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东山岛外海表层水温的亚潮频波动初步研究.pdf
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1、第 卷 第 期应 用 海 洋 学 学 报,年 月 ,东山岛外海表层水温的亚潮频波动初步研究李 凯,贾 村,陈剑桥,许金电,蔡尚湛,收稿日期:资助项目:国家自然科学基金();自然资源部第三海洋研究所基本科研业务费海三科,海三科,()作者简介:李凯(),男,助理研究员;:(自然资源部第三海洋研究所,福建 厦门;福建省海洋物理与地质过程重点实验室,福建 厦门;福建省海洋预报台,福建 福州)摘要:本研究通过对东山岛外海浮标观测的表层水温()数据进行分析,发现、年夏季东山岛外海表层水温均存在周期为 的亚潮频波动信号,最大振幅分别为 和。结合卫星遥感 数据以及风场数据,采用小波分析、交叉小波分析等方法对该
2、现象进行研究分析,结果表明:年夏季表层水温中出现的亚潮频波动信号源自短波辐射,表层水温变化滞后短波辐射 天左右;年夏季的亚潮频波动源自沿岸风应力,表层水温变化滞后沿岸风应力 天左右。年和 年表层水温出现的亚潮频波动均与台风有关,但信号的来源出现差异是因为 年台风过境引起了较强的沿岸风松弛现象,在沿岸风中出现了亚潮频波动信号,沿岸风影响上升流变化,进而引起表层水温的变化;年由于台风过境引起的沿岸风松弛现象较弱,沿岸风中并未出现亚潮频波动信号,而表层水温中的亚潮频波动信号源自短波辐射,这可能与台风引起局地天气系统的变化有关。关键词:海洋水文学;表层水温;亚潮频波动;上升流;东山岛:中图分类号:文献
3、标识码:文章编号:()台湾海峡是连接东海与南海的通道,多种水系在此汇集,水文情况和地形较为复杂。受夏季西南季风的影响,台湾海峡西岸上层海水产生 离岸输运,底层海水向上补充,从而形成上升流。上升流区水体往往具有低温、高盐、低氧的基本特征,而闽南上升流作为台湾海峡最主要的上升流之一,不仅影响着局地的水文环境和气候,还对海洋生态和渔业生产有着重要影响。闽南沿岸上升流可达东山岛以北海域,以往研究也表明东山岛外海存在明显的上升流现象,但不是稳定存在的,。根据以往研究,西南季风是闽南上升流的主要驱动机制,而西南季风的强弱也会影响闽南上升流的时空变化,。东山附近海域上升流的主要驱动因素是风应力引起的 输运,
4、不仅与局地风场有关,还与上升流中心的水平变动有关。此外,风场的变化是导致南海北部上升流产生年际差异的原因。综合前人对上升流的研究,无论是利用遥感数据,还是现场观测数据,或者数值模式模拟,表层水温的变化往往是作为最基本的特征进行分析。因此,上升流区表层水温()的变化趋势及特征对上升流研究的开展极具意义。由于表层水温的变化受海洋和大气共同影响,其往往存在着多种波动信号,最普遍的是周期为 的季节内振荡和周期大于周日潮波的亚潮频波动。在季节内振荡方面,前人在多个海域已展开研究,东海、黄海、南海以及太平洋表层水温均存在季节内振荡信号,其中东海和黄海 季节内振荡与大气中的季节内振荡密切相关,南海 季节内振
5、荡是西风爆发和太阳辐射共同作用的结果,东太平洋赤道附近的 季节内振荡主要决定于海洋动力作用,而其他海域则主要决定于海表面热通量的变化。在亚潮频波动方面,诸多研究表明冬季台湾海峡以及南海北部等多个海域的水位存在亚潮频波动,主要影响因素是风场变化导致的 增减水和风场激发的陆 应 用 海 洋 学 学 报 卷架波;而在表层水温要素方面,前人研究尚较为匮乏,特别是在上升流区。因此对表层水温亚潮频波动的研究可以加强对亚潮频尺度海气相互作用和上层海洋动力过程的认识。通过对锚系浮标观测的表层水温的研究,我们发现东山岛外海表层水温在 年和 年夏季均存在明显的亚潮频波动信号。针对这一现象,本研究利用锚系浮标获取的
