劉 鑫, 韓琦琦, 陳學(xué)恩

(1.中國海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院, 山東 青島 266100； 2.齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院)；山東省計(jì)算中心(國家超級(jí)計(jì)算濟(jì)南中心)， 山東 濟(jì)南 250101； 3.山東省計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 濟(jì)南 250014)

南海(SCS, South China Sea)與周邊海域的水交換一直以來是海洋學(xué)家們關(guān)注的研究熱點(diǎn)。南海的北面以及西面是亞洲大陸，東面是菲律賓群島，東南面是卡里馬塔島，南面是印度尼西亞[1]。南海通過臺(tái)灣海峽 (TS, Taiwan Strait)、呂宋海峽(LS, Luzon Strait)、民都洛海峽(MiS, Mindoro Strait)、巴拉巴克海峽(BS, Balabac Strait)、卡里馬塔海峽(KS, Karimata Strait)、馬六甲海峽與東中國海、太平洋、蘇碌海、爪哇海、印度洋相通。在上述海峽中，呂宋海峽水深較大，最深可達(dá) 2 500 m，其余海峽水深較淺，其中卡里馬塔海峽平均水深不足50 m。前人研究指出，從呂宋海峽進(jìn)入南海的太平洋水，一部分經(jīng)由民都洛海峽進(jìn)入蘇祿海，一部分穿過南海向南進(jìn)入爪哇海后經(jīng)由望加錫海峽返回到太平洋[2]，這支海流對(duì)印尼貫穿流(ITF, Indonesia Through Flow)的熱輸送影響顯著。南海貫穿流(SCSTF, South China Sea Through Flow)的季節(jié)特征非常明顯，冬季強(qiáng)夏季弱，在冬季流量可以達(dá)到5～15 Sv，但是春秋兩季南海貫穿流并沒有明顯的流軸結(jié)構(gòu)。方國洪等[3-4]用漂流浮標(biāo)驗(yàn)證了在冬季太平洋-印度洋貫穿流存在南海分支，冬季有一股海流通過呂宋海峽進(jìn)入南海并形成一個(gè)向卡里馬塔海峽和印度尼西亞海方向的分支。

早期受南海區(qū)域觀測資料的限制，關(guān)于南海貫穿流年際變化的相關(guān)研究較少。Hnc[5]通過估算得到相對(duì)準(zhǔn)確的南海貫穿流的流向和季節(jié)變化關(guān)系，2月南海貫穿流從呂宋海峽流入沿南海西部直至南海南部的卡里馬塔海峽流出，8月南海貫穿流與2月的流向相反，從卡里馬塔海峽流入沿南海西部流向呂宋海峽(見圖1)。Liu等[6]在巴士海峽底部，通過海流計(jì)直接測量得到一個(gè)82天的流速時(shí)間序列，發(fā)現(xiàn)靠近底部流向南海的流一直存在，平均流速為0.14 m/s[7-8]。呂宋海峽的總輸運(yùn)通常被稱為呂宋海峽輸運(yùn)(LST, Luzon Strait Transport)，方向基本上是西向的。

南海通過呂宋海峽和太平洋的水交換近十多年來被廣泛研究，前人對(duì)LST輸運(yùn)的估計(jì)值從0.5～10 Sv不等[5, 9-10]，而最近的觀測研究更接近上述范圍的中間值[11-12]。在季節(jié)時(shí)間尺度上，前人研究的一個(gè)共同特征是：冬季的流量較大，夏季的流量較小，這是對(duì)季節(jié)性季風(fēng)反轉(zhuǎn)的響應(yīng)。其中Qu等[11]根據(jù)水文觀測得到LST在1—2月達(dá)到最高，約為5.3 Sv，在6—7月降到最低，約為0.2 Sv。Chu等[13]的估計(jì)稍高，2月可達(dá)到13.7 Sv，最低發(fā)生在9月，約為1.4 Sv。不同估算得到的差異在很大程度上可能是由于中層和深層環(huán)流中的不確定性[8, 12]。Wang等[14]利用海洋同化數(shù)據(jù)和繞島環(huán)流理論通過診斷計(jì)算探討了南海貫穿流的年際變化，提出西、中部赤道太平洋風(fēng)場是調(diào)節(jié)呂宋海峽體積輸送年際變化的主要因素,而呂宋海峽附近的局地風(fēng)場則是相對(duì)次要的[15]。Liu等[11]利用類似的研究方法指出,在年際尺度上,由于北赤道太平洋風(fēng)場異常強(qiáng)迫導(dǎo)致北赤道流強(qiáng)弱發(fā)生變化以及分叉點(diǎn)(NECBL)出現(xiàn)南北移動(dòng),使得南海貫穿流和ITF之間存在一種相互調(diào)制作用。

