1、中 国 海 洋 大 学RERIODICAL OF OCEAN UNIVERSITY OF CHINA第 34 卷 第 5 期2004 年 9 月34(5):689696Sept., 2004综 述北太平洋副热带海洋环流气候变化研究 *刘秦玉(中国海洋大学 物理海洋实验室，海洋-大气相互作用与气候实验室，山东 青岛 266003)摘 要： 北太平洋副热带环流的变化在全球气候变化和热量的经向输送中占重要地位。本文对近 10年有关北太平洋副热带海洋环流气候变化的研究进行了综述。主要研究成果有：用卫星高度计首次观测到全球海洋 Rossby波的传播特征；确定了气候意义下北太平洋副热带逆流为 2支，揭示了
2、其中一支与北太平洋模态水的存在有关，另一支是夏威夷群岛附近海洋-大气-陆地相互作用的结果；首次发现了台湾以东黑潮流量有显著的准 100天振荡等。本文还提出了在北太平洋副热带环流研究中目前存在的新科学问题。关键词： 北太平洋； 副热带环流； 海洋-大气相互作用； 温跃层中图法分类号： P732.6 文献标识码： A 文章编号： 1672-5174(2004)05-689-08北太平洋副热带环流(Subtropical Gyre in North Pacific)是指由北赤道流、黑潮、黑潮延伸体、北太平洋流及加里福尼亚流组成的位于北太平洋副热带海域的环流圈。在该环流圈中还存在北太平洋副热带逆流和黑
3、潮延伸体以南的再循环流。该环流圈在北太平洋海洋的经向热输送和气候变化中起着重要作用。自从太平洋年代际振荡(PDO)提出以来，鉴于副热带环流北部(40 N, 170W)是 PDO 的振荡中心之一，该海域的海气相互作用引起科学家的关注。有关太平洋气候年际、年代际变化研究指出，在整个太平洋海表面温度(SST)、海平面气压和风应力场低频变化中存在着一个年际变化的 El Nino南方涛动(ENSO)和太平洋年代际振荡，这 2个明显的振荡在空间分布上有一定的相似性。北太平洋始终是这 2个振荡的明显信号出现区之一 1。最近作者分析了太平洋的风应力旋度异常场和净热通量异常场的时、空分布特征，发现风应力旋度场和
4、净热通量场经验正交函数(EOF)分解的前 3模态的异常中心都在北太平洋副热带海区，这说明该海区是太平洋气候低频变异的中心。作为北太平洋副热带环流的西边界流, 黑潮对中国近海(黄、东、南海)环流有重要的影响 2-4。黑潮海域 SST 异常是影响我国夏季大气环流和降水的重要因素 5-7。因此，北太平洋副热带环流主要流系的年际和年代际变化将会对北太平洋 SST 和中国近海环流的年际和年代际变化产生重要影响。北太平洋副热带环流介于太平洋热带环流与副极地环流之间，该环流的变化与北太平洋热带环流、副极地环流的变化密切相关。Gu 和 Philande8提出北太平洋副热带环流东部的潜沉(Subduction)
5、可以对赤道附近热结构的年代际变化有直接的影响；McPhaden and Zhang9提出的北太平洋副热带与热带之间的经圈环流在 20世纪 70年代以后变慢，使得赤道太平洋的 SST 升高了 0.8的新观点，也充分说明了副热带环流在全球气候变化中的重要地位。另外，北太平洋副热带海域还是热带太平洋海温影响全球气候异常的大气桥(PNA 型)的必经之路，也是北太平洋热带风暴的发源地和主要路径分布区。因此,深入理解北太平洋副热带海域的海洋-大气相互作用物理过程，掌握北太平洋副热带环流年际和年代际变化规律不仅在海洋环流的基本理论研究中有重要意义，而且会为改进全球海洋-大气耦合模式，提高全球气候预报水平提供
