南海作为东南亚地区最大的边缘海，通过台湾海峡、吕宋海峡、民都洛海峡、卡里玛塔海峡、巴拉巴克海峡、马六甲海峡等与太平洋和印度洋相连(图 1)。其中，吕宋海峡由于具有较深的海槽(最大深度2500 m以上)，使得南海与西太平洋之间存在由表层至深水层的充分的水交换，因此是南海与大洋进行水交换的主要通道，吕宋海峡的环流结构对于整个南海的能量和物质平衡有着重要的影响。

图1

Fig.1

图 1南海地形及海峡（地形数据来源于ETOP5，A 为吕宋海峡，B 为台湾海峡，C 为民都洛海峡，D 为巴拉巴克海峡，E 为卡里玛塔海 峡，F 为马六甲海峡） Fig. 1Bottom topography and straits in the South China Sea derived from the ETOPO5 dataset (A is Luzon Strait, B is Taiwan Strait, C is Mindoro Strait, D is Balabac Strait, E is Karimata Strait, and F is Malacca Strait)

吕宋海峡输运(Luzon Strait Transport，LST)受季风、黑潮、不稳定机制和中尺度涡等影响显著，存在明显的季节变化。由于实测资料相对缺乏，许多研究成果仍存在分歧，如黑潮水通过吕宋海峡入侵南海的方式，最初的观点是黑潮有一直接分支进入南海(仇德忠等，1984；郭忠信等，1985；Pu et al.,1992)，这一观点也得到了一些数值模拟的支持(Metzger and Hurlburt，1996；Chern and Wang，1998；刘秦玉等，2000)。之后，“流套说”被广泛提出。李立和伍伯瑜(1989)根据对历史资料的分析提出了“黑潮南海流套”的设想，第一次明确“南海流套”的概念；Zhang et al.(1995)利用一个非线性诊断模式证明了流套的存在；Farris and Wimbush(1996)依据卫星海面温度资料，也认为东北季风期间黑潮在吕宋海峡形成顺时针的流套。苏纪兰(2005)提出一种新观点，认为不可能有稳定的黑潮分支进入南海，黑潮水只能以非稳态的方式进入南海，如亚中尺度涡的形式。Yuan et al.(2006)通过对卫星资料的分析支持了这一观点。此外，源自太平洋的中尺度涡或者波动是否能通过海峡传播入南海也是争论的焦点之一(Hu et al.,2001; Li et al.,2007)。

对于吕宋海峡的流场结构和输送特征，近几十年来许多学者从海洋观测以及动力计算方面都做了大量的研究工作。如黄企洲(1983，1984)利用13个航次的温盐资料给出了不同季节吕宋海峡流量的估计；郭忠信等(1985)根据海洋调查温盐资料，通过地转流计算给出了黑潮进入南海的体积输送量；Qu(2000)通过温盐资料动力计算说明吕宋海峡上层的输运量1～2月最大，6～7月最小；Chu and Li(2000)利用P矢量方法分析气候态温盐得到平均输运量，认为2月入侵最强，9月最弱；刘秦玉等(2000)分析了吕宋海峡部分温盐深仪(conductivity temperature，depth，CTD)和声学多普勒流速剖面仪(acoustic Doppler current profiler，ADCP)资料，表明海峡流量主要集中在500 m以上水层；Liang et al.(2003)利用Sb-ADCP观测估算出吕宋海峡300 m以上水层流量约为－3.3 Sv(1 Sv=10⁶ m³/s)；Tian et al.(2006)利用2005年10月东方红2号观测的分析吕宋海峡的净输运量为－6±3 Sv；胡筱敏等(2008)利用Argos表层漂流浮标对吕宋海峡表层流场季节分布特征进行了分析；鲍献文等(2009)利用2007年7月13日至8月5日在吕宋海峡120°E的CTD观测，运用动力计算的方法得出了吕宋海峡经向断面流速分布。通过这些研究工作，对于吕宋海峡的输送特征，现在形成的比较共性的结论是：吕宋海峡的输运具有比较显著的季节变化特征，在春夏两季通过吕宋海峡入侵南海的流量较小，秋冬两季较大；吕宋海峡的水交换具有“三明治”状的垂向结构(Qu，2002；Tian et al.,2006)，即中层水流出南海，上层和底层水由太平洋流入南海。

