若干大洋西边界潜流的分布特征及其形成机制

大洋环流是海盆尺度上海水的持久流动，是海洋中质量、热量输运的主要通道，对全球气候变化有重要影响。经过二十年来的大量调查研究，对海洋上层的风生大洋环流有了比较充分的认识。然而，近几十年来的大量观测显示，大洋环流的垂直结构并非像传统认识的那样单一，在很多区域存在与之反向的次表层潜流，如北赤道流（NEC）下方的北赤道逆流（NEUC）、棉兰老海流（MC）下方的棉兰老潜流（MUC），吕宋岛附近黑潮（KC）下方的吕宋潜流（LUC），东澳大利亚海流（EAC）下方的大堡礁潜流（GBRUC）和东澳大利亚潜流（EAUC），阿加勒斯海流（AC）下方的阿加勒斯潜流（AUC）等。这些潜流一般分布在西边界，或者在西边界处增强，称为“西边界潜流（WBUC）”。与表层环流相比，对次表层潜流的结构和形成机制认识不足，因此利用不断更新的各种实测数据和高分辨率同化数据，通过理论分析和数值试验，探讨研究次表层潜流的分布特征和形成机制，对于大洋环流动力学理论的进一步发展具有重要的科学意义。 本文利用中国ARGO资料中心提供的ARGO资料、全球简单海洋资料同化分析系统产生的SODA同化资料和日本地球模拟器模拟出来的OFES资料，分析了北太平洋潜流（NEUC、MUC和LUC）、南太平洋潜流（GBRUC和EAUC）和南印度洋潜流（AUC）的时间和空间分布特征，并基于温跃层以下转向的地转判据分析了其形成机制。主要结果如下： （1）在菲律宾以东海域，表层的NEC在12N附近的西边界分叉，形成向北的KC和向南的MC。在400-800米左右棉兰老岛东侧128E-130E处出现与上层海流方向相反的潜流MUC，MUC在9N和12N附近转向东并分成2支，汇入NEC下方的2支并行向东流的NEUC。到了1000米左右，吕宋岛东侧122E-124E处出现LUC，而MUC也有向岸的趋势，限制在127E以西的范围，两者在12Ｎ附近相遇，然后转向东汇入NEUC。随着深度的加深，NEUC的北侧分支流轴向北偏移。从SODA资料和OFES资料在8N、18N和138E断面的气候态年平均和月平均温度剖面可以很清晰的看出，温跃层分别呈现东高西低、西高东低和南高北低的趋势，这与各个断面上表层流和次表层逆流之间等值线倾斜方向一致。从月平均的速度剖面可以看出，MC一般位于600db以上，600db以下出现北向次表层潜流MUC，MUC春夏较强，秋冬较弱；KC一般位于500db以上，个别月份深入到2000db，其下方均有南向的LUC出现，LUC春夏较弱，秋冬较强；上层西向NEC的主体一般位于400db以上，其下方均有东向的NEUC出现，NEUC春夏较强，秋冬较弱。 在北太平洋菲律宾以东海域，同时满足两个判据的区域与潜流的发生区域符合情况较好，唯一的不同在于LUC汇入NEUC的区域没有同时满足两个判据。这是由于在吕宋岛和棉兰老岛东侧，海底地形较为陡峭，海流情况较为清晰，沿岸涡较少，而且在此区域内温跃层较浅，这些都为形成温跃层以下的地转流反向提供了充分的条件。 （2）在澳大利亚以东海域，表层的南赤道流（SEC）在澳大利亚东岸15S附近分叉，分为向北的北昆士兰海流（NQC）和向南的东澳大利亚海流（EAC）。500m-1000m，23S附近出现一支北向的次表层海流，沿着澳大利亚陆坡经过大堡礁抵达巴布亚新几内亚沿岸转向东，汇入新几内亚沿岸潜流（NGCUC），这支海流就是大堡礁潜流（GBRUC）。1000m-2000m，SEC下方15S附近出现东向的逆流。在2000m以下，由于地形的影响，海流局限在几个不连续的部分，而且流型较乱。从SODA资料和OFES资料在18S和30S断面的气候态年平均和月平均温度剖面可以很清晰的看出，温跃层均呈现西高东低的趋势。在18S，南向的EAC一般位于400db以上，其下方均有持续的GBRUC出现，一般有两个中心，春夏季较强，秋冬季较弱。在30S断面，EAC一般存在于2000db以上，其下方的次表层流并不规则。从此海域的气候态月平均分布来看，在大多月份没有北向的逆流存在，这说明其下方的次表层逆流并不是一个常年存在的现象。 在南太平洋，同时满足两个判据的区域包括SEC下方逆流的发生区域和澳大利亚东岸的沿岸区域，这些区域部分与潜流的发生区域符合较好，只是在30S左右并没有发生潜流的区域也同时满足判据。这是由于在30S附近，温跃层较深，导致了地转流较深，同时此区域内海底地形变化比较大，虽然在此位置形成了逆向的地转流，但是因为地形的限制，在此区域内不能形成有体系的逆流。 （3）在西南印度洋，SEC在非洲东岸分叉，形成一支源于25S的西南向海流——AC，这支海流平均流速达90cm/s左右，最大速度超过140cm/s。在其下方2000m左右，从35S开始在岸边出现东北向逆流——AUC，速度较小，仅为2cm/s左右。从31S、33S和35S断面的气候态年平均温度断面可以很清晰的看出，温跃层明显呈现西高东低的趋势。从月平均经向流速断面可以看出，在各个月份AC下方均出现不同强度的AUC，AC和AUC之间的等值线倾斜方向与温跃层的倾斜方向一致。 在南印度洋，满足判据的区域包括南非沿岸AUC的发生区域和南非东南的部分海域，南非沿岸的AUC紧靠岸边且深度较深，这是因为此区域内温跃层较深，导致形成的地转流位置较深，而形成的逆流由于与海底的摩擦而大大削弱。南非东南部分海域满足判据，大概是由于此区域海流比较复杂，而且此海域多涡。 表面风应力的强迫以及风生环流的斜压调整，使得潜流所在海域的海平面高度和温跃层倾斜方向相反，热带流涡和副热带流涡西向强化加强了该海域温跃层的倾斜程度，从而导致了次表层地转流反向。因此，大洋中次表层潜流是大洋斜压风生环流不可缺少的重要部分。但是在不同的海域存在不同的地形分布和海流分布，所以此理论只在某些合适的区域得到很好的体现。