引用本文
韩钦臣, 康建成, 王国栋, 朱炯. 基于海洋分析资料的吕宋海峡水交换的月际变化特征. 2015, 30(5): 609-619
Han Qinchen, Kang Jiancheng, Han Guoqi, Wang Guodong, Zhu Jiong. Monthly Variation Characteristics of Water Exchange Based on the Analyzed Ocean Data in the Luzon Strait. Advances in Earth Science, 2015, 30(5): 609-619  
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基于海洋分析资料的吕宋海峡水交换的月际变化特征
韩钦臣1, 康建成1,*, 王国栋1, 朱炯1
1. 上海师范大学城市生态与环境研究中心,上海 200234
2. Fisheries and Oceans Canada Northwest Atlantic Fisheries Centre St. John's, NL, A1C 5X1 Canada
*通讯作者：康建成(1957-),男,甘肃武山人,教授,主要从事全球气候环境演化过程及其影响研究.E-mail:kangjc@126.com

作者简介：韩钦臣（1980-）,男,河南长垣人,博士研究生,主要从事海洋环境气候变化研究.E-mail:hqch2011@126.com

基金:国家自然科学基金项目“东海黑潮区温、盐、流、海面高度多尺度变化过程及其机理研究”（编号：41340045）; 上海市教委重点学科建设项目“地理学与城市环境”（编号：J50402）资助
摘要

利用1993—2006年1~12月AIPO（The joining area of Asia and IndianPacific Ocean）流场数据,分析了吕宋海峡120°E断面水交换流速结构的平均月际变化特征,并计算了通过该断面的水通量,探讨了水通量及其垂向结构的月际和季节变化特征。结果表明：①在断面的南北方向,西向流和东向流分别大致以19.5°N和21.5°N线为界,二者交替相间分布,呈“两进（西向流入南海）两出（东向流出南海）”的结构;21.5°N以南的300 m以深和21.5°N以北的1 000 m以浅海域,常年存在南海水东向流入太平洋。②上层、深层和整个断面的净水通量几乎均为西向流,净水通量冬季最大,春季和秋季次之,夏季最小。中层除12月外,其他各月的净水通量均为东向流出南海,净水通量春季最大,夏季和秋季次之,冬季最小。③整个断面的净水通量,1~ 5月和8~ 11月呈“三明治”结构,6~ 7月呈2层结构;12月呈单层结构,年平均呈“三明治”结构。

关键词: 吕宋海峡; 南海; 西北太平洋; 水交换; 水通量
中图分类号:P722.7 文献标志码:A 文章编号:1001-8166(2015)05-0609-11
Monthly Variation Characteristics of Water Exchange Based on the Analyzed Ocean Data in the Luzon Strait
Han Qinchen1, Kang Jiancheng1, Han Guoqi2, Wang Guodong1, Zhu Jiong1
(1. Urban Ecological and Environmental Research Center, Shanghai Normal University, Shnaghai 200234, China
2. Fisheries and Oceans Canada Northwest Atlantic Fisheries Centre St. John's, NL, A1C 5X1 Canada)
Abstract

The characteristics of the average monthly variation of the velocity distribution of water exchange across the 120°E section in the Luzon Strait is analyzed. The volume transport of this water exchange is calculated, the monthly and seasonal variation structure of the volume transport and its vertical structure are discussed based on the AIPO（The joining area of Asia and IndianPacific Ocean）data from 1993 to 2006. The results show that:①In the north-south direction of the section, the boundary of the westward flow is located at near 19.5°N, while the boundary of the eastward flow is located at near 21.5°N. The velocity distribution of the westward and eastward flows alternate, is characteristic of a two-in（west to flow into the South China Sea）two-out（out of the South China Sea）structure. The water of the South China Sea flows into the Pacific Ocean to the east direction each month throughout the year, in the area as deep as more than 300 m in south of 21.5°N, and less than 1 000 m in north of 21.5°N.②Almost all the net volume transports in the upper, the deeper and the full depth layers flow westward, which claim the largest in winter, followed by autumn and spring, and with a minimum in summer. The net volume transport of the middle layer is the largest in spring, followed by summer and autumn, with a minimum in winter.③The net volume transport of the entire section, features a sandwich structure in January-May and August-November, a two-layer structure in June and July, and a single-layer structure in December. Averagely within a year, the annual average structure of the net volume transport presents a sandwich structure.

