海水的运动是一种复杂的多尺度现象，在以往的研究中，人们对潮汐、波浪、洋流等水运动过程已有较多的认识，但关注海水的中尺度运动则是从20世纪70年代开始的(李立，2002a).海洋的中尺度现象通常是指时间尺度在数天至数月之间，空间尺度在数十至数百公里之内的一类海洋过程(李立，1989；Chow et al., 2008；Chelton et al., 2011).由于中尺度物理过程与潮汐、波浪等小尺度物理现象不同，也有别于洋流等大尺度海洋过程，因此中尺度物理过程对局部海区特别是封闭或半封闭边缘海会起到更为明显的作用(袁梁英，2005)，其动力学意义不可忽视(Chu et al., 1998; Li et al., 1998; Wang et al., 2000; 李立，2002a; Moore et al., 2007；Chen et al., 2011).海洋的中尺度物理现象主要包括涡旋、上升流、锋面等(曾流明，1986；邓松，1987；李立，1990；洪启明和李立，1991；冯士筰等，1999).另外，洋流的蛇形，沿岸陷波，以及某些中尺度环流均可归入中尺度现象的范畴(李立，2002a).由于涡旋是一种较为典型的中尺度物理过程，因此本研究主要讨论涡旋对调查海域生源要素分布特征的影响.

海洋涡旋主要由边界流和密度锋的斜压不稳定性形成，一般具有明显的中尺度特征(徐锡桢等，1982; 方文东，1997；杨坤等，2000；Chen and Hou， 2011).斜压的不稳定会产生气旋型涡旋(温跃层变浅)或反气旋型涡旋(温跃层变深)，气旋型涡旋通过水平运动到新的暖水环境使得温跃层和营养盐跃层抬升.同样，反气旋的温跃层和营养盐跃层则因为迁移到一个较冷的新环境而呈现下降的特征.Morales等(2012)在智利海域中南部的研究表明营养盐及温度、盐度、溶解氧等受到气旋型涡旋和反气旋型涡旋的影响明显，Hashihama等(2010)也指出太平洋南部亚热带海域由于受到这两种气旋的影响，使得表层海水营养盐浓度处于较低水平.McGillicuddy等(1997; 1998)则认为中尺度涡在寡营养的亚热带环流中是一个很重要的营养盐输送机制，Sumata等(2010)用模型证明了在受中尺度涡影响的海域，中尺度涡对营养盐的垂直输送具有重要意义.南海存在大量的中、小尺度涡旋(黄企洲等，1992；Qiu and Chen， 2005；王桂华等，2005)，对生源要素产生的动力学意义不可忽视(袁梁英，2005).

南海是世界上最大的边缘海之一，纵跨亚热带与热带之间，海区既有宽广的大陆架，又有水深达4000 m之深的海盆，还有两大河流——珠江和湄公河的输入.南海与大洋及邻近边缘海的连接通道中只有吕宋海峡是唯一深水通道(伍伯瑜，1982；李立，2002b)，因此南海具有典型的半封闭海特征(袁梁英，2005).南海北部一般是指吕宋海峡以西、台湾岛西南、珠江口以东、18°N以北的海域.南海北部海底地形自西北向东南方向下倾，其等深线大致呈西南-东北走向，并且位于亚热带季风区，夏季盛行西南季风，受季风和地形的影响，夏季南海北部呈现复杂的中尺度变异现象(韩舞鹰和马克美，1988).南海北部营养盐及溶解氧(DO)分布受水文状况特别是中尺度海洋过程的影响显著(袁梁英，2005).

由以往的研究可知，在南海北部，气旋涡多发生在春季和初夏，反气旋涡多在夏末、秋冬季节生成(李燕初和蔡文理，2005).本研究调查时间为2011年8月24日—9月5日，时值夏末，由调查期间调查海区的海平面异常高度图可知(图 1，为了反映整个调查期间南海北部处于反气旋型涡旋的影响中，图中列出了2011年8月24日、31日及9月5日的海平面异常高度图)，调查期间南海北部正处于一个明显的反气旋型涡旋的影响之中.本研究利用2011年夏末对中国南海北部的现场调查数据，分析了反气旋型涡旋这一典型的中尺度物理过程对南海北部营养盐及溶解氧分布特征的影响，以期为进一步了解南海海域水文状况及其对营养盐、溶解氧等生源要素分布的影响提供数据资料和理论基础.

