表層之下鹽度的日變化,一般比表層小,但若有躍層存在,則另當別論,因為內波振蕩,不僅使日變化出現複雜的短周期,而且日較差的量值甚至會大大超過表層。
躍層、內波與細微結構
中國近海各海區內,躍層的種類較多,既有溫、鹽、密度躍層,也有其它海洋環境參數的躍層。其中以溫躍層最具代表性:既有季節性躍層,也有常年性躍層,且以季節性躍層最為引人注目。除南海中、南部海域外,淺海季節性躍層在各海區均較發達,尤其在渤海、黃海和東海陸架區更為強盛。季節性躍層一年一度的全過程,可分為四個階段:無躍期、成長期、強盛期和消衰期。東海和南海深水海域的常年性躍層,深度較大,終年存在,雖然也有一定的季節變化,但不存在無躍期,而且,相對說來,四季的差別是較小的。
一、渤海和黃海的躍層
都是季節性躍層,尤以溫躍層為主。每年11月至翌年3月,渤海水溫在鉛直方向上幾乎完全均一,即使有垂向梯度,也小於淺海躍層強度的最低標準(一般取0.2℃/m),故稱為無躍期。渤海的無躍期之長,居四海區之首。黃海次之,為12月至翌年3月。躍層的成長期,兩海區都在4~5月。3月份開始有零星出現,強度較弱。4月份各海域均有躍層出現,無躍層區退縮至近岸一帶,萊州灣以北、青島外海至海州灣內,躍層較強,可達0.2~0.3℃/m。5月份躍層又擴展、強化,範圍趨向穩定,強度大都在0.4~0.5℃/m。6~8月為溫躍層強盛期,強度大都在1℃/m以上,分布範圍達最大。最大強度如7月份在遼東灣口達0.7℃/m,北黃海至青島外海為0.5~1.1℃/m;8月,黃海大部為0.6~1.2℃/m,青島外海高達1.5℃/m以上,而渤海北部不再有強躍區中心,南部中心強度值也明顯下降。9月份進入消衰期,範圍縮小,強度減弱,其中以渤海最明顯,到10月份已所剩無幾。北黃海進入9月後已沒有強度大於1.0℃/m的區域。南黃海強度也顯著減小,山東和蘇北沿岸無躍層區開始擴大。10~11月,無躍層區繼續擴大,大於0.4℃/m的高值區僅存於黃海中部,至12月,則整個渤、黃海域已無躍層。
溫躍層深度和厚度,各階段內亦有所不同。例如在成長期內,躍層深度逐月稍有減小,且有隨海區水深增加而遞增的趨勢,渤海為5m左右,山東沿岸淺於10m,黃海中部則可達10~15m。強盛期內深度變化不大,但消衰期內則逐月遞增,在黃海,9月份可達20~30m,10月超過30m,11月可達40m。躍層厚度在成長期內以渤海最小,多在5m以內,黃海則有逐月增長的趨勢。在強盛期內,南黃海東半部大於20m,最厚可達35m。進入消衰期後,躍層厚度逐月遞減,直至消亡。
渤海和黃海的鹽度躍層,一般是較弱的,僅在沿岸河口區較強,但深度和厚度都不大。
二、東海和南海的躍層
不僅有季節性躍層,而且有常年性躍層。前者在陸架海域以及深水海域的上層,受製於太陽輻射、渦動及對流混合作用;後者在深水海域,位於季節性躍層之下,多是因性質不同的水團疊置而形成的。
相應於渤、黃海的無躍層期,東海和南海的絕大數陸架海域,季節性躍層也趨消失,雖有零星海域尚存溫躍層,強度也很弱,隻在南海南部某些區域稍大於0.1℃/m。4月份,東海和南海淺水區的溫躍層迅速成長,至5月已相當強盛,東海西北部海域可達0.2~0.4℃/m,加裏曼丹北部西側陸架區,強度也可大於0.1℃/m。6~8月為躍層的強盛期,但躍層的強度卻比黃海和渤海小得多。如浙江外海屬高強度區,中心值也隻達0.5℃/m,濟州島西南海域也不過0.6~0.7℃/m,南海南部的高強度區,隻不過0.22℃/m。9月以後,東海及南海陸架區的溫躍層開始減弱,至10月東海東南部已降到0.2℃/m以下,西北部較高也僅為0.2℃/m左右,南海躍層強度也由南向北遞減。
東海季節性躍層的厚度,由成長期至強盛期有逐月增大的趨勢。到7月份,西部近岸小於10m,東部可達20m以上,最厚可達50m。進入消衰期後,厚度則逐月遞減,到11月份,東海大部分海域躍層的厚度減至10m以內。季節性躍層的深度,在東海也有隨水深增加而遞增的趨勢,長江衝淡水區小於10m,東海東部達20m,最深可超過30m。南海躍層的深度和厚度,區域性變化很大。
