门国蕊， 马伟伟， 万修全

(中国海洋大学海洋与大气学院，山东 青岛 266100)

南海是西北太平洋最大的半封闭边缘海，吕宋海峡西侧海域由于受到岛屿地形、局地风应力及黑潮入侵的共同作用，成为南海北部中尺度涡的重要生成地之一[1]。观测表明，吕宋岛西北海域存在几种典型的中尺度涡，包括黑潮流套脱落暖涡(反气旋涡)、吕宋冷涡及吕宋暖涡。早期观测就已证实并研究了吕宋冷涡的存在[2-6]。随后，黑潮流套脱落暖涡引发了众多学者的关注，继而成为南海中尺度涡的研究热点。近年来，科学家对南海北部的中尺度涡展开了针对性的观测研究，例如，Zhang等基于2013—2014年潜标阵列的观测资料，首次给出了黑潮流套脱落暖涡及其后缘冷涡的全水深三维结构等[7]。

相比之下，研究者对吕宋暖涡的研究起步较晚，直接观测证据较少且尚存一定的争议。Li等通过1994年8—9月份的水文观测资料研究了一个中心位于21.5°N、117.5°E暖涡的空间结构特征，指出其影响深达1 000 m，最大流速约1 m/s；并通过T-S特征分析推断该涡很可能脱落自黑潮[8-9]。近年来卫星高度计资料的应用及Argo浮标的问世大大推动了相关研究的发展，使研究者得以结合高度计海表信息和水文剖面资料研究中尺度涡的空间结构及生消演变过程。Yuan等[10]基于1993—2005年的卫星资料，提出吕宋暖涡是生成于吕宋岛西北海域的一类反气旋涡，其生消过程是一种季节性现象：基本于夏季形成，夏末秋初移动至南海陆架区，随后继续沿地形向西南传播；并指出Li等[8]观测中的暖涡并非脱落自黑潮，而是吕宋暖涡携带了部分黑潮水[10]。后来，Chen等利用Argo资料和卫星产品，详细分析了吕宋暖涡的季节特征及其移动路径，得到了与Yuan 等[10]相似的规律，进一步指出吕宋暖涡可影响至500 m以深，其内部表现出高于周围海水的热盐特性；并推测吕宋暖涡的形成受地形与经向风相互作用的影响[11]。

在数模研究方面，研究者对南海中尺度涡的结构、统计学及机制方面的研究也取得了一定的进展。例如，Wang等基于POM模式结果研究了吕宋西侧海域一个暖涡个例的三维结构特征，发现该涡内部的流场、涡度、垂直运动及能量的分布均呈现出不对称性，并提出冷暖涡对共同构成的偶极子是造成涡旋结构不对称的主要原因[12]。 Lin等利用ROMS模式三维流场结果，提出风应力旋度输入、环流与地形相互作用及黑潮入侵等机制的不同是造成中尺度涡三维结构差异的主要原因[13]。

(黄色圆点为CTD大面站观测站位及站位名称，红、黄、绿方块为三个AGRO浮标及其轨迹(编号：2901173、2901379、2901486)，区域a标记重点研究海域，红色点线标记冷暖涡对中心所在的断面位置,区域b标记ROMS模拟的区域范围。(单位：m)。Yellow dots are the 133 stations of CTD; yellow solid blocks are Argo profiles(Numbers:2901173,2901379,2901486);the black box a marks the key research area, and the red dots and line mark the section where the two eddy centers are located; the black box b marks the ROMS model simulation domain (Unit: m).)

图1 南海北部海域地形(填色)及观测站位分布图(来源：ETOPO2地形数据)
Fig.1 Topography (color shading)of the Northern South China Sea and observation stations(from ETOPO2 data)

虽然通过水文观测及高度计资料的研究对吕宋暖涡取得了一定的认识，但由于缺乏针对性的观测和模拟研究，解释吕宋暖涡的中下层结构及生消演变等问题仍需进一步的观测证据。另外，吕宋暖涡观测研究大多聚焦于随机捕捉到的涡旋个例，海洋模式对真实涡旋的结构与演变的再现能力仍然不足，特别是在地形、环流及温盐结构复杂的吕宋岛西北局地海域。本文在借鉴前人研究的基础上，基于现场观测及卫星高度计资料，对吕宋暖涡的空间结构和演变过程进行了研究；同时结合高分辨率ROMS区域海洋模拟结果，从多年统计特征的角度对吕宋暖涡的规律性进行了初步分析。