由于观测资料的不连续性，很难通过资料来全面分析出吕宋海峡环流的季节变化规律及其物理机制，因此目前数值模式成为研究南海环流的一个重要工具。在模式研究方面，Metzger and Hurlburt(1996)采用一个1.5层的约化重力模式计算出吕宋海峡的年平均流量约为－4.4 Sv；Fang et al.(2003)利用一个水平分辨率3°、在中国近海加密为1/6°的全球大洋变网格环流数值模式计算出吕宋海峡的年平均流量约为－6.4 Sv；Cai et al.(2005)利用1/2°分辨率的LICOM全球模式对南海和其毗邻海域的水交换进行了计算，认为吕宋海峡的年均流量为－4.27 Sv；赵伟等(2007)利用POM模式的数值模拟认为吕宋海峡年平均流量为－5.7 Sv，除5月和6月为净流出外，其余月份均为净流入；陈兆云等(2009)利用ROMS模式计算出吕宋海峡的年均净流量为－13.05 Sv。鉴于计算条件的限制，上述全球模拟研究中水平和垂向的分辨率较粗，而区域模拟研究又仅考虑南海或西北太平洋的局部，难以准确模拟出大洋环流及涡动对南海及黑潮的影响，再加上所用到大气强迫资料的不确定性，因此各模式的模拟结果存在很大的差异。本文将利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)发展的高分辨率LICOM(LASG/IAP Climate system Ocean Model)全球环流模式的模拟结果(Yu et al.,2012)，该模式水平分辨率为0.1°，垂直方向有55层，能够较好地模拟大尺度环流和中尺度涡旋的基本特征，本文将用该模式模拟结果分析吕宋海峡水交换的季节变化特征和物理机制。由于季风和黑潮在LST中起到的作用一直是研究和讨论的热点(Metzger and Hurllburt，2001；Wang et al.,2008，2012 )，因此本文也利用模式结果对季风和黑潮对LST季节变化的影响进行了探讨。

本文采用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)发展的气候系统海洋模式LICOM进行数值模拟试验(Yu et al.,2012)。LICOM是一个基于三维原始方程的准全球涡分辨率海洋模式，水平方向采用球坐标，垂直方向采用η坐标(Mesinger and Janjic，1985)。模式具有较高的分辨率，水平分辨率达到0.1°(纬度)×0.1°(经度)，覆盖范围为75°S～65°N，垂直分为55层，其中600 m以上分为40层，这样的分辨率已达到了涡分辨的要求，且在模式中引进了Canuto垂直混合方案，对垂向混合过程的模拟能力也较以往模式有了较大的提高。

该涡分辨率海洋模式采用气候月平均的风应力和热通量以及观测温度和盐度作为初始值，从静止状态开始积分了12个模式年，其中强迫场资料均来自海洋模式比较计划(Ocean Model IntercomparisonProject，OMIP)强迫场(Röske，2001)，原始资料是ERA15再分析数据(Gibson et al.,1997)。此外，模式盐度在海表向Levitus气候平均盐度(Levitus and Boyer，1994)恢复。由于模式的北边界在66°N，是一个开边界，为了保证模拟结果与观测的一致性，我们在开边界上将模式的温度和盐度海洋向气候平均的Levitus资料恢复，而对于速度则当作刚壁边界条件处理。

在上述12年数值试验的基础上，利用2000～2007年逐日的QuikSCAT海表风应力强迫模式，同时采用同期的COREs资料(Large and Yeager，2004)计算得到的海表热量通量和淡水通量强迫模式，继续在12年spin-up的基础上将模式积分8年。关于海表湍流通量的具体计算方案，详情请见Yu et al.(2012)。由于LICOM中不包括海冰模式，在计算海表通量过程中还采用了Hadley中心提供的海冰密集度资料(Rayner et al.,2006)。当海水的温度低于冰点(－1.8 °C)时，直接将温度恢复成冰点温度。本文所用到的模拟结果，都是来自于模式后8年的积分。