6、理论依据。自 Sverdrup 等 10、Munk 11和 Stommel12提出了风生海洋环流的理论以来，人们针对副热带海洋环流进行了大量的研究，特别是近 20年来, 在 Rhines 和 Young13提出的位涡均一化理论和 Luyten, Pedlosky 和 Stommel14提出的通风温跃层理论的基础上，随着观测资料的增多，人们对风生环流的认识亦不断丰富和加深。对北赤道流、黑潮等主要流系的研究越来越深入，得到了一些有意义的研究结果。我国海洋学家通过“中-日黑潮调查研究”(19861992)和“中-日副热带环流调查研究”(19961999)2 个国际合作项目的实施，在黑潮的年际和年代际
7、变化、台湾以东副热带* 资金项目：国家自然科学基金重点项目(40333030);面上项目(40276009)资助收稿日期：2004-08-02;修订日期：2004-03-28作者简介：刘秦玉(1946-)，女，教授，博导。E-mail:690 中 国 海 洋 大 学 学 报 2004 年环流区的中尺度涡的研究方面取得了一系列的研究成果，美国和日本等国家的海洋学家也在副热带环流的研究中取得一些成果，为研究太平洋副热带环流对“全球变化”的响应奠定了基础。在此，我们将就以下几个方面回顾国内外已取得的研究成果，分析目前我们已认识到但尚未解决的问题。1 副热带环流基本特征的研究进展在海洋调查资料的长期积
8、累过程中，人们对副热带环流的认识经历了从“单涡”到“双涡”和“多涡”结构的认识过程 15-16。顾玉荷等 17利用 137E 断面资料分析了副热带逆流的季节变化与年际变化，指出副热带逆流具有多支性。Qiu 18利用日本气象厅 CSK调查每年 2次 137E 断面的温盐资料分析了北赤道流的流量的年际变化以及日本以南黑潮流量与黑潮路径发生大弯曲的关系。 “中日黑潮合作调查研究”项目历时 7年(19861992)调查海区包括黄、东海陆架区，东海黑潮、日本以南和以东黑潮区，以及西北太平洋区。仅中方就完成了 23个航次的调查，获得 229断面、2028 测站的资料，以及日方交换观测资料。研究内容重点是黑
9、潮及陆架环流、黑潮变异及其对中国近海与东亚气候的影响。 “中日副热带环流合作调查研究”是继“中日黑潮合作调查研究”项目之后开展的合作项目，历时 4年(19961999)，中方完成台湾以东海域 4个季节的调查。研究内容主要是黑潮源地的流态及副热带逆流、琉球群岛两侧的太平洋水和东海水与南海水的水交换。在黑潮的气候特征和变异方面19-20，日本以南黑潮路径的年际变化的规律和形成机制方面的研究已取得较明显的进展 21-22。袁耀初和苏纪兰 23总结了有关黑潮近期的研究成果，指出台湾以东黑潮存在 2 或 3个分支, 而黑潮主流则通过台湾岛苏澳以东海脊作反气旋式弯曲进入东海。黑潮有一个东分支向东北方向流向
10、琉球群岛以东海域并被 ADCP 观测流所证实。20世纪 90年代以前，人们依靠船、浮标和飞机来探测海洋，观测资料在时间和空间上都有极大的局限性。例如，海洋断面调查只能得到一系列的瞬时的单站资料。因此，用每年 12 次断面调查资料作为北太平洋环流的气候资料是不妥当的，有时，甚至得到错误的结论。利用浮标、调查船和飞机观测在时间和空间上都受到限制。海洋环流模式为我们提供了研究大尺度海洋环流变异的有利工具。例如 Meyers 等24利用历史风场资料和约化重力数值模式进行了有关东北太平洋温跃层年代际变化的研究。但是海洋环流模式在模式初始场、边界条件和参数化方案的正确选取方面存在一些困难，直接影响数值模式
11、的模拟效果。最近，从数学方法上较好地解决了观测资料与数值模式的同化问题 25。卫星遥感资料(特别是 T/P资料)和浮标、调查船、飞机观测资料与海洋环流模式的四维同化为我们研究大尺度海洋环流提供了条件，使得海洋环流的年际和年代际变化研究在近几年取得了一系列的成果。利用卫星资料和海洋环流模式(OGCM)已经对全球海洋涡动的分布变化和谱结构进行了分析 26-30。Chelton 等 31指出在亲潮、黑潮和黑潮延伸体区域平均输送(OGCM 输出结果)与从 T/P 资料的估计非常相近。这说明利用好的高分辨率的数值模式是能够得到有关北太平洋副热带环流主要流系的各种尺度的变化信息的。Imawaki 等利用