1 数据及方法

1.1 温盐大面观测

大面站观测数据来自于“东方红2”调查船执行的春季航次调查任务，调查时间为2011年4月29日—5月25日，包含了110°E～123°E，17°N～24°N范围内共133个CTD(Seabird 911 plus)大面调查站，区域及站位见图1。各CTD站点观测深度从3～4 844 m不等，垂向采样间隔为1 m。本文重点针对吕宋海峡西部海域(17°N～23°N，117°E～123°E)范围内46个大面站CTD站位的通用资料进行分析，该资料已经过初订处理、低通滤波、逆压消除和压力1 db等距平均处理，以保证其数据质量[14]。

除了船载观测，本文还融合了同时期中国实时Argo数据中心(China Argo Real-time Data Center，ftp://ftp.argo.org.cn/pub/ARGO/china/)发布的3个Argo浮标平台共25个剖面的数据，位置如图1所示。Argo浮标每隔3～10 d进行一次剖面观测，并将数据通过卫星传回，同一个浮标连续两次观测之间的水平距离约为10～50 km，可以合理补充大面站观测结果，该数据同样经过实时质量检查和后期质量控制[15]。

本文基于三角形内线性插值方法将133个CTD的温盐资料和25个Argo剖面数据逐层插值到了水平分辨率为0.1°×0.1°、垂向分辨率为10 m的标准网格中，由于深层数据不足，本文只针对1 500 m以上的水文要素分布进行分析。

1.2 其它数据

为了解涡旋结构的表层变化，本文获取了法国国家空间研究中心(AVISO http://www.aviso.altimetry.fr/en/data/products/auxiliary-products/mss.html)发布的多卫星融合的海表面高度异常(SLA)数据及海表面地转流异常数据[16]。该产品时间分辨率为1天，水平分辨率为0.25°，配合水文观测结果以研究吕宋暖涡的演变过程及多年统计特性[17]。

本文还使用了全球数据同化实验GODAE高分辨率海表面温度(GHRSST)项目提供的海表面温度(SST)数据(http://apdrc.soest.hawaii.edu/thredds/dodsC/las/ghrsst_global/data_apdrc.soest.hawaii.edu_dods_public_data_satellite_product_GHRSST_ghrsst_global.jnl.html)。其时间分辨率为1天，水平分辨率为0.05°，以验证现场观测数据的准确性。

另外，本文还用到了中国科学院南海海洋研究所(SCSIO)提供的南海多年气候态月平均的温盐数据集SCSPOD14。该数据集以世界海洋数据库(WOD09)为基础，并融合了多年有效温盐剖面数据(共51 392个)组装而成。该资料提供了水平分辨率为0.25°×0.25°、垂向疏密不等(上1 500 m层)的温盐网格数据[18]。

1.3 由水文资料计算地转流

为研究中尺度涡流场的空间结构及演变，根据现场观测的CTD温盐压资料及动力高度法计算各层地转流场，以刻画中尺度涡中下层的流场结构。根据两站间相对零流速参考面计算相对地转流[19](见式1)，由于各CTD站位观测深度不同，为充分利用数据，本文将零流速参考面选在了1 500 m层。

(1)

式1计算P2相对P1等压面的相对流速。其中：α是海水比容；L为两站距离。

2 结果与讨论

2.1 吕宋岛西北中层海洋冷暖涡对的观测证据

考虑到调查船到达各大面观测站位存在的时间差，在进行水文特征分析之前，本文首先对比了同时间段平均的GHRSST与大面观测的10 m层温度场(见图2(a)、2(b))，可以看出，吕宋海峡西侧均呈现出一条向北的高温水舌，吕宋岛附近最高温度达到29 ℃，北部近岸海区温度低于26 ℃，在分布与量值上，卫星观测与现场观测的表层温度场吻合较好。因此，本文认为大面站观测的温盐分布具有一定的合理性与可信性，可以作为观测时段的平均场用于后文的分析。