東海在浙江近岸至台灣海峽一帶,春-夏以及秋-冬交接之際,伴隨“冷中間層”和“暖中間層”的出現,還能形成逆溫躍層。濟州島附近海域,因不同水係彼此交彙穿插,屢屢出現雙躍層和多躍層的現象,從而形成本海區突出的海洋學特征之一。圖12—14是該海域多級躍層的幾種主要類型:階梯型(a),冷中間層型(b),冷、暖中間層重疊型(c)及多層擾動型(d、e)。
東海和南海中的季節性鹽度躍層,比渤海和黃海中的強度大。尤其長江和珠江等河口海域,汛期泄洪量驟增,衝淡水擴展很遠,與其下方潛伏或楔入的外海高鹽水之間,形成強度相當大的鹽度躍層。這類鹽度躍層的深度和厚度都不大,但躍層的時、空變化較大。
除了上述的季節性躍層之外,在東海和南海的深水海域,還存在常年性鹽度躍層。如圖12—5所示,在200m層,水溫隨深度的變化,就比其下或其上的水層中的變化大得多,鹽度的鉛直向梯度在該層也出現了極大值。由於它們所處的深度,已在季節性躍層之下,太陽輻射、渦動及對流混合的季節性變化的影響,難以直接奏效,所以能終年存在,故稱為常年性躍層。它們形成的原因,大多是性質不同的水團在鉛直方向疊置,它們的強度一般也不及淺海季節性躍層。
由於溫、鹽躍層的形成,也會伴隨而形成密度躍層、聲速躍層等等。淺海聲速躍層的存在,還有助於淺海表層聲道的形成。在東海和南海的深水區,當水深大於900m時,由於壓力變化對聲速的影響變得更顯著,可使聲速鉛直向分布出現極小值層,此即深水聲道軸的所在。
三、內波
中國近海區季節性躍層非常強盛,躍層上下海水性質有明顯差異,儼然如兩種流體疊置,一旦有外力擾動,便很容易產生內波。擾動的來源除了風和流之外,在淺海區潮汐的作用更不容忽視。
黃海南部的溫、鹽躍層,在一晝夜內有多次起伏,顯然這是內波造成的。粗略分析就可看出準半日周期的跡象,也就是說,與M2分潮的擾動有關係。此類內波擾動,在渤海、東海和南海都有發現,隻是深度和周期不盡相同。如圖12—13,50~75m水層的溫、鹽日變化,幾乎都對應有6~8小時的周期,內波所致水質點在鉛直方向的位移可達30m左右;依內波的周期推測,很可能是由短期周期的潮波所激發的。
南黃海及東海北部兩個斷麵上的雙躍層及其波狀現象。在這一帶海域,由於陸架上的近底層冷水與來自外海的熱鹽性質不同的海水,互相入侵彼進此退,形成了有趣的雙躍層,上、下躍層又都有波狀現象。而且,隨著海底向東南下傾,躍層也相應地下斜,從而使海域的溫鹽分布愈益複雜。
內波不僅對海洋大中尺度運動能量的轉移以及海洋軍事和通訊活動有重大作用,而且對水產養殖也有現實的影響,如黃海北部海洋島附近海珍品養殖,就常因淺水躍層的內波振蕩,導致養殖水層的溫度在短時間內的升降激變,釀成櫛孔扇貝和蝦夷扇貝大批死亡的災害。
四、細微結構
由於CTD等先進觀測儀器的使用,在中國海也發現了鉛直向尺度小於以往常規觀測層距的細微結構。各海區的細微結構形式多樣,但可大致歸納為兩種類型:階梯型和不規則擾動型。
階梯型細微結構,在海洋上層多有發現,如圖12—14中的曲線a,它們的形成往往與上層風混合所及深度的變化有關。然而海區中下層也發現有階梯型結構,如圖12—16,其形成原因可能與雙擴散對流有關。不規則擾動型細微結構,在對馬暖流及黃海暖流區(圖12—17)、台灣暖流區、台灣海峽、巴士海峽及南海北部等海域,也屢見不鮮。原因是在這些海域,水團與流係複雜,常形成各種態勢的鋒麵結構,溫鹽性質不同的水體彼此交彙,互相入侵交錯,有助於形成不規則的擾動型細微結構。
水色、透明度和聲速的分布與變化
在描述海水的光學性質時,水色和透明度是久已應用的基本參量。然而以往的觀測隻在白天目測,所以資料的數量和質量,均遠不如水溫和鹽度。就海區而言,渤、黃、東海尚能積累20餘年的資料,南海的水色、透明度觀測資料,無論從時間還是空間看,其連續性都遜色得多。
一、水色的分布和變化
渤海的水色號碼之大,平均而言居四個海區之首,冬季尤甚,僅渤海海峽至海區中部一帶小於16號,最小的水色號碼也不低於12號,在三個海灣,水色號碼均大於18號。夏季由於躍層強盛,鉛直向混合受限,水色號碼普遍減小,10號水色等值線包絡了渤海中部的廣闊海域。黃河口外,因受衝淡水影響,水色等值線的舌狀分布相當明顯(圖12—18a)。