1、本科毕业论文（20 届）风场对黄海暖流形成和变化的影响所在学院 专业班级 海洋科学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目 录摘要 .Abstract.1 引言 .12 黄海暖流的研究概况 .22.1 黄海暖流的概念 .22.2 黄海暖流的来源 .22.3 黄海暖流的路径 .22.4 黄海暖流的存在及其维持机制 .32.5 黄海暖流的季节变化和年际变化 .33 风场对黄海暖流的相关影响 .53.1 采用 ECOMSED 三维水动力模式计算无风作用力的情况 .63.2 模拟一个大风过程中的黄海暖流的整个发展过程 .74 结论探讨与展望 .134.1 结论探讨 .134.2 展望 .
2、13参考文献 .14中文译文 .17英文原文 . 24致谢 .31I风场对黄海暖流形成和变化的影响摘 要 黄海位于中国大陆与朝鲜半岛之间的西太平洋边缘海，是一个半封闭的陆架浅海。黄海地势由北和东西两侧向中央和东南方向倾斜，济州岛西侧向北伸展至水深70至100米处有狭长深槽，称为“黄海海槽” 。槽的东侧比较陡窄，西侧宽缓平坦。由于这一地势特征的影响，再加上冬季强北风的作用，从而使海槽内的水流产生北向流。海洋学上称这支沿西北方向进入南黄海的流动为黄海暖流。从成因上讲，黄海暖流是一种由风驱动的、偶发性的海流事件，是一支间歇流，并不是持久的平均流，其沿着黄海海槽西侧位置向北流动。黄海暖流是黄海中的重要
3、水文现象，它对黄海的水文状况及环流结构起着极为重要的影响，同时，它的消长变化对黄海的水交换以及整个黄海海洋环境也有着极其重要的作用。其主要受风场控制，在冬季经常出现爆发性的强北风，能在短时间内影响整个黄海海洋的状况，特别是黄海海流和锋面。风场强，沿岸流就强，同时，作为北上的补偿流的黄海暖流向北黄海和渤海的入侵能力就强。在有风作用力下，风对上层流场有直接的作用，而在中下层，风几乎没有直接的影响力。这时，流场表现出来的就是风生补偿流的性质。而在没有风的作用下，由风引起的南北水位差就会减小，进而使南北的压强梯度力减小，也因此导致在中下层黄海暖流不能体现出风生补偿流的性质。因此，在中上层海洋，强劲的北
4、向风的存在是导致黄海暖流形成的重要驱动力之一。进一步了解风场对黄海暖流形成和变化的影响，将有利于解决和预防近海出现的各种环境问题，对整个海洋生态系统也将起到基础而又至关重要的作用。关键词黄海暖流；风场；形成机制；强北风；风生补偿流；间歇流；IIWind field influence the formation and transformation of warm yellow sea Abstract Yellow Sea, a semi-enclosed neritic shelf, is located in at the marginal seas of Pacific Ocean b
5、etween China and Korea Peninsula. It slopes from northern and west-eastern sides to the center and southeast. The west of Cheju Island, extending towards the north until 70-100meters depth of water, is has a narrow and lengthwise groove, called “Yellow Sea Trough”. The east side of the trough is rel
6、atively narrow but the west is relief-flat. Because of the influences of terrain features and effects from the strong-northern wind in winter, the water in the trough is to flow northward. Oceanography names the flow which is from northwestern side into South Yellow Sea “Yellow Sea Warm Current”. Sp
7、eaking from genesis, YSWC is an occasional current event driven by the wind. It is an intermittent flow but not a lastingly average flow. It flows from west to east along the Yellow Sea Trough, and it forms in early December. When coming to February, it becomes the strongest and the spring fast disa