圖1 2和8月南海表層環(huán)流輸運(yùn)及南海貫穿流路徑[5]Fig.1 Transports of surface circulation and the path of SCSTF in February and August[5]

盡管前人對(duì)南海貫穿流的研究取得了較好進(jìn)展，但仍然缺乏對(duì)南海貫穿流流量的定量評(píng)估。限于觀測手段和計(jì)算資源，之前的研究較多使用分辨率較粗的模式數(shù)據(jù)和少量的單點(diǎn)實(shí)測數(shù)據(jù)。南海內(nèi)存在大量的中尺度渦旋，而中尺度渦旋的空間尺度一般為幾十至幾百公里，因此較粗的模式分辨率無法充足地刻畫南海中尺度渦旋。南海的中尺度渦旋對(duì)于南海貫穿流有重要的調(diào)制作用，當(dāng)粗分辨率模式無法完整刻畫中尺度渦旋時(shí)，對(duì)于南海貫穿流的刻畫也會(huì)不充分。南海地形和海岸線復(fù)雜，且南海環(huán)流對(duì)南海地形較為敏感，粗分辨率模式無法充足刻畫南海復(fù)雜的地形和海岸線，因此對(duì)南海貫穿流的刻畫也會(huì)不充分。南海海盆較大，海盆內(nèi)的環(huán)流分支流軸較多，少量的單點(diǎn)實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)于刻畫南海環(huán)流不具備充足的空間代表性。本文的研究意義在于采用了高分辨的海洋模式來刻畫南海環(huán)流，并且充分考慮海洋大氣間的相互作用，可以充足地刻畫南海的渦旋與環(huán)流情況，以及可以充分模擬南海的復(fù)雜地形和海岸線，從而可以詳細(xì)地研究南海貫穿流的季節(jié)變化并有利于結(jié)合繞島環(huán)流理論分析南海貫穿流和周圍海流的調(diào)制關(guān)系。

本文通過高分辨率大氣—海洋耦合模式模擬南海貫穿流，選取合理斷面計(jì)算南海貫穿流的季節(jié)平均流量，確定貫穿流的季節(jié)流向與主流軸，計(jì)算NECBL并討論南海貫穿流與NECBL、黑潮、棉蘭老流的調(diào)制關(guān)系。

1 模式與數(shù)據(jù)

本文采用美國伍茲霍爾研究所研發(fā)的海洋-大氣-波浪-泥沙輸運(yùn)耦合模式 COAWST(Coupled Ocean-Atmosphere-Wave-Sediment Transport)對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行數(shù)值研究。COAWST模式由海洋、大氣、波浪、數(shù)據(jù)交換耦合器MCT等部分組成，在本文的模擬過程中僅考慮了大氣和海洋兩個(gè)分量模式的耦合。大氣模塊采用WRF(Weather Research and Forecasting)模式，是一種非靜力、準(zhǔn)可壓縮的大氣模式，該模式擁有多種邊界層物理方案和豐富的用于預(yù)測中小尺度運(yùn)動(dòng)的亞網(wǎng)格尺度物理過程的參數(shù)化方案，在空間積分上采用高階平流方案，在時(shí)間積分上使用Runge-Kutta高階積分方案，其水平方向采用Arakawa-C網(wǎng)格，垂直坐標(biāo)是基于質(zhì)量的地形追隨坐標(biāo)。海洋模塊采用ROMS(Regional Ocean Model System)模式，ROMS模式在水平方向使用曲線正交Arakawa-C網(wǎng)格，垂向上采用地形擬合的可伸縮坐標(biāo)系統(tǒng)S 坐標(biāo)系，在海洋溫躍層等變化劇烈的區(qū)域加密分層，并提供多種垂向轉(zhuǎn)換函數(shù)和拉伸函數(shù)供應(yīng)用選擇。