图2 CTD观测10 m层的温度场(a)及同时期(2011年5月平均)的海表面温度场(b)分布(数据来源：GHRSST)；CTD观测300 m层的温(c)盐(d)场分布，600 m层温(e)盐(f)场分布，1 100 m层温(g)盐(h)场分布(温度单位：°C，盐度单位：PSU)Fig. 2 10 m layer temperature from CTD (a),mean sea surface temperature from GHRSST dataset during May 2011 (b), CTD observation: 300 m layer temperature (c) and salinity (d) 600 m layer temperature (e) and salinity (f) , 1 100 m layer temperature (g) and salinity (h) (Unit of temperature:°C； Unit of salinity: PSU)

2.1.1 水平各层温盐分布 图2给出了研究区域次表层水(200～500 m)及中层水(500～1 500 m)的温盐分布特征。从大面观测的温盐分布来看，次表层以下存在“偶极子”状的冷暖核心，其温盐性质明显区别于周围水体，初步猜测该特征代表了观测到的一对冷暖涡旋信号。

从次表层(300 m)的温盐特征(见图2(c)、2(d))可看出，温度和盐度分布较为一致，吕宋海峡处的温盐锋面西侧为低温低盐的南海水，东侧为高温高盐黑潮水，两侧温差最大可达6 ℃，盐度差约0.25。海峡中部12 ℃等温线可延伸至118°E，对应入侵南海的一条暖而咸的水舌[3,8]。由于背景环流及混合作用等因素，次表层的温盐分布并未表现出明显的涡旋特征。而在次表层之下，500 m以下各层温度场分布相似，而盐度分布在800 m层之下趋于一致，这里选择600 m(见图2(e)、(f))、1 100 m(见图2(g)、(h))作为代表水层进行分析。与次表层相比，中上层的温盐分布存在明显不同，吕宋海峡西侧温度场存在一对显著的冷暖中心，呈西北-东南向相邻分布，直径范围约110～220 km。600 m层的盐度分布与300 m层相反，海峡口存在“S”形态的盐度锋面，但东侧为低盐水，西侧为高盐水，盐度差约0.25 PSU；该层暖中心位于20°N，118.3°E，冷中心位于19.6°N，120.5°E，涡旋核心温差达到2 ℃，盐度差约为0。在1 100 m层，暖涡中心水团的中心温度(盐度)明显高(低)于周围海水，中心位置在20°N、119.5°E，相比600 m层向东偏移了约1°；冷涡中心盐度高于周围海水，位置基本不变，该层冷暖中心温差达到1 ℃，盐度差约0.04 PSU。

各层温盐场的分布特征基本可以说明，观测期间在吕宋海峡西侧海域存在一冷暖涡对，冷涡位于暖涡的东南侧，涡旋信号对温盐结构的影响可达到1 000 m以深。

2.1.2 垂向断面分布 为了更深入地验证并分析观测到的涡旋信号，本文基于SCSPOD14资料，分别给出了冷暖涡旋对中心(涡旋温度中心：温度的极值点位置[7])连线断面上温度、盐度、温度异常及盐度异常分布(见图3)。气候态断面(见图3(a)、(b))的等温、等盐线基本与等深线平行；温度随深度降低，盐度则以34.5等值线为界，自上而下分成了四个明显的水层，构成了南海北部海域独特的盐度结构。相较气候态而言，涡旋的辐聚辐散会显著影响垂向海水的温盐分布，在次表层以下，暖涡中心附近低盐暖水辐聚下降，温盐等值线“碗状”下沉约100 m；东侧冷涡则造成中层温盐等值线的剧烈抬升，并将深层的低温高盐水向上携带。

图3 冷暖涡对中心连线温度(a)及盐度(b)断面分布(见图1中红色点线标记，其中填色表示CTD观测的温盐分布，白色实线为同断面气候态5月份的温盐等值线(来源：数据集SCSPOD14))及该断面温度异常(c)和盐度异常(d)分布(其中温盐异常值由现场CTD观测数据减去多年气候态月平均数据(5月份)的结果。温度单位：℃，盐度单位：PSU)Fig. 3 (a)Temperature, (b)salinity,(c)temperature anomaly and (d)salinity anomaly distributions (color shading and black contours) on the section (red dots and line markedsee Fig.1) observed by CTD,white contours are the climatological thermohaline contours of the same section in May(Source: dataset SCSPOD14); (c)temperature anomaly and (d) salinity anomaly are calcualted by subtracting the climatological monthly mean data in May from the field CTD observation data.(Unit of temperature:℃, Unit of salinity: PSU)

