基于CTD资料的南海南部上层环流结构分析

陈思宇，乔方利*，黄传江，郭景松

(1.国家海洋局第一海洋研究所 海洋环境与数值模拟实验室，山东 青岛 266061)



基于CTD资料的南海南部上层环流结构分析

陈思宇1，乔方利1*，黄传江1，郭景松1

(1.国家海洋局第一海洋研究所 海洋环境与数值模拟实验室，山东 青岛 266061)

摘要：利用2009-2012年南海南部海域4个调查航次的CTD资料，计算了南海南部海域的动力高度，分析了季风转换期南海南部上层的环流结构。结果表明：2009年夏初(6月)，调查区上层环流结构已经初具夏季形态，越南离岸流已明显出现；2010年秋末冬初(11月)，上层环流结构基本转换为冬季环流形态，越南离岸流消失，纳土纳流出现；2011年秋季中期(10月)，南海南部的环流处于夏季向冬季转换形态，越南离岸流减弱，但调查区域夏季的反气旋式环流依然存在；2012年9月夏末秋初，南海南部的环流仍然与夏季的形态相近，越南离岸流依然存在，其两侧的环流结构也与夏季相同。本文的分析结果还较为清晰地给出了南海南部环流由夏季向冬季转变的动态过程。

关键词：南海中南部；动力高度；上层环流；季风转换期

1引言

南海位于西太平洋和印度洋之间，四周大部分为半岛和岛屿。北靠中国大陆和台湾岛，东接菲律宾群岛，南邻加里曼丹岛和苏门答腊岛，西接中南半岛和马来半岛。南海东北部经巴士海峡、巴林塘海峡等众多海峡和水道与太平洋沟通，东南经民都洛海峡、巴拉巴克海峡与苏禄海相接，南面经卡里马塔海峡及加斯帕海峡与爪哇海相邻，西南经马六甲海峡与印度洋相通。

南海上层环流主要受控于东亚季风[1—2]。冬季，南海盛行东北风，始于11月，终于翌年3月；夏季，南海盛行西南风，一般5月开始，9月结束[3]。Dale[4]与Wyrtki[5]总结了早期的水文观测资料以及风场资料，提出季风驱动的风生环流是南海上层环流中的主要成分。徐锡祯等[6]基于6 000多个温盐剖面资料计算了南海相对于1 200 db的动力高度场，结果表明：冬季吕宋海峡西北以及南海南部，分别有两个气旋式环流；夏季在南海南部有一个反气旋式环流。1990-2000年间，利用大量的卫星数据来研究南海的表层环流，李立等[7]应用1992-1996年间的TOPEX/Poseidon卫星高度计资料，研究了冬、夏季风强盛期多年平均的南海上层环流结构。Fang等[8]根据1989-1996年南海调查的CTD以及ADCP资料，对南海南部的环流形态以及成因做了系统的研究。

前人对于南海环流的研究，所采用的观测资料大部分时间较早，而且主要是对夏季和冬季两个季风强盛期的南海环流进行描述，由于观测资料的限制，对春-秋季季风转换时期的流场结构等研究较少[9]。张志欣和乔方利[10]依据卫星遥感和Argos漂流浮标资料研究了秋季南海环流场对季风转换的适应过程：北部大约需要15 d，南部大约需要25 d。本文依据国际海委会项目“西太海洋灾害对气候变化的响应(Responses of Marine Hazards to Climate Change in the Western Pacific，ROSE)”2009-2012年间4个航次所获得的CTD数据计算了南海南部的动力高度，同时结合NCEP风场数据和AVISO提供的MADT(Maps of Absolute Dynamic Topography)数据，将动力高度与研究海区的Sverdrup流函数进行对比分析，研究了季风转换期南海中南部的表层环流结构特征。

2数据及分析方法

基于温、盐剖面大面站观测资料，采用热成风关系计算地转流，是研究大尺度环流特征的重要手段之一[11]。本文所用的温、盐数据，来自ROSE项目2009-2012年间在南海南部进行的4次大面站观测，具体站位分布详细见图1，4，7，9。

