基于等位势面上斯托克斯定理原则，南海存在垂向三层环流。一般认为其生成与侧向多层水交换和东亚季风提供的外部驱动有关；同时受海盆内部地形调控，各层环流间存在复杂的垂向运动，建立垂向动量和涡度交换，将外部驱动在各层间传递，这对维系海盆环流和调节环流结构起到了重要作用。因此，外部驱动-内在响应的耦合动力过程共同维系了垂向交替的南海多层环流。

图1. (a)夏季和(b)冬季南海三层环流和垂向交换示意图。绿色、红色和蓝色实线表示等深线，垂向箭头代表不同区域跨越上界面（750米）和下界面（1500米）的垂向运动（单位: Sv），红色和蓝色水平箭头表示三层环流形态。数据来自CMOMS气候态结果(https://odmp.ust.hk/cmoms/)。

    受控于流对陡峭蜿蜒地形的响应机制，南海三层环流间的垂向交换过程主要发生在陆坡区域；而在吕宋海峡和民都洛海峡区域，受侧向水交换影响，也存在较强的垂向运动（图1）。

    对垂向三层环流而言，在上界面处(750米)，夏季和冬季分别存在净的向上和向下运动；而在下界面(1500米)处，垂向运动的强度较大且全年为净的向上运动。    

    从涡度动力角度考虑，垂向运动通过拉伸/挤压效应，在各层输入正/负涡度。在上层，与风应力旋度和黑潮入侵提供的行星涡度相比，垂向运动的贡献较小；但在半封闭的中层和底层，其带来的垂向涡度输入可占侧向涡度通量的40%，对海盆环流的维系和空间结构具有显著影响。

    南海内垂向运动主要由陆坡处的跨地形地转输运产生,向岸和离岸输运分别产生向上和向下的垂向运动(图2)。

    整体而言，底层的向岸输运，在海盆西部和南部生成跨越下界面的向上运动；而中层的反气旋环流则产生离岸运动并抵消一部分来自底层的向上运动。涡度动力分析则表明，驱动跨地形输运的底部压强梯度力与风应力旋度、非线性输运和β作用有关。

参考文献：

Cai, Z., and J. Gan, 2020. Dynamics of the cross‐layer exchange for the layered circulation in the South China Sea. J. Geophys. Res. (Oceans), 124, e2020JC016131. https:// doi.org/10.1029/2020JC016131

Gan, J., Z. Liu and C. Hui, 2016. A three-layer alternating spinning circulation in the South China Sea, J. Phys. Oceanogr. doi:10.1175/JPO-D-16-0044