6、长时间序列表层水温、气温数据,结合遥感风场、遥感 及热通量等数据,分析该海域表层水温亚潮频波动的特征规律,并对其机理进行初步探讨。数据来源浮标数据:选取布放在东山岛外海的锚系浮标观测数据,观测要素为表层水温、风速风向和气温等,表层水温采用 温盐传感器,精度为,风速风向采用 型风速风向传感器,风速精度为 ,风向精度为 ,气温采用 型温湿传感器,精度为,观测时间范围为 年和 年的 月 日至 月 日,观测时间间隔均为 ,浮标位置如图 所示。图 浮标位置图 彩色三角表示 号台风“尼伯特”路径,彩色圆圈表示 号台风“纳沙”路径,旁边数字表示台风中心过境时间。数据:选用由 ()提供的 数据,空间分辨率为
7、,时间分辨率为 ,时间范围为 年和 年的 月 日至 月 日。热通量数据:选用美国伍兹霍尔海洋研究所(,)发布的海气通量数据集(,),数据空间分辨率为,时间分辨率为 ,时间范围为 年和 年的 月 日至 月 日,选用离浮标(,)最近的点(,)。台 风 数 据:选 用 台 风 网(:)提供的数据,主要包括台风路径、中心过境时间以及中心风力等。本研究选用的两个台风分别为 年 号台风“尼伯特”和 年 号台风“纳沙”,影响浮标海域时间分别约为 年 月 日、年 月 日,台风路径、中心过境时间、中心风力等信息见图。结果与讨论 亚潮频波动现象对 年和 年夏季浮标观测的表层水温数据进行日平均,并作时间序列图,如图
8、 所示。从图 的 年和 年夏季表层水温的时间序列中可以看出,这两年表层水温均出现了亚潮频波动的现象,如图中虚线框所示,其中 年发生在 月 日左右,第一次波峰值为,日期为 月 日,之后的波谷值为 ,日期为 期李 凯,等:东山岛外海表层水温的亚潮频波动初步研究 月 日,波动幅度为 ,第二次波峰值为,日期为 月 日,之后降到 ,日期为 月 日,波动幅度为 ,第二次波动振幅较第一次略大,为 ;年发生在 月 日至 月 日左右,第一次波峰值为 ,日期为 月 日,之后的波谷值为 ,日期为 月 日,波动幅度为 ,第二次波峰值为,日期为 月 日,之后降到 ,日期为 月 日,波动幅度为 ,第二次波动振幅较第一次略
9、大,为 。图 年和 年夏季表层水温时间序列图 图中虚线框表示表层水温中出现的亚潮频波动现象。对 年夏季表层水温作小波分析,如图()所示。可以看出表层水温中出现了周期为 的亚潮频波动信号,出现时间分别为 月 日至 日、月底至 月初和 月初,并均已过 的置信检验,其中 月 日至 日亚潮频波动信号极强。对可能影响表层水温变化的风速、风应力旋度、沿岸风、离岸风、净热通量以及气温等要素作小波分析,发现只有在气温中有同样的波动信号,如图()所示。可以看出,气温中同样出现了 的亚潮频波动信号,出现时间为 月初至 月 日,也与表层水温出现的波动日期相近,并通过 置信检验。图 年夏季表层水温与气温的小波分析 另
10、外,从小波分析中发现,表层水温和气温中周期为 的小波功率谱谱峰值最大,对 的 应 用 海 洋 学 学 报 卷功率谱作时间序列图,如图 所示。图 年夏季表层气温与水温小波功率谱峰对比 从图 中可以看出气温 的谱峰出现在 月 日,而表层水温的谱峰出现在 月 日,滞后于气温 时间。综合前文分析,该 的亚潮频波动信号同时出现表层水温和气温中,并且表层水温谱峰滞后气温谱峰 时间,而在风、风应力旋度以及净热通量等要素中并未发现此波动信号,推测该信号的来源可能为短波辐射,因此对表层水温和短波辐射作小波交叉谱分析,结果如图 所示。图 年夏季表层水温与短波辐射交叉小波分析 从图 可以看出,月初至 月 日表层水温
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