调查航次所用的CTD观测设备为Seabird 911，4次调查中各个观测站水深与实际测量深度均超过1 500 m。文中使用的所有CTD的原始温、盐数据都经过滤波处理后，形成1×104Pa间隔的垂向剖线。选取1 200×104Pa为0流速面，对温、盐数据进行动力计算，从而得出各层的动力高度图。一般来说，水深超过1 200×104Pa的部分，水平压力梯度较弱，该梯度对表层流影响较小，因此本文将1 200×104Pa设为动力0面。由于表层(此指0～5×104Pa)的观测受船体运动、船体吃水深度及外界因素如风、浪的影响较大，在诸多干扰下得到的数据不能较好地反映真实的情况，因此在本文把温、盐数据的表层设定在5×104Pa。

图2显示2010年调查海域季风从10月28日开始转变为东北向，恰巧位于我们的调查期间。10月28日至11月16日期间内Sverdrup流函数场(图5)清楚的显现季风转向20 d内在南海南部形成一稳定的气旋式环流场，且在靠近西边界处存在一支南向流，标示着Sverdrup流函数场已经转变为冬季形态。但是图4a则显示地转流场与Sverdrup流场差别较大，我们根据AVISO提供的MADT数据又绘制了调查期间南海的绝对动力高度(MADT)分布，见图6。由图6可以看到，基于CTD计算的动力高度结果受到调查区域的范围限制，只显示了一部分地转流的情况。综合图6和图4a，调查期间南海的气旋式环流场已基本形成，南海南部已经初步具备了冬季的环流形态，但是与Sverdrup流场相比仍有一些区别，这说明地转流场仍处于调整阶段。

(1)

式中，比容异常δ=α(S,T,P)-α(35,0,P)。

此外，本实验还从药物中鉴定出了10种其他类化合物，分别为甜菜碱、腺嘌呤、腺苷、鸟嘌呤、阿魏酸乙酯、紫丹参萜醚、桉油烯醇、花侧柏烯、香叶基丙酮、橙花叔醇。

利用式(3)，自东边界开始积分风应力，可以得到南海海域的流函数，与动力高度场的对比分析。此外，本文还选用与调查航次期间对应日期的AVISO提供的MADT数据，分辨率为0.25°×0.25°。

(2)

这一环节，由学生喜闻乐见的鳄鱼吃肉情境引入，两条鳄鱼比嘴大小，同样的一条鳄鱼嘴张开的角度随其张开的大小而变化，直观呈现和感受角的大小与其两边长短无关，而与其张开的程度有关。

(3)

季风和黑潮是南海环流两个最主要的驱动力[12]，其中黑潮主要影响南海北部海域[13—14]。本文选取的水文资料集中在南海南部，所以主要考虑季风对调查区域环流的影响。本文的风场数据采用NCEP的日平均风场数据，分辨率为0.25°×0.25°；并利用该风场资料计算得出研究海域的风应力旋度。然后根据Sverdrup平衡关系：

3季风转换期南海上层环流结构

3.12009年夏初南海中南部上层环流结构

⑴原发性肝癌（肝细胞癌）。多见于肝脏的右叶，多有黄疸症状，肿瘤结节大小不定，质地硬实，无包膜，呈块状或弥漫性细小颗粒状突起，色灰白、灰黄、灰红、灰绿，并多见出血、坏死。镜检：癌细胞为多边形，呈条索、团块、腺管状排列。胞浆淡伊红色，胞核圆、椭圆，分裂相多见。癌细胞团块之间有纤维组织分隔。

图1a是根据2009年6月调查获得的各观测站位的CTD数据计算得出的表层(5×104Pa)相对于1 200×104Pa动力高度图。从图中可以看出，在11°N以北，呈气旋式环流特征，其南部呈反气旋式环流特征。在两个环流之间，10°N附近，等值线密集，说明这里存在一支较强的东向流，即夏季越南离岸流(Southeast Vietnam Offshore Current)已形成。通过不同深度动力高度场的对比发现，南海南部环流随着深度的增加而减弱(图1b)。