温盐异常分布清晰地反映了涡旋对温盐垂向结构的作用(见图3(c)、(d))，受黑潮入侵的影响，在次表层高温高盐暖舌从吕宋海峡向西延伸至118°E，向下影响至500 m层以深，温度、盐度异常最大值超过3 ℃、0.4。暖涡区整体表现为一高温低盐水柱，其中心位于119°E附近，几乎从表层向下贯穿了整个观测剖面深度, 600～1 000 m暖异常强度约0.5～0.8 ℃。东侧的冷水柱(冷涡区)中心位于120.5 °E，仅盘踞在黑潮暖水之下500～1 500 m之间，冷异常强度达到1 ℃；盐度异常在整体上表现为高盐，但在400～700 m深度内表现为低盐，主要是由中层低盐水及深层高盐水抬升所致。可见，冷暖涡对在整个剖面均对温盐场的垂向分布造成显著影响。

2.1.3 T-S水团性质 为进一步研究涡旋区内的水团特性，本文给出了暖涡、冷涡区内所有观测站位的T-S(温-盐)曲线，并将其与吕宋海峡处黑潮水、西侧南海水的气候态平均T-S曲线进行对比。如图4所示，相比黑潮水在上表层的高温高盐特征，南海水在上表层的温盐特性为高温低盐，在中层，南海水盐度相对较高。对比T-S分布发现，暖涡水体的T-S分布介于南海水和黑潮水之间，在次表层盐度的最大值达到34.7，远大于次表层南海水的盐度极值，说明暖涡上层水体中有很大一部分来自黑潮水，可能在其形成和发展过程中混合了局地南海水。而在中层，暖涡水体性质与南海水几乎一致，表明暖涡中层水完全来自南海自身。上述分析表明，该暖涡可能是由黑潮区传入南海，但该过程仅发生于海洋上层，之后中尺度涡信号在吕宋岛西北海域内发生局地作用，并传至海洋中层[20]，从而形成了该反气旋涡完整的空间结构。而冷涡的T-S曲线则相反，上表层在黑潮水入侵影响下，冷涡水团性质与黑潮水完全一致，但在中层，水体性质更接近于南海水。

2.2 利用卫星及观测资料计算的三维流场

2.2.1 同时期AVISO海表流场 为了更直观地认识观测中冷暖涡旋信号的生消演变，本文结合同时期卫星高度计观测的SLA数据及地转流场，来研究这对涡旋的生成、演化与消亡过程。

图5给出了冷暖涡对发生过程中SLA及海表面地转流异常的变化。在4月下旬，吕宋岛西北海域基本被SLA低值信号所控制，海表流场主要为气旋式环流；此时，一个来自西北太平洋的反气旋涡自吕宋海峡中部(20.5°N、121.5°E)生成后沿东北-西南方向进入南海，并于5月初移动至吕宋岛西北海域(中心位置19.5°N，120.5°E)，其平均移动速率约7.8 km/d，在该位置附近“徘徊”了约60多天。暖涡高水位异常(局地SLA的极大值)可达到20 cm，最大流速约为80 cm/s，水平尺度在250 km左右。同时，在暖涡东北后缘的气旋式环流逐渐闭合形成冷涡，中心低水位异常约-12 cm，尺度相对暖涡较小。

(淡紫色散点表示暖涡区站位观测结果，蓝绿散点表示冷涡区站位观测结果，黑线和红线表示南海北部海区及吕宋海峡口黑潮区的平均的T-S曲线(由气候态数据集SCSPOD14计算得出)。(温度单位：℃，盐度单位：PSU,四个区域位置分别在嵌入小图中用黑框标出，在各站位每隔20 m用一个点表示，最上端的点表示1 m深度。Purple and blue dots show the results within AE and CE, respectively, obtained from the CTD observations; the black and red lines show the results of the northern SCS water and the Kuroshio water, respectively, computed based on climatological monthly average data (SCSPOD14) within the black boxes of the inset figure.(Unit of temperature:℃； Unit of salinity: PSU.))