在吕宋海峡附近的模拟结果(见图 2)显示，冬季，黑潮北上后主轴位置向西北方向倾斜，通过吕宋海峡进入南海，在(21°N，120°E)附近发生分叉，主轴部分沿陆架向西南方向深入南海，一部分形成反气旋式环流在海峡北部流出南海。流入南海的表层最大流速在1.2 m/s左右。春季，黑潮北上后主轴位置基本处于吕宋海峡东侧，沿台湾岛东侧继续北上。反气旋式环流的曲度大为收缩，但在(21.5°N，120.5°E)附近仍有一支很弱的分支进入南海，最大流速小于0.4 m/s。夏季，黑潮主轴完全处于吕宋海峡以东，且流速较春季有所减弱。进入南海的黑潮分支基本消失。秋季，黑潮主轴方向在吕宋岛东北又开始向西北方向倾斜，处于向冬季形态的过渡阶段。在(21°N，120.75°E)附近开始分叉，较冬季分叉位置偏东，流速偏小，流幅偏窄。模拟显示表层流场的季节变化规律与胡筱敏等(2008)利用1979～2003年间世界海洋环流实验—表面流项目(World Ocean Circulation Experiment−Surface Velocity Programme，WOCE−SVP)和中国自行投放的漂流浮标资料分析得出的吕宋海峡附近海域表层流场的季节分布规律类似，均显示在表层，春夏两季不存在向南海的入侵现 象，入侵只发生在秋冬两季。Centurioni et al.(2004)对1989～2002年间的漂流浮标也表明，穿过吕宋海峡进入南海的浮标仅出现在10月至次年1月。对海面高度的模拟也支持了这种流场结构，秋冬两季台湾岛西南与吕宋岛西北侧的显著的动力高度梯度可以导致吕宋海峡中部产生一支很强的西向流，产生比春夏季更强的西向输送。温度和盐度的模拟结果与世界大洋数据集2005版(World Ocean Atlas 2005，WOA05)相比，除了在部分近岸浅水区误差较大 外，其他大部分区域均较为吻合，同样也显示了黑潮高温高盐水向吕宋海峡入侵的季节变化(图 3)。冬季时，有明显的高温高盐水舌经吕宋海峡延伸至南海，夏季时该现象基本消失。

图2

Fig.2

图 2模式模拟的（a）1 月、（b）4 月、（c）7 月、（d）10 月南海表层（100 m 平均）流场及海面高度季节变化 Fig. 2Simulated horizontal velocities at the surface (mean in upper 100 m) and sea surface heights in (a) Jan, (b) Apr, (c) Jul, and (d) Oct

图3

Fig.3

图 3模式模拟的（a）1 月、（b）4 月、（c）7 月、（d）10 月南海表层温度及盐度模拟值（等值线）及与WOA05 数据的偏差（填色） Fig. 3Simulated sea surface temperature and salinity (contours) and the bias compared with the WOA05 data (shaded) in (a) Jan, (b) Apr, (c) Jul, and (d) Oct

图 4是模式模拟的120.75°E断面600 m以上垂向流场结构。由1、4、7、10月的吕宋海峡(120.75°E)纬向流速垂直分布可以看出，基本形态均为“两出一入”结构，即在海峡北部和南部以出流为主，在海峡中部以入流为主。模拟的断面结构与船载ADCP(Shipboard Acoustic Doppler Current Profiler，Sb-ADCP)1991～2000 年观测结果(Liang et al.,2003)非常相似，根据观测结果，上层300 m的体积输运为－3.3 Sv，这也与模式在上300 m层的模拟结果－3.46 Sv近似，显示了模式在吕宋海峡断面较好的模拟能力。秋冬两季，入流的流幅大于春夏两季，其中，1月的流入范围约为19.5°N～21.25°N，7月的流入范围为19.75°N～21.25°N。同时，秋冬两季的流入流速远大于春夏两季，其中，1月的最大流速在表层，约在20.25°N处，最大流速约为0.6 m/s；7月的最大流速约在100 m深度20.5°N附近，最大流速仅为0.16 m/s。模式模拟的各月通过吕宋海峡的月平均流量如表 1所示，除了6月外，其余月份均为净流入。全年的流量冬季大，夏季小，其中12月流量最大，为－9.05 Sv，6月为净流出，为0.56 Sv。模拟结果证明，冬季南海水与北太平洋水体交换最强，春季最弱，从全年的季节变化分析，每个季节都有太平洋水净输入南海。全年平均的净流量为－3.76 Sv。Qu(2000)、苏纪兰(2005)等的研究表明，通过吕宋海峡进入南海的西太平洋水主要来自上层600 m以浅(即黑潮上层的水体)，本文的模式结果也证明了这一点。模式模拟的600 m层以上的年平均流量为－3.60 Sv，与整个断面的年均流量－3.76 Sv基本相当。