海洋中流场的调整往往滞后于风场的变化，为了能更清楚地分析季风转换期南海南部环流场对季风的响应情况，我们使用NCEP风场数据资料绘制了历次调查区域内代表点的风速时间序列分布(2009年选取12.5°N，112.5°E为代表点；2010-2012年选取10°N，112.5°E为代表点)，并据此找到季风转向的日期(图2)。从图2中可以看出，2009年调查海域的季风在5月19日开始转向为西南季风，而CTD观测的调查时间为6月20-30日(图中红色虚线为2009年航次调查的起止日期)。很明显该次调查观测时间处于季风转换之后的稳定时期。5月19日至6月7日期间由季风驱动的Sverdrup流函数场的分布(图3)也清楚的显现11°N以北气旋式、以南反气旋式环流构成一对偶极子环流[15]这与根据CTD资料计算的动力高度所显现的地转流场形态基本一致。这说明夏初(2009年6月)，大概季风转换期后的1个月，夏季季风已经稳定存在，南海南部的上层环流场也已经调整完毕，此时期的环流场结构早已经进入夏季的形态。

图1　2009年6月20-30日期间CTD资料计算的动力高度图(dyn m，相对于1 200×104 Pa)Fig.1　Dynamic heights in Jun 20th，2009 to Jun 30th，2009(in dyn m，to 1 200×104 Pa) a. 5×104 Pa层动力高度分布，等值线间隔0.03 dyn m；b. 200×104 Pa层动力高度分布，等值线间隔0.02 dyn m。图中黑色圆点为该期间ROSE航次的站位分布(共26站次)；红色箭头标示该时期的环流场a. 5×104 Pa，the contour interval is 0.03 dyn m，b. 200×104 Pa，the contour interval is 0.02 dyn m. The points are the stations during the cruise(26 stations)，and the red arrow is the circulation

图2　4次调查期间风矢量Fig.2　The wind during the four cruises图中红色三角为季风转换的时刻，其附近的数字为发生变化的日期，格式为“月/日”，其中2012年为航次调查开始前20日的时间；红色虚线表示航次调查的起止日期The red triangle is the time of the monsoon transition， the number is the date of the transition, the format is ‘MM/DD’;the red dotted lines means the time of the cruises

图3　2009年5月19日至6月6日期间Sverdrup流函数场(黑点为观测站位)Fig.3　Sverdrup circulation in May 19th，2009 to June 6th，2009 (the points are the stations during the cruise)

3.32011年秋季中期南海中南部上层环流结构

3.42012年夏末初秋南海中南部上层环流结构

东南，靠近加里曼丹岛附近，存在一个反气旋式的涡旋。这个涡旋在1989年和1993年冬季都被发现[8]。在这个涡旋的西侧，存在一个向北的流，这个流是冬季纳土纳流(Natuna Off-Shelf Current)在季风转换期显现出来的形态。相对于表层，200×104Pa层环流明显弱化。

企业的固定资产，是国有资产的重要组成部分。企业需要加强对固定资产管理的重视，合理规划定额定员标准，促进公共资产的合理分配。第一，制定完善的固定资产管理制度。明确固定资产等级，建立固定资产验收入库制度、盘点清理制度、损失赔偿制度、报告管理制度等。第二，强化产权管理，理顺产权关系。企业需要明确规定固定资产的拥有权和使用权，强化对非经营性和经营性资产之间的产权转化，对固定资产进行合理的安排。第三，强化约束与监督力度。企业需要建立完善的自我监督与自我约束体系，确保固定资产的真实性，确保企业资产的保值和升值。