Keyword: Luzon Strait; The South China Sea; Northwest Pacific; Water exchange; Transport volume.
1 引言

南海是西北太平洋最大的边缘海, 吕宋海峡是连接南海与西北太平洋的唯一深水通道, 是南海与西北太平洋水交换的主要通道。通过吕宋海峡, 南海与西北太平洋进行物质交换（如水体、盐通量等）、能量与动量的交换, 对南海（内部的）水团性质及其分布、环流、热盐收支、水文气候特征等具有重要影响, 从而影响整个南海海盆的质量和能量平衡[1, 2 ]。

20世纪60年代以来, 前人对西北太平洋与南海通过吕宋海峡的水交换做了大量的研究, 得出通过吕宋海峡的海水体积通量（简称为水通量）的变化范围在0.5~ 10 Sv（1 Sv= 106m3/s）之间[ 3 ~ 9]。吕宋海峡水交换净水通量有明显的季节变化, 吕宋海峡水交换西向流入南海的水通量冬季最大、春秋季次之[5, 6, 10]。但是, 夏季的水交换是以西向流为主, 还是以东向流为主, 尚有争议。

近年来, 在吕宋海峡的现场观测结果表明：由于地理位置特殊、地形复杂且受多种动力过程影响, 吕宋海峡处的环流结构呈现复杂的空间结构[8, 11, 12]。通过吕宋海峡的水交换的垂向结构, 目前多数研究认为呈三层类似“ 三明治” 的结构, 即垂向上存在上、中、下三层流场结构, 上层和下层是太平洋水进入南海, 而中层是南海水流入太平洋[8, 9, 13, 14]。已有研究除进行数值模拟和间接的估算之外[15], 还有一些直接观测工作, 如：Tian等[8]利用2005年秋季（10月4~ 16日）在吕宋海峡大深度高分辨率的海流流速直接观测资料得出, 观测期间吕宋海峡的净水通量值为-6.0 Sv（负号表示西向流入南海）; 其中, 上层（500 m以浅）、中层（500~ 1500 m）和深层（1500 m以深）的水通量分别为-9 Sv, 5 Sv（正号表示东向流出南海）和-2 Sv, 水通量在垂向上呈三明治结构。而Yang等[11]利用在同一断面2007年夏季（7月1日~ 8月9日）现场直接观测的LADCP流速数据研究得出, 观测期间净水通量在垂向上呈现2层结构, 即1 500 m以浅, 南海水经过吕宋海峡进入太平洋, 1 500 m以深, 太平洋水经过吕宋海峡进入南海。

通过吕宋海峡与西北太平洋进行的水交换, 由于受季风、地形、中尺度涡旋、强迫罗斯贝波等多种动力因素的影响, 相当复杂[15~18]。其中受季风的调制南海表层环流存在明显的季节变化, 并且因众多中尺度涡旋的存在, 更使得南海海洋环流复杂多变[6, 18 ~ 21]。

已有研究结果表明, 吕宋海峡处的流速呈现十分复杂的空间结构[18]。由于已有研究所用（观测）资料的时段相对较短, 且空间上存在不连续性, 对于南海与太平洋水交换特征的认识还存在差别, 关于水通量垂直结构变化特征的认识也仅停留在较笼统的“ 三明治” 结构上[8, 11]; 此外, 已有研究较多的局限在上层（< 500 m）[10, 22, 23], 对于中层和深层水交换的研究远不如对上层水交换的研究。

