曲　杰，刘建斌，洪园园

（1.海军参谋部航海保证局，天津　300042；2.海军航空兵胶州场站气象台，山东　青岛 266300）

基于WOA13数据对亚南极锋的季节变化特征研究

曲杰1，刘建斌2，洪园园2

（1.海军参谋部航海保证局，天津300042；2.海军航空兵胶州场站气象台，山东青岛 266300）

海洋锋深刻反映着海洋环境要素的变化，研究海洋锋对渔业和水下声学的应用有着重要的参考价值。WOA13是一种平均格点化数据，对于研究海洋锋季节变化特征有着很好的优势。文中利用WOA13季节平均温度数据，选取0.25经纬度网格数据，对南极洲亚极地锋进行了季节变化特征研究。以绝对梯度的最大值连线画出锋线具体位置，对比不同季节断面T-D分布图的差异，得到了亚极地锋的锋面结构、强度等季节变化信息。

亚极地锋；WOA13数据；季节变化

南极绕极流对南极洲海域热盐、密度等海洋环境因素影响显著，深刻影响着南极以至全球的气候变化。南极绕极流附近有三条环绕极地的中尺度海洋锋，从南到北分别是南绕极流锋、南极极地锋、亚南极锋。这些海洋锋分割南极水与亚南极水、亚南极水与亚热带水。本文主要研究55°S～35°S海域附近的亚南极锋的分布情况和季节变化特征。

亚南极锋历来受到研究者的重视。蒲书箴等［1］利用第九次考察获得的德雷克海峡水温资料，结合国外的锚碇浮标和测流资料，分析和研究了德雷克海峡亚极地锋面的时间变化和空间变化。Phillips［2］对澳大利亚南部亚极地锋的温盐、流速、通量等特征进行了研究。Glorios et al［3］研究了大西洋西南部海域亚极地锋及其中尺度涡变化特征。海洋锋区往往伴随着浮游植物的大量繁殖，此外鱼群是朝锋区游动的，那里是漂浮的颗粒有机质丰富的区域，因此，研究南极海洋锋对于渔业来说十分重要。

1　数据与锋面分析方法

1.1数据介绍

WOA13（World Ocean Atlas 2013） 是来自NOAA的国家海洋数据中心海洋气象实验室的海洋气候学数据集产品，包涵全球海洋温度、盐度、溶解氧、磷酸盐、硅酸盐等海洋要素数据，分为年平均、季节平均和月平均数据，空间分辨率有：5°，1°，0.25°三种，数据能够提供三维的海洋环境信息；在深度上，利用内插值的方法，从表层到最大深度5 500 m分为102层［4］。本文选用多年（1955-2012）年际、季节平均0.25°网格温度数据分析了亚南极锋的水平和垂直变化情况。何琰等［5］研究表明，利用平均格点化数据分析海洋锋有很高的可行性。

1.2锋面确定方法

南极海洋锋像其它海洋锋一样，存在较大的海洋要素梯度。这点在以往的研究中获得了广泛的应用。本文采用的是平均格点数据，平均格点数据会使海洋锋的阈值比实际情况会偏小，锋区的判别阈值不好把握，但其梯度极值仍能反映海洋锋的位置信息，选择0.015℃/km作为判别温度锋的阈值，选择利用锋区内绝对梯度最大值的连线代表锋面中轴线的位置，得到了较为清晰的锋线位置。其中绝对梯度的定义为：

2　亚南极锋

亚南极锋（Sub-Antarctic Front，SAF）与南极极地锋（Antarctic Polar Front，PF）一样都是环绕南极洲的大尺度海洋锋，主要在PF锋线以北，南极极地锋区介于亚南极锋与南极极地锋之间；在亚南极锋以北是亚南极区。

2.1SAF锋位置季节变化

将SAF锋区内每条经度的绝对梯度值的最大点连线，作为SAF主锋轴线位置。如图1所示，从图1可以看出SAF的大致分布范围和走势。SAF主要分布在55°S～38°S附近，整体来看SAF锋轴位置季节性变化不大。特别是在30°E～90°E附近海域，绝对梯度大（图1），锋轴线稳定。但也有一些区域锋轴线摆动较大，如120°W附近、180°W附近等。

图1　表层SAF锋轴位置

整体来看，SAF锋轴线主要随季节进行南北移动，且大部分区域是从夏季（1-3月）到冬季（7-9）月锋轴线从北到南移动。

2.2SAF锋强度变化

图2～图5为从表层到300 m水深SAF锋强度分布的季节变化。虽然格点化数据不能准确表示锋强度信息，但是利用格点化数据可以看出不同区域海洋锋强度分布的差异。

图2　表层SAF锋强度

图3　100 m水深SAF锋强度

从图2可以看出，在表层全球SAF锋面中60°W～70°E区域锋的强度要比其它区域锋强度要大；在150°W和180°E附近也有两处强度较大的锋面。这些区域10-12月锋面强度要比其它月份大。