本文利用COAWST耦合模式構(gòu)建9 km分辨率的南海數(shù)值模擬，模擬范圍為16.26°S—30.24°N， 99.01°E—141.14°E，涵蓋了研究對(duì)象及其相關(guān)現(xiàn)象所涉及的海域。COAWST耦合模式中大氣分量模塊WRF水平分辨率為27 km，海洋分量模塊ROMS水平分辨率9 km，垂向33層。大氣驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)選取1°的CFSv2再分析數(shù)據(jù)集，海洋初始驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)來自于基于COAWST耦合模式建立的“兩洋一?！眳^(qū)域9 km預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)結(jié)果集，分辨率為9 km。模式時(shí)間為2018年12月—2020年2月，模擬的時(shí)間段包含一個(gè)完整的季節(jié)變化周期，因此適合于分析南海貫穿流的季節(jié)變化。

2 南海貫穿流季節(jié)變化實(shí)驗(yàn)設(shè)置

南海貫穿流的季節(jié)變化主要是分析與南海連通的各海峽流入或者流出南海的流量，從而確定各個(gè)海峽間的流量關(guān)系和季節(jié)變化規(guī)律。為了定量地分析南海貫穿流進(jìn)出南海的流量以及與季節(jié)變化的關(guān)系，本文選取了圖2(a)所示5個(gè)斷面，即呂宋海峽斷面(LS)、民都洛海峽斷面(MiS)、巴拉巴克海峽斷面(BS)、臺(tái)灣海峽斷面(TS)、卡里馬塔海峽斷面(KS)，將南海海盆封閉，具體斷面選取經(jīng)緯度如表1所示。

圖2 南海各海峽斷面(a)、KC及MC斷面 (b) 圖Fig.2 Strait sections of SCS(a)、sections of KC and MC (b)

表1 各海峽斷面坐標(biāo)Table 1 The position of each strait

斷面流量使用式1計(jì)算:

(1)

式中：Q是斷面的流量；V是斷面的上單位面積的法向流速；S是單位面積。因?yàn)槟Ｊ接?jì)算都是網(wǎng)格化劃分的，則上述公式可轉(zhuǎn)化為式2來計(jì)算：

(2)

3 結(jié)果分析與討論

3.1 南海貫穿流的季節(jié)性特點(diǎn)

選取模擬結(jié)果的2018年12月—2020年2月的日平均數(shù)據(jù)，計(jì)算各海峽斷面的流量如圖3所示。在該圖中設(shè)置流入南海的方向?yàn)檎?，流出南海的方向?yàn)樨?fù)，其數(shù)值代表流量的大小。海水從呂宋海峽進(jìn)入南海，從民都洛海峽、卡里馬塔海峽、臺(tái)灣海峽和巴拉巴克海峽流出，其中臺(tái)灣海峽和巴拉巴克海峽的流量較小。呂宋海峽斷面流量與其他4個(gè)海峽流量合計(jì)在數(shù)量級(jí)上相當(dāng)，保持南海海水總量不變。呂宋海峽、卡里馬塔海峽、民都洛海峽的流量呈現(xiàn)明顯相關(guān)性，呂宋海峽流量增大時(shí)，民都洛海峽和卡里馬塔海峽的流量也相應(yīng)增大，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.78和0.9。在模擬時(shí)間內(nèi)，呂宋海峽的流量季節(jié)平均為13.4(DJF)～6.48(MAM)～1.69(JJA)～2.92 (SON)～9.73 Sv(DJF),呈現(xiàn)冬強(qiáng)夏弱的季節(jié)變化規(guī)律，冬季流量最大可達(dá)20 Sv，夏季流量較小，平均值大概在2 Sv左右，春季和秋季流量大概在2～6 Sv之間。冬季呂宋海峽流量變大的主要原因可能是冬季太平洋北赤道流分叉點(diǎn)北移，通過呂宋海峽流入南海的海流增強(qiáng)。由圖3可以看出，2020年冬季的呂宋海峽和民都洛海峽流量增大要比2019年冬季提前且流量更小。這種年際變化主要與太平洋中部、西部的風(fēng)應(yīng)力有關(guān)。當(dāng)赤道太平洋的西風(fēng)異常加強(qiáng)時(shí)，呂宋海峽流量增大，反之流量減小。