目前, 由于缺乏长时间连续的观测, 对于吕宋海峡水交换流速结构平均态的季节内变化特征, 还无法从较短的观测序列中直接获得, 而再分析资料可以对已有研究进行较好的补充和完善[24]。本文基于较长时间序列且具有较高分辨率的流速资料, 进一步分析吕宋海峡断面水交换流速结构变化的气候态特征, 探讨断面南北方向和垂向上各层水通量的变化, 以及断面垂向上水交换的净水通量结构的变化; 揭示气候平均态下, 吕宋海峡从表层至深层各层水交换的流场形态、结构和水通量在月、季节时间尺度上的变化特征。

2 研究区与数据

吕宋海峡位于台湾岛和吕宋岛之间（图1）, 自北向南包括巴士海峡、巴林塘海峡和巴布延海峡3个海峡, 跨度为18.5° ~ 22.0° N, 超过350 km, 海槛深度为2 200~ 2 400 m, 最大水深超过3 000 m, 是南海与太平洋中、深层水体交换的唯一通道[2]。

前人在研究南海通过吕宋海峡与太平洋的水体交换时, 在吕宋海峡处所选取的研究断面主要有120° E[23, 25], 120.5° E[8, 11]和121° E[9]。本文采用AIPO1.0数据资料, 对120° E, 120.5° E和121° E 3个断面的流速结构进行对比分析, 发现120.5° E和121° E断面的流速结构较为相似, 且呈现出较显著分层结构, 而120° E断面的流速结构除表现出分层结构外, 该断面19.5° N以北区域由太平洋西向流入南海北部的各层流之间的水交换, 还存在较为明显的垂向运动。因此, 通过对三个断面流速结构的对比分析, 发现120° E断面的流速结构较为典型。

此外, 已有研究提出, 进入南海的上层太平洋水, 主要表现为黑潮水以流套或反气旋的方式入侵, 在南海北部区域发生分叉[7]; 入侵的太平洋水对南海北部的海洋气候[26]、海洋地质（南海北部沉积环境）[27]以及动力环境[28]等方面产生重要影响, 南海北部正逐渐成为研究的热点区域。而已有研究通常所选取的断面中, 120° E经向断面最接近南海（北部区域）。因此, 综合考虑断面流速结构的典型性和断面所在区域的重要性, 也由于篇幅所限, 本文选取120° E经向断面作为研究断面。根据美国国家海洋数据中心（National Oceanographic Data Center, NODC）2010年最新发布的全球海洋数据库（World Ocean Atlas 2009, WOA09[29]资料, 得出研究断面的位置（图1）。WOA09数据库的网格为1′ 1′ , 网格点海底深度精度到1 m。

图1 吕宋海峡地形和断面位置分布红色线段为研究断面位置Fig.1 Map showing distribution of the terrain and the section positionThe red line indicates the 120° E section position

研究资料选取具有较高时间空间分辨率的国家基础研究计划“ 亚印太交汇区” （The joining area of Asia and Indian- Pacific Ocean, AIPO）项目完成的亚印太交汇区海洋再分析资料集（AIPO 1.0）[30]。AIPOcean 1.0 数据集结合现场温盐流观测、卫星遥感海表温度和高度计资料, 利用了海洋模式, 借助集合最优插值方法, 进行同化后获得。AIPOcean 1.0 资料集包括了1993 年1 月1 日至2006 年12 月31 日期间的日平均三维温度、盐度、流场（经向流速、纬向流速）以及二维海面高度场数据, 共5个变量。空间分辨率为0.25° × 0.25° , 垂向5~ 5 500 m, 共分为33层。数据的时间序列较长, 空间分辨率较高。

