黄海是一个三面环陆地的半封闭陆架浅海，平均水深约为44 m。黄海冷水团是黄海夏季最为典型的水文现象，指暖半年时存在于黄海季节性温跃层之下的海盆尺度低温水体，冷水团内部存在两个冷中心，分别出现在南、北黄海。1959年赫崇本等^[1]就黄海冷水团的形成和性质进行了最初的探讨，得出了黄海冷水团是在冬季黄海局地生成这一著名论点。1930年代，日本学者^[2]利用观测资料分析了北黄海温盐分布和季节变化。翁学传等^[3]利用多年实测资料详细分析黄海冷水团分布范围、低温中心、体积和温盐特性的多年变化，认为黄海冷水团温、盐性质比较稳定，不同年份之间冷水团分布范围变化：北黄海小于南黄海，深、底层小于上、中层。江蓓洁等^[4]基于1976—1999年的海洋调查资料研究了北黄海冷水团温盐的多年变化特征及影响因素。姚志刚等^[5]利用2006—2007年4个季节航次的CTD数据，对北黄海冷水团的季节变化及其消长过程进行了分析。这些已有的研究极大地提高了人们对黄海冷水团形成与变化方面的认识，也为黄海冷水团的综合利用提供了大力的支撑。但是上述结果也存在观测资料精度低、重点海域黄海冷水团观测及分析不足的缺点。

由于夏季黄海冷水团水量充足、范围庞大，核心区域水温可低至5℃，其存在使得在夏半年黄海存在巨大的温差能储量^[6]，然而温差小、能量密度低的因素大大限制了对黄海温差能发电的利用^[7]。区域供冷技术的发展为利用夏季黄海冷水提供了新思路。国外利用区域供冷技术进行城市供冷发展较早，在区域供冷应用案例中，最著名的是瑞典斯德哥尔摩利用波罗的海低温海水进行夏季城市区域供冷^[8]。国内区域供冷技术虽然起步较晚，但发展迅速，已经有许多研究成果与应用实例^[9-10]。

在夏季黄海冷水综合利用中，取水海域的选择是关键环节。本文利用北黄海冷水多年高精度温度观测数据，重点对比分析夏季大连、威海及成山头海域的取水条件，以确定夏季黄海冷水最佳取水位置。

1 资料介绍及处理方法

选取黄海冷水团多年温度实测资料进行分析, 数据包括北黄海大范围观测、大连及山东半岛海域的大面及精细加密观测、大连海域夏季温度链连续观测等，所用的观测资料如下表 1所示。本文所用的CTD资料均为下降过程的数据，经过质量控制剔除无效点，利用Sufer和Matlab绘图软件进行绘图。由于北黄海潮汐以规则半日潮和不规则半日潮为主，为剔除潮汐引起的高频变化，将温度链连续观测数据经过插值到相应观测层的平均水深，并进行低通滤波剔除半日潮和全日潮的影响。

2 取水位置优选分析 2.1 备选特征海域选择

基于北黄海冷水团分布范围变化相对较小的特点，本文选取北黄海作为取水区域，并假定北黄海各年份冷水团分布范围变化不大。为调查北黄海冷水团的分布情况，选取北黄海908项目调查的20个断面、120个站位大范围观测数据进行分析，调查时间为2006年7月20日—8月7日，调查范围涵盖了渤海海峡至124°E的北黄海绝大部分海域。观测站位与所得底层温度分布如图 1所示。

传统的海洋学理论认为黄海冷水团具备低温高盐的特征，1963年管秉贤提出以8℃等温线作为黄海冷水团范围变化的指标比10℃为宜^[11-12]，故本文选取8℃为冷水团的水平及垂向边界，设定10℃为冷水利用上限，以保证所选冷水位置可以获得足够的“低温”效益。

由大范围观测结果(见图 1)可知，黄海冷水团冷中心的水温低于6℃，8℃冷水范围占整个调查范围的一半左右，冷水团边界向渤海海峡凸出，形成“冷水舌”顶端到达大连附近海域，冷水团边界平行于大连-旅顺海岸线，低温海水可到达近岸海域，冷水团在山东半岛尤其是成山头附近海域与陆地相隔很近。借鉴斯德哥尔摩海水区域供冷先例，选较大规模城市就近获取冷水加以利用，因此将大连市、威海市作为区域供冷备选服务城市。