图4 冷暖涡对区域内T-S分布图
Fig. 4 T-S diagrams of water mass within and
outside of the eddies

5月下旬至6月上旬，吕宋西北暖涡开始缓慢往西移动，移动过程中其形态不断变化，同时台湾岛西侧的暖涡逐渐消亡并与南侧暖涡融合，从而形成吕宋到西北一个较大的暖涡结构，而后缘的冷涡则快速消失。就涡旋的位置及变化而言，本文认为该反气旋涡正是大面观测中的暖涡信号，观测中冷涡的影响深度在次表层之下，因此SLA及地转流场分布中并未表现出与之对应的结构。

2.2.2 利用温盐计算的地转流空间结构 图6给出了基于大面站温盐资料计算的地转流的三维分布。在海表，吕宋岛西北海域基本被暖涡占据，中心位于在19.50°N、120°E(涡旋流场中心：零流速点位置[7])，涡形接近标准圆形，其尺度约250 km；在300 m层，吕宋海峡处存在一支流入南海的西北向流，最大流速超过50 cm/s。南海内部流场则由多个流环构成，其中最强的反气旋流环对应吕宋暖涡，中心位于20°N，119°E，相对表层中心向西北偏移了约70 km，其东北侧的气旋式流环则与表层的冷涡相对应，而暖涡东南侧的冷涡区流场并未表现出典型的气旋式流动。至600 m层，涡旋的流场、温盐特征基本一致，冷涡对应的气旋环流基本成型。而到1 100 m层，暖涡区的闭合环流更为显著，冷涡区流环仅余东北部分边缘，流速最大值约11.8 cm/s，出现在冷暖涡之间。

图5 2011年4—6月间研究区域内高度计SLA(填色及等值线)及海表地转流异常(矢量箭头)的空间分布(SLA单位：cm，流速单位：cm·s-1)Fig.5 The spatial distribution of altimeter SLA (color shading and contour) and surface geostrophic anomalies (vector arrows) from April to June，2011(SLA unit: cm; Velocity unit: cm/s)

结合流场的表层变化及垂向结构，本文发现，该吕宋暖涡起源于黑潮水体入侵，在局地形成发展后向西移动，维持时间超过2个月。从垂向上看，暖涡对温盐、流场结构的影响能够达到1 000 m以深，暖涡中心随水深增加向西北方向偏移，在上表层尤为明显。东南侧的冷涡特征仅出现在次表层以下，流场表现为不闭合的气旋式流动。由于涡旋之间的相互作用，涡旋流速分布并不关于中心对称，最大流速均出现在暖涡和冷涡的交汇处。

2.3 吕宋暖涡的数值模拟

那么，观测中的冷暖涡对是一次偶然事件，还是在生消演变、形态结构上具有一定的规律性呢？由于缺乏历史观测，本文尝试利用ROMS模式对吕宋暖涡的规律性特征进行初步探究。模拟区域包括了南海及西北太平洋部分海域(0.9°N～31.7°N，99°E～131°E，见图1)，水平分辨率为3 km，垂向分为40个标准层，海底地形采用ETOPO2数据，并经过了适当平滑。模式上边界条件采用空间分辨率约为0.3°的NCEP CFSR的日平均资料作为大气驱动场，包括长短波辐射、风场、降水、气压，以及海面10 m高度的风场、气温、相对湿度等变量，通量的计算采用了Bulk Formula方案。另外，模式中引入珠江月均径流量，并利用HYCOM资料对海表盐度进行修正，模式中未加入潮汐、海浪。垂向混合采用Mellor-Yamada2.5阶湍封闭方案。初始场来自HYCOM 1/12°分辨率资料，边界条件通过“SODA月平均-SODA气候态+WOA13气候态”的方式给定。模式在NCEP气候平均态强迫下运行20年达到稳定状态，从1979年起积分30年，这里选取中间的10年进行分析。

(填色表示流速大小，矢量箭头表示流速矢量(自上而下依次乘以1、1、1和5倍)，黑色点线表示冷暖涡对的各层涡中心及其连线，灰色虚线为表层暖涡中心所在的；0 m层表示同时期高度计海表地转流异常的平均值(2011年5月平均)，其余各层为动力方法计算地转流(取1 500 m层为零流速面)的结果；图中标出了各层流速的最大值。(流速单位：cm·s-1)。3D structures of the horizontal geostrophic velocity for eddies; shading and black arrows denote the velocity magnitude and velocity vectors; the velocity amplitudes at 0, 300, 600,1 100 m have an amplifying ratio 1, 1, 1, and 5, respectively; black dots and line mark the eddy centers ; gray line denote the axis of warm eddy on the sea surface ).(Unit:cm·s-1).)

