一、水团的定义
早在1916年,B.海兰—汉森就把水团(watermass)这一术语引入海洋学中。中国大百科全书(海洋卷,1987)对水团的定义是:“源地和形成机制相近,具有相对均匀的物理、化学和生物特征及大体一致的变化趋势,而与周围海水存在明显差异的宏大水体。”
可见,对水团内部的特征并非要求绝对相同,只是“相近”、“相对均匀”、“大体一致”,但水团内部的特征与其周围水体相比差异则必须是“明显”的。在实际工作中,对上述条件的掌握宽严不同,则使水团的划分有相对灵活的标准。例如,大洋水团的划分,对水团内部特征的“相近”可以从严要求,而对浅海水团的划分应适当放宽。
水团从其源地所获得的各种特性,在运动过程中受环境变化影响或与周围海水交换、混合,会发生不同程度的变化,此即水团的变性,显然,浅海水团容易变性而大洋水比较保守。长期以来,人们习惯于把温盐特性作为分析水团的主要指标。1916年由B.海兰—汉森首创的温—盐图解(t—S图解)至今仍被广泛应用。
所谓温—盐图解,系指以温度为纵坐标,以盐度为横坐标,将测站上不同层次的实测温、盐值对应地点在温、盐坐标系中,然后自表至底有序地把各点联结起来的曲线(或折线)图。温—盐图解在应用中不断发展,如温—盐点聚图,温—盐关系图等也成了常用的分析工具图。
显然,当水团内部的温、盐值完全相同时,则温—盐图解中的一个点就代表一个水团,若水团内部的温、盐相对均匀(稍有差异),则一个密集的点簇,代表一个水团。因此,可根据温—盐图解中点或者点簇的个数来判定水团的数目。图5—18b便是各大洋的温—盐图解。
二、水团的分析方法
水团的分析工作,首先应是对研究海区的水团予以识别并进行划分。在此基础上再对不同水团的特征与强度、源地与形成机制、消长与变性等规律进一步分析。正因为水团的划分是基础工作,况且它与海洋环流以及渔场的研究等都具有密切的关系,所以长期以来许多学者致力于这方面的研究。现有主要分析方法有以下几类:
(一)定性的综合分析方法
绘制研究海区中各种特性的分布变化图及温—盐图解等图表,据此进行综合分析,通过比较,用逻辑推理方法,定性地进行描述,故亦称为经验法。这种方法简单易行,能够充分地体现分析者的经验,是进一步进行定量分析的重要参考。
(二)浓度混合分析方法
根据浓度混合理论,导出水团分析的t—S图解几何学方法,比较定量地确定出水团边界的位置及水团之间的混合区。即依混合组成百分比等于50%处为水团的边界,小于50%者为混合区。
(三)概率统计分析法
目前已被应用的主要有海水特征频率分析法、判别分析法、聚类分析法、对应分析法、场分解分析法等等。
(四)模糊数学分析方法
随着模糊数学在各个领域的应用,中国海洋工作者率先用模糊集合理论
对水团的有关概念进行了讨论与定义,并将模糊数学的多种方法应用于海洋水团的分析。
三、水型和水系
(一)水型(watertype)
斯维尔德鲁普1942年首次定义水型,其后广为引用。通常它是指温盐度均匀,在温—盐图解上仅用一个单点表示的水体。由于性质完全相同的水样,其观测值皆对应于温—盐图解中的一个点,故水型实质上是“性质完全相同的水体元的集合”。
由此引伸,即可给出水团的集合论定义:“水团是性质相近的水型的集合”。
(二)水系(watersystem)
水系原为陆地水文学的术语,在海洋学中水系可定义为“符合一个给定条件的水团的集合”。换言之,水系的划分只考虑一种性质相近即可。在浅海水团分析中,经常提到的沿岸水系和外海水系,就是只考虑盐度而划分的。前者指沿岸低盐水团的集合,后者是指外海(受大陆径流影响较小的)高盐水团的集合。