台湾海峡寒害事件机制研究

In 2008, a large amount of cold water intruded into Penghu Island (PHI), causing great losses to local aquaculture and the coral reef ecosystem, called cold disaster. Recent studies show that the northeasterly monsoon of long period and high intensity drives the cold water eastward offshore first and then southward intrusion and results in the cold disaster. Normally, China Coastal Current (CCC) should flow southward along the coastline through Ekman effect. Therefore, the mechanisms of eastward offshore current and southward intrusion should be studied. Wind variation, cape boundary, bottom topography, the meridian water level gradient and the southward trapped wave generated by the outbreak of the north wind may be related with the cold water separating from the coast and intruding into PHI. With the use of long time series data from HF radar, mooring buoys in the Taiwan Strait (TWS), collecting the observation data and the remote sensing data in the TWS, analyzing the results from the operational three-dimensional ocean model, the mechanisms of the CCC separation and intrusion, and the related global circulation anomalies will be studied. The research can make it more available to predict the cold disasters, and enhance the understanding of the regional ocean dynamics in the TWS.

2008年2月，澎湖海域突现大量冷水，致使大量鱼类被冻死，称为寒害事件。初步研究表明此冷水是在高强度，长时期的东北季风作用下从浙闽沿岸流离岸分离，再向南入侵到澎湖海域。正常情况下，浙闽沿岸流在东北风导致的Ekman作用下理应向西贴岸南流。因此，浙闽沿岸流的冷水的离岸分离及南侵澎湖的机制值得进行研究。风场时空变化、平潭岛的凸岸作用、海底地形的引导以及海峡南北水位及流系的差异，加上冷空气爆发后黄、东海的传入海峡的沿岸陷波都有可能是冷水分离及入侵澎湖的原因。利用台湾海峡布设的地波雷达、浮标所监测的长时间序列温、盐、流资料，结合遥感资料、现场航次及已业务化的三维海洋模型，研究浙闽沿岸流分离并入侵到澎湖海域的动力学机制，及与其有关的年代际的环流变异是本课题的研究内容。该研究有助于加强对极端灾害的预防和提高对台湾海峡动力过程的理解。

本课题从资料收集、出海观测、模型建立以及理论分析入手，分析并研究了2008年台湾海峡寒害事件的动力机制，并分析其与全球尺度的年代际大气、海洋异常变化的相关性。课题研究表明在天气过程尺度下，此冷水是在高强度、长时期的东北季风作用下到达海峡西岸，并于风歇期在地转调整下随浙闽沿岸流离岸分离，再向南入侵到澎湖海域，从而造成该次事件；同时在风场变化过程中东海产生的水位波动以沿岸陷波的形式传入台湾海峡，强化了冷水入侵的进程。通过进一步研究我们发现台湾海峡风场的第二模态虽然只解释了17%方差，但是对台湾海峡的温度异常起了关键作用。SVD分解可以看到台湾海峡温度变异的第一模态（包含了中部及南部的变温中心）主要是由于风场第二模态控制，该第二模态主要是以跨岸风场为主，与中国东南沿岸盛行的东北季风互为正交状态。在2008年台湾海峡寒害事件中，风场的第一模态及第二模态分别呈现极大和极小值，说明东北季风（第一模风）在该年的加强带来了大量的北方沿岸的冷水，而第二模态极小值使得该冷水能够在台湾海峡中部聚集，最终导致了台湾海峡2008年的寒害事件。在全球变化尺度上，历史上寒害事件在1976年、2000年、2008年和2011年发生过，均为La-Nina年，同时处于负PDO相位。在这些特殊的冬天，巨大的冷水可以通过强烈的沿岸东北风（风模态一）进入海峡，并在特殊的天气过程中（风模态二）从沿岸分离进而影响澎湖水域，也就是说寒害事件可能发生在PDO负相位的La-Nina年。该结果为未来台湾海峡的寒害事件的预报提供了新的思路。本研究深入了对台湾海峡海洋动力过程的理解，并提高了对台湾海峡海洋灾害的预报能力。