图6 中尺度冷暖涡对区域地转流速场的三维结构分布图
Fig.6 3D structure of the oceanic eddies

借助1993—2003年卫星高度计资料和高分辨率ROMS区域海洋模式的输出结果，图7(a)、(b)给出了观测与模拟的SLA标准偏差(RMS)对比[21]。可以发现，就形态分布而言，模拟与观测较为接近：在吕宋海峡西侧海域存在一个显著的高值区，从南向北呈S形分布，极大值可以达到15 cm，此海面高度变化最大的区域，代表了动力上的高能区。就RMS高值区的范围与量值而言，模拟结果相对较强。因此，吕宋岛西侧的高值区(A区域)，很可能就是吕宋暖涡的频发海域。

图7(c)、(d)分别给出了区域A平均的模拟、观测水位异常的年际变化和季节变化。在年际变化分析中，该时间序列减去了10年内的变化趋势，并进行了180天的滑动平均；在季节变化中，水位异常取十年日平均值。对比结果发现，模拟与观测的年际变化与季节变化均高度吻合，相关系数分别为0.78，0.96。从季节上看，A区域水位正异常从4月份形成，5—7月达到峰值，8月份逐渐消失，这一时期该海域基本表现为反气旋环流(即吕宋暖涡)，这与前人的研究结果相吻合[10,22]。同时，2011年的大面站观测中暖涡的形成与发展，恰恰对应了水位正异常不断增强至极值的时期。基于这种规律性，本文在卫星观测资料中每年都发现了显著的吕宋暖涡事件；而在模拟结果中，除1995年吕宋暖涡出现时间较短且形状不规则外，其余年份也都出现了吕宋暖涡现象，从年际变化中也可看出1995年的海表面异常并未表现出明显的起伏波动。这均说明，A区域平均SLA的季节变化，能够表征吕宋暖涡的生消规律：每年4—5月份，吕宋西北海域受黑潮的影响会在局地激发高水位异常，进而吕宋暖涡逐渐生成并发展增强，在滞留一段时间后逐渐向西移动。对比不同年份的模拟结果发现，吕宋暖涡在每年的强度(本文以暖涡中心海面高度异常(SLA)极值表征暖涡强度)及位置具有相似性，因此本文选取模拟结果中1994年的吕宋暖涡作为代表性个例进行分析。

图8(a)给出了1994年吕宋暖涡活动期间海表面高度异常变化。在6月上旬，吕宋岛西北侧吕宋暖涡开始生成，随着暖涡强度的增强，涡旋中心在局地停留约60天；至8月初，吕宋暖涡开始脱离吕宋岛西北海区逐渐往西移动。冷涡生成于暖涡东北后缘，对吕宋暖涡产生“挤压”，直至吕宋暖涡逐渐与吕宋岛脱离。从吕宋暖涡较稳定时(19940801)的三维温度、流场结构来看(见图8(b))，该涡对的影响深度达到1 500 m以深。在垂向上，吕宋暖涡为漏斗状，中心轴线表现出西北向倾斜特征，从表层至1 500 m层，其轴心在水平方向的倾斜距离达到了100 km，而冷涡则为空间垂直的圆柱体。另外，各层由吕宋暖涡引起的温度异常中心与流速中心重合，温度分布与流场分布也基本一致。可见，无论是吕宋暖涡的生成过程还是其垂向分布与倾斜结构，模拟与观测结果基本吻合。吕宋暖涡基本发生于吕宋岛西北海域夏半年(4—10月份)，形成时正值南海季风的转换期，东北季风衰弱而西南季风增强，吕宋岛西侧的北向沿岸流在海峡口处受到黑潮主轴的阻碍发生转向，在吕宋西北海域发展成型，随着该涡在局地的发展，其后缘常常伴随有气旋式冷涡产生。限于篇幅，关于冷暖涡对生消机制的模式结果研究者将另文详细讨论。

(红(蓝)曲线为高度计观测(模式输出)的SLA值，R为观测与模式间的相关系数。(SLA单位：cm)。Red(blue) line denotes the SLA observed by altimeter (from the model output)；Ris the correlation coefficient between observation and model (SLA unit: cm).)