为了验证资料的可靠性, 首先把此资料与对应观测时间段内的观测结果相比较。目前关于吕宋海峡处对应时间的观测资料还比较少[18], 其中测量深度最大, 最有代表性的是Tian等[8]利用2005年秋季（10月4~ 16日）在吕宋海峡大深度高分辨率的海流流速直接观测资料（图2a）, 把Tian等[8]对应观测时间的短时间实测资料的研究结果与AIPO1.0资料进行对比验证, 可以看出二者的流速分布变化具有较好的一致性（图2a和图2b中的红色虚线方框和蓝色虚线方框）, 二者的净水通量均为西向流入南海, Tian等[9]得出的结果为-6 Sv, 而本文的结果为-5.2Sv, 相对误差约为15%。

图2 2005年10月吕宋海峡120.5° E断面u-方向流场分布图(a)中阴影部分和图(b)中虚线部分表示西向流, 图(a)中虚线部分和图(b)中实线部分表示东向流; （a)2005年秋季（10月4~ 16日）LADCP现场观测海流资料（cm/s)[8]; (b)2005年秋季（10月4~ 16日）AIPO资料（m/s）Fig.2 Map showing distribution of the flow in the direction of u across 120° E section in the Luzon Strait in October 2005The shaded of the figure (a) and the dashed line of the figure (b) show westward flow. The dashed line of the figure (a) and the solid line of the figure (b) show eastward flow. （a）LADCP observation data of flow in the fall of 2005（October 4~16 days（cm/s）[8]; （b）AIPO data used by the paper of flow in the fall of 2005（October 4~16 days（m/s））

为进一步的验证数据的可靠性, 这里把AIPO模式结果与其它观测资料[ 31, 32 ]进行对比验证, 结果发现, AIPO模式结果与其它观测资料的流速结构较为一致, 流量结果较为接近。

为了揭示气候平均态下, 吕宋海峡从表层至深层各层水交换的流场形态、结构和水通量在月、季节时间尺度上的变化特征, 将此资料集所包含的日平均资料先后分别按每年各月和各年相同月份做平均化处理, 得到气候平均态的月际流速数据。

3 研究方法

首先本文采用经验正交函数EOF模态分析方法, 提取主要数据的特征量, 综合直观的揭示吕宋海峡120° E断面流速结构的月际和季节变化趋势。此方法在海洋与大气相互作用以及海洋水文研究等领域已得到较为广泛的应用[33]。

通过某一断面的水通量（体积输运）, 为该断面各网格面积和垂直该网格的流速分量乘积之和[1], 为了解吕宋海峡水交换水通量在月际和季节时间尺度上的变化, 本文计算了吕宋海峡水交换的体积通量[12]、也称为水交换的水通量。计算相同时间段内的西向流入南海的水通量（用负号表示）和东向流出南海的水通量（用正号表示）的矢量和, 得出断面的净水通。

图3 吕宋海峡120° E断面流速EOF第一模态（a）第二模态（b）的空间分布Fig.3 The spatial distribution of the first mode（a）and the second mode（b）of the flow EOF across 120° E section in the Luzon Strait

4 结果与分析
4.1 断面流速结构的EOF模态分析

由EOF模态分析方法可得, 当前n个模态的贡献率超过85%时, 这前n个模态就可以大致反映原始场的主要信息[33]。这里先通过平均得到该断面12个月的流速数据, 然后再进行EOF模态分析, 得出前两个模态的累积贡献率为90%, 因此, 前两个模态涵盖了断面流速分布原始场的主要信息, 可以反映各月流速分布的变化趋势。图3为EOF第一、二模态的空间分布, 等值线表示流速的变化趋势, 其中负值表示西向流入南海, 正值表示东向流出南海。图4为EOF第一、二模态的时间序列曲线。

图4 吕宋海峡120° E断面流速EOF前2个模态时间系数曲线Fig.4 The time coefficient curve of the first two mode of the flow EOF across 120° E section in the Luzon Strait

