摘要
南海是我国一带一路战略的重要组成部分，其政治经济价值重大，深入认知南海的水动力过程和环境特征变化具有重要意义。从地理位置上看，南海是西北太平洋最大的半封闭热带边缘海，通过其东北部的吕宋海峡与太平洋相连通。黑潮是西太平洋最强的西边界流，当其经过吕宋海峡入侵南海时，会将大量高温、高盐的西太平洋水输入南海，进而影响南海的水动力环境、热盐平衡以及生物地球化学过程。尽管前人对黑潮入侵南海这一科学问题开展了许多研究，但对于涡致黑潮高盐水入侵的认识仍然不足。为此，本文利用卫星遥感数据、现场观测数据和再分析资料，系统探究了黑潮入侵对南海次表层高盐水时空分布的影响以及相关的涡致动力过程。主要结论如下: 南海次表层高盐水的平均密度主要位于24-26σθ,其盐度极大值呈现北高南低的空间分布，表现为以吕宋海峡为起点，呈逆时针自北向南逐渐降低。这体现了南海大尺度气旋式环流驱动下，黑潮高盐水在南海的分布及耗散过程。南海次表层盐度低频变化显著，且与太平洋年代际振荡(PacificDecadalOscillation，PDO)呈显著的正相关关系。当PDO处于正位相时，吕宋海峡处黑潮入侵加强，南海次表层盐度升高;当PDO处于负位相时，黑潮入侵减弱，南海次表层盐度降低。近年来，南海次表层盐度呈现出先缓慢降低(2006-2013年)，后快速升高(2014-2016年)，再逐渐降低(2017-2019年)的趋势，这与吕宋海峡上层水体输运量的变化具有一致性。此外，黑潮入侵南海存在明显的冬强夏弱的季节变化，且在秋冬季常以流套形式入侵并伴随着反气旋涡的脱落。 2015年秋冬季南海东北部接连出现两次强的黑潮入侵过程，且皆呈现出独特的南北涡对结构。能量分析表明:黑潮入侵引起的正压和斜压不稳定是流套内反气旋涡发展的主要能量来源，但两次过程中流套南部气旋涡发展的能量来源不同;第一次过程中，局地风应力做功和斜压不稳定为气旋涡的发展提供了充足的能量;第二次过程中，气旋涡主要由流套南侧的急流剪切诱导产生，因缺少能量供给未能充分发展。研究发现，除了直接从黑潮流套中脱落的反气旋涡，流套南侧局地生成的气旋涡以及涡对中间的西向急流都显著影响黑潮高盐水输送。第一次过程中，由于涡对的充分发展，涡旋裹挟的黑潮高盐水体积占该阶段入侵高盐水体积的73％,而涡对中间的急流输送占剩余的27％;在第二次过程中，西向急流和北部反气旋涡主导了黑潮高盐水的输送，其贡献分别为53％和42％，而南部气旋涡的裹挟贡献仅占5％。此外，在两次入侵过程中，受太平洋西传的气旋涡的影响，黑潮入侵南海明显加强;而随后黑潮与南海背景环流的相互作用则进一步影响黑潮高盐水在南海的输送和再分配。 次表层涡旋是一类特殊的海洋涡旋，其速度最大值出现在海洋的次表层，对次表层水团输运具有重要作用。由于次表层涡旋在海表的信号比较弱，其探测识别依赖垂向的观测数据，因而研究相对较少。2021年5月，航次调查在西沙群岛附近观测到一个水平尺度超过100km的次表层反气旋涡。该涡旋的核心位于20-200m,速度最大值出现在次表层80m,垂向上表现为独特的透镜状结构（季节温跃层上凸，主温跃层下凸），且涡旋中心裹挟着一团具有低位涡特性的高盐水。卫星图像显示，该涡旋具有明显的海表信号，表现为海表面高度正异常和海表面温度负异常。研究发现，该涡旋起源于吕宋海峡，由黑潮流套脱落的反气旋涡随季节演化形成。冬季，海表面持续失热引发强对流混合，使黑潮反气旋涡内部形成了一团深厚的低温、高盐、混合均一的水体。在地转平衡的调整下，该反气旋涡旋由表层速度强化向次表层速度强化演变。随着季节的冬春转化，海表温度逐渐升高，海洋上层层结加强。当季节性温跃层出现并覆盖在涡旋内冷而咸的冬季混合水之上，黑潮反气旋涡最终形成次表层透镜状结构。统计分析发现，1993-2021年间，有近一半（12/28）的秋冬季黑潮脱落涡旋存活到次年晚春并演化成次表层涡旋，而且自2010年后形成次表层涡旋的概率在增加。上述结果表明，这是南海北部一类典型的周期性次表层涡旋，对南海局地海气相互作用、热盐平衡和生物地球化学过程具有重要影响。 综上所述，本研究深入探究了黑潮入侵南海的相关动力过程及其影响，揭示南海次表层盐度的低频变化与PDO的关系，量化了秋冬季南海东北部涡对结构及其相关急流对黑潮高盐水输送的影响，阐明了黑潮脱落涡旋向次表层涡旋演化的过程机理。研究成果有助于深入理解南海水动力过程，对南海海洋环境保障具有重要意义。
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