(呂宋海峽斷面季平均流量在2018-12—2019-02為13.4 Sv,2019-03—05為6.48 Sv，2019-06—08為1.69 Sv，2019-09—11為2.92 Sv，2019-12—2020-02為9.73 Sv。The seasonal mean flow of LS is 13.4Sv in 2018-12—2019-02, 6.48 Sv in 2019-03—2019-05, 1.69 Sv in 2019-06—2019-08, 2.92 Sv in 2019-09—2019-11 and 9.73 Sv in 2019-12—2020-02.)

綜上所述，各海峽流量總體呈現(xiàn)冬強(qiáng)夏弱的特點(diǎn)，各個(gè)斷面流量季節(jié)特征和輸運(yùn)方向符合之前的研究結(jié)果。但是民都洛海峽和卡里馬塔海峽斷面的流量與之前研究結(jié)果有一些差異，體現(xiàn)在民都洛海峽的流量偏強(qiáng)，卡里馬塔海峽流量偏弱，這些差異的主要原因可能是該模擬實(shí)驗(yàn)考慮了海氣耦合模式，大氣模擬的海表面風(fēng)場差異對(duì)海水輸運(yùn)的影響較大。另外模式的模擬時(shí)間主要為2019年，模擬數(shù)據(jù)只能代表2019年度各個(gè)斷面的流量和輸運(yùn)，因此與多年氣候態(tài)平均結(jié)果體現(xiàn)出來一定的差異是合理的。

呂宋海峽作為南海貫穿流的主入口/出口，表2展示了前人研究對(duì)呂宋海峽體積輸運(yùn)的估算，結(jié)果差異較大，但是總體是冬季流向南海，并且數(shù)值在10 Sv左右，夏季也基本是西向過程，數(shù)值在1 Sv左右。本實(shí)驗(yàn)對(duì)2019年度的冬夏季模擬結(jié)果與表2中Chu等[13]和方國洪等[3]的結(jié)果非常接近。

表2 呂宋海峽輸運(yùn)對(duì)比Table 2 Comparison of the transport in Luzon Strait Sv

為了研究各海峽在季節(jié)尺度上表現(xiàn)出差異的原因，我們分別給出2018-12—2019-02、2019-03—05、2019-06—08、2019-09—11組成4個(gè)季節(jié)南海表層流速分布(見圖4)。冬季(見圖4(a))太平洋海水由呂宋海峽口流入南海，之后向西流動(dòng)到達(dá)南海西邊界再向南偏轉(zhuǎn)，在南海海盆中部，其中一部分向東偏轉(zhuǎn)由民都洛海峽流出，另外一部分繼續(xù)南行，至南海南部的卡里馬塔海峽流出，形成由呂宋海峽開始在南海中部分為流向民都洛海峽以及卡里馬塔海峽的兩個(gè)分支的流軸結(jié)構(gòu)。與冬季相反，夏季(見圖4(c))南海貫穿流方向反轉(zhuǎn)，由卡里瑪塔海峽流入，沿南海西部向北流動(dòng)，太平洋海水沿菲律賓島東側(cè)北上匯入黑潮而不經(jīng)由呂宋海峽進(jìn)入南海，南海海水少有經(jīng)過呂宋海峽進(jìn)入太平洋的現(xiàn)象。春秋兩季(見圖4(b), 4(d))南海貫穿流流軸結(jié)構(gòu)不明顯。從2019年4個(gè)季度的表層流場圖可以看出，高分辨率海氣耦合模式COAWST細(xì)致刻畫了南海貫穿流的結(jié)構(gòu)和季節(jié)的變化特征，符合觀測以及已有的研究結(jié)果，驗(yàn)證了耦合模式COAWST對(duì)南海貫穿流的模擬能力和結(jié)果的可靠性。

