渤海夏季底层冷水团和环流研究

--基于气候态强迫的一个结果 

渤海是一个半封闭的浅海，受人类活动影响很大，对气候变化也很敏感。近年来，渤海水体环境恶化已经到了不容忽视的程度。2017年，国家海洋局专门印发一个文件：《国家海洋局关于进一步加强渤海生态环境保护工作的意见》的通知[国海发（2017）7号20170522]。我不是一个喜欢跟着行政指挥棒做课题的人。对渤海的兴趣，最早来自博士期间的工作，也是来自导师和课题组多年的积累。总体来说，要弄清渤海污染的去向，需要了解物理海洋，特别是渤海的环流。因为，渤海污染物的迁移与渤海环流有很大关系。

我们利用观测数据和数值模拟的方法研究了1959年到2006年夏季渤海冷水团周边环流驱动机制和时空演变特征。1959年和2006年，渤海的调查都显示渤海底层冷水团结构。温度结构相对比较类似，盐度已经有了较大变化，主要是河流特别时hi黄海径流量降低的影响。相似的温度结构和密度结构是不是意味着有稳定的环流结构呢？按照传统的物理海洋热成风理论似乎应该如此。于是，我们用气候态平均的强迫场（风、热通量、开边界条件、径流等）来驱动数值模型，试图了解渤海的环流和不同因子的相对贡献。

首先，我们用气候态强迫场驱动基于区域海洋模拟系统（ROMS）建立的环流模式，重建起了渤海温、盐、流场结构的逐月变化。观测和模拟的结果都显示渤海底层冷水团被渤海中部的台地分隔成两个部分。随后，我们做了一系列数值实验评估跨渤海海峡的水交换、海气热通量、风场以及潮汐对渤海环流的相对贡献。研究提出了斜压环流是渤海夏季环流的主要部分。从5月到8月，存在一个渤海海盆尺度的气旋式环流结构（图1）。在次海盆尺度上，辽东湾存在一个气旋式流环、中部台地上方存在一个反气旋式流环，均在春末出现，在7月和8月初达到峰值。冷水团周边环流的流速伴随着渤海西部和南部沿海锋面的增强而增强。

图1 5月-8月渤海环流（正压环流，代表物质输运）

我们同时在模式中设计了拉格朗日粒子跟踪实验，并进行了冬季和夏季的对比，分别对应无层化和层化时期。拉格朗日粒子跟踪实验表明气旋式海盆尺度环流导致夏季渤海表层释放粒子的快速减少；实验还表明从辽东湾和渤海湾释放的粒子要比其他海域释放的例子滞留时间更长，主要是由于渤海西部锋区表层的辐聚现象导致该海域粒子数量较多。

图2 根据数值模拟结果得到的渤海夏季环流示意图（阴影部分为辐合区，参考图3c）

值得注意的是采用气候态强迫进行的数值实验研究有一定的局限性，实际的渤海环流可能具有更加复杂的时空变化。然而底层冷水团斜压环流的存在对研究污染物的输运和环境影响评估具有一定的参考价值

图3：拉格朗日粒子跟踪实验（代表海洋漂浮物，如鱼卵、浮游藻类、污染物等）

参考文献：Zhou, F., D. Huang, H. Xue, J. Xuan, T. Yan, X. Ni, D. Zeng and J. Li. Circulations associated with cold pools in the Bohai Sea on the Chinese continental shelf. Continental Shelf Research, 2017, 137: 25-38

注：尝试从比较科普的角度记录科研心得。虽然还不是太科普，不过已然迈出了一小步：）