和潜艇的隐蔽及进攻具有极重要的积极作用。本文利用SODA资料，定量、直观地分析和讨论整个南海范围内声速跃层的分类及时空变化特征。发现：冬季主跃层无跃区全年最多，主要分布在近海浅水区，跃层范围为一年中最小，跃层深度超过70m的跃层范围为全年最广，分布较均匀。春季主跃层深度是一年中全场平均值最浅的季节，在近岸和陆架海区，主跃层厚度一般不超过10m。夏季主跃层范围全年最大，深度较浅，40m跃层深度等值线可以作为分界线，其东南部和西北部呈现相反的变化，厚度基本都在50m以上，为全年最厚。秋季主跃层范围介于春季和夏季之间，深度比春季深，强度比春季强。

[关键词]南海声速主跃层、发生概率、深度分布、时空变化

中图分类号：P733.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）20-0355-02

1 前言

南海面积约350万平方公里，海底地势西北高，中部和东南低。从南海周边向中央，依次分布着大陆架，岛架，大陆坡，岛坡以及深海盆地。复杂的海底地貌，使得南海环流和跃层分布有特殊性。

随着卫星高度计资料广泛使用，温度、密度、盐度等海洋跃层的空间分布特征、季节变化规律及影响机制不断被揭示[2～3]，然而对南海海域声速跃层结构和季节变化规律研究较少。本文试图利用SODA资料，定量、直观地分析和讨论整个南海范围内声速跃层的分类及时空变化特征。

2 数据和方法

SODA数据在研究海洋声场结构方面具有非常好的优越性[2]，资料水平方向上分辨率为0.5°×0.5°，垂直方向上分辨率为不等间距，从下向上共40层。资料的覆盖时段为1958年1月至2007年12月，共50年（600个月）。

海水声速是温度，盐度，海水压强的函数。本文首先用GrADS软件提取SODA资料中温度、盐度数据，然后应用Saunders， P.M.（1981）经验公式计算出南海区域格点的海水压强，将海水深度h转换为海水压强P，然后结合Chen-Millero[3]公式计算每个月南海区域格点的声速序列，并取年平均最后得到50年气候平均的声速序列资料。

本文首先计算了南海海区（98.75°～122.25°E，-1.25°～24.25°N）声速跃层逐月频率分布。根据南海海区的气候、声速剖面的年侯变化特征[2]，对跃层上界深度、厚度、强度等跃层的三项示性特征的时空变化规律进行探索、分析。由于春秋季节，三种类型跃层的厚度和强度变化不明显，故略去春秋季节三种类型跃层的厚度和强度的空间分布图。

3 声速主跃层的时空变化

由1958-2007年50年南海主跃层四个季节代表月份的发生概率分布图（图略）分析发现，全年18°N以南，108°E以东的南海海域主跃层发生的概率在90%以上，没有呈现明显的季节性变化特征。但是18°N以北的北路坡，南海南部的巽他陆架和加里曼丹岛北部岛架却存在明显的季节性变化。冬季，南海北陆架，巽他陆架海域跃层出现概率均在30%以下。

春季，主跃层出现概率大于80%的区域开始向北向西延伸，到5月北陆坡海域完全在80%以上。春季南海太阳辐射增强，海水开始升温，随着表层温度的升高，海水层化逐渐形成，但由于4月份东北季风明显减退，西南季风尚未完全建立，南海海域风速为一年中最小，风力产生的海水混合[8]也最弱，混合层水在西北陆架区堆积的现象远不如冬季显著。

夏季，受潮混合作用，垂直混合均匀，主跃层出现概率达到最高，分布范围最广，几乎遍布整个海域，概率低于90%的区域主要集中在巽他陆架浅水区，概率低于20%的区域主要位于泰国湾、湄公河出海口附近的陆架和加里曼丹岛以西的浅滩区。由图1第三幅图（夏季）可见，在南海中部，跃层的深度较浅，主要因为海域的海表风应力在6月份减小至0.1 N/m2，并且伴随上层海水温度升高， 西南季风相比冬季风风速较小，形成较稳定的海水层结，不利于垂向混合的发展。在吕宋岛西北海域始终存在一高值区，基本与反气旋涡相对应。在跃层深度40m等值线南侧存在明显的跃层深度高值区（超过60m），此高值区基本与南沙反气旋相对应，这是由于夏季南海南部受西南季风驱动，出现反气旋式环流，南海西边界流向北，与冬季相比呈现明显的季节反转。

秋季，概率小于60%的区域从湄公河沿海区域向巽他陆架南部延伸，在泰国湾与湄公河沿岸的海域出现无主跃区。秋季，南海海域太阳日辐射量逐渐减少，海水吸热量日趋减少，这期间是南海的台风季节，水温开始下降，风浪扰动加速了表层热量向深层传导。表层海水因水温下降密度增大而下沉，混合层日渐加厚，等温层逐渐向深处延伸[7]。由图1第四幅图（秋季）可见，存在一条北部宽、南部窄贯穿南海海盆呈NE—SW走向的上界跃层深度值的分界线[6]， 高值区位于分界线的东南侧， 低值区在其西北侧。

4 结论

通过对南海海域声速跃层发生概率及季节变化的分析，初步得到以下结论：

1）冬季主跃层无跃区全年最多，主要分布在近海浅水区，跃层范围为一年中最小，跃层深度超过70m的跃层范围为全年最广，分布较均匀。

2）春季主跃层深度是一年中全场平均值最浅的季节，在近岸和陆架海区，主跃层厚度一般不超过10m。

3）夏季主跃层范围全年最大，深度较浅，40m跃层深度等值线可以作为分界线，其东南部和西北部呈现相反的变化，厚度基本都在50m以上，为全年最厚，主跃层强度在大部分海区加强，与全年其他季节相比，强度值达到最大。

4）秋季主跃层范围与夏季相比，范围明显缩小，但较春季大，深度的低值区开始出现，深度比春季深，跃层强度比春季强。

参考文献

[1] LIAN-GANG LU，HONG-XIA CHEN and YE-LI YUAN Spatial and Temporal variations of sound speed at the PN section[J] ， Journal of Oceanography， 2004， 60： 673-679

[2] 池建军，骆永军，孙祥年.海洋卫星资料遥感数据同化在海洋声场研究中的应用[J].海洋预报，2010，27（2）：63-70

[3] Chen C T and Millero F J.Speed of sound in seawater at high pressures[J]. J. Acoust. Soc. Am，1977，62l，1129-1135

[4] 王江伟.南海海洋环流的诊断计算[D].青岛：中国海洋大学硕士论文，2004.

[5] 姜霞.海洋动力过程对南海海面温度的影响[D].青岛：中国海洋大学博士论文，2006.

[6] 兰健，鲍颖，于非等.南海深水海盆环流和温跃层深度的季节变化[J].海洋科学进展，2006，24（4）：436-445.

[7] 周燕遐，范振华，颜文彬，张书东.南海海域BT资料、南森站资料计算温跃层三项示性特征的比较[J].海洋通报，2004，23（1）：22-26.

[8] 杜岩.南海混合层和温跃层的季节动力过程[D].青岛：青岛海洋大学博士学位论文，2002.