12.2.2水温场、盐度场与密度场
海水的温度、盐度和密度，都随空间和时间而变，可用场函数来分析，也可用平面或断面上的等值线及其它分析图进行综合分析与描述。
一、海表层水温分布
海表层水温是随机变化的，但借助于统计计算，可以得出其平均分布状况，如图12—3便是多年平均的冬季、夏季海表层水温分布。用该图可以讨论冬、夏季中国海表层水温分布的一些特征。
由图12—3b显见，南海表层水温高而且分布较均匀；尤其是广阔的中、南部海域，水温都在24～26℃上下，水平梯度很小。北部近岸海域水温稍低，粤东沿岸因有来自台湾海峡的低温沿岸流，致使该海域的月平均表层水温可下降到15℃左右。然而这一带海域表层的年平均水温(22.6℃)，仍然比渤、黄、东海高得多。当然，与南海南部(如邦加岛近海平均为28.6℃)相比，则属于相对低温区。
东海表层水温冬季分布的明显特点，是西北低而东南高，致使等温线基本上都呈西南-东北走向。高温区在黑潮流域，暖水舌轴处水温可高达22～23℃左右；杭州湾附近却低达5～7℃，长江口外可达5℃以下。大致沿东经124°向北，有暖水舌指向长江口外，这是台湾暖流水影响的结果。东海东北部也有暖水舌向北及西北方向伸展，通常即认为这是对马暖流水和黄海暖流水扩展的迹象。在北伸的台湾暖流水和黄海暖流水暖水舌之间，有明显的冷水舌指向东南，此即所谓“黄海冷水南侵”的结果。
黄海水温分布的突出特征，是暖水舌从南黄海经北黄海直指渤海海峡，其影响范围涉及黄海大部分海域。当然，随着纬度的升高和逐渐远离暖水舌根部，水温也越来越低，即从14℃降到2℃。在东、西两侧，因有冷水沿岸南下，其水温明显低于同纬度的中部海域的水温。黄海的平均最低水温，分布于北部沿岸至鸭绿江口一带，为-1～0℃左右，近岸常出现程度不同的冰冻现象。至于黄海的极端最低水温值，从某些沿岸海洋站的观测记录看，曾经出现低于相应盐度时冰点温度的过冷却现象。
冬季渤海在四个海区中温度最低，尤以辽东湾最甚；即使渤海中部至海峡附近相对较高，也不过1～2℃。由于渤海水浅，对气温的响应较快，故1月水温比2月还低，三大海湾顶部的水温均低于0℃，往往在1～2月出现短期冰盖(详见§12.2.5)。渤海沿岸海洋站，也曾有关于过冷却水温的测报。
夏季各海区表层水温的分布，比冬季均匀得多。渤海和黄海的大部分海域，均为24～26℃。浅水区或岸边水温较高，连云港和塘沽海洋站曾测报31℃和33℃。1990年7～8月济州岛西南海域曾出现异常高温。然而，在某些特定海域，如辽东半岛和山东半岛顶端，却出现明显的低温区；朝鲜西岸低温区更显著，大同江口附近甚至可低达20℃(图12—3a)。东海和南海比渤海、黄海更均匀，绝大部分海域为28～29℃。南海南部及黑潮进入东海之处曾有高达30℃的报道，泰国湾表层水温在4月份达最高，为31℃。南海某些海洋站也报道过更高的水温，如涠洲岛34.4℃，西沙36.8℃等等。与渤海、黄海类似，东海和南海也在某些沿岸海域，如舟山及浙江沿岸、海南岛东部、粤东及越南沿岸等，出现小范围的低温区，这多是夏季季风等因素所致上升流的影响(§12.4.2)，潮汐混合也对近岸低温区的形成起了不小的作用(§12.3.3)。
二、水温的铅直向分布
冬半年在偏北向季风的吹掠之下，感热交换和强烈的蒸发，使海洋的失热更加剧，涡动和对流混合的增强，可使这一过程影响到更大的深度。渤、黄海的全部以及东海的大部分浅水海域，混合可直达海底，在深水区也可达100m乃至更深，致使这一上混合层内水温的铅直向分布极为均匀。这种状态维持时间的长短，因海区而异，一般是由北向南递减。渤海可持续半年多(10～翌年4月)，黄海缩短至5个月(12～翌年4月)，东海北部4个月(1～4月，图12—4)，到东海