120° E断面EOF第一模态的贡献率为70.90%, 正值区域和负值区域呈南北相间分布的结构（图3a）, 负值区域大致以19.5° N附近为界, 分为南北两部分; 正值区域大致以21.5° N附近为界, 分为南北两部分。再结合EOF第一模态时间序列曲线（图4红色线）, 可以看出1~12月均存在太平洋水西向流入南海, 西向流在冬季较强, 在夏季较弱。东向流与西向流的月际变化趋势较为一致。

120° E断面EOF第二模态的贡献率为19.10%, 负值区域主要分布在19~21° N（图3b）。正值区域分布在负值区域的南北两侧, 即19° N以南和21° N以北的区域。结合EOF第二模态时间序列曲线（图4蓝色线）, 可以看出西向流在冬季增强, 在夏季减弱。东向流与西向流的月际变化趋势较为一致。

综合EOF第一、二模态的分析结果, 表明在吕宋海峡120° E断面, 各月均存在太平洋水西向流入南海的西向流和南海水东向流入太平洋的东向流。西向流在冬季增强, 在夏季减弱。东向流与西向流的月际变化趋势较为一致。

4.2 断面流速结构的月际变化

为了更加清楚的了解断面不同区域的月际变化过程和特征, 做出120° E断面月平均流速分布的变化图（图5）, 从整个断面来看, 在120° E断面的南北方向（18° N→ 22.5° N）（图5）, 东向流和西向流大致呈交替相间分布。从断面流速结构各月整体分布的变化趋势来看, 各月的西向流和东向流均被分为南北两部分, 西向流的南北两部分大致以19.5° N为分界线（图5中蓝色垂直线）, 东向流的南北两部分大致以21.5° N为分界线（图5中红色垂直线）, 与对120° E断面流速分布EOF模态分析结果的正负值区域的分界线较为一致。

在21.5° N以南300 m以深的东向流区, 以及21.5° N以北1 000 m以浅的东向流区, 常年各月均存在南海水东向流入太平洋。因此, 这里就以300 m作为吕宋海峡上层水和中层水的分界线, 以1 000 m作为中层水和深层水的分界线, 探讨120° E断面各层水通量的月际变化特征。此分层与前人根据温度、盐度、密度等典型特征, 运用T-S图解, 统计指标等分析方法, 对南海水团的分层基本吻合[ 23, 34, 35 ]。

这里分区域对各层的流速变化进行分析。在19.5° N以南的西向流区（图5）, 在上层、中层和深层均出现了西向流的流核, 在3~ 7月各流核连接在一起, 其它各月流核各自独立, 流核中心最大流速出现在冬季的1月, 最小流速出现在夏季的8月。

在19.5° N以北的西向流区（图5）, 在上层出现了西向流的流核, 流核中心位于20.60~ 21.50° N之间的60 m以浅, 流核中心流速在冬季12月最大、约为0.45 m/s, 夏季8月最小、约为0.079 m/s。在上层和中层流速较大, 主要表现为太平洋水向南海的入侵, 尤其是在20° N附近以北的上层常年有流速较大的太平洋水通过120° E 断面西向流入南海。各月从表层至深层保持一致的西向流速方向。

在21.5° N以南的东向流区（图5）, 在中层出现了东向流的流核, 流核中心位于19.64° ~ 20.14° N附近的615~ 1115 m之间, 流核中心最大流速在春季5月最大、约为0.079 m/s, 在冬季11月最小、约为0.022m/s。在此区域300 m以深海域, 常年存在南海水东向流入太平洋, 其中4~ 10月东向流出现在从表层至深层的整个范围内。Zhang等[ 18 ] 2012年4月在吕宋海峡121.2° E断面全水深的流速进行了为期1年的直接观测表明, 在该断面1000 m以深也出现了东向流, 且流核中心位于20.4° N附近的1500 m左右。对比可见, Zhang等[18]得出的流核位置比本文的更深更偏北, 可能是东向流在从120° E断面东向流动到达121.2° E断面时, 流核位置发生了移动。