图4

Fig.4

图 4吕宋海峡（a）1 月、（b）4 月、（c）7 月、（d）10 月120.75°E 断面0～600 m 纬向流场结构（正值表示东向流，负值表示西向流，单位：cm/s） Fig. 4Zonal flow (cm/s) sections at Luzon Strait across 120.75°E in (a) Jan, (b) Apr, (c) Jul, and (d) Oct (positive and negative values indicate eastward flow and westward flow, respectively)

表1(Table 1)

表 1 南海各海峡月平均流量估计 Table 1 Monthly average volume transports estimated for various channels of the South China Sea Sv 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 平均 注：负号表示流入南海。 吕宋海峡 －7.97 －6.07 －3.44 －0.18 －0.21 0.56 －0.47 －2.65 －2.03 －5.97 －7.64 －9.05 －3.76 吕宋海峡（600m） －8.07 －5.11 －4.23 －1.17 －1.25 0.32 －0.01 －1.58 －1.79 －4.96 －7.11 －8.50 －3.60 台湾海峡 0.87 1.13 1.86 2.63 3.22 3.42 3.87 3.48 1.55 0.83 0.57 0.45 1.99 民都洛海峡 3.06 1.46 －0.45 －2.32 －1.21 －1.74 －0.85 0.73 0.69 2.59 3.45 4.02 0.78 巴拉巴克海峡 －0.86 －0.97 －1.17 －1.30 －0.50 －0.35 －0.40 0.32 0.30 0.56 0.33 －0.10 －0.34 卡里玛塔海峡 4.35 4.02 2.75 0.88 －1.33 －1.97 －2.28 －2.04 －0.75 1.71 2.85 4.11 1.03 马六甲海峡 0.51 0.48 0.44 0.22 －0.05 －0.01 0.01 0.09 0.24 0.20 0.25 0.39 0.23 马六甲海峡 0.51 0.48 0.44 0.22 －0.05 －0.01 0.01 0.09 0.24 0.20 0.25 0.39 0.23

表 1 南海各海峡月平均流量估计 Table 1 Monthly average volume transports estimated for various channels of the South China Sea

由于吕宋海峡处流态复杂，流量变化受季风、黑潮强度、中尺度涡等多种因素影响，并且目前尚无较长时间序列的观测，再加上其具有多时间尺度的变化，因此不同研究者根据不同观测资料或不同模式估算的吕宋海峡流量变化存在较大差异，从定量上较难形成统一的结论，所以很难从定量上评估模式结果的好坏。表 2显示了不同研究者对吕宋海峡不同季节平均流量的估算和本文模式的估算。可以看出，虽然从具体数值上来说差异较明显，但是从量级和季节变化规律上看，研究结果较为一致。

表2(Table 2)

表 2 不同学者对吕宋海峡断面流量季节变化的估算 Table 2 Comparison of estimated seasonal mean transports through the Luzon Strait Sv Qu（2000）动力计算 Fang（2003）全球模式 Lan（2004）P矢量方法 Cai et al.（2005）全球模式 赵伟（2007）区域模式 陈兆云（2009）区域模式 Wang et al.（2009）全球模式 高分辨率LICOM 注：负号表示流入南海。 1月 －5.3 －11.27 －5.53 ≈－5.60 －9.5 －21.03 ≈－6.8 －7.97 4月 －4.11 －2.50 ≈－3.00 －3.1 －2.01 ≈－3.0 －0.18 7月 －0.2 －2.40 －0.29 ≈－3.10 －1.6 －9.08 ≈－2.4 －0.47 10月 －7.65 －2.24 ≈－5.20 －9.2 －17.96 ≈－5.2 －5.97 全年平均 －3.0 －6.40 －2.69 －4.27 －5.7 －13.05 －4.5 －3.76

表 2 不同学者对吕宋海峡断面流量季节变化的估算 Table 2 Comparison of estimated seasonal mean transports through the Luzon Strait