8、ppears. February is its strong period. And In spring, it disappears quickly.YSWC is an important hydrological phenomenon in Yellow Sea, exerting a profound influence on hydrographic conditions and circulation structure. Simultaneity, its raise and fall also plays an extremely important role in water
9、s exchange and marine environment of Yellow Sea. It is mainly controlled by the wind field. The strong northerly wind often breaking out in winter can affect the whole Yellow Seas conditions in a short time, especially Yellow Sea Current and the frontal surface. Coastal current is also strong along
10、with the wind field. While, the ability of YSWCs inbreak as the northern compensation current to North of the Yellow Sea and Bohai Sea becomes more stronger. In the wind force, wind affects the upper current field directly. While in the middle and lower fields, wind almost has no direct influence. A
11、t this time, what the flow field shows is the nature of wind flow compensation. Without winds effect, the difference between north and south water level caused by wind will reduce. Thereby, the north-south pressure gradient force will decrease, and thus it leads to the YSWC in the middle and lower c
12、lasses can not reflect the nature of wind flow compensation. Therefore, in the upper ocean, the existence of the strong north wind is one of the important drives to cause the formation of YSWC. Further understanding on the impact of the Yellow Sea warm current forming and changing by wind field,will
13、 help solve and prevent various environmental impact on coastal warters, and will play a fundemental and crucial role in the whole marine ecosystem as well.IIKey words Yellow Sea Warm Current；Wind Field；Formation mechanism；Strong north wind；Wind Flow Compensation；Intermittent flow 引言11 引言黄海是太平洋西部的一个
14、边缘海，位于朝鲜半岛与我国大陆之间。黄海的平均水深为 44 米，海底平缓，为东亚大陆架的一部分。在济州岛西侧向北伸展至水深70 至 100 米处有狭长深槽，称为“黄海海槽” 。槽的东侧比较陡窄，西侧宽缓平坦。由于这一地势特征的影响，再加上冬季强北风的作用，从而使海槽内的水流产生北向流。资料表明，黄海暖流基本是在冬季生成，春季减弱，仲春消失。因此黄海暖流产生的原因主要是由于冬季强北风的作用。黄海暖流是对马暖流在济州岛西南方伸入黄海的一个分支，它大致沿黄海槽向北流动，平均流速约 10 厘米/秒（在源地也不超过 25 厘米/秒） 。它是黄海外海水的主要来源，具有高盐特征，冬季兼有高温，但在北上途中逐