图5 吕宋海峡120° E断面1~12月流速（m/s）分布图虚线表示太平洋水西向流入南海; 实线表示南海水东向流入太平洋; 紫色线表示0等值线; 蓝色垂线为19.5° N标注线; 红色垂线为21.5° N标注线Fig.5 Map showing distribution of the flow across 120° E section in the Luzon Strait from January to December（m/s）Dashed line shows water of the Pacific flow westward into the South China Sea; The solid line shows water of the South China Sea flow eastward into the Pacific; The purple line indicates the 0 contour; The blue vertical line marked for 19.5° N; The red vertical lines marked for 21.5° N

在21.5° N以北的东向流区（图5）, 在上层和中层也出现了东向流的流核, 上层流核中心位于22.24° ~ 22.50° N之间的45m以浅, 中层流核中心位于22.00° N附近的486~ 712m之间。上层流核中心最大流速出现在夏季7月、约为0.220 m/s, 最小流速出现在冬季2月、约为0.104 m/s。在此区域的1 000 m以浅海域, 常年存在南海水东向流入太平洋。

通过以上分析可知, 吕宋海峡120° E断面各月均存在东向流和西向流, 东向流区和西向流均出现流核结构; 西向流和东向流分别大致以19.5° N和21.5° N线为界, 分为南北两部分, 二者交替相间分布, 整个断面呈“ 两进（西向流入南海）两出（东向流出南海）” 的结构; 在断面垂向上, 出现层化现象; 在21.5° N以南的300 m以深和21.5° N以北的1 000 m以浅海域, 常年存在南海水向东流入太平洋。

4.3 断面水通量的月际变化特征

4.3.1 断面水通量的纬向变化

为了进一步定量分析西向流和东向流的变化趋势, 这里分别计算了120° E断面以19.5° N为界线的南部和北部的西向流的水通量, 以21.5° N为界线的南部和北部的东向流的水通量, 见图6; 误差棒（图6中各曲线的垂向线段）反映出各区域内西向流和东向流的标准误差。从图6可以看出, 19.5° N以南的西向水通量（图6中黑色线）, 在5月最大、8月最小; 19.5° N以北的西向水通量（图6中红色线）和21.5° N以北的东向水通量（图6中绿色线）均为12月最大、6月最小, 即大致呈现出冬季最大、夏季最小; 21.5° N以南的东向水通量（图6中粉色线）, 在5月最大、11月最小。从流速结构可以看出, 以19.5° N为界线的西向水通量之间和以21.5° N为界线的东向水通量之间, 以及东向流和西向流水通量之间的月际和季节变化特征并不一致。

结合120° E断面流速结构分布, 需要进一步探讨东向流和西向流水通量之间的关系, 并分析东向流和西向流的月际变化特征。为此, 把120° E断面分为四个区域, 分别为吕宋海峡南部19.5° N以南的西向流、表示为‘ A’ , 19.5° N以北的西向流、表示为‘ B’ , 21.5° N以南的东向流、表示为‘ C’ , 21.5° N以北的东向流、表示为‘ D’ , 计算4个区域全年各月水通量之间的相关性, 见表1。

表1 吕宋海峡120° E断面东向流和西向流水通量的相关性分析 Table 1 The correlation Analysis of the flow to the east and west across 120° E section in the Luzon Strait

19.5° N以南的西向水通量和21.5° N以南的东向流水通量的相关系数为~ 0.56（表1）, 二者有比较强的相关性, 通过90.0%的置信度检验。结合断面流速分布来看（图7）, 在上层, 冬季19.5° N以北的西向流, 主要表现为流速较大的太平洋水向南扩展, 与19.5° N以南的西向流连接在一起, 增加了19.5° N以南的西向流水通量。此外紧贴吕宋岛西侧存在一支自南向北流动的吕宋海流（沿岸流）, 它绕过吕宋岛西北角流向东北[36], 对19.5° N以南的东向流水通量的季节变化产生影响。19.5° N以南的西向水通量冬季最大（图6）, 春夏季次之, 秋季最小。5月达全年各月最大值、为6.70Sv, 8月最小、为6.28 Sv。