12、T/P 资料计算了日本以南黑潮和黑潮再循环流的流量，提出了在跨黑潮的海平面高度 差 与 锚 定 浮 标 观 测 的 流 之 间 有 极 高 的 相 关 30，这 就 提 供 了 利 用 T/P资 料 研 究 副 热 带 环 流 低 频 变 化 的可 能 性 。在有关副热带环流中是否长期存在副热带逆流，什么是该逆流的形成机制问题上长期存在争议，最近10年该问题的研究有了新的突破。Kubokawa 32提出了副热带逆流的形成与北太平洋模态水有关，作者曾研究了副热带逆流区的季节内振荡和副热带逆流的关系，提出前人根据船舶观测资料发现的东向副热带逆流是直径大约 3001 000km 涡旋的一部分，给出了
13、气候平均意义下的东向流的平均流速，指出北太平洋副热带海区有 2支东向逆流分别位于副热带西太平洋和中太平洋 33。初步证实了位于西太平洋的副热带逆流主要是由于西北太平洋模态水的存在改变了上层海洋的密度梯度引起的 34；特别是 2001年 6月在美国“Science”上发表的有关位于北太平洋中部的副热带逆流是由夏威夷群岛对信风和对北赤道逆流的屏障作用以及由此引起的一连串海气相互作用形成的观点，首次揭示了夏威夷群岛以西大气和海洋中罕见的超长“尾迹”(该“尾迹”是指在夏威夷群岛以西的一个狭长的“弱风带”)和从西太平洋到夏威夷群岛窄的向东流(图 1)35。该结果在作者的数值模式的研究中进一步得到证实，并
14、揭示了“海洋涡街”在副热带逆流形成中的作用 33。Kobashi 和 Kawamura36提出北太平洋副热带海区有 2支东向逆流分别是副热带逆流和夏威夷背风逆流，并研究了副热带逆流的季节变化和稳定性问题。除副热带逆流的存在改变了人们对北太平洋副热带环流的传统认识外，有关非线性惯性效应导致黑潮延伸体以南出现的再循环流(recirculation)的理论也丰富了北太平洋副热带环流的理论体系 37。尽管已经取得以上的研究成果，对北太平洋副热带环流认识仍然非常肤浅, 其主要原因是资料的缺乏。690 中 国 海 洋 大 学 学 报 2004 年图 1 (A) 高分辨率海洋模式 37.5m的水平平均流速/
15、m/s(19921998 年)和 1999年 TRMM观测年平均的 SST()，(B) 155E170W 纬向平均，气候平均的纬向风应力/W/n 2和 Ekman抽吸(10 -6m/s), 19591998 年夏威夷群岛以西(C)和以东(D)的海洋平均温度/ 35Fig.1 (A) Current vectors (ms-1) at 37.5m averaged for 19921998 in a high-resolution ocean GCM, and annual-mean SST (contours in ) for 1999 observed by the TRMM； (B) Cl
16、imatological-mean zonal wind stress (Nm -2; Ref. 24) and Ekman pumping velocity (10-6 ms-1) averaged for 155E170 W as a function of latitude. Observed ocean temperature(25) averaged for 19591998 as a function of latitude and depth (C) west and (D) east of Hawaii 352 海洋长波在副热带环流中的调整作用副热带海洋环流的低频变异是通过海洋