取8℃等温线与陆地的垂直距离作为冷水至陆地的距离，利用绘图工具进行测距，测得大连海域冷水距离陆地15 km左右，成山头附近海域冷水距离陆地35 km，威海市为40 km。对比图 1和2可知，冷水团分布与区域地形有很好的相关性。大连、威海和成山头海域的冷水团边界位置所处的水深相近，均为50 m左右。综合考虑冷水团与陆地的距离、城市规模及水深等因素，将大连海域作为大连市区域供冷冷水备选海域；将成山头海域、威海海域作为威海市区域供冷冷水备选海域。下文将结合更为精细数据，就备选海域冷水核心温度、分布特点、与陆地距离及冷水团持续时间等因素进行具体分析，以确定最优取水区域。

2.2 取水位置空间比选

为分析特征海域冷水温度、分布特征以及与陆地的距离等问题，需要更高精度、不同年份的实测数据做支撑。另由于所选择大连海域、威海海域和成山头海域三个特征分别位于辽东半岛和山东半岛，因此将特征海域划分为辽南海域和山东半岛附近海域两个区域进行观测与分析。

2.2.1 辽南海域

搜集北黄海夏季沿岸流及冷水团界面变化补充调查与研究项目在辽南海域进行了5个断面的温度调查数据，调查时间为8月上旬，调查站位设置及海域底层水温分布如图 3所示。

通过与前面的大范围调查数据对比，发现冷水团在辽南海域尤其是大连海域的分布形态相似。“冷水舌”尖端冲向大连市附近海域，使得大连市在整个辽南海域中离冷水核心距离最短，黄海冷水团核心水温低于7℃。且此次调查测得大连海域冷水团至陆地的距离变短，为10 km左右。

由于此次辽南海域调查区块并未完整包括大连海域，且站位较为稀疏，为了进一步调查大连近岸冷水分布情况，特对大连沿海10 km左右海域进行了加密调查。设置7个断面32个观测站位对海域水温分布进行了观测，调查时间为2012年7月23日，所得底层水温分布如图 4所示。

图中虚线为8℃等温线，仅在调查海域西南距离陆地5 km的海域水温大于8 ℃，最高水温10 ℃左右。老偏岛附近海域底层水温为7 ℃，大连市与7℃等温线的距离仅3 km。7月下旬整个调查海域及大连岸线10 km之内的海域，都满足作者假定的近岸冷水利用要求，冷水至陆地的距离和冷水温度条件极佳，并且可利用的取水范围较大。

综合大范围调查、辽南海域调查以及大连海域精细调查数据，发现大连海域8月中旬之前，在距离陆地约15 km处便有可利用的庞大的黄海冷水团水体。

2.2.2 山东半岛附近海域

为研究山东半岛威海及成山头海域的取水位置，搜集了北黄海夏季沿岸流及冷水团界面变补充调查与研究项目在山东半岛海域获取的5个断面温度调查数据，调查时间为8月中旬，站位设置及海域底层水温分布如图 5所示。

山东半岛近岸海域水温较高，达到20℃左右。与北黄海大范围调查结果相似。成山头海域等温线分布比较密集，陆地至冷水团的距离约为35 km，冷水团的核心温度小于8℃。威海海域等温线较为稀疏，但因受观测范围所限，这次调查未能捕捉到威海海域附近的8℃等温线。在威海近岸40 km之内，水温高于11℃。威海与成山头海域冷水至陆地的距离和冷水核心温度与大连海域相比皆存在较大劣势。比较而言，成山头海域要好于威海海域。

为了更深入地了解山东半岛的温度分布状况，对山东半岛海域进行了加密调查。在威海-成山头-荣成海域设置了12个断面91个观测站位，调查时间为8月上旬，观测站位及海域底层水温分布如图 6所示。

此次调查结果显示，冷水团距威海和成山头分别约为35和30 km，成山头距离冷水团更近。冷水团核心温度均在8℃以下，最低可达6℃。近岸区的水温为18℃左右，在荣成海域出现较高温度水体。综合冷水团离岸距离和冷水核心温度两个因素，成山头海域优于威海海域。