19.5° N以北的西向水通量和21.5° N以北的东向水通量的相关系数为-0.89（表1）, 二者具有显著的负相关, 但二者与其它各流水通量之间的相关性并不显著, 说明19.5° N以北的西向水通量和21.5° N以北的东向水通量水通量的月际变化具有较好的一致性（图6）, 此流速结构与前人提出的太平洋水通过吕宋海峡进入南海后, 一部分转而向北, 进入台湾海峡, 或经吕宋海峡从台湾岛南端东向流回到太平洋的研究结果相一致[1, 4]。结合断面各月流速分布（图5）和各层水平流速分布图（图7, 由于篇幅所限, 这里只列出具有代表性的吕宋海峡2月的流场分布）来看, 流速较大的西太平洋表层~ 次表层水对此区域的水通量变化起重要作用。19.5° N以北的西向水通量冬季最大（图6）, 秋季和春季次之, 夏季最小, 12月达全年各月最大值、为16.23Sv, 6月最小、为6.55 Sv。21.5° N以北的东向水通量冬季最大（图6）, 秋季和春季次之, 夏季最小, 12月达全年各月最大值、为5.50Sv, 6月最小、为0.83Sv。

21.5° N以南的东向水通量与21.5° N以北的东向水通量的相关系数为-0.57, 二者有比较强的相关性, 通过90.0%的置信度检验。再结合图7, 可以进一步确认21.5° N以南的东向流是流出的南海水, 而21.5° N以北的东向流是太平洋水进入南海后, 一部分又经吕宋海峡从台湾岛南端东向流回到太平洋。21.5° N以南的东向水通量春季和夏季较大（图6）, 秋季次之, 冬季最小。5月达全年各月最大值、为13.39 Sv, 11月最小、为5.81 Sv。

图6 吕宋海峡120° E断面1~12月东向流和西向流流量变化Fig.6 The transport volume of the flow to the east and west across 120° E section in the Luzon Strait from January to December

综合上述分析, 19.5° N以南的西向水通量冬季最大, 春夏季次之, 秋季最小。太平洋水主要从19.5° N以北区域西向流入南海, 其中一部分又从21.5° N以北的台湾岛南端向东流回到太平洋, 二者的水通量均表现为冬季最大, 秋季和春季次之, 夏季最小。21.5° N以南的东向流是流出的南海水, 东向水通量春季和夏季较大, 秋季次之, 冬季最小。

图7 吕宋海峡2月流速（m/s）分布图红色线表示断面位置Fig.7 Map showing distribution of the flow in the Luzon Strait in February（m/s）The red line indicates the 120° E section position

4.3.2 断面垂向净水通量的变化

(1)断面垂向净水通量的月际变化

为了解吕宋海峡120° E断面垂向各层水通量净增量的月际变化特征, 这里计算了1~ 12月各层水交换的净水通量（图8）。由图8可见, 在300 m以浅的上层, 全年各月的净水通量均为西向流入南海, 西向净水通量冬季最大, 春季和秋季次之, 夏季最小; 净水通量在12月最大、为8.22Sv, 在6月最小、为0.21 Sv。在300~ 1000m的中层, 除12月外, 全年其它各月的净水通量均为东向流出南海, 东向净水通量春季最大, 夏季和秋季次之, 冬季最小; 净水通量在3月最大、为2.34Sv。12月该深度层为西向流入南海, 净水通量为-0.01 Sv。在1000m以深的深层, 除6月和7月净水通量为东向流出南海之外, 其它各月均为西向流入南海, 西向净水通量冬季最大, 在12月达最大值、为3.32Sv。整个断面（表层至深层）各月的平均净水通量, 除6月和7月为东向流出南海之外, 其它各月均为西向流入南海, 西向净水通量冬季最大, 在12月达最大值、为11.54Sv。