15、渐变性。黄海为我国的经济发展、社会进步以及人民生活水平的提高做出了难以忽略的贡献，是我国近海一个极其重要的海区。故此研究黄海是十分有价值的。由于我国经济的发展迅猛，生活、工业和养殖污水等污染物向海洋的过度排放以及沿海渔业捕捞活动的无限制开展，使黄海近岸海域生态环境、生态系统结构遭到严重破坏，并持续失衡，有害赤潮频繁发生，生物资源急剧减少，这些都是我国继续推动经济和社会可持续发展而必须也急需解决的重要问题。21 世纪将是人类挑战海洋的新世纪。2001 年的时候，联合国正式文件中首次提出了“21 世纪是海洋世纪” 。在未来的 10 年甚至 50 年内，国际海洋形势将发生较大的变化。海洋将成为国际竞
16、争的主要领域！海洋经济正在并将继续成为全球经济新的增长点。再加上海洋环流是海洋科学最基础性的课题，不但是海洋中各种过程发生的背景和载体，并且也是海洋环境重要的动力因子，始终是海洋学研究的核心。海洋中物质的质量、动量和能量的分布，皆取决于海洋环流长期持续的输运过程。黄海暖流是黄海中的重要水文现象，它对黄海的水文状况及环流结构起着重要的影响。所以，进一步了解风场对黄海暖流形成和变化的影响，将有利于解决和预防近海出现的各种环境问题，对整个海洋生态系统也将起到基础而又至关重要的作用，也为以后研究黄海暖流的各种现象积累、提供相关科学依据，对我国的海洋发展都是极有裨益的！黄海暖流的研究概况22 黄海暖流的
17、研究概况2.1黄海暖流的概念黄海东临朝鲜半岛，西临山东半岛和苏北平原，北临辽东半岛，位于中国大陆与朝鲜半岛之间的西太平洋边缘海，是一个半封闭的陆架浅海。黄海的平均水深为44 米，海底平缓，为东亚大陆架的一部分。黄海地势由北和东西两侧向中央和东南方向倾斜，济州岛西侧向北伸展至水深 70 至 100 米处有一狭长深槽，被称之为“黄海海槽” 。槽的东侧比较陡也比较窄，西侧则宽缓平坦。黄海的浅水特征以及其所在海区的气候具有十分显著的季节变化，同样的黄海环流也具有较为明显的季节变化。在中国东海的东北部，济州岛以南，有一支沿西北方向进入南黄海的流动，海洋学上统称黄海暖流。黄海暖流是沿太平洋西部“第一岛链”
18、北上的日本暖流（黑潮）的一个分支。黄海暖流是黄海中重要的水文现象之一，它对黄海的水文状况及环流结构起着极为重要的影响。从水团的结构分析，也称之为南黄海暖流水 1或南黄海高盐水 1-2、黄海暖流水。黄海暖流水也是黄海唯一的一支输运外海高盐水的流动，其具有低溶解氧含量和高盐高温的特征，同时，它的消长变化对黄海的水交换以及整个黄海海洋环境有着极其重要的作用。2.2黄海暖流的来源关于黄海暖流的来源存在着多种看法：从 20 世纪的 30 年代，Uda 首次提出黄海环流的基本模式以来 3，黄海暖流就被广泛认为是黄海环流的主要组成部分。从早期的研究看，很多学者认为黄海暖流是对马暖流的一个分支 3-6，其根据
19、是黄海暖流水具有一较为显著的高温高盐水舌，尤其冬季极为明显；此外，也有研究表明黄海暖流是台湾暖流在济州岛西南处向西北方向的一个分支 7，后来，方越等学者的数值实验进一步证实了此观点 8；还有一些研究表明，黄海暖流并非对马暖流的直接分支，而是东海北部陆架水和对马暖流水的混合水 9-15。陈义中 16 对三维ECOM 模式模拟的环流结果进行分析后,得出底层黄海暖流的来源整年都是由冲上陆架的黑潮水混合部分的陆架水组成的结论。由于济州岛西南海区的上层存在着强烈的混合增密区 (即锋面)，所以对马暖流水与东海混合水一起，主要由下层进入南黄海；由于不同水团在上层的该锋带两侧交汇，因而形成强烈的下沉运动。黄海
20、的混合水和朝鲜西岸沿岸水不同程度地参与了黄海暖流水的混合，但冬季黄海暖流水主要是由东海混合水和对马暖流水通过侧向混合而形成的 15。2.3黄海暖流的路径黄海暖流的研究概况3对于黄海暖流的路径的研究，不同的学者也持有不同的看法：管秉贤 6和李繁华 17认为黄海暖流沿黄海槽北上，而毛汉礼等 18、连展 19则不这么认为，他们认为黄海暖流并非沿着黄海海槽而北上，乃是沿着黄海海槽的西侧位置向北流动。毛汉礼等 18通过水团和水系的分析，得出黄海暖流沿高温高盐水舌北上的结论，其主轴大致位于 123 E 附近的黄海槽西侧。宋新、林霄沛、王悦 20通过对黄海暖流主轴在 35N 断面的东西向摆动进行谱分析发现，
21、如果风速越大，黄海暖流的主轴位置就会越偏西。并且黄海暖流主轴的变化存在 5a，6 至 7a 的变化周期，并猜想这一结果可能与厄尔尼诺现象有一定的联系。汤毓祥等 11和郭炳火等 21通过分析大量的 CTD 观测资料绘制的温盐图和卫星红外遥感影像认为，黄海暖流路径并非沿黄海槽而是在黄海槽西侧沿 50-60 米处的等深线北上。许一等 22根据 ECOMSED 模式的诊断计算结果，得出的结论和汤毓祥等 11和郭炳火等 21的结论有些许的不同，他们认为冬季黄海暖流的主流路径位于暖水舌左侧，且大致在 60-7O 米处的等深线附近。还有的学者还认为黄海暖流沿黄海海槽西侧 55-73 米处的等深线 23 北上
22、。另外，毛汉礼和乐肯堂 24、鲍献文 25,26、苏育嵩 27等认为黄海暖流在沿黄海海槽北上途中又分成左右 2 支。2.4黄海暖流的存在及其维持机制有的学者认为，黄海暖流是一支常年都稳定存在的海流，同时会因为风的存在而改变其运行路径并引起其强度的变化 28,31；而 Lie29则认为黄海暖流仅是在强北风作用下的一支间歇流，向北运行，即使在冬季也并不是稳定存在的。王卫 30通过对各流动现象的动力机制的非线性正压试验进行了系列分析，得出黄海暖流的形成是因为陆架区的局地地形效应。李繁华 17 认为黄海暖流并非由局地风应力或局地密度分布所产生，而是属于射行流。对黄海暖流形成机理的分析说明了，垂向摩擦力
