日本海溫度躍層分布特征概況

劉金芳，毛可修,2，李顏，楊亮，張曉娟

（1.海軍海洋水文氣象中心，北京 100073；2.中國海洋大學(xué)，山東青島 266100）

1 引言

日本海海域地理緯度較高，緯度在32°42.2′—52°14.2′N之間。周邊受陸地和島嶼的環(huán)抱，日本海西、北部與我國、俄羅斯及朝鮮半島組成的亞歐大陸相連，東、南部為日本列島，形成相對封閉沿東北-西南走向的海區(qū)，相對獨(dú)立封閉。海水溫度的分布與變化，除取決于海區(qū)的地理環(huán)境、氣象條件等外，而日本海受海流環(huán)境的影響更為明顯。

日本海主要通過朝鮮海峽、對馬海峽、津輕海峽、宗谷海峽、韃靼海峽與太平洋、鄂霍次克海的水進(jìn)行交換，海洋中注入流出日本海的海流的路徑、強(qiáng)弱受地理環(huán)境、盛行季風(fēng)等條件影響，在海陸邊界海域形成的蛇動性大彎曲，也會產(chǎn)生上升、下沉，不同流系周圍海域溫度結(jié)構(gòu)明顯不同。在日本海進(jìn)行水交換的五個海峽中，通過對馬海峽的對馬暖流和通過韃靼海峽的里曼寒流對日本海的海洋環(huán)境分布影響最大。對日本海氣候起決定作用的是極地大陸氣團(tuán)和極地海洋氣團(tuán)，其次是副熱帶大陸氣團(tuán)和副熱帶海洋氣團(tuán)。整個日本海地理、氣象、海流強(qiáng)弱及路徑等海洋環(huán)境條件具有明顯的多樣性，致使整個日本海海域同緯度海區(qū)溫度分布狀況的地區(qū)差異懸殊，變化復(fù)雜。

本文在收集處理了日本海海域的ARGO和全球溫鹽剖面計劃（GTSPP）海洋調(diào)查資料的基礎(chǔ)上，參考相關(guān)海洋水文圖集[1-9]。闡明日本海海區(qū)溫度的空間、時間分布變化特征，對海洋科學(xué)、海上航行等都有學(xué)術(shù)意義和實(shí)際應(yīng)用意義。

2 資料來源及躍層分析

日本海海域的溫度分析收集處理了國內(nèi)外多年海洋調(diào)查資料，其中包括全球溫鹽剖面計劃（GT?SPP）、全球海洋剖面浮標(biāo)觀測(ARGO）、綜合大洋鉆探（IODP）項(xiàng)目、國際大洋中脊（InterRidge）、氣候變率和預(yù)測（CLIVAR）、全球海洋觀測系統(tǒng)（GOOS）等項(xiàng)目共享數(shù)據(jù)。資料時間序列長，站位覆蓋整個海域。

將資料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化格式處理后，首先進(jìn)行排重，然后通過時間、經(jīng)緯度、水深等合理性檢驗(yàn)，以及尖峰、梯度、氣候態(tài)等檢驗(yàn)逐步自動化質(zhì)量控制，再進(jìn)行人工質(zhì)量控制，建立海洋環(huán)境數(shù)據(jù)庫。

當(dāng)一個溫度剖面中某段的垂直梯度大于等于深海、淺海躍層臨界值時，確定該段為溫度躍層，以該段的頂部水深為躍層上界，該段的厚度為躍層厚度，該段整個垂向溫度梯度為躍層強(qiáng)度。躍層強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)臨界值執(zhí)行中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB12763.7-91），具體各要素臨界值的判定見表1。

表1 各要素臨界值

根據(jù)海區(qū)躍層特性，分別按深海和淺海躍層強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)逐站進(jìn)行躍層、逆躍層的分析。南森站資料用下層要素值與上層要素值的差除以兩層的水深的差，連續(xù)逐層達(dá)到相應(yīng)要素的躍層判定標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)滿足躍層臨界值的合并為一個躍層段，主要計算出季節(jié)性躍層。垂直梯度小于躍層強(qiáng)度臨界值的視為無躍層。逐站分析單剖面的溫度躍層強(qiáng)度、上界深度等躍層特征值，逐月再按0.5°×0.5°網(wǎng)格進(jìn)行躍層強(qiáng)度、上界深度等特征值的統(tǒng)計計算，而后按相應(yīng)國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)（GB12763.7-91）分析制作躍層強(qiáng)度、上界深度等特征值產(chǎn)品圖,以躍層強(qiáng)度臨界值的等值線作為存在躍層的邊界線[10-14]。