17、行星波动和长波的调整过程实现的，在副热带环流区不同纬度的调整时间不同。10 年以前人们无法观测到整个海洋的 Rossby 波， T/P 资料第一次提供同时分析全球Rossby 波频散关系的可能 38。认识 Rossby 波的时空分布特征及其对副热带环流的影响可以大大提高对副热带环流，特别是黑潮、北赤道流年际和年代际变异的认识。 从 T/P 观测的 Rossby 波在赤道外传播速度大于经典的 Rossby 的传播速度 38， 沿 24N SSH 异常的频率与波数的关系证实了 Killworth39提出的气候平均流的垂直切变能加速斜压 Rossby 波的结论。利用 T/P 资料，许多科学家已经对全
18、球海洋低频波的频率/波数及其形成机制进行了分析 26-41。作者发现了北太平洋副热带逆流的准 90 天振荡和北赤道流的准 60 天振荡 28-29， 乔方利等提出了各种频率波动在全球的纬向带状分布 42，Kobashi 和 Kawamura35提出了在北太平洋副热带环流中海平面高度有 65220天的周期变化，该变化以波长为 4001 800km 的形式向西传播。Liu Z.43-44发现在温带海洋存在 2类行星波模态，即非多普勒平移模态(简记 N 模态)和平流模态(简记 A 模态)。N 模态类似于第一斜压模态，向西传播且不受平均流影响；A 模态类似于第二斜压模态，与平均流有关。埃克曼抽吸是产生
19、 N 模态的主要机制，此模态反映在海面高度和温跃层深度的变化上；表层浮力强迫产生 A 模态响应，它在温跃层附近的温度场产生最强信号。这一理论表明：不同强迫所激发的不同海洋模态可能在大气-海洋耦合系统中产生各种尺度的变化。该理论为研究中纬度 Rossby波对海洋环流的调制作用奠定了基础。有关北太平洋东边界长波的辐射作用对北太平洋内区的影响已被确定在有限的范围中：北纬 10度处影响范围为 3 0004 000km, 北纬 50度影响范围为200300km 45。因此副热带环流区内绝大部分的Rossby 长波并不是东边界辐射产生，该波的成因成为目前研究的热点问题。一种观点认为副热带环流区的变化是风强
20、迫的 Rossby 长波 46，另一种观点认为斜压不稳定是周期为 65220 天的 Rossby 长波和对应的涡旋形成和加强的原因 47。另外，从 Chelton 和Schlax39给出的太平洋海盆 21N，32 N 和 39N 纬度带海面高度异常的时间经度剖面图中，可以看到由东边界反射的 Rossby 波很快就在大洋里衰减，特别是在较高的纬度，几乎看不到东边界反射的 Rossby波信号。但是到了大洋的中部，Rossby 波信号突然出现并且强度很高，一直传播到大洋的西边界(附录图版 3)。为什么季节内 Rossby 波的振幅会在太平洋的中部被加强也是目前正在研讨的热点问题，一种猜想是地形作用可
21、能是季节内 Rossby 长波振幅加强的机制 38，但由于这种振幅明显加强的位置随时间变化，因此，地形的作用不可能是最重要的原因，这种振幅5 期 刘秦玉：北太平洋副热带海洋环流气候变化研究 693加强的机制可能是位涡“池区”斜压不稳定 47。这种副热带逆流区和北赤道流区 Rossby 波的斜压稳定性问题，已经分别被讨论了 47-49。而低频的 Rossby 波如何调制副热带环流的问题还远远没有解决。研究表明除 Rossby 波之外，近岸 Kelvin 波和低频拦截波也是大洋环流尤其是它的低频变化的不可分割的一部分。过去 Rossby 波倍受关注，我们已经知道长 Rossby 波 (行 星 波
22、)对 海 洋 内 部 调 整 的 重 要 性 和 短Rossby 波在西边界流变化中的重要性。但是关于近岸Kelvin 波和低频拦截波及与 Rossby 波在西边界相互作用的研究尚不多见。当 Rossby 波在中纬度入射到西边界时，可以激发短 Rossby 波以平衡入射水体的质量和能量通量，同时近岸 Kelvin 波和低频拦截波也被激发 53。与大西洋相比，西太平洋具有更复杂的沿岸地形，包括许多岛屿和不同尺度的边缘海。因此，在具有复杂西边界和较宽的陆架海的北太平洋，近岸Kelvin 波、低频拦截波对黑潮的影响作用需进一步研究。3 副热带太平洋潜沉(subduction)的物理过程及其对温跃层环