南海严格说来并无真正的冬季，所以，这种水温均匀层冬季加深的现象，在其北部海区虽然尚属明显，但远没有上均匀层厚度的区域差异那样突出，更不要说广阔的南海中、南部海域了。即使当北半球隆冬降临之时，这里的上均匀层深度也不大，大约只有50m左右。
春、夏季水温铅直向分布的突出特点，是季节性温跃层的形成和强盛。由于上层的增温、降盐、减密，形成稳定层结，不利于热量的向下输送，故使下层海水仍基本保持了冬季的低温特征，因而在渤、黄、东海的陆架海域，底层大都有令人注目的冷水区。黄海槽内约25m以深至底层，均为冷水盘踞，至盛夏，上层水温高达25～27℃，底层水温在北黄海仍可低于6℃，南黄海也可低于9℃，而且上均匀层、跃层和下均匀层这种三层结构异常醒目(参见图12—23)。渤海春、夏季水温断面亦有类似分布特征，东海深水区则不然，如图12—5为跨越东海黑潮主流断面的水温和盐度分布，显见在季节性温跃层(约50m)之下，水温随深度仍有较大的变化，在次表层水之下，又出现第二跃层，直至深层水范围，水温随深度的变化才趋于缓慢。
春、夏之交在黄、东海某些海域，还有逆温分布。在济州岛附近及浙江近海一带，也有“冷中间层”或“暖中间层”出现(图12—6)
在南海的海盆深、底层水范围内，水温随深度的增加而略有回升，例如，自3000m至4000m，水温约上升0.06～0.07℃，这主要是因绝热增温所致。
三、盐度的分布
关于大洋盐度分布与水量平衡的关系，早已为人们所熟知(参见第三章)，黄、东海水平衡问题也已有研究，至于大陆径流、河口冲淡水对海洋盐度分布的影响，更是不言而喻的事实(§12.3及图12—7)。
渤海的盐度，在四个海区中最低，年平均仅30.0，海区东部至渤海海峡略高，平均可达31.0，而近岸区域则只有26.0上下。盐度分布的变化，与沿岸水系的消长关系密切。例如，冬季沿岸水系衰退之际，等盐度线便大致与海岸相平行；而夏季入海径流增大之时，河口附近大片海域的表层盐度常常低于24.0；在辽东湾顶，可低于20.0；黄河冲淡水影响则可及渤海中部。
黄海表层盐度的分布，既与沿岸流系的盛衰有关，也受黄海暖流及其余脉的强弱进退所左右。冬季，随着黄海暖流的增强，高盐水舌可一直伸入黄海北部，盐度可达32.0，济州岛附近最高，可达34.0以上。此季节，也正是鲁北沿岸流、西朝鲜沿岸流、苏北沿岸流以及“黄海冷水南侵”强盛之际，因而近岸盐度多在31.0以下，鸭绿江口外可低于29.0。至夏季，黄海表层盐度普遍降低，中部大部分海域降至31.0以下，鸭绿江口外，可降至28.0以下。长江冲淡水不仅影响黄海西南部，低盐水舌甚至可影响到济州岛附近(图12—7)。
东海表层盐度分布的明显特征是，西北部的低盐与东部至南部的高盐形成强烈对比，它们之间往往出现梯度相当大的盐度锋；至于锋区的位置和强度的大小，则取决于长江冲淡水的多寡以及黑潮高盐水的强弱。冬季，长江冲淡水势力较弱，近岸盐度在31.0以下，黑潮水域则高达34.7以上。锋面在浙闽沿岸与台湾暖流之间最明显，宽度小而强度大，锋面走向基本与岸线平行。夏季，冲淡水势力极盛，长江口附近盐度降至4.0～10.0，水舌向东及东北方向伸展甚远，锋面位置也随水舌相应东移。