除了吕宋海峡外，南海还通过台湾海峡、民都洛海峡、巴拉巴克海峡、卡里玛塔海峡、马六甲海峡完成与外界海域的水交换。对模式模拟的各通道月平均流量的统计如表 1和图 5所示。模式的模拟结果显示，从全年的收支情况看，吕宋海峡和巴拉巴克海峡是大洋水进入南海的主要通道。其中吕宋海峡的流量约是巴拉巴克海峡的10倍以上，占海水收支的支配地位。其余4个海峡均以流出为主，流出量最大的是台湾海峡，为1.99 Sv，其次是卡里玛塔海峡，为1.03 Sv。与吕宋海峡相比，台湾海峡和卡里玛塔海峡的流量同样存在显著的季节变化。南海水通过台湾海峡全年流出南海，夏季受西南季风影响，流量达到最大值。卡里玛塔海峡冬季时为净流出，夏季时为净流入，冬季流出量约是夏季流入量的两倍。南海通过这6个海峡与外界的水交换，达到水量的基本平衡。表 3列出了本研究与其他学者对海峡水交换的估计，可以看出，所有的研究结果都肯定了吕宋海峡对南海水交换起到的支配作用，但是对其他海峡流量绝对值的排序存在较大分歧，其中蔡树群等(2002)、Cai et al.(2005)、Fang et al.(2009)和本文的研究结论一致，认为台湾海峡是南海水净流出的主要通道。

表3(Table 3)

表 3 不同学者对南海各海峡水收支的估计 Table 3 Comparison of estimated annual mean transports through each strait in the South China Sea Sv Caietal.（2002） Fangetal.（2003） Caietal.（2005） Dongetal.（2008） Fangetal.（2009） Liuetal.（2011） 高分辨率LICOM 注：序号表示不同研究成果反映的对各海峡流量绝对值大小的排序。 吕宋海峡 －1.17① －6.40① －4.27① －4.64① －4.80① －4.81① －3.76① 台湾海峡 0.93② 1.15④ 2.56② 0.43④ 1.71② 1.44③ 1.99② 民都洛海峡 －0.02⑤ 0.25⑤ －0.07⑤ 0.45③ 1.35③ 2.27② 0.78④ 巴拉巴克海峡 0.04④ 1.35③ －0.08④ 0.11⑤ 0.41⑤ －0.01⑥ －0.34⑤ 卡里玛塔海峡 0.22③ 3.65② 1.86③ 3.74② 1.16④ 1.42④ 1.03③ 马六甲海峡 0.16⑥ 0.27⑤ 0.23⑥

表 3 不同学者对南海各海峡水收支的估计 Table 3 Comparison of estimated annual mean transports through each strait in the South China Sea

图5

Fig.5

图 5南海各海峡月平均流量估计 Fig. 5Monthly average volume transports estimated for various channels of the South China Sea

Qu et al.(2000)、Wang et al.(2006)曾用绕岛环流理论来估计大洋风应力对LST年际变化的影响。基于一个线性无粘的Sverdrup理论(Godfrey，1989)，吕宋海峡体积输送可以通过下式估算：

其中，τ ^(l)是风应力沿积分路径ABCDA(如图 6)上的分量，dl为积分路径的微分，f_N和f_S分别为路径北段CD和路径南段AB的科里奥力参数，参照Wang et al.(2006)选取的纬度，分别为18.75°N和4.75°N，0 ρ_o为海水平均密度，取1034 kg/m³；F为摩擦力。式中的第二项为摩擦效应带来的流量损耗。根据Qu et al.(2000)的算法，可近似为DA积分段风应力沿路径的积分和DA段地转流量的差值，即

其中，ΔP是苏禄群岛北端到南端的动力高度差对400 m深度的积分；g是重力加速度，取9.8 m/s²。

图6

Fig.6

图 6绕岛理论风应力的积分路径（箭头为风应力方向） Fig. 6Integration path of the wind stress used in the Island Rule (arrows denote the direction of the wind stress)

这样，根据绕岛环流理论，利用模式采用的QuikSCAT海表风应力场以及模拟得到的海面动力高度，得出绕岛理论估算的年平均输运量为－4.92 Sv，如除去台湾海峡的年均净输出1.99 Sv，则据绕岛理论得出的吕宋海峡年均输运量为－2.93 Sv，与Qu et al.(2000)、Wang et al.(2006)的估算基本相当，与模式的模拟结果－3.76 Sv也较为接近，说明模式模拟的吕宋海峡气候平均流量在一定程度上可以由绕岛理论所解释。

早期的研究表明，冬季在东北季风的作用下，黑潮上层有一支海水进入吕宋海峡，并向西进入南海北部海域；夏季受西南季风影响，上层海水从南海流向太平洋(Wyrtki，1961；Watts，1971)。但最近的研究结果均倾向于黑潮水经过吕宋海峡终年进入南海，只是在夏季流量很小，冬季流量较大。虽然在结论上有所差异，但研究成果均可表明，南海季风的存在是LST存在显著的季节变化的重要原因之一(Qu，2000；Wang et al.,2006；Han and Huang，2009；Wang et al.,2012)。