23、流和热结构的影响海洋的层结结构与副热带环流是相对应的，位势涡度均一化理论 13和通风温跃层理论 14的提出极大的提高了对副热带环流垂直结构的认识。但 20世纪90年代以前，热盐环流随时间的变化是仍不清晰的问题。Liu Z.50-51研究了副热带海域对埃克曼抽吸的年际及年代际变化响应的动力机制和在浮力强迫下的温跃层变化规律。在此基础上，利用数值模式与观测同化的结果， Liu Z. 和 Huang53给出了从太平洋中纬度出发的水质点的轨迹，该结果有助于我们认识副热带北太平洋不同的动力区域，以及副热带温跃层环流的空间结构。副热带海洋-大气相互作用最明显的海域是位于副热带环流北部的温跃层通风区。作为温
24、跃层通风区海气相互作用的产物，模态水可能是将外界的大气强迫传输到次表层海洋的一条重要途径。Stommel 54提出冬季海洋表层大量热损失，风应力搅拌混合而引发的冬季深对流在不同的背景层结下，使混合层密度和深度在晚冬达到最大；由于混合层在早春迅速变浅，以至于冬季深混合层的下部被早春迅速形成的季节性温跃层与上部混合层切断分离，从而也隔绝了进一步的海气相互作用，这部分水体最终下沉进入永久性温跃层形成模态水。该形成机制的提出揭示了模态水形成的最本质的物理过程。但是，在该理论中没有涉及到作为背景环流场的平流作用。我们可以设想，假如没有背景环流场的平流作用，晚冬深混合层的下部水体与上部混合层隔离后会停留在
25、原地，直到第二年冬天，又与上部混合层连为一体。但是，由于模态水的形成是通风温跃层中发生的潜沉的结果，而温跃层通风时通常是向上翘的，因此，人们常常在研究模态水形成中，将一维的垂直混合过程(混合层底的卷入和卷出过程)作为模态水形成的主要动力过程，这种作法在通风温跃层上翘的程度大(接近垂直)时基本正确，因为此时背景流场的平流作用对模态水的形成影响不大。但是，当通风温跃层接近水平(混合层深度的水平梯度很大)时，在垂直混合的过程中就会有一部分混合层的水通过背景环流场的平流作用进入永久性温跃层，成为模态水的一部分。尽管在研究通风温跃层潜沉率时注意到该问题，将混合层底的水平速度考虑进去。但如何将背景环流场的
26、平流作用通过参数化的形式定量地表示出来，一直是科学家关注的问题。特别在副热带海域，除了负的风应力旋度引起的垂直向下的 Ekman“抽吸”速度之外，还有冬季混合层底的地转流的平流作用。最近，McLaren 等 55对北大西洋潜沉率的年际变化研究时发现，从气候平均意义上，北大西洋副热带环流的潜沉主要靠 Ekman 输运对浮力的再分配，该作用对潜沉的贡献比从大气中得到的表面浮力通量的贡献要大；而潜沉的年际变化是由表面浮力通量的年际变化控制。该研究为如何考虑副热带环流尺度的平流作用对潜沉或模态水形成的影响开了个好头。但目前尚未见到有关太平洋潜沉的类似研究成果。根据气候风场和海洋温、盐结构场的分析，在北
27、太平洋副热带海区，潜沉率是相当高的，特别是在西部。尽管副热带温跃层环流是由整个副热带海域风应力和浮力通量决定，但是潜沉率的大小在相当大的程度上影响了该环流的年际和年代际变化。另外，无论在“潜沉”过程还是在潜沉形成模态水以后，作为背景流场的温跃层环流都会对“潜沉”过程和模态水的迁移起一定作用。估计“潜沉率”是一个非常困难的问题，它要求高质量的海洋内部资料和海-气通量资料。目前由于这些资料的缺乏，特别是盐度资料的缺乏使我们很难确定暖和冷信号异常是潜沉水的 T-S 性质改变造成的，还是风强迫造成等密度面深度变化的结果。Deser 等 56曾指出太平洋中部 SST 变化较大的海域(44 N28 N,