圖4 2019年模擬區(qū)域表層季節(jié)平均流場圖Fig.4 Seasonal mean flow field of surface layer in 2019

3.2 南海貫穿流與黑潮、棉蘭老流、北赤道流分叉的調(diào)制關(guān)系

南海貫穿流具有季節(jié)性變化的顯著特點(diǎn)。南海貫穿流的季節(jié)變化和風(fēng)場以及周邊的海洋環(huán)流有關(guān)，NECBL以及黑潮(KC)和棉蘭老流(MC)輸運(yùn)也是季節(jié)性變化的。北赤道流(NEC)在到達(dá)菲律賓海岸時(shí)分為向北流動(dòng)的黑潮和向南流動(dòng)的棉蘭老流。NECBL可以認(rèn)為是NEC輸運(yùn)在KC和MC之間分配比例的一個(gè)指標(biāo)[18]。NECBL會(huì)隨季節(jié)南北移動(dòng)，冬季向北移動(dòng)，夏季向南移動(dòng)。通常，黑潮的大部分水繞過呂宋海峽，沿著中國東部大陸架向北延伸，只有小部分水流入南海。當(dāng)NECBL向北移動(dòng)時(shí)，MC增強(qiáng)，黑潮減弱，呂宋島以東逐漸減弱的黑潮為太平洋海水通過呂宋海峽入侵南海提供了有利條件[19]，增加了太平洋海水通過呂宋海峽進(jìn)入南海的流量[4]，從而形成了一個(gè)SCS和太平洋之間的海洋橋。這里主要分析南海貫穿流的入口呂宋海峽與黑潮，MC 以及NECBL的關(guān)系。

圖5 (a) 南海附近主要洋流的示意圖，(b)經(jīng)典的繞島環(huán)流理論示意圖及(c)簡化的繞島環(huán)流模型原理圖[20]Fig.5 Schematic diagram of (a) ocean currents near the SCS、(b)classic island rule theory and (c)simplified island rule model[20]

圖5(a)是南海附近主要洋流的示意圖，包含了NEC、KC、MC以及SCSTF的主要結(jié)構(gòu)，太平洋的NEC自東向西流至菲律賓島時(shí)受地形影響從分叉點(diǎn)分為南北兩支，北向的分支到菲律賓島北部的呂宋海峽處，有一部分進(jìn)入南海，進(jìn)入南海部分符合經(jīng)典的繞島環(huán)流理論(見圖5(b))。根據(jù)繞島環(huán)流理論，要得到南海貫穿流的流量理論解，需要太平洋東岸到菲律賓島北部，沿著菲律賓-棉蘭老島再到太平洋東岸形成的封閉路徑的風(fēng)應(yīng)力積分獲得[21-22]。如圖5(b)積分路徑為c-f-e-d，從太平洋東部至西部然后從北向南繞過菲律賓島返回至太平洋東部，因?yàn)閏-f以及e-d的距離較遠(yuǎn)，需要長時(shí)間積分。