3 日本海躍層的分布概況及時空變化

日本海的溫度躍層分布規(guī)律是：除冬季外，海區(qū)大部躍層特征值等值線大體沿東北-西南走向，從海區(qū)中部至海參崴為強(qiáng)躍層中心，呈現(xiàn)北強(qiáng)南弱，高西強(qiáng)東弱的分布趨勢；冬季受強(qiáng)勁的極地氣候影響，分布規(guī)律剛好相反。溫度躍層季節(jié)變化明顯，夏季溫度躍層最強(qiáng)盛，強(qiáng)度在0.15—0.40℃·m-1之間，冬季則最弱，41°N以北的大部海域無躍層出現(xiàn)，41°N以南躍層強(qiáng)度僅為0.05—0.15 ℃·m-1，春秋季節(jié)居中，強(qiáng)度為0.10—0.30 ℃·m-1。

形成該分布規(guī)律的成因，主要是通過海峽的海流和氣候共同作用的結(jié)果。海流主要是受通過對馬海峽的對馬暖流和通過韃靼海峽的里曼寒流所致，沿日本海東部北上的對馬暖流使流經(jīng)海域終年水溫較高，冬季在10℃以上，而沿日本海西部南下的里曼寒流則使流經(jīng)海域終年水溫較低，夏季水溫在10℃以下。加之日本海周邊受陸地和島嶼的環(huán)抱，海域地理緯度較高，易受極地大陸、海洋氣團(tuán)和副熱帶大陸、海洋氣團(tuán)氣候的影響，這樣在不同寒暖流系和氣候的共同作用下，造成躍層分布呈現(xiàn)明顯的緯度相差異，溫度躍層特征值等值線大體呈東北-西南走向趨勢，季節(jié)變化明顯。

3.1 冬季

躍層的冬季型出現(xiàn)在1—3月，此時太陽輻射最弱，正值強(qiáng)勁的極地大陸氣團(tuán)和極地海洋氣團(tuán)所致偏北風(fēng)盛行季節(jié)，對流渦動混合最強(qiáng)，溫度的垂直分布為全年最均勻，躍層為全年最弱的季節(jié)。日本海韃靼海峽至海參崴一線的西北大部海域受極地大陸、海洋氣團(tuán)氣候影響較大，垂向混合可直達(dá)海底，甚至呈上下均一狀態(tài)，致使該海區(qū)基本無躍層，其它海域躍層強(qiáng)度較其它季節(jié)也為弱（見圖1、2）。

溫躍層強(qiáng)度南強(qiáng)北弱，北部整個韃靼海峽直至海參崴一線的西北大部海域?yàn)闊o躍區(qū)，其余海域躍層強(qiáng)度一般多為0.05—0.10℃·m-1，只有朝鮮海峽中部至東北區(qū)域?yàn)橐卉S層強(qiáng)中心，強(qiáng)度強(qiáng)于0.10℃·m-1，躍層強(qiáng)度較弱。

溫躍層深度都比較深，厚度和上界深度大都在50 m以深，躍層厚度和上界深度特征值等值線大體沿東北-西南走向，分布趨勢是西北部較淺，東南部較深。躍層厚度和上界深度大都在50—100 m之間，躍層區(qū)西北很小區(qū)域厚度和上界深度小于50 m。溫躍層由西北向東南逐漸下沉，上界深度逐漸增大，厚度變厚，受對馬暖流影響，以北海道到西南外海直到朝鮮半島39°N東部海域?yàn)檐S層深度50 m的分界，西北海域躍層深度淺，東南海域躍層深度深，并向東南逐漸加深，從朝鮮海峽至津輕海峽的對馬暖流流域，溫躍層下沉至100 m以深，躍層厚度多為50—100 m，津輕海峽以南的本州島以西部海域甚至下沉至150 m以深，躍層厚度厚于100 m。