28、178W146 W)在不同的深度上温度具有不同的年际和年代际变化，但在 70年代末和 80年代末的异常信号的变化从上到下有时间的迟后。北 太 平 洋 副 热 带 环 流 的 层 结 为 什 么 会 出 现 这 样 的 年代 际 变 化 ？ 观 测 分 析 表 明 在 70年 代 末 中 纬 度 有 SST负 异692 中 国 海 洋 大 学 学 报 2004 年常 ， 之后这些表层异常冷水在温跃层中缓慢地向低纬度流动。一些观测和模式研究工作证实有太平洋中纬度下沉水通过温跃层流到赤道潜流中 56-58,赤道潜流的温度在 1525之间，而这些等温线在 20N40N(S)有出口，因此赤道潜流的水有可
29、能来自热带外。与此对应的是从热带外向赤道方向伸展的高盐舌，说明副热带由于蒸发大而产生的高盐水向赤道输送。最近的研究表明南北半球都有这种通道，太平洋年代际变化中海洋的作用是通过该通道实现的 59。除了副热带通过平流作用对热带有影响外，最近，Liu 60提出了热带与副热带统一的海盆模态，指出海洋的动力学“记忆”是由沿着离极地最近边界的行星波跨越海盆的时间来确定。北太平洋副热带海洋层结的年代际变化势必会形成副热带环流的年代际变化，由于目前对前者的研究正在进行，副热带环流整体的年代际变化尚无任何结论。4 有关黑潮流量低频变化特征和机制的研究黑潮在很大程度上类似于湾流，他们对气候的影响在很大程度上是取决
30、于它们垂直积分的总体输运量。因此，黑潮的流量一直是海洋学家关注的问题。根据Sverdrup10等、Munk 11和 Stommel12提出的有关均质海洋的风生海洋环流的理论，作为北太平洋副热带环流中的西边界流的黑潮，其流量气候平均由北太平洋副热带海面风应力旋度决定。但是，由于实际太平洋并不是均质海洋，北太平洋副热带海域海洋层结和 空间分布的差异决定了不同纬度和不同年代海洋调整的时间尺度不同。因此，用太平洋风应力旋度只能来判断长期气候平均的黑潮流量。由于观测资料的缺乏，长期以来有关黑潮流量的观测研究也落后于湾流流量研究，目前绝大部分有关黑潮低频变化的研究都是针对东海黑潮和日本以南黑潮。Imawa
31、ki 等 30利用锚定浮标观测、T/P 高度计资料对日本以南黑潮流量季节变化进行研究，发现用NCEP海面风和 Sverdrup 关系计算的黑潮流量季节变化的振幅远大于浮标观测的季节变化。我国海洋学家通过“中-日黑潮调查研究”(19861992)和“中-日副热带环流调查研究”(19961999)两个国际合作项目的实施，在东海黑潮流量的年际和年代际变化、台湾以东副热带环流区的中尺度涡的研究方面取得了一系列的研究成果，研究内容重点是东海黑潮流量及陆架环流、黑潮变异及其对中国近海与东亚气候的影响，以及西太平洋副热带海域的环流和中尺度涡。这些研究表明黑潮的年际变化是非常明显的，气候平均状况和瞬时的海洋观
32、测存在较大的差异。卫星观测资料的出现和四维同化技术在数值模式中的应用提供了研究黑潮流量的可能。Imawaki 等 30利用 T/P 资料计算了日本以南黑潮和黑潮再循环流的流量，提出了在跨黑潮的海平面高度差与锚定浮标观测的流之间有极高的相关。台湾以东黑潮是黑潮的源头，其流量由北赤道流的向北分支流量大小和北太平洋海洋长 Rossby 波决定。以前海洋调查研究表明，台湾以东黑潮流量最小值是 15sv,最大值大约 50sv，平均在 2133sv。Yang等 62利用海洋观测资料给出台湾附近黑潮流量与横跨黑潮的海平面差之间的关系。最近的研究发现，除了日本以南黑潮及黑潮延伸体具有明显的涡旋特征以外 ，在
33、副 热 带 海 域 存 在 着 一 系 列 直 径 大 约 3001 000km 的涡旋和明显的季节内振荡 29。而这些大尺度涡旋和季节内振荡对应的是海洋斜压长 Rossby 波。这些长波向西传播，必然会影响到黑潮的变化。Zhang 等 63和 Yang 等 62利用 WOCE-PCM-1 实验中锚定浮标资料和 T/P 卫星遥感高度计资料发现台湾以东黑潮流量的季节内变化(大约 100 天周期)与来自西太平洋的天气尺度的涡旋有密切的联系，但是他们没有解释这种天气尺度的涡旋(直径大约 500km)形成的原因，也没有讨论为什么这些天气尺度的涡旋西传的速度是16cm/s，该速度远大于传统的第一斜压 R