呂宋海峽輸運(yùn)隨季節(jié)有顯著變化，傳統(tǒng)的繞島環(huán)流理論是由穩(wěn)態(tài)模型推導(dǎo)得到的，不適用于在太平洋這么大的海盆做季節(jié)尺度變化研究，Yang等[20]在一層非線性約化重力模型的假設(shè)下提出了一種根據(jù)菲律賓島繞島環(huán)流積分得到的改進(jìn)的繞島環(huán)流動(dòng)力框架。在這個(gè)理論中，西邊界不產(chǎn)生流，環(huán)菲律賓島積分，南北方向流積分相抵，由此建立呂宋海峽與KC、MC、NEC的動(dòng)態(tài)關(guān)系(見圖5(c))。左側(cè)為理想的南海海域，黑色的代表菲律賓的幾個(gè)島嶼，島嶼的海岸線是A-B-C-D-E-A，上下兩個(gè)口代表出入南海的通道。B點(diǎn)代表北赤道流分叉點(diǎn)，北赤道流從B點(diǎn)處形成一股向北的黑潮和一股向南的棉蘭老流，其流量分別表示為QK和QM，QL為呂宋海峽的流量。假設(shè)圖中島嶼的東邊界長度ABC為2L，L為東邊界的中點(diǎn)，ΔL是NECBL點(diǎn)偏離中點(diǎn)的距離。菲律賓島周圍壓力的瞬態(tài)調(diào)整主要受開爾文波影響，開爾文波的傳播速度為2～3 m/s，以此速度在全島傳播需要不到一個(gè)月的時(shí)間，比經(jīng)典的繞島環(huán)流理論的積分時(shí)長大大減少。菲律賓島可以表示為ACDE，島嶼周圍的輸運(yùn)取決于沿A-B-C-D-E-A閉合線的風(fēng)應(yīng)力積分，簡化的一層非線性約化重力模型的控制方程如式(3)所示，在陸地邊界無滑移邊界和無法向流邊界條件的約束下，式(3)的等號(hào)左側(cè)都為零，積分公式簡化為式4，僅剩下風(fēng)應(yīng)力和摩擦力互相調(diào)整。只考慮在西部邊界層的島嶼東岸ABC上的摩擦力，那么可以把這兩項(xiàng)分開來表示，如式5。

(3)

(4)

(5)

式5中第一項(xiàng)是風(fēng)應(yīng)力的作用；第二項(xiàng)是摩擦力的作用。先不考慮風(fēng)應(yīng)力的情況，公式5只存在摩擦力作用，可以表達(dá)為式(6)。如圖5(c)中的標(biāo)識(shí)，ABC的長度為2L，yA-yB=L-ΔL，yB-yC=L+ΔL，則呂宋海峽、黑潮、棉蘭老流的流量關(guān)系可以表示為式7：

(yA-yB)(QK+QL)=(yB-yC)(QM-QL)，

(6)

QL=ΔL(QM+QK)/2L。

(7)

上述公式表達(dá)了理論上LS、KC、MC以及NECBL的調(diào)制關(guān)系，LS的流量下面將使用高分辨率耦合模式COAWST的模擬結(jié)果進(jìn)行分析。

第一步確定NECBL位置。L-ΔL與L+ΔL與在模擬中即為NECBL的位置，NECBL的緯度通常的定義為在菲律賓海岸外2° 帶內(nèi)水深381 m以淺平均經(jīng)向流為零的緯向位置[23-24](見圖6)，在(122.3°E,16.0°N)、(125.6°E,13.0°N)、(127.6°E,13.0°N)、(124.3°E,16.0°N)四點(diǎn)圍成的平行四邊形區(qū)域內(nèi)分季節(jié)計(jì)算水深381 m以淺的平均經(jīng)向流為零的緯度。圖6及圖7所示均為海洋上381 m的垂向平均流速，以確定模式結(jié)果的NEBCL所在緯度。

按照定義提取2018年12月—2019年11月模擬期間的數(shù)據(jù)，得到NECBL的位置如圖7所示。NECBL在冬春夏秋四季的位置分別為15.6°N、14.1°N、13.6°N、13.8°N，呈現(xiàn)冬季向北，夏季向南的季節(jié)變化趨勢。

第二步計(jì)算KC、MC、LS的流量。根據(jù)模擬結(jié)果選取KC斷面和MC斷面計(jì)算其流量，具體位置選取如圖2(b)所示。KC斷面選在遠(yuǎn)離呂宋海峽的PN斷面，MC斷面選在NEC南向分支流量最穩(wěn)定的7°N—8°N之間。根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制LS、MC、KC流量在2019年的流量時(shí)間序列見圖8。