图7 1993—2003年间卫星高度计观测(a)及ROMS模式输出(b)SLA的均方
根值RMS(填色)的空间分布、年际变化(c)及季节变化(d)
Fig.7 The spatial distribution of RMS (color shading) of altimeter SLA (a) and ROMS model output (b),
the interannual (c) and seasonal (d) variations of SLA from 1993 to 2003

3 讨论与总结

本文基于2011年5月南海北部现场观测资料，对发生在吕宋岛西北海域的冷暖涡旋对的空间结构和生消演变过程进行了研究，同时结合高分辨率ROMS区域海洋模拟结果对吕宋暖涡进行了初步分析。主要结论如下：

(1)基于现场观测数据和卫星资料，通过T-S水团分析及动力计算证明2011年5月期间吕宋西北海域次表层以下存在一对冷暖涡旋。其中暖涡信号自黑潮传入，夹带了部分黑潮表层及次表层水，该信号在局地调整并传至中层，维持时间超过30天。

(2)冷暖涡旋对的结构特征表明，暖涡对温盐、流场结构可影响至1 000 m以深，东南侧冷涡仅存在于次表层以下。暖涡中心随水深增加向西北方向偏移，偏移距离在1 000 m深度内超过70 km。由于冷暖涡相互作用，涡旋流场并不对称，最大流速出现在暖冷涡交汇处。

(3) 对观测与模拟结果的多年统计分析表明，吕宋暖涡的生成过程具有季节性规律。每年4—5月，吕宋西北海域受黑潮高水位信号影响，吕宋暖涡逐渐形成并发展增强，滞留一段时间后向西移动。2011年大面观测中的暖涡是一次典型的吕宋暖涡事件，模拟结果中吕宋暖涡的形成过程及垂向倾斜特征与观测较为一致。

(温度异常和流速均自上而下依次乘以1、1、1.5、2.5、3和5倍，红色点线表示涡旋的中心轴线，灰色虚线为表层涡旋中心所在轴线。(SLA单位：cm，流速单位：cm/s，温度异常单位：°C)。 The temperature anomaly and velocity amplitudes at 0, 300, 600,1 100,1 500 m have an amplifying ratio 1, 1, 1.5, 2.5, 3 and 5, respectively; Red dots and line mark the eddy centers; Gray line denotes the axis of warm eddy and cold eddy on the sea surface ( SLA unit: cm; Velocity unit: cm·s-1; Temperature anomaly unit:°C).)

图8 (a)1994年夏季吕宋暖涡事件期间研究区域SLA(填色及等值线)的空间分布；
(b)1994年8月1日吕宋暖涡及其后缘冷涡流速、温度场异常的三维结构
Fig.8 (a) The spatial distribution of regional SLA (color shading and contours)
during the Luzon Warm Eddy event in the summer of 1994;
(b) 3D structure of the velocity field (black arrows) and temperature anomaly field
(color shading) of the warm eddy and cold eddy on August 1, 1994

综上，本文基于观测及模式结果对吕宋暖涡的生成规律及三维结构进行了初步研究。与南海北部黑潮流套脱落暖涡相比[7]，吕宋海峡西侧环流及温盐结构复杂，吕宋暖涡的生消演变及三维结构可能受到多种因素的影响。观测及模拟结果均表明，在次表层以上，吕宋暖涡对温度、盐度结构的影响并不明显；另外，吕宋暖涡在垂向上的倾斜幅度较小，可能与吕宋海峡西侧地形较为平坦有关。当然，该方面的研究仍需更多的观测证据，并有必要深入研究地形、风场、局地流场等关键因素对南海中尺度涡的影响，包括吕宋暖涡及其后缘冷涡的生消机制、中尺度涡与地形及背景流场的相互作用等，这也是未来将要进行的工作。