根据上述三个海域冷水团水平分布特征的分析，从冷水团离岸距离以及冷水团温度的因素看，大连海域相较山东半岛两个特征海域有明显优势，认为大连是北黄海冷水团综合利用的最优选择，若山东半岛考虑利用冷水进行区域供冷，可选择成山头附近海域取水。

综合辽南海域三次调查，发现大连距离8℃等温线距离，7月下旬在5 km之内，8月上旬逐渐退至10和15 km。山东半岛的三次调查中，8月上旬冷水距离威海30 km左右，冷水核心温度6℃左右，8月中旬冷水向外海退至距离陆地35 km左右，冷水核心区温度为8℃；8月上旬威海距冷水团35 km左右，冷水核心温度为8℃以下，8月中旬距离威海40 km之内的海水温度升至11℃以上。忽略多年间北黄海冷水团分布位置的变化，认为冷水团存在季节内较为明显的升温趋势，随着温度的升高冷水团向外海退缩。

2.3 优选取水位置冷水团垂向结构及持续性

通过前面的分析可知，北黄海最优取水位置应为大连海域，那么大连海域冷水的季节内变化如何？是否能满足工程利用的要求呢？为此，本文将根据实测数据就大连海域冷水团持续时间以及垂向结构辅助论证，探究其可利用性。对大连拟定取水区域附近进行了垂向观测和定点温度链连续观测。由于观测均离岸较近，位于北黄海冷水团锋面区域，故取10℃等温线作为冷水团的水平及垂向边界。

2.3.1 大连海域冷水垂向分布

为验证冷水团的持续时间，2010年8月28日在大连老偏岛附近海域布设3个观测站进行水温观测，3个站点距陆地平均8 km左右，站点位置见图 7。3个站的水温垂直分布如图 8所示。

三个站点的水深都在50 m以上，表、底层的水温都较均匀，但20~40 m深度存在着较强的温跃层，温跃层厚度约为20 m。8月底距大连10 km内的海域，底层温度仍小于冷水综合利用的温度上限10℃，8月底大连海域冷水利用条件可满足需求。

2.3.2 大连海域冷水团的持续性

为探究所选大连海域冷水团的持续性特征，于2009年6—9月在大连东南的獐子岛海域附近进行了温度连续观测，利用锚系温度链对六层海水进行为期3个月的连续监测，所得数据经处理后绘制的温度变化如图 9所示。

从图 9可知，10与15 m层的温度变化大且水温较高，21 m层在观测前期温度较低，于8月底剧烈升高至20 ℃以上，28和38 m层水温在9月初有明显上升趋势，底层(48 m)水温在整个观测时段变化较缓慢，从6月底的5 ℃缓慢升高至9月初的12℃左右，之后出现水温下降趋势。但应指出的是，在8月底之前，28 m以下的水温分布均匀且变化较小。

从图 1和3温度分布图可知，獐子岛附近海域底层温度比同期大连附近海域温度要高，且辽南海域等温线表现出由东北向西南温度降低的特点，故8月中旬之后底层温度最高温度达到12℃，高于10℃，仍认为此时大连海域满足冷水条件。尽管存在季节内升温现象，大连海域底层冷水仍具备持续时间长且温度低的特性，可持续利用至9月中旬。

3 结论与讨论

通过全面对特征海域水温的对比分析，得出以下结论：

(1) 在北黄海，大连海域冷水离岸最近，冷水核心温度最低，冷水持续时间长，可持续利用至9月中旬，且具备地理条件的优势，离岸10 km处水深即可达到50 m，大大减少了冷水利用成本。大连市城市规模远大于威海市，将有更多人受益，故而大连附近海域是冷水利用取水的最优选择。

(2) 在山东半岛附近海域，成山头海域距离冷水团位置及冷水核心温度均比同期威海海域表现更好，若山东半岛考虑就近取水，可以选择成山头海域。

本文基于北黄海冷水团多年间分布位置变化不大的前提下展开分析，仍有一定的局限性。今后，针对管道设计、冷水管道传输能量耗散等问题，希望能与相关领域专家学者合作，对北黄海冷水团区域供冷技术进行进一步研究。