Metzger and Hurlburt(1996)通过数值试验证明，风应力旋度引起的埃克曼抽吸对吕宋海峡几乎没有影响，而由风场引起水体在吕宋海峡堆积形成的压力梯度是形成LST季节变化的主要因素。Qu(2000)研究吕宋海峡流量时，推测由季风直接引起的埃克曼输送量仅占吕宋海峡上层(0～400 m)流量的10%，但是由季风引起的吕宋海峡压力梯度形成的西向的地转流对吕宋海峡的输运起到了支配作用。当冬季东北风盛行时，吕宋岛北部海岸线与季风主轴方向较一致，使得吕宋岛北部的海水被带离外海，而台湾岛南部海水则出现堆积，导致冬季跨吕宋海峡的压力梯度很强，这种很强的南北梯度导致了强劲的西向地转流。而夏季西南季风盛行时则相反，使得压力梯度几乎等于0。

对于季风直接引起的埃克曼输送，根据经向输送公式计算：

其中，Q_x为埃克曼输送的纬向分量，Y是吕宋海峡的南北距离，τ_y是经向风应力，f为科里奥力参数，ρ为海水密度。图 7是根据模式采用的QuikSCAT风应力计算的月平均的纬向输送。结果显示，全年上层(0～600 m)的流量输送变化趋势与经向风应力产生的埃克曼输送基本一致，体现出明显的季节变化规律，说明了季风的南北分量对吕宋海峡输送的影响。上层平均输运量约为向西3.6 Sv，埃克曼输运量约为向西0.4 Sv，约占全年上层平均的11％，与Qu(2000)估算的10％相当接近。西向埃克曼输运的最大值出现在12月，输送量为向西1.15 Sv；最小值出现在7月，输送量为向东0.28 Sv，这与全年平均输送的最大值发生月(12月)和最小值发生月(6月)相当接近。总体上说，较大的入侵均发生在东北季风期，较小的入侵或出流均发生在西南季风期。

图7

Fig.7

图 7吕宋海峡上层流量（0～600 m，实线）与艾克曼输送量对比（虚 线；正值表示东向输送，负值表示西向输送） Fig. 7The transport in the upper layer (0−600 m, solid line) of Luzon Strait compared with the Ekman transport (dashed line; positive values indicate eastward transport while negative values indicate westward transport)

根据地转方程可导出地转流量计算公式：

其中，P₁和P₂是吕宋海峡南北端点的动力高度值对深度的积分，根据Wyrtki(1961)、Qu et al.(2004)的研究，取积分深度为400 m。图 8是根据模式模拟得到的海面高度估算的通过吕宋海峡的月平均地转流量。通过对比可以证明吕宋海峡的输送中由地转效应引起的输送占主要作用，远大于季风直接引起的埃克曼输送的作用。同时，根据刘秦玉等(1996)运用位涡守恒原理研究吕宋海峡处流体的运动特征证明，当黑潮在吕宋海峡失去西边界的支持后，具有不同涡度的流体柱会在海峡内表现出不同的弯曲形式。在主轴西侧的水柱，相对涡度较大，流速较小，易出现气旋式轨迹，因此西侧部分流体会在海峡南部流出；而主轴附近的流体流速较大，向西北运动的过程中因β效应以及水体柱厚度的减小会使得流场具有负涡度，配合海峡的宽度，流体会以反气旋轨迹在海峡北部绕出海峡，从理论上解释了吕宋海峡“两出一入”的流场结构。

图8

Fig.8

图 8吕宋海峡上层流量（0～600 m，实线）与地转输送量对比（虚线； 正值表示东向输送，负值表示西向输送） Fig. 8The transport in the upper layer (0−600 m, solid line) of Luzon Strait compared with the geostrophic transport (dashed line; positive values indicate eastward transport while negative values indicate westward transport)

LST的另一个重要的影响因素是黑潮对海峡附近环流的强迫作用(Metzger and Hurlburt，2001)。Wang et al.(2012)通过对1986～2008年间在吕宋海峡附近的841个浮标的轨迹研究发现，在冬季约有40％的表面漂流浮标通过黑潮的西侧进入南海，部分Argo浮标的轨迹也表明进入南海的途径不仅仅限于表层。这说明了LST的主要来源很可能是作为黑潮源头的太平洋北赤道流(North Equatorial Current，NEC)。我们选取130°E断面对模式模拟的NEC流量进行分析。根据刘秦玉等(2003)认为的NEC气候平均位置，选取7°N～16°N作为南北边界，获得的断面流量与LST的比较如图 9所示。结果显示出NEC流量与LST的季节变化相比滞后约1个月，但仍显示出相似的变化规律，显示了NEC对LST季节变化的影响。