表层以下，到300 m左右时水平锋面强度较小，因此强度较大的SAF锋面主要集中在表层到200 m水深的区域内。且锋强度最大处在水深100 m左右。

图4　200 m水深SAF锋强度

图5　300 m水深SAF锋强度

2.3SAF锋面结构变化

因为SAF锋面介于南极极地锋区和亚南极区之间，SAF锋面结构受南北水团运动影响显著，同时也受地形、环流、上升流等因素的影响。为了直观简洁地分析SAF锋面结构，对SAF锋区进行纬度断面和经度断面温度深度分布图（T-D）的对比分析。其中图6～图10分别为30°W，40°W，60°E，45°E，120°E经线断面。

图6　30°W断面T-D

图7　40°W断面T-D

图8　60°E断面T-D

图9　45°E断面T-D

图10　120°E断面T-D

这些经线断面的范围为60°S～35°S因而可以很明显地看到PF锋与SAF锋的分布位置，其中等温线密集的地方就是海洋锋的位置，且等温线越密集，海洋锋强度就越大。如60°E断面处，45°S附近的等温线就很密集，说明此处海洋锋强度较大，这点从图2同样可以看出。

从这几处经线断面来看，SAF锋的锋面结构和位置以及强度变化并不明显，有的锋面在300 m以内（图10），大部分在500 m左右仍然有锋面存在。在40°W断面T-D分布图（图7）45°S附近在1-3月和10-12月期间，等温线向上弯曲，可能是受到上升流作用的影响，此处的锋面也发生弯曲。同样在45°E断面T-D分布图（图9）中也可以看到等温线的弯曲，在45°S附近两侧分别存在着等温线向下弯曲以及向上弯曲的情况，说明在45°S附近可能存在海水的上升与下降运动。

为了更好地观察SAF锋面结构，沿纬线作断面T-D分布图11～图13。

图11　44°S断面（80°W～40°W）T-D

图12　42°S断面（30°E～60°E）T-D

图13　40°S断面（60°W～30°W）T-D

从这些纬线断面图中可以看出，上升流的作用明显。如图11在60°W附近存在的上升流使得水平方向上的等温线密集，且在冬春两季上升流能够作用到表面；夏秋两季在表层以下，加深了垂直方向上的密度跃层。

在42°S断面处，50°E附近以及40°S断面处的上升流作用明显。从图13可以看出，在4-6月存在多处上升流和下降流，其中以55°W附近上升流和50°W附近下降流最为明显，一般来说海水的上升流总是伴随着海水的下降运动。

3　结论

平均格点化数据对于反映海洋锋的季节变化特征有很好的效果。它克服了实测数据覆盖范围小以及卫星数据仅限于表面的不足，能够提供三维的海洋环境信息。通过对WOA13数据的分析，得到了SAF锋位置、强度、锋面结构的季节变化特征：

（1）整体来看SAF锋位置季节变化并不明显，在55°S～38°S范围内，主锋轴位置多集中在48°S～43°S海域内；

（2）在表层60°W～70°E，150°W，180°E附近存在强度较大的锋面，表层以下强度较大的区域主要集中在300 m水深附近，季节变化方面，无论表层还是表层以下强度差异并不明显；

（3）SAF锋面结构受到上升流影响显著，随着上升流的季节变化锋面结构也发生形变。

［1］蒲书箴，廖启煜，于惠苓，等.德雷克海峡绕极流和锋面的研究［J］海洋学报，1997（3）：1-9.

［2］Helen E Phillips.Mean Flow，EddyVariabilityand Energetics［D］.Australia:UniversityofTasmania，2000.

［3］Pablo D Glorios，Alberto R Piola，Robert R Leben.Mesoscale Eddies in the Subantarctic Front southwest Atlantic.［J］.Scientia Marina，2005，69（suppl.2）:7-15.

［4］TBoyer，AMishonov.WorldOceanAtlas 2013ProductDocumentation［EB/OL］.［2014-10］.http://www.nodc.noaa.gov/OC5/indprod.html.

［5］何琰，赵进平.北欧海的锋面分布特征及其季节变化［J］.地球科学进展，2011，26（10）：1079-1091.

Study on the Seasonal Variation Characteristics of the Sub-Antarctic Front Based on WOA13 Data

QU Jie1，LIU Jian-bin2，Hong Yuan-yuan2
1.Navigation Guarantee Bureau of the Chinese Navy Staff，Tianjin 300042，China；
2.Meteorological Observatory of the Jiaozhou Station，Naval Air Force，Qingdao 266300，Shandong Province，China

Ocean fronts deeply reflect the variation of marine environmental factors，which have great research value for marine fishery development and underwater acoustic applications.WOA13 is a kind of averaged grid data advantageous in acquiring the seasonal variation characteristics of ocean fronts.This paper uses the WOA13 mean seasonal data and selects 0.25 degree grid data to study the seasonal variation characteristics of the Sub-Antarctic Front（SAF）.The front location is derived by connecting the maximal values of absolute gradient，so as to compare the differences in the T-D distributing images of different seasons，and finally obtain the seasonal variations of the structure and intensity of the Sub-Antarctic Front.

Sub-Antarctic Front；WOA13 data；seasonal variation

P731.3

A

1003-2029（2016）02-0083-04

10.3969/j.issn.1003-2029.2016.02.015

2016-01-20

曲杰（1978-），男，工程师，主要研究方向为海军水文气象保障。E-mail：jerryququ@189.cn