图4　根据2010年10月25日至11月9日期间CTD资料计算的动力高度图(dyn m，相对于1 200×104 Pa)Fig.4　Dynamic heights in October 25th，2010 to November 9th，2010(in dyn m，to 1 200×104 Pa) a. 5×104 Pa层动力高度分布，等值线间隔0.02 dyn m；b. 200×104 Pa层动力高度分布，等值线间隔0.02 dyn m。图中黑色圆点为该期间ROSE航次的站位分布(共28站次)；红色箭头标示该时期的环流场a.5×104 Pa，the contour interval is 0.02 dyn m，b. 200×104 Pa，the contour interval is 0.02 dyn m. The points are the stations during the cruise(28 stations)，and the red arrow is the circulation

动力计算通常用重力势的梯度Ф和动力高度D的分布来确定地转流的结构，以dyn m为单位的动力高度与重力势之间的关系为：

可得：

保证消费者的用户体验的同时，第三方移动支付结构应该成立专门的安全项目组，投入一定的人力物力针对各类互联网电信诈骗、黑客攻击事件进行专项研究，不断引进高薪的网络安全技术和雇佣互联网安全维护技术的专业人员，加强对消费者信息和数据的保护，加强公司的内部风险控制，同时还要不断的研发新技术，维护移动端支付软件的运行，开发出集安全性和便捷性于一身的应用。从第三方支付行业看，行业内的机构应该联合起来，制定一个行业操作规范和制度，形成内部相互监督，建立健全备付金管理体制，加强信息技术交流，共同规避风险。

图5　2010年10月28日至11月16日期间Sverdrup流函数场(黑点为观测站位)Fig.5　Sverdrup circulation in October 28th，2010 to November 16th ，2010 (the points are the stations during the cruise)

3.22010年秋末初冬南海中南部上层环流结构

美国 《大西洋月刊》数字媒体Quartz：“strike tigers and flies at the same time，” a metaphor for both high-ranking corrupt officials and those at the local levels.[8]

通过相关智能基础设施的安装，实现轨道实时信息的反馈与管理。这些信息实时的反馈到铁路管理部门以及列车的驾驶人员，对于可能存在的风险与故障可实现有效的规避。这相比于传统的铁路检查工作而言，不仅准确性更高，同时效率优势也十分显著。

图7a是根据2011年10月调查获得的各观测站位的CTD数据，计算得出的表层(5×104Pa)相对于1 200×104Pa动力高度的水平分布图。从图7a可以看出，10月与夏季相比，南海环流场最明显的变化是越南离岸流的主轴向北偏移。调查海域存在一个海盆尺度的反气旋式环流，其中心位于10°N，112°E。在该反气旋式环流的东北侧，显示出气旋式涡旋迹象；而在该反气旋式涡旋的西侧也有一气旋式涡旋迹象。与表层相比，200×104Pa层也明显呈海盆尺度的反气旋式环流(图7b)。调查海域的地转流虽然与夏季形态相比略有不同，但是南部反气旋式环流特征总体保持夏季形态。

图2显示2011年调查海域季风从10月19日开始转变为东北季风，也刚好位于我们的调查航次期间。10月19日至11月7日期间内Sverdrup流函数场(图8)显示与2010年一样，Sverdrup流函数场在季风驱动下已经转变为冬季环流形态：南海南部主要存在一个气旋式环流，且靠近西边界处存在一支南向流。但由于调查时间与2010年相比略有提前，且站位分布也比2010年调查范围略广，动力高度计算得到的地转流场可以清晰的显示出该海域的环流状况，总体更接近夏季形态。而Sverdrup流函数场已经转变为冬季形态，这表明秋季中期南海南部的环流结构仍处于夏季向冬季形态转换中：随着调查海域西侧的气旋式环流的出现，东向的越南离岸流逐渐减弱，但是调查区域内夏季环流形态中的反气旋式环流依然存在。