图8 吕宋海峡120° E断面各层净流量的变化负值表示西向流入南海; 正值表示东向流入太平洋Fig.8 Changes of the net volume transport of layers across 120° E section in the Luzon StraitNegative values shows water of the Pacific flow westward into the South China Sea; Positive values shows water of the South China Sea flow eastward into the Pacific

(2)断面净水通量的垂向结构变化

从以上分析得出吕宋海峡120° E断面垂向各层水通量呈现不同的月际变化特征, 那么整体来看, 断面各月净水通量的垂向结构特征将是怎样呢?为回答这个问题, 统计分析了各月整个断面各层净水通量的方向（表2）。

表2 吕宋海峡120° E断面净水通量结构月际变化 Table 2 The monthly changes of the net volume transport structure across 120° E section in the Luzon Strait

从表2可以看出, 120° E断面水交换净水通量的垂向结构呈现三种类型。在1~ 5月和8~ 11月断面净水通量呈上层和深层西向流入南海, 中层东向流出南海的“ 三明治” 结构; 6~ 7月呈上层西向流入南海, 中层和深层东向流出南海的两层结构; 12月各层净水通量均为西向流入南海, 呈单层结构。全年整体来看, 净水通量以“ 三明治” 结构为主, 还出现两层结构和单层结构, 断面年平均净水通量呈“ 三明治” 结构。因此, 吕宋海峡120° E断面净水通量并非仅仅表现为简单的“ 三明治” 结构。此结论与前人对不同时期的现场流速观测研究的结果[8, 11]相吻合。

5 结论

本文利用1993~ 2006年1~ 12月AIPO流场数据, 分析了吕宋海峡120° E断面水交换流速结构的平均月际变化特征, 并计算了通过断面的水通量, 探讨了水通量及其垂向结构的变化特征, 得出以下结论：

（1）在断面的南北方向, 西向流和东向流分别大致以19.5° N和21.5° N线为界, 分为南北两部分, 东向流区和西向流均出现流核结构; 西向流和东向流交替相间分布, 整个断面呈“ 两进（西向流入南海）两出（东向流出南海）” 的结构; 在断面垂向上, 出现层化现象; 21.5° N以南的300 m以深和21.5° N以北的1 000 m以浅海域, 常年存在南海水向东流入太平洋。

（2）19.5° N以南的西向水通量冬季最大, 春夏季次之, 秋季最小。太平洋水主要从19.5° N以北区域西向流入南海, 其中一部分又从21.5° N以北的台湾岛南端东向流回到太平洋, 二者的水通量均表现为冬季最大, 秋季和春季次之, 夏季最小。21.5° N以南的东向流是流出的南海水, 东向水通量春季和夏季较大, 秋季次之, 冬季最小。

（3）300 m以浅的上层全年各月的净水通量均为西向流入南海; 1000 m以深的深层和整个断面, 除6月和7月外, 其它各月也均为西向流入南海; 300~ 1000m的中层, 除12月外全年其它各月的净水通量均为东向流出南海。上层、深层和整个断面的净水通量几乎为西向流, 净水通量冬季最大, 春季和秋季次之, 夏季最小; 300 ~ 1000m的中层净水通量春季最大, 夏季和秋季次之, 冬季最小。

（4）断面各层净水通量的变化, 1~ 5月和8~ 11月净水通量呈上层和深层西向流入南海, 中层东向流出南海的三明治结构; 6~ 7月呈上层西向流入南海, 中层和深层东向流出南海的两层结构; 12月各层净水通量均为西向流入南海, 呈单层结构, 年平均净水通量呈三明治结构。

后续研究中, 还拟将深入探讨吕宋海峡水交换变化的影响因素和变化机理。

致谢：感谢秦曾灏教授的悉心指导, 以及林海、刘亚盼、苏子珺、苏晓晨、吴文强等在讨论中提出宝贵建议, 谨致谢忱。

The authors have declared that no competing interests exist.

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