23、、压强梯度力和柯氏力对其占主要地位。其实，从成因上来看，后期的研究表明黄海暖流是一种由风驱动的、偶发性的海流事件 28,31-35，也许称它为黄海风海流( Yellow Sea Wind Current )会更加合适且为恰当一些 31。而对于黄海暖流的存在及其维持机制这一问题，中韩两国学者的持有观点有一定的差异性。其实黄海暖流一直以来都受到韩国学者的密切关注，由于黄海暖流是朝鲜半岛西侧外海的一支主要流系，所以韩国学者极为重视。在上个世纪的 80 年代中期，Lie 36就指出了：即使是在冬季，在朝鲜西南海域，存在东西向的强海洋锋的阻挡，黄海暖流也并非仅限制在济州岛的西部海域，其可以穿透该锋带进入
24、黄海。而近期，Lie 29通过分析 1996 年和 1997 年投放在黄海的卫星跟踪测流浮标，以及1996 年至 1998 年不同季节的，覆盖整个黄海的 CTD 资料，进一步指出：黄海暖流仅是在强北风作用下向北运行的一支间隙流，并不是一支持久性的平均流。同时，在冬季具有高温高盐的济州暖流水通过在黄海海槽的西侧间隙性的产生北向流，并黄海暖流的研究概况4有可能输入南黄海，而且这种北向流必须比这个海域的向东南的潮汐余流强 29。2.5黄海暖流的季节变化和年际变化关于黄海暖流的季节性变化，早期的一些研究仅仅指出了其存在冬强夏弱的特征。而最近几年，通过各方的研究，许多学者都对黄海暖流有了新的认识，包括其
25、生成、发展、消亡周期等方面。在 1986 年的“中美韩黄海联合调查”和 1997 年的“中韩黄海水循环动力学合作调查”中，学者们发现南黄海暖流存在着极为明显的季节差异，环流的基本形态在冬季与夏季有着较大的差别。郭炳火等 37指出，黄海暖流是在冬季生成，春季则逐渐减弱，在仲春消失。李繁华 17指出黄海暖流的强度与季节变化有关：春季最弱，其次是冬季和夏季，秋季最强。汤毓祥等 11则明确指出，黄海暖流仅存在于冷半年( 12 月至次年的 4 月)。后来，汤毓祥等 32根据 1997 年的“中韩黄海水循环动力学合作研究”取得的调查数据进行了进一步研究，探讨在冬至初春时期，黄海暖流存在的季节变化和年际变化
26、，得知从季节上看，初春的黄海暖流路径相比冬季而言有着明显的东移迹象；而从年际变化来看的话，大多数的年份，暖流路径偏于黄海海槽的西侧(如 1997 年和 1999 年)，但也存有特殊的情况，如 1986 年黄海暖流的路径是直接沿槽北上，并没有偏于黄海海槽的西侧。同时，有初步分析指出，暖流路径的变化与北向风的强弱关系有着密切的关联。在上个世纪的 80 年代，Hsueh (1988)35曾在黄海海槽及其附近的几个海域内投放了多个测流潜标，他的研究结果表明：风是形成黄海环流的一个非常重要的驱动力，同时，也说明了黄海暖流是以一种补偿水的性质出现的。而通过 Lie 等 29的研究，我们知道黄海暖流是一支间
27、歇性的补偿流。中国学者许一、于飞等 22在冬季黄海暖流的诊断计算一文中利用 ECOMSED模式，通过分析黄海暖流的演变情况，指出：作为补偿性质流的黄海暖流，其强弱与风的季节变化有着密切相关的联系。10 月份，虽然黄海的冷水团依然存在，但此时流场的方向已经改变，不再是夏季时环绕黄海海盆的逆时针方向环流。同时，北黄海已经出现微弱的顺时针方向的环流。11 月份，在黄海的近底层已可见到黄海暖流的迹象。也就是说，秋季（10 月至 11 月）是黄海环流从夏季型向冬季型转换过程的时间段。而 12 月份，在济州岛西侧出现指向西北的暖水舌，并且在水舌外缘形成了极其强的锋面。1 月份，在济州岛西侧的温度锋减弱，高
28、盐暖舌明显向西北发展。与此同时，西北流向的黄海暖流明显加强，济州暖流减弱。2 月份的北风最为强烈，同时在黄海暖流的次表层表现出来的补偿流也最为明显。3 月份，当北风开始逐渐减弱，这支补偿性质的海流在近底层仍然维持着，到 4 月份的时候则开始逐渐的减弱，最终消散。总而言之，冬季黄海暖流在 12 月份初步形成，2 月份到达最黄海暖流的研究概况5强，春季迅速减弱，表明它是一支季节性流。关于黄海暖流的年际变化特征，到目前为止，此类的研究比较少，但 Park 等 38利用 1951 年至 1996 年期间的资料进行了系列的研究，发现 SSTA（即东亚边缘海表面温度）有 2.0、3.0、和 7.8 年周期的变化。而于非等 39利用海表面温度资料分析了黄、东海的年际变化特征，通过研究他们认为黄东海的海表面温度存在 41 个月的长期变化趋势，并且黄东海交界区域是年际变异最大的区域。黄海暖流与冬季经向风具有较好的响应关系；黄海暖流多年平均的流轴在 123E 左右，而且其流轴的摆动明显受到冬季纬向风的影响；冬季的风强，因此黄海暖流也强，且流轴向西移动。从目前仅有的资料来看，不难得知，与黄海暖流季节变化的研究相比较，黄海暖流年纪变化的相关研究鲜少有人涉及。
