黄东海湍流混合与双扩散现象及其季节变化

【摘要】： 本文利用夏冬两季黄东海水文与微结构观测资料,分析了该海域湍流混合与双扩散现象的空间分布特征与季节变化。研究结果表明,黄东海陆架湍流混合除了与风应力,底摩擦等外界强迫条件有关,与局地环流与水团也有密切的联系,同时不同环流或水团之间的相互影响也可以为双扩散现象的发生提供有利的条件。 对于湍流混合研究,将观测海域自北向南大致划分为三个区域,黄海区断面观测表明,夏季黄海冷水团内部由于存在弱垂向环流导致了局部加强的混合,而冬季黄海暖流内部则是一支层结较为稳定的流动,内部混合非常弱,仅暖流与周围水团交界处会存在由于剪切不稳定导致的混合增强,黄海暖流的存在甚至抑制了冬季上混合层的加深。另外比较冬夏两季海洋上层混合发现,强烈的混合耗散大致仅集中在表层15米,且耗散强度在两季相差不大,这是由于风应力以及表面波破碎导致的结果,冬季增加输入的风能会进一步下传引起混合层的加深。长江冲淡水区的混合主要集中在表层与底层,以前研究发现的湍耗散率与混合率分布与等盐线一致的结论在我们的观测中并不是很清晰。陆架区底部强烈的混合来源于局部小尺度地形突变引起内波破碎的加强,冬季混合率断面总体平均大约是夏季的100倍。夏季台湾暖流区的混合与黄海暖流相反,暖流内部的混合高于周围水团,冬季台湾暖流与黄海暖流相似,但流核较浅,因此表层受风作用加强混合。冬季台湾暖流与入侵大陆架的黑潮水存在互侵现象,在水团垂向交界处可以发现加强的水平流速剪切与混合率,然而引起混合增强的机制仍不是很清晰。东海路架坡折处是内潮的高发区,该区域混合的增强主要由内潮传播过程中的破碎不稳定引起的,混合率高值沿M2内潮波射线分布,冬季混合率比夏季高一个量级,并且湍流混合可以达到100米水深以上。 黄东海双扩散现象的发生集中在冬季,夏季的观测并没有发现该现象。黄东海海域的盐指现象主要发生在陆架坡折处,高温高盐的黑潮水在冬季强烈入侵到东海陆架水表层是形成盐指现象的重要原因。扩散对流现象主要发生在黄海暖流流域,高温高盐的黄海暖流在水层底部向两端拓展,为扩散对流发生提供了有利条件;另一重要的扩散对流区域是长江冲淡水锋及闽浙沿岸流区,两者均来自冬季低温低盐的长江水,形成扩散对流的机制相同,受冬季大气,辐射等条件的影响,使表层长江水在冬季形成扩散对流有利区。盐指与双扩散单站温度微结构研究表明,盐指现象可以使热扩散率增大超过湍混合率,而扩散对流却不具备此性质,这是由于盐指与扩散对流不同的温盐结构所致。 风致内波可以用混合层方程与内区内波方程进行计算,计算结果显示风主要以近惯性频率向海洋输入能量,波动的水质点速度也以近惯性频率为主导。估计风通过内波输入到海洋的动能一个周期内在夏季与冬季约为9.63×10-3J/kg与9.99×10-1J/kg,由于湍流导致的耗散分别为3.72×10-3J/kg和3.96×10-1J/kg,冬季约为夏季的100倍,冬夏耗散与输入的比值则比较接近,约为38%-40%。