图 1(Fig. 1)

图 1 2011年8月24日、31日及9月5日调查海区海平面异常高度图(图审字(2013)第3826号) (注： 图片源自http://eddy.colorado.edu/ccar/ssh/nrt_global_grid_viewer) Fig. 1 Sea level anomaly of the study area in 24th，31st August and 5th September

现场调查于2011年8月24日—9月5日在南海北部海域进行，调查船只为 “东方红2号” 海洋科学考察船.调查范围为18～24 °N，109～120 °E，覆盖了南海北部大部分区域，站位图如图 2所示.现场调查设置A～F共6条断面，共计25个站位；采样深度从0米至几千米不等.

图 2(Fig. 2)

图 2 南海北部调查站位(a. 方框内为研究区域在南海的位置; b. ○表示采样站位)(图审字(2013)第3826号) Fig. 2 Sampling stations of the northern South China Sea(a. The square in the map shows the location of study area in the South China Sea; b. ○ st and s for sampling stations)

现场调查使用直读式温盐深仪(Seabird 911-PlusCTD)对温度、盐度等基本参数进行测定.使用CTD附带的12联装12 dm³电控Niskin采水器对各层次进行采水.溶解氧和营养盐均采取现场测定：溶解氧使用Winkler碘量法测定；硝酸盐(NO^-₃-N)、磷酸盐(PO^3-₄-P)及硅酸盐(SiO^2-₃-Si)水样在现场经0.45 μm醋酸纤维滤膜过滤后，用分光光度计按 《海洋调查规范》(GB 17378.4-2007)进行现场测定，所用标准物质为国家海洋局第二海洋研究所生产的营养盐标准.

本研究选取采样站位的表层数据分析涡旋这一典型中尺度物理过程对营养盐水平分布的影响.各项营养盐的水平分布如图 3所示.从中可以看出，南海北部NO^-₃-N，PO^3-₄-P及SiO^2-₃-Si的水平分布基本呈现近岸高远海低的分布趋势.其中，调查海区存在着一个明显的NO^-₃-N、SiO^2-₃-Si高值区，PO^3-₄-P低值区，位于东沙群岛附近(115°～117°E，19°～21°N)，其可能主要受到反气旋型涡旋的影响.夏季南海海面上盛行西南季风，季风是驱动海流的主导因素之一，南海在海盆尺度上整体表现为巨大的反气旋型涡旋结构(Humborg et al., 2000；Fang et al., 2002；Howarth and Marino， 2005).由于反气旋型涡旋能引起珠江口淡水由近海向远海不断扩散(Xu et al., 2008)，直至东沙群岛附近，因此使得东沙群岛附近陆架区受到珠江河水的影响，呈现出与珠江冲淡水相同的高氮、硅，低磷的特征.这与李燕初和蔡文理(2005)在1994年8月底至9月初在东沙群岛附近观测的结果相一致.

图 3(Fig. 3)