图9

Fig.9

图 9模式模拟的月平均吕宋海峡输运（实线）与NEC 月均流量（虚 线）的比较（正值表示东向输送，负值表示西向输送） Fig. 9Comparison of simulated monthly average transport at Luzon Strait (solid line) and North Equatorial Current (dashed line; positive values indicate eastward transport while negative values indicate westward transport)

综合以上分析，我们认为吕宋海峡的流动以地转流驱动为主，而动力高度的南部梯度决定了地转流的强度。在冬季时，NEC流量较大，更多的北赤道暖水流动到菲律宾以东海域，使得南海水与黑潮水之间温度梯度较大(图 3)，导致吕宋海峡处等水位线基本呈东南－西北走向(图 2)，使动力高度的南北梯度得到加强，通过吕宋海峡进入南海的地转流量相应增大，而驱动这种南北梯度的动力因子主要来源于海面风场的动能，至于是局地风应力还是海盆尺度风应力的作用则需要进行更多的数值试验进行验证。Metzger and Hurlburt(1996)利用1.5层全球模式，用不同的风场强迫进行过数值试验，证明了当在南海和苏禄海由月变化风场驱动，在外部区域用年平均风场驱动，显示LST的月变化只是平时的44%，当南海和苏禄海采用零风场，外部区域采用月变化风场，则海峡流量的月变化是平时的60%，似乎可以说明局地风场和大尺度洋盆风场对LST的季节变化均有贡献，但受简化模式以及平均风场的影响，以往的数值实验并不能很好地说明季风影响机制，未来结合高分辨率原始方程模式和实际风场的数值实验有可能对LST季节变化物理机制做出更深入的解释。

(1)本研究以Quikscat风场驱动分辨率为0.1°(纬度)×0.1°(经度)的准全球海洋环流模式LICOM，由于模式的范围包括了较为完整的全球环流系统，且分辨率具有涡分辨的能力，加上实际风场的驱动，使得模式的模拟精度较之以往在吕宋海峡附近的模拟研究具有更高的可信度。

(2)模拟的吕宋海峡附近上层环流具有明显的季节变化特征，秋冬两季由西太平洋进入南海的流量较大，春夏两季的流量较小。年平均流量在­－3.76 Sv，其中上层(600 m以上)流量起主要贡献，为－3.60 Sv，模式模拟的结果无论是与实际观测获得的流量，还是与多数学者通过动力计算或数值计算获得的流量相比均较为接近，模拟的气候平均结果与通过绕岛理论获得的年平均流量也较为接近，显示了较好的模拟能力。

(3)南海主要通过吕宋海峡、台湾海峡、民都洛海峡、巴拉巴克海峡、卡里玛塔海峡、马六甲海峡完成与外界海域的水交换。模式的计算结果显示，吕宋海峡和巴拉巴克海峡是大洋水进入南海的主要通道，其余海峡均以流出为主，流出量最大的是台湾海峡(1.99 Sv)，其次是卡里玛塔海峡(1.03 Sv)。

(4)吕宋海峡附近流态及流量季节变化的影响因子相当复杂，一般认为季风及黑潮是主要因子，本文利用模式的结果证明：由季风引起的埃克曼输送量约占吕宋海峡流量的11％，而由季风引起的吕宋海峡压力梯度形成的西向的地转流对吕宋海峡的输运起支配作用。作为黑潮源头的NEC流量也对LST的季节变化有一定影响。

(5)由于模式的模拟时间较短，尚难以分析LST的年际变化规律以及影响因素，因此获得长时间的数值模拟序列以对吕宋海峡流场的年际变化规律及物理机制进行研究将是下一步的工作内容。此外，西太平洋水与南海水交换的物理机制研究尚不充分，并且中尺度涡的生消过程和影响机制研究也不够明确，这些有意义的研究将是未来工作的重点。

致谢 本文中LICOM涡分变率海洋模式长期积分试验是在天津国家超算中心的天河−1A超级计算机系统上完成的。