图4a是根据2010年11月调查获得的各观测站位的CTD数据，计算得出的表层(5×104Pa)相对于1 200×104Pa动力高度的水平分布图。从动力高度结构上可以看出，这个区域的西南部存在一个气旋式的环流。Fang等[16]给出的冬季南海环流结构中也可以看到，冬季南海南部存在一个大尺度的气旋式环流。本文根据动力高度计算确定的这个气旋式环流，比冬季南海南部的大尺度环流更靠近越南沿岸，可以认为这是冬季南海南部大尺度环流在季风转换期的早期形态。Fang等[8]在对南海调查中利用ADCP料也印证了这个环流在11月的存在。另外在调查区域

图9a是根据2012年9月调查获得的各观测站位的CTD数据，计算得出的表层(5×104Pa)相对于1 200×104Pa动力高度的水平分布图。从图可以看到，夏末秋初调查区域的环流特征仍主要表现为夏季形态：越南离岸流十分显著，且在越南离岸流的南侧，存在一支气旋式环流。另外，越南离岸流的北侧存在一些涡旋，这可能是中尺度涡对该海域的影响。

图2则显示2012年季风转换发生在该航次调查之后，由于风场的调整领先于流场，因此这里取调查开始前20 d(即8月18日至9月7日)的风场数据计算Sverdrup流函数场，结果见图10。从图可以看到Sverdrup流函数场表现为典型的夏季形态，这说明在夏末秋初(2012年9月)，南海南部环流主要受夏季遗留下来的流况所影响，基本保持了夏季的环流形态：越南离岸流依然存在，其两侧的环流结构也与夏季相同。

图7　根据2011年10月15-25日期间CTD资料计算的动力高度图(dyn m，相对于1 200×104 Pa)Fig.7　Dynamic heights in October 15th，2011 to October 25th，2011(in dyn m，to 1 200×104 Pa)a.5×104 Pa层动力高度分布，等值线间隔0.05 dyn m; b. 200×104 Pa层动力高度分布，等值线间隔0.02 dyn m。图中黑色圆点为该期间ROSE航次的站位分布(共27站次)；红色箭头标示该时期的环流场 a.5×104 Pa，the contour interval is 0.05 dyn m，b. 200×104 Pa，the contour interval is 0.02 dyn m. The point is the station during the cruise(27 stations)，and the red arrow is the circulation

图8　2011年10月19日至11月7日期间Sverdrup流函数场(黑点为观测站位)Fig.8　Sverdrup circulation in October 19th，2011 to November 7th，2011 (the points are the stations during the cruise)

图9　根据2012年9月7-22日期间CTD资料计算的动力高度图(dyn m，相对于1 200×104 Pa)Fig.9　Dynamic heights in September 7th，2012 to September 22th，2012(in dyn m，to 1 200×104 Pa)a.5×104 Pa层动力高度分布，等值线间隔0.05 dyn m；b.200×104 Pa层动力高度分布，等值线间隔0.02 dyn m。图中黑色圆点为该期间ROSE航次的站位分布(共31站次)；红色箭头标示该时期的环流场 a. 5×104 Pa，the contour interval is 0.05 dyn m，b.200×104 Pa，the contour interval is 0.02 dyn m. The point is the station during the cruise(31 stations)，and the red arrow is the circulation

图10　2012年8月18日至9月7日期间Sverdrup流函数场(黑点为观测站位)Fig.10　Sverdrup circulation in August 18th，2012 to September 7th，2012 (the points are the stations during the cruise)

4结论

本文通过对2009-2012年南海南部海域4个调查航次的CTD资料进行动力高度计算，并结合Sverdrup流函数来分析南海南部上层环流情况，主要结论如下：

(1)在夏初(2009年6月)，南海中南部的动力结构已经具备夏季的形态，越南离岸流在春季显现出来，在其南侧存在一个反气旋式环流，在其北侧存在一个气旋式环流；

(2)在秋季末期(2010年11月)，南海中南部的动力结构已经显现出冬季动力结构的形态，调查海域西侧存在一个气旋式环流，东南存在一个反气旋式环流，它们中间有一个向北的流，可以认为是早期的纳土纳流；