南海表层盐度的分布，近岸和外海的区域差异很明显。近岸海域大多受低盐沿岸水的影响，盐度较低，季节变化较大。例如珠江口附近盐度等值线的分布，就与珠江冲淡水的扩展方向休戚相关：夏季低盐水舌由偏南向逐渐转东，秋、冬季则由偏东向渐次转南和西南，洪水年份盐度低至7.0以下。外海深水区表层盐度的分布，则为季风环流所左右：冬季，来自太平洋的高盐水舌，经巴士海峡一直向西南伸展；南海中部因东侧补偿流北上，低盐水舌则向东北伸展；夏季，西南季风漂流可使南部的低盐水舌向东北扩展，而把海区北部的高盐水挤向北方。然而，与东海相比，南海广阔的中、南部海域，盐度分布总的说来还是相当均匀的，约为32.0～33.6。当然，湄公河等径流冲淡水的扩展，也会使中、西部相应海域的盐度降低。另外，在粤东、海南岛东北和越南沿岸等上升流区，因下层高盐水升达海面，则使局部海域表层出现高盐区。
盐度在铅直方向的分布，浅水海域和深海各有特点。浅水海域盐度的铅直向分布，类似于水温，也有明显的季节变化，即冬季同性成层，夏季在上、下均匀层之间有跃层。河口附近因冲淡水盐度很低，密度小，厚度一般不大。长江冲淡水强盛之时，冲淡水舌可伸展相当远，但厚度一般仅10m左右；冲淡水舌之下则有外海高盐水楔入。深水海域盐度的铅直向分布，层次较多也较复杂。如图12—5，最高盐度值出现在次表层内，近35.0；到中层水，盐度则出现一个极小值，低于34.3；中层之下，盐度复又缓慢上升。南海也有类似的分布特点，但是与东海相比，其中层盐度极小值升高，而次表层盐度极大值降低，并且随着离吕宋海峡向西向南距离的增加，这种变化也愈趋明显(参见§12.3.2及图12—25)。
四、密度的分布
由于受水温和盐度的综合作用，中国近海表层的密度，冬季明显大于夏季。冬季又以渤海中部、北黄海中部、南黄海东部至东海中、北部海域最高，密度超量可大于25.0。东海南部及南海北部因水温较高，密度超量降到24.0上下；南海中、南部水温更高，则进一步降到22.0左右。相对于各海区中部的高密水，沿岸水则密度较低，如莱州湾21.5，长江口至杭州湾一带更低，在15.0以下。
冬季在舟山外海，于50～100m等深线之间，形成一个高密度水域，核心部分密度超量可达25.5以上，其形成与台湾暖流水北上后降温有直接关系。由于暖流水的盐度明显高于西侧和北面的沿岸水，也略高于其东侧的东海混合水，所以北上降温之后，便形成了高密度中心区。
夏季，各海区密度普遍降低，渤海中部的密度超量降至19.0～20.0，海湾和河口附近降得更低，最低在东海长江口附近，可低于10.0。
密度的铅直向分布，与海水层结是相应的，一般是随深度的增加而增大，但也不排除在特殊海域或特定季节内，会出现特殊的分布。在秋、冬季海面降温增盐剧烈之时，会导致海水层结不稳定，发生对流混合，最终使对流层内密度分布均匀，浅水海域则从表至底完全均匀。春、夏季节，相应于温、盐跃层，也会形成密度跃层，在渤、黄海和东海北部，季节性的密度跃层，与季节性的水温、盐度跃层，往往是“生消与共”的。
海洋中等密度面的分布，并非总能与等势面重合，尤其在黑潮等强流海域，因与地转偏向力相适应，等密度面的倾斜更为突出(图12—8)。
五、水温和盐度随时间的变化
渤海、黄海和东海的绝大部分都位于温带，四季交替明显，表层水温和盐度随时间的变化，以年周期为主。当然，在不同的海区也各有差异，在其他层次，变化的情况则更复杂。