3.2 春季

過渡型發(fā)生在4—6月和10—12月的季節(jié)交替時期，過渡型的特點(diǎn)是躍層狀況復(fù)雜多變，且不穩(wěn)定，規(guī)律性差。春季4—6月為躍層的成長期，是全年躍層的形成成長增強(qiáng)過程，春季為增溫期，隨著太陽輻射的逐月增強(qiáng)，海面上層不斷的增溫，以及極地大陸氣團(tuán)和極地海洋氣團(tuán)影響的減弱，逐漸出現(xiàn)微弱的垂直梯度，逐月有弱躍層出現(xiàn)，只是此時躍層強(qiáng)度一般尚較弱，上界深度較淺，厚度較小，深度和厚度均小于25 m，但較冬季躍層范圍顯著增廣，至5月已基本覆蓋整個海域。此外在南部和東部海域，受太陽輻射和對馬暖流共同影響，有觀測資料觀測到存在溫度的雙躍層現(xiàn)象（見圖3、4）。

圖1 2月日本海溫度躍層強(qiáng)度分布圖

圖2 2月日本海溫度躍層上界深度分布圖

圖3 5月日本海溫度躍層強(qiáng)度分布圖

圖4 5月日本海溫度躍層上界深度分布圖

溫躍層強(qiáng)度冬季南強(qiáng)北弱的分布趨勢隨著時間的推移逐月在改變，冬季北部整個韃靼海峽直至海參崴一線西北大部海域的無躍區(qū)已完全消失，朝鮮海峽東北區(qū)域躍層強(qiáng)中心也已消失殆盡，取而代之的是在海參崴至津輕海峽的中部區(qū)域形成一躍層強(qiáng)度大于0.15℃·m-1強(qiáng)躍中心，只是深度較淺，上界深度小于25 m，厚度較小，小于50 m，中心最大強(qiáng)度增強(qiáng)至大于0.20℃·m-1。5月份從朝鮮海峽沿日本近海直至宗谷海峽西部的整個對馬暖流流域躍層強(qiáng)度一般多為0.05—0.10℃·m-1，其余日本海西部的海域躍層強(qiáng)度一般多為0.10—0.15℃·m-1，僅在朝鮮半島以東近岸局部區(qū)域強(qiáng)度大于0.15℃·m-1。

溫躍層的厚度和上界深度，海區(qū)東部、南部的整個對馬暖流流域與冬季較為相似，仍大都在50 m以深，深度都比較深，躍層厚度和上界深度特征值等值線大體沿東北-西南走向，分布趨勢是西部較淺，東部較深。躍層厚度和上界深度大都在50—100 m之間。受太陽輻射升溫和對馬暖流共同影響，春季整個日本海出現(xiàn)躍層，西北部躍層深度較淺，上界深度大都小于25 m；常年躍層向南盤踞，躍層深度特征值沿東北-西南走向的等值線水平梯度明顯增大，水平梯度較強(qiáng)區(qū)域位置向西偏移，溫躍層由西北向東南迅速逐漸下沉，躍層深度50 m、100 m等值線范圍有所減小，日本本島以西海域大部下沉至100 m以深，甚至下沉至150 m以深，只是較冬季范圍減小、南移。躍層厚度大都在50—100 m之間，只有韃靼海峽和海參崴東南部外海厚度小于50 m，最深厚躍層西移至40°N以南的海區(qū)中部區(qū)域，躍層厚度厚于100 m。

3.3 夏季

夏季型于7—9月出現(xiàn)，此時太陽輻射最強(qiáng)，表層增溫快，深層增溫慢，平均風(fēng)速小，對流、渦動混合最弱，使溫度垂直分布出現(xiàn)最強(qiáng)的層化現(xiàn)象，躍層達(dá)全年最強(qiáng)盛的季節(jié)，整個夏季躍層遍及整個海區(qū)，躍層強(qiáng)度達(dá)全年最強(qiáng)，尤以海區(qū)西北部最為明顯，甚至強(qiáng)躍中心強(qiáng)度達(dá)到0.35℃·m-1以上；躍層厚度為全年最雄厚，上升至海表上層，達(dá)最淺。在日本海南部和東部近岸海區(qū)，觀測資料觀測到明顯的溫度雙躍層現(xiàn)象（見圖5、6）。