(3)在秋季中期(2011年10月)，南海中南部的动力结构处于夏季向冬季转换的形态，随着调查海域西侧的反气旋式环流的出现，向东的越南离岸流减弱，但是调查区域夏季的反气旋式环流依然存在；

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(4)在夏末秋初(2012年9月)，南海中南部的环流主要受夏季遗留下来的流况所影响，基本保持了夏季的环流形态，越南离岸流依然存在，其两侧的环流结构也与夏季相同。

2010-2012年3个航次获得了不同年份的9-11月的调查资料，虽然观测不是在同一年内连续进行，但是经过对动力高度场的分析，可以比较清晰地展现出整个秋季南海南部海域环流形态从夏季向冬季转变的一个动态过程：9月，南海南部环流结构依旧表现为夏季形态，调查区域存在越南离岸流以及分别位于越南离岸流南、北侧的反气旋式环流和气旋式环流；10月，越南离岸流逐渐消失，但是反气旋式环流依然存在于调查海域，随着调查区域西部气旋式环流的逐渐显现，南海中南部的环流结构已经不同于夏季；11月，越南离岸流彻底消失，调查区域西侧存在一个气旋式环流，东南存在一个反气旋式环流，南海中南部的动力结构已经初步具备了冬季动力结构形态。由此可以推断，南海南部的环流结构在12月将彻底转变为冬季形态。

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收稿日期：2015-01-26；

修订日期：2015-07-22。

基金项目：国家自然科学基金委员会——山东省人民政府联合资助海洋科学研究中心项目(U1406404)。

作者简介：陈思宇(1987—)，男，吉林省长春市人，主要从事海气相互作用及南海环流的研究。E-mail:chensiyu@fio.org.cn *通信作者：乔方利(1966—)，男，山东省庆云县人，主要从事海洋环流数值模拟及海气相互作用的研究。E-mail：qiaofl@fio.org.cn

中图分类号:P731.27

文献标志码：A

文章编号：0253-4193(2016)01-0001-09

Observational study on the upper layer circulation in the southern South China Sea based on CTD data

Chen Siyu1，Qiao Fangli1，Huang Chuanjiang1，Guo Jingsong1

(1.TheLaboratoryofMarineEnvironmentandNumericalSimulation，FirstInstituteofOceanography，StateOceanicAdministration，Qingdao26661，China)

Abstract:Conductivity-temperature-depth data from four cruises spanning 2009 to 2012 are used to investigate the structure of the upper layer circulation in the middle and southern South China Sea(SCS) during the monsoon transition. In the late spring，2009，the upper structures of the middle and southern SCS have begun to take the summer circulation structure and the Southeast Vietnam Offshore Current(SVOC) has been evident. In November 2010，the dynamic heights in the middle and southern SCS show that the upper structures of the middle and southern SCS have converted to the winter pattern. In this period，the SVOC has been vanished and the Natuna Off-Shelf Current(NOC) has been evident. In October 2011，the structures of the SCS were converting to the winter pattern from the summer characterized by the reductions of the SVOC，but the anticyclonic circulation in the summer pattern still existed. In September 2012，the upper structures of the middle and southern SCS have been similar to the summer pattern mainly be seen in the existed of the SVOC and the structures of the circulation were the same as the summer pattern on either sides of the SVOC. In addition，the analysis results also clearly shows the changing of the circulation of the middle and southern SCS from summer to winter．

Key words:the middle and southern South China Sea; dynamic heights; upper layer circulation; monsoon transition

陈思宇，乔方利，黄传江，等. 基于CTD资料的南海南部上层环流结构分析[J]. 海洋学报，2016，38(1):1-9，doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2016.01.001

Chen Siyu，Qiao Fangli，Huang Chuanjiang，et al. Observational study on the upper layer circulation in the southern South China Sea based on CTD data[J]. Haiyang Xuebao，2016，38(1): 1-9，doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2016.01.001