34、ossby 波的传播速度。另外，在他们的研究中没有给出台湾以东黑潮流量明显年际变化的机制。按照传统的波动理论，处于副热带海洋西边界的台湾以东黑潮会受到同纬度第一斜压模态的 Rossby波的影响，大气的强迫在海洋中激发的第一斜压模态的 Rossby 波在太平洋副热带海域从东边界到西边界的传播时间大约 510 年。由于不同纬度海洋长波的调整时间和形成机制不同，因此对黑潮流量的影响的特征时间不同。按照 McPhaden 和 Zhang9给出的太平洋上层等密度面上 50年平均环流(图 3)，可推测：如果在 30N,170W 处有异常信号，则会沿着等密度面上的流线到达台湾以东黑潮海域。但目前尚未见到有关
35、该推测的研究，该流与第二斜压模 Rossby 波有什么关系，也没有定论。另外，在海洋调整中长Kelvin 波的作用也不可忽视，特别在西边界 53。因此，研究中除了要进一步认识风应力激发的第一斜压模态的 Rossby 波在海洋调整和黑潮变异中的作用外，还应开展目前尚未有人提出的关于第二斜压模 Rossby波、Kelvin 波和上层海洋热结构变异对台湾以东黑潮影响的研究。这可能是黑潮经向热输送年代际变化的主要机制。5 期 刘秦玉：北太平洋副热带海洋环流气候变化研究 695图 3 太平洋上密度跃层上 50年(19501999 年)平均的环流和位势速度Fig.3 Mean circulation an
36、d potential vorticity averaged over 50 years (19501999) in the upper pycnocline of the Pacific Oceana. 等 密 度 面 ( =25.0kg/m3)上 相 对 于 900dbar的 地 转 流 线 (m-2s-2)；b. 位势速度的绝对值(10 -10m-1s-1)(见参考文献 9)a. Geostrophic streamlines relative to 900 dbar (in m-2s-2)； b. absolute value of potential vorticity (in 10
37、-10 m-1s-1) on the 25.0kg m-3 potential density surface. (reference9)5 结语综上所述，尽管目前已经对北太平洋副热带海洋环流有一定的研究，但在以下问题上并没有比较清楚的认识和定量的估计：(1) 副热带北太平洋海洋-大气相互作用的主要物理过程和气候效应；(2) 副热带北太平洋涡旋及季节内 Rossby 波对大尺度环流变化的影响；(3) 北太平洋副热带环流区长波调整过程及在边界附近 Rossby 波、 Kelvin 波与陆架波的相互作用；(4) 北太平洋副热带“潜沉”过程的年际和年代际变化及其与温跃层环流的相互作用特征。目前，WO
38、CE 计划中的海洋调查资料已有 10 年以上的积累，新的 NSCAT 和 QuikSCAT 卫星观测风资料和有关的海面热通量的卫星观测资料，已经在很大程度上提高了 ECMWF 和 NCEP 资料中海-气通量的准确性。我们又加入了 ARGO 国际合作计划。太平洋年际变化的 ENSO 和年代际变化的 PDO 的研究以及一系列新理论的建立和全球大气-海洋耦合数值模式的发展都为我们研究北太平洋副热带环流的年际和年代际变化创造了条件。我们应该充分地利用新的观测资料和历史资料，集中力量研究西北太平洋副热带环流的气候特征及形成机制，研究西北太平洋副热带环流在我国和全球气候变化中的地位和作用。参考文献：1 Z
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