溫躍層強(qiáng)度夏季基本呈西北強(qiáng)東南弱的分布趨勢，強(qiáng)度特征值沿東北-西南走向的等值線水平梯度明顯增大，水平梯度為全年最大，躍層達(dá)全年最強(qiáng)盛的季節(jié)，躍層強(qiáng)度達(dá)全年最強(qiáng)，一般多為0.15—0.40℃·m-1，整個夏季強(qiáng)度大于0.15℃·m-1以上的躍層遍及整個海區(qū)，只有日本海東南部近岸局部區(qū)域?yàn)?.10—0.15℃·m-1，躍層由此東南部向西北部迅速增強(qiáng)，尤以海區(qū)西北部增強(qiáng)最為明顯，西北部大部強(qiáng)度在0.30℃·m-1以上，甚至強(qiáng)躍中心強(qiáng)度達(dá)到0.35℃·m-1以上，且該強(qiáng)躍中心范圍廣泛，從海參崴外海直到海區(qū)中部的西北海區(qū)，其深度較淺，上界深度小于10 m，厚度為全年最厚，大都在50 m左右。

溫躍層的厚度分布趨勢與冬春較為相似，受太陽輻射升溫和流系共同影響，躍層厚度特征值等值線大體沿東北-西南走向，等值線水平梯度明顯增大，水平梯度較強(qiáng)區(qū)域位置向西北偏移，分布趨勢是西部較淺，東部較深，躍層厚度為全年最雄厚，整個夏季全海區(qū)大都在50—150 m之間，海區(qū)東南部的對馬暖流流域更厚，甚至達(dá)到150 m以上，只有海區(qū)西北部局部和韃靼海峽厚度小于50 m。而上界深度分布趨勢則截然不同，夏季海表面顯著增溫，躍層深度為全年最淺，直達(dá)海面淺表層。整個海區(qū)幾乎均在10 m以淺的上表層就出現(xiàn)躍層，只在北海道西部局部很小海域躍層有些許下沉，也僅下沉在10 m以深。

3.4 秋季

10—12月的季節(jié)為夏季到冬季的過渡時期，秋季為降溫期，和春季一樣，該時期躍層狀況復(fù)雜多變，且不穩(wěn)定，規(guī)律性差。隨著秋季的來臨，極地大陸氣團(tuán)和極地海洋氣團(tuán)影響的逐月增強(qiáng)，海面上層開始不斷的降溫，垂直梯度減弱，上下均勻?qū)雍穸日鹪略龃螅S層下沉，將夏季已形成的溫度躍層破壞，進(jìn)入躍層的衰退時期，分布形勢也正逐月在向冬季的特征轉(zhuǎn)化，整個海區(qū)強(qiáng)度變?nèi)酰S層下沉，厚度變薄。與同為過渡時期的春季相比，躍層較淺，強(qiáng)度稍強(qiáng)，厚度較小，尤其是西北部強(qiáng)躍層既薄又淺（見圖7、8）。

溫躍層強(qiáng)度基本呈西北強(qiáng)東南弱的分布趨勢，受極地大陸、海洋氣團(tuán)和流系共同影響，強(qiáng)度特征值沿東北-西南走向的等值線水平梯度逐月減小，躍層逐月衰退，躍層強(qiáng)度亦逐月減弱，一般多為0.10—0.25 ℃·m-1，海區(qū)東南部大部為 0.10—0.15℃·m-1，西北部強(qiáng)躍層中心迅速減弱，多在0.15—0.25℃·m-1之間，強(qiáng)躍中心強(qiáng)度僅大于0.25℃·m-1，較夏季已大為減弱，且厚度和上界均小于25 m，范圍較夏季也大為收縮，宗谷海峽以北海域強(qiáng)度小于0.10℃·m-1。