图 3 调查海域表层营养盐水平分布示意 Fig. 3 Horizontal distribution of nutrients of surface layer

本研究分别对调查区域的A、B、C、D、E、F 6个断面进行分析，以讨论反气旋型涡旋对各个断面营养盐及溶解氧垂直分布的影响.图 4为调查海域C断面各项参数的断面分布.从中可以看出，C断面表层的高温低盐水有明显的下沉现象，在表层水下沉的周围，次表层水被挤压到表层.由以往的研究可知，受反气旋型涡旋中心影响的区域呈现明显的表层高温低盐水向下扩张现象(袁梁英，2005)，由此可以推断C断面可能受到反气旋型涡旋中心区域的影响.由图 1调查海区海平面异常高度图可以看出，该断面C3站靠近反气旋型涡旋的中心区域，进一步证实了C断面受到反气旋型涡旋中心的影响.且该断面营养盐也呈现出明显的表层低浓度营养 盐向下扩张现象，50 m以浅的营养盐浓度均较低，NO^-₃-N，PO^3-₄-P浓度甚至低于检测限.DO的断面分布则呈现与营养盐相反的分布趋势，表层溶解氧浓度非常高，表现出明显的过饱和特征，4 mg · L^-1 的等浓度线比其它断面至少深30 m.C断面这种营养盐浓度明显低于其他断面，DO浓度则高于其它断面的特征与袁梁英(2005)在2004年夏季南海北部海区受到反气旋型涡旋中心影响的研究结果相一致.

图 4(Fig. 4)

图 4 调查海域C断面各项参数断面分布示意 Fig. 4 Vertical distribution of temperature，salinity，nutrients and DO of section C

图 5为调查海域B断面各项参数的断面分布.由温度盐度分布可以看出B断面也存在高温低盐的表层水下沉现象，但不如C断面明显，可以推测B断面可能也受到反气旋型涡旋中心的影响(由图 1海平面异常高度图可以看出，该断面B4站靠近反气旋型涡旋的中心区域).由营养盐分布可知B断面表层低浓度营养区向下扩散明显，尤其是NO^-₃-N，在100 m 以浅相当低，甚至低于检测限，与C断面NO^-₃-N的分布特征相似，进一步证实了B断面也受到反气旋型涡旋中心的影响.DO的分布规律则呈现与营养盐相反的趋势，表层DO浓度较高，由表层向下DO浓度逐渐降低.综合以上分析可知，本次调查的B、C断面呈现明显的表层高温低盐水向下扩张现象，使得营养盐浓度等深线明显下移，DO浓度高于其它断面，因此B、C断面可能受到反气旋型涡旋中心的影响.

图 5(Fig. 5)

图 5 调查海域B断面各项参数断面分布示意 Fig. 5 Vertical distribution of temperature，salinity，nutrients and DO of section B

图 6为调查海域D断面各项参数的断面分布.由温度、盐度分布可以看出，该断面温度、盐度在近岸呈现完全混合的状态.盐度在 600～700 m 之间出现极大值(大于 34.6)，该极大值受到陆架地形阻挡，出现明显的向上爬坡趋势，形成高盐水向陆架入侵现象；在该断面的温度分布图中，17℃等温线也有明显的爬坡现象.由以往的研究可知，受反气旋型涡旋边缘影响的区域下层低温高盐水在陆架坡折处存在明显的涌升(袁梁英，2005)，因此推测D断面可能受到反气旋型涡旋边缘的影响，由图 1海平面异常高度图也可以证实这一点.该断面营养盐分布有两个明显的特征：下层高浓度营养盐冷水向上涌升和近岸水强烈的垂直混合.尤其

是D4 站，该站位附近的NO₃-N由下层向上涌升了 1000 m 左右，这些涌升将下层富营养盐的底层水向上输送.DO的分布也表现出类似特征，下层DO由下向上涌升明显，这与Ladd et al.(2009)在阿拉斯加湾东部的研究结果相一致.在对南海中尺度涡的研究中，修树孟等(2002)认为，当中尺度涡旋向海岸或陆架靠近时，其外部流场必然在近岸或陆架区附近海域诱导出上升流.因此，该断面陆架坡折处下层冷水涌升有可能是中尺度涡旋的物理过程所导致的.

图 6(Fig. 6)

图 6 调查海域D断面各项参数断面分布示意 Fig. 6 Vertical distribution of temperature，salinity，nutrients and DO of section D

图 7为调查海域F断面各项参数的断面分布.由温盐分布可以看出，F断面温盐等值线也有向上爬坡现象，但强度比 D 断面要弱.NO^-₃-N在F断面出现了大幅度的涌升，F6站处甚至由下向上涌升了近3000 m.DO在F断面也出现了较大程度的涌升.尽管F断面各项营养盐及DO的涌升强度较弱，但其浓度水平与 D 断面接近，可以推测F断面可能也受到反气旋型涡边缘的影响.综合以上分析，在调查海域的D、F断面，由于反气旋型涡与陆架边缘的摩擦，在涡旋附近的海域出现了下层低温高盐的海水向上不同程度的强烈涌升，将下层含较高浓度营养盐的深层水带入表层，为浮游植物的光合作用提供了丰富的物质基础.