根據(jù)圖8分析，三個(gè)斷面流量中呈現(xiàn)LS冬強(qiáng)夏弱，MC冬強(qiáng)夏弱，KC夏強(qiáng)冬弱的趨勢。同時(shí),冬天MC增大時(shí)，LS增大，KC與LS、MC相反，LS與MC流量相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.536 1，且通過了99%的顯著性檢驗(yàn)。根據(jù)上一步計(jì)算的NECBL位置，冬季NECBL北移，L-ΔL變短，也就是從NECBL到菲律賓北端的積分路徑變短，此時(shí)KC流量減少，需要LS補(bǔ)償北向分支的流量以保證南北兩端積分相等。從物理角度來解釋，就是當(dāng)冬季NEBCL北移的時(shí)候，北向流動(dòng)的路徑變短，南向流動(dòng)路徑變長。如果保持原流量不變，BA段和BC段的摩擦力無法平衡。因此南向流動(dòng)減弱，北向流動(dòng)增強(qiáng)，以達(dá)到新的平衡態(tài)。南向流動(dòng)向北向流動(dòng)補(bǔ)償?shù)牟糠旨礊長S的季節(jié)性變化量。夏季上述現(xiàn)象相反，整體模擬結(jié)果符合Yang的理論[20]以及之前的觀測和研究結(jié)論。

圖6 NECBL計(jì)算選取區(qū)域Fig.6 The selected calculation area for NECBL

圖7 2019年四季NECBL位置圖Fig.7 NECBL position in four seasons in 2019

圖8 LS斷面(紅)，KC斷面(藍(lán))和MC斷面(綠)流量變化的時(shí)間序列Fig.8 Time series of Luzon(red)、KCPN(blue) and MCPN(green) volume transports

4 結(jié)論

本文基于構(gòu)建的高分辨率的海氣耦合模式COAWST對(duì)南海貫穿流進(jìn)行了數(shù)值模擬探究，使用9 km的水平分辨率再現(xiàn)了2018年12月—2020年2月期間的南海貫穿流變化。本文詳細(xì)刻畫了南海各海峽通道流量的季節(jié)變化，并結(jié)合改進(jìn)的更適合分析中短期變化的繞島環(huán)流積分理論討論了南海貫穿流與黑潮、棉蘭老流、北赤道流分叉的調(diào)制關(guān)系。主要結(jié)論如下：

(1)南海貫穿流符合冬強(qiáng)夏弱的季節(jié)變化特征，模式模擬的南海貫穿流在南海內(nèi)部冬季呈現(xiàn)氣旋環(huán)流，夏季呈現(xiàn)反氣旋環(huán)流。冬季太平洋海水由呂宋海峽口流入南海，一部分由民都洛海峽流出，另一部分由卡里馬塔海峽流出。夏季南海貫穿流由卡里瑪塔海峽流入，沿南海西部向北流動(dòng)。春秋兩季南海貫穿流流軸結(jié)構(gòu)不明顯。

(2)南海貫穿流的主要為出入口呂宋海峽、卡里馬塔海峽、民都洛海峽，而臺(tái)灣海峽和巴拉巴克海峽的流量較小。呂宋海峽的流量季節(jié)平均流量冬強(qiáng)夏弱，冬季流量最大，夏季流量較小，春季和秋季流量大概在2～6 Sv之間。

(3)呂宋海峽與卡里馬塔海峽、民都洛海峽的流量具有明顯的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.78和0.9。當(dāng)呂宋海峽流量增大時(shí)，民都洛海峽和卡里馬塔海峽的流量也相應(yīng)增大。

(4)結(jié)合改進(jìn)的繞島環(huán)流積分理論，冬季NECBL北移，積分路徑變短，冬季黑潮流量減少，需要呂宋海峽輸運(yùn)補(bǔ)償北向分支的流量以保證南北兩端積分相等，同時(shí)，棉蘭老流流量增加，南海貫穿流入流作為北赤道流到達(dá)菲律賓海岸后的北向分支的補(bǔ)充呈現(xiàn)流量增加現(xiàn)象。

本文研究了南海貫穿流的季節(jié)變化及其與周圍海流的調(diào)制關(guān)系。目前對(duì)于南海貫穿流的變化及其影響因子的研究仍是海洋學(xué)家們關(guān)注的熱點(diǎn)。由于觀測條件和計(jì)算資源的限制，本文的研究尚沒有分析南海貫穿流與局地風(fēng)場、太平洋風(fēng)場的關(guān)系，這方面將在今后進(jìn)行重點(diǎn)研究。