溫躍層的厚度和上界分布趨勢，受太陽輻射降溫以及極地大陸氣團(tuán)和極地海洋氣團(tuán)的影響，夏季形成的躍層逐月遭到破壞，除了強(qiáng)度變?nèi)跬猓S層下沉，躍層厚度和上界特征值等值線大體又呈沿東北-西南走向分布趨勢，較夏季等值線水平梯度明顯減小。上界分布趨勢是西北部較淺，東南部較深，整個日本海大都在25—100 m之間，西北部多在50 m以淺，海參崴外海則小于25 m，東南部在50 m以深。躍層厚度大都在50—150 m之間，只有朝鮮海峽和海參崴東南部外海厚度小于50 m，東南部海域躍層最厚，厚度厚于100 m。

4 結(jié)論

圖5 8月日本海溫度躍層強(qiáng)度分布圖

圖6 8月日本海溫度躍層上界深度分布圖

圖7 11月日本海溫度躍層強(qiáng)度分布圖

圖8 11月日本海溫度躍層上界深度分布圖

日本海較高的地理緯度和相對封閉沿東北-西南走向的海區(qū)，受對馬暖流、里曼寒流和極地大陸、海洋氣團(tuán)以及副熱帶大陸、海洋氣團(tuán)等因素的共同影響，致使整個日本海海域同緯度海區(qū)溫度分布狀況的地區(qū)差異懸殊，溫躍層時空變化復(fù)雜，大部海域具有明顯季節(jié)變化。海區(qū)東南部存在常年躍層，躍層深度較深，厚度較大，季節(jié)變化不明顯，比較穩(wěn)定；海區(qū)西北部躍層淺厚度薄，夏季躍層為全年最強(qiáng)，躍層強(qiáng)度、深度季節(jié)變化明顯。除冬季外，在海區(qū)東部和南部近岸海區(qū)有雙躍層。

（1）日本海的躍層具有明顯的季節(jié)變化，海區(qū)西北部海域最為明顯，躍層強(qiáng)度季節(jié)變化最大，既薄又淺。全年以夏季最為強(qiáng)盛，強(qiáng)度在0.15—0.40℃·m-1之間，躍層深度為全年最淺，整個海區(qū)直達(dá)幾乎均在10 m以淺的上表層；冬季則強(qiáng)度最弱，41°N以北的大部海域呈上下均一狀態(tài),無躍層出現(xiàn)，41°N以南躍層強(qiáng)度僅為0.05—0.15 ℃·m-1，躍層深度為全年最深，大都在50—200 m之間；春秋季節(jié)居中，強(qiáng)度為0.10—0.30℃·m-1，躍層深度多在25—100 m之間，只是秋季較春季躍層較淺，強(qiáng)度稍強(qiáng)，厚度較小；

（2）在海區(qū)分布上，除冬季外，躍層特征值等值線大體呈東北-西南走向，等值線水平梯度夏季最大，從海區(qū)中部至海參崴為強(qiáng)躍層中心，呈現(xiàn)北強(qiáng)南弱，高西強(qiáng)東弱的分布趨勢。夏季海區(qū)西北部躍層為全年最強(qiáng)，大多在0.30—0.40℃·m-1，強(qiáng)躍中心強(qiáng)度僅大于0.40 ℃·m-1，東南部最弱小于0.15℃·m-1；春秋季海區(qū)西北部躍層多在0.15—0.25℃·m-1之間，東南部最弱小于0.10℃·m-1；冬季受強(qiáng)勁的極地氣候影響，海區(qū)分布規(guī)律剛好相反，海區(qū)西北部為無躍層區(qū)，強(qiáng)躍層出現(xiàn)在海區(qū)南部的朝鮮海峽東北海區(qū)域，強(qiáng)度僅大于0.10℃·m-1；

（3）常年躍層多出現(xiàn)在40°N以南東南海部的深水區(qū)域，終年存在，季節(jié)變化不明顯，比較穩(wěn)定，強(qiáng)度一般多為0.10—0.15℃·m-1，厚度和上界深度多在50—150 m之間，冬春季節(jié)躍層深度甚至在150 m以深；與其它類型躍層相比，深躍層的特征是上界深度較深，厚度較大，強(qiáng)度較弱；

（4）除冬季外，在海區(qū)南部和東部近海均觀測到雙躍層，夏季期間雙躍層現(xiàn)象尤為突出。主要是該期間隨著太陽輻射的增強(qiáng)，海表上層增溫明顯，形成躍層，疊置在海區(qū)南部和東部的常年躍層之上所致。

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