由于太阳辐射年周期变化的影响，表层水温的年周期非常明显。图12—9a为南黄海中部水温年变化过程曲线，它可描述渤海和黄海大部分海域水温变化的主要特点，例如，表层变化近似为正弦曲线形式，但不完全对称。图12—9b，c分别为东海北部及南海北部的水温过程曲线，虽仍能看出有年周期，但曲线已很不正规，尤其东海北部，扰动更多。对比a，b，c三图，明显看出随着海区所处纬度的降低，水温渐次升高，其中尤以年最低温度值的升高更突出；也正因为如此，表层水温年较差便随纬度的降低而降低。据统计，渤海年较差一般为23～28℃，有些海域还大于28℃；黄海为16～25℃，东海为14～25℃，南海则大都在10℃以下。南海中、南部海域，不仅表层水温高，而且年过程曲线也不再为一峰一谷，水温1年有2次峰值，分别出现在4～5月和10～11月。作为渤、黄、东海表层水温最高值出现时间的7～8月份，在这里，却为两峰之间的相对低温期，这一特点由图12—10a看得很清楚。单峰型的北部和双峰型的中、南部海域，大致以17°N为界，后者在7～8月水温反而比4～5月有所降低，这既与太阳辐射的年变化有关，更与辐合带这段时间正处于南海中、南部海域的上空导致阴雨连绵有关。
表层之下各层次的水温年变化，比表层复杂得多(图12—9a、b、c)。过程曲线多峰多谷，与太阳辐射的年变化特征相差甚远，原因是受内波影响及冷、暖水入侵的干扰。最高温度出现的时间，逐层推迟，一般是出现在秋、冬季对流混合刚达该层之时。
中国近海表层盐度的年变化，区域差异较大，可大致分为三种类型：河口浅海型，外海型及混合型。第一种类型，因受河川径流影响最显著，年较差甚大，如长江口、珠江口及其附近海域。第二种类型主要受外海水控制，年较差小而盐度值较高，如黄海中部、东海黑潮区和南海中部等。第三种类型既受到外海水的制约，又受到近岸水的干扰，如图12—9e，秋、冬季表层盐度高达34.0以上，是对马暖流水影响的结果，夏季表层盐度却降到31.5左右，显然受东海陆架混合水扩展及混合的影响。表层之下盐度的年变化呈现出更为复杂的形态，这是跃层、内波、对流混合、高盐与低盐水团的消长变化等等各种因素制约与综合作用的结果。
表层水温日变化，从热量收入来看，应主要取决于太阳辐射的日周期变化，如图12—11所示，最高温度出现在午后2时，最低在凌晨4～6时。但是，云和风以及浅海区潮流的日变化，也常起重要的作用，据统计，在同样的风力下，有云和无云，日较差有时可差1倍。不同海区不同季节以及不同水层，日变化的特点以及日较差的量值，也有明显的差别，如图12—12a及表12—2。如果说，在图12—11和图12—12a中，从表层水温日变化尚能明显看出太阳辐射周期的影响，那么，表层之下这种影响则几乎荡然无存。如图12—12a中，在15m及其下各层，几乎看不出日周期的蛛丝马迹，倒是由于跃层、内波振荡，不仅使其周期变得复杂，而且变幅也大大超过表层，甚至可为表层的5倍。底层水温的日变化，在黄海冷水团盘踞范围之内，一般不大，但在冷水团边缘，因冷、暖水互相角逐时有进退，故变化亦趋复杂(图12—12a)。
表12-2渤、黄、东海近海区水温日变幅
(△θ/℃)平均值(节录自文献)
表层盐度的日变化也比温度复杂。近岸因受潮汐影响，常有明显潮周期，即涨潮时增盐而落潮时降盐。外海表层盐度日变化一般比较小，但规律性也较差。就季节性而言，夏季日较差最大，约0.3～0.4，春季次之，秋季和冬季最小，在0.2以下。从海区来看，东海西部沿岸日较差最大，可达4.0以上，其次为南海北部沿岸，再次为渤海，然后顺次为东海外海、南海外海，而台湾以东海域日较差最小，仅0.1左右。
表层之下盐度的日变化，一般比表层小，但若有跃层存在，则另当别论，因为内波振荡，不仅使日变化出现复杂的短周期，而且日较差的量值甚至会大大超过表层(图12—12b及图12—13)。