基于被动示踪物模拟对黑潮入侵南海的数值模拟研究

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吕宋海峡是连接南海和西太平洋的唯一深水通道,黑潮这支西边界流流经吕宋海峡时,其西侧失去陆坡支持,发生或深或浅的入侵南海现象。黑潮水进入南海后会影响南海东北部的温度、盐度、环流结构、涡旋活动和生物化学过程等,因此研究黑潮入侵南海有重要的物理海洋学意义。有关黑潮入侵南海前人已经做了大量工作,但由于缺少实测资料,关于黑潮入侵水在南海的时空分布特征、黑潮入侵通量(KIT)及黑潮入侵对南海东北部营养盐含量的影响仍存在较大争议。  本文基于MITgcm模式建立了南海-西北太平洋区域环流模式,通过积分50年的模拟,结果表明模式很好地模拟了南海环流、黑潮和吕宋海峡的垂直结构等基本特征。在2003至2012年的模拟阶段,我们利用被动示踪物去标记黑潮水,开展了被动示踪物模拟试验。  根据被动示踪物的模拟结果,研究了黑潮水入侵南海后的时空分布特征。结果表明:在冬季,黑潮水可以从吕宋海峡的大部分区域(大约从18.5°N至21.2°N)穿过进入南海,且黑潮水入侵南海的范围最大,几乎占据了18°N至23°N和114°E至121°E的范围,并存在一个小分支进入台湾海峡,在垂直方向上,黑潮入侵的范围随着深度的增加逐渐减小。而在夏季,黑潮水主要从吕宋海峡的中部区域(大约从19.6°N至21°N)穿过进入南海且被限制在118°E以东;没有进入台湾海峡的黑潮分支;在垂直方向上,黑潮入侵的范围随着深度增加先增大,直到约205米左右后随深度增加而减小。在Ekman深度以上,季风对于黑潮入侵南海起到显著作用,而在Ekman深度以下,入侵的季节变化可能与黑潮上游垂直结构的变化有关;从2003年到2012年,与厄尔尼诺年和正常年相比,冬季黑潮入侵后向台湾海峡的分支在拉尼娜年是最弱的,这可能与中国大陆东南方向的风应力旋度有关。  基于被动示踪物直接计算了穿过吕宋海峡的KIT,分析了其季节和年际变化,结果表明:通过吕宋海峡的KIT是西向的,冬季最强,夏季最弱,其年平均值约为-3.86Sv,大于年平均值为-3.15Sv的吕宋海峡通量(LST);黑潮入侵主要发生在400米以上,250米以上的KIT约占了全深度通量的60-80%。从2003年到2012年,KIT与Ni(n)o3.4指数的相关系数为0.41,小于LST与Ni(n)o3.4指数的相关系数0.78。  通过现场观测资料和理想的被动示踪物模拟试验得到,贫营养盐的黑潮水进入南海后,会使得南海东北部营养盐的含量降低,在春季、夏季、秋季和冬季在黑潮入侵的作用下南海东北部营养盐的含量分别减少8.68%、10.29%、11.83%和14.03%。
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