图 7(Fig. 7)

图 7 调查海域F断面各项参数断面分布示意 Fig. 7 Vertical distribution of temperature，salinity，nutrients and DO of section F

图 8为调查海域E断面各项参数的断面分布.由图 1海平面异常高度图可以看出，该断面的E1、E2站位于反气旋型涡旋的中心区域，本应表现出明显的表层低浓度营养盐等深线向下扩张现象.但由E断面NO^-₃-N，PO^3-₄-P及SiO^2-₃-Si的断面分布可以看出，营养盐浓度等深线仅在100 m以浅表现出向下扩张现象，受反气旋型涡旋的影响并不明显.这是由于夏季南海北部海面上始终存在着季节性上升流(于文泉，1987)，E断面位于东沙群岛附近，洪启明和李立(1991)的研究指出，季节性上升流是夏季南海北部自粤东沿岸至外海114°E以东，东沙群岛以北的一种普遍的中尺度物理现象.本次调查的A、E断面正处于上述范围内，因此A、E断面也受到上升流的影响.与其它断面相比，E断面表层水温度低盐度高，具有典型的上升流特征.且该断面PO^3-₄-P浓度整体较高，尤其是底层水，PO^3-₄-P浓度普遍大于2.6 μmol · L^-1，溶解氧在底层却表现出较低的水平(2.4 mg · L^-1)，具有显著的低温、高盐、高磷、低溶氧的上升流特征(韩舞鹰和马克美，1988).因此，本次调查E断面受反气旋型涡旋和上升流的共同影响，且上升流对该断面的影响大于反气旋型涡旋的影响.A断面地处粤东沿岸附近海域，远离反气旋型涡旋(由图 1可以看出)，受上升流的影响更为 显著.图 9为调查海域A断面各项参数的断面分布，从中可以看出，该断面等盐线在陆架区有明显的向上爬坡现象，等温线同样也有向上爬坡现象，且该断面温度低，盐度高，受到明显的季节性上升流的影响(洪启明和李立，1991).

图 8(Fig. 8)

图 8 调查海域E断面各项参数断面分布示意 Fig. 8 Vertical distribution of temperature，salinity，nutrients and DO of section E

图 9(Fig. 9)

图 9 调查海域A断面各项参数断面分布示意 Fig. 9 Vertical distribution of temperature，salinity，nutrients and DO of section A

1)夏季南海北部陆架区营养盐及溶解氧的分布受反气旋型涡旋这一典型中尺度物理过程的影响显著.在营养盐的水平分布上，调查海域营养盐呈现明显的近岸高远海低的分布趋势.由于反气旋型涡旋将珠江口水由近岸带至东沙群岛附近，使得东沙群岛附近海区呈现明显的高N、Si，低P的珠江口水特征.

2)在营养盐及溶解氧的断面分布上，位于珠江口附近海域的B、C断面呈现明显的表层高温低盐水向下扩张现象，营养盐浓度等深线也明显下移，DO浓度则高于其他断面，这两个断面可能受到反气旋型涡旋中心的影响；位于海南岛附近海域的D、F断面则出现了下层低温高盐的海水向上不同程度的强烈涌升，这是反气旋型涡与陆架边缘摩擦的结果，这两个断面可能受到反气旋型涡旋边缘的影响；而调查海域A、E断面由于地处季节性上升流的影响区域，受上升流的影响大于反气旋型涡旋的影响，表现出明显的低温、高盐、低溶解氧、高磷的上升流特征.

致谢: 在采样过程中，“东方红2号”全体工作人员给予了无私的支持与帮助.在溶解氧的测定过程中，得到了国家海洋环境预报中心工作人员的协助，谨致谢忱!