印度洋混合层盐度季节变化机制研究

本文利用Argo盐度、SODA海流量、OAFlux蒸发量和TRMM降水量等数据,采用盐度收支方程定量给出了印度洋混合层盐度的收支,揭示了整个印度洋净淡水通量项、平流项、垂向卷夹项的分布、季节变化特征及其对混合层盐度变化的主要贡献。结果表明,就多年平均而言,平流项负贡献（15.14%）大于正贡献（9.89%）,说明平流输送把低盐水输送到高盐海域,导致印度洋高盐海域混合层的盐度降低。净淡水通量项的分布和季节变化与降水量基本一致,且正贡献（13.70%）大于负贡献（7.81%）,说明净淡水通量项使印度洋的混合层盐度升高（因为多年平均蒸发量大于降水量）。盐度季节变化显著海域的进一步分析表明,6?11月,西南季风漂流把赤道西印度洋的低盐水（相对阿拉伯海高盐水而言）输送到阿拉伯海西部海域,导致该海域的盐度降低。平流输送把孟加拉湾湾口和中部的高盐水带到北部海域,是导致北部海域盐度升高的主要原因。     

3～5月份东印度洋上层水文要素特征分析

利用中国科学院"实验1"号调查船2010~2012年东印度洋3个航次的走航断面观测数据,分析了春季孟加拉湾南部和赤道东印度洋上层海洋的水文结构特征,同时结合卫星遥感资料和世界海洋图集2009(world ocean atlas 2009,WOA09)气候态温、盐资料,探讨了孟加拉湾南部海水经向地转输运的变化以及温跃层的波动。结果表明,在3~5月份,即印度洋冬季风向夏季风转换期间,赤道西风的爆发成为这一海域最关键的驱动力,将阿拉伯海的高盐水向东输运,使赤道纬向压强梯度力转为西向,减弱了赤道潜流并引起向北的经向地转输运。在孟加拉湾湾口,赤道的波动强迫导致了经向输运由南向转为北向,来自阿拉伯海的高盐水与孟加拉湾的低盐水在此汇集,形成了明显的盐度梯度;波动强迫还使得孟加拉湾湾口呈现出一个向西移动并减弱的气旋涡流场。在波动和表层盐度差异的影响下,湾口温跃层维持着向西下倾斜的状态,即使是在印度洋东岸海水堆积时,也没有显示出如赤道断面温跃层那般的大幅度加深。     

阿拉伯海淡水输运量的季节变化特征研究

本文利用简单海洋模式同化再分析产品等资料,阐述了阿拉伯海与赤道西印度洋,阿拉伯海与阿曼湾之间淡水输运量的季节变化特征,揭示了阿拉伯海淡水输运量的基本平衡和季节变化特征。结果表明,阿拉伯海得到的淡水输运量(包括来自赤道西印度洋、河流)和失去的淡水输运量(包括降水量减蒸发量、向阿曼湾输运)基本相当。阿拉伯海通过海气交换失去的淡水(降水量减蒸发量)主要由来自赤道西印度洋(包括孟加拉湾)的淡水输运来补偿,赤道西印度洋向阿拉伯海的淡水输运对维持阿拉伯海的盐度基本平衡起到至关重要的作用。阿拉伯海的淡水输运量在1?6月和12月为负值,失去淡水;7?11月为正值,9月最大,得到淡水。阿拉伯海的净淡水输运量的季节变化特征表现为单峰现象。阿拉伯海与赤道西印度洋(9°N断面）的淡水输运量主要出现在表层至约200 m层,多年平均约为0.1×106 m3/s,向阿拉伯海输运。从10月至翌年3月,来自孟加拉湾的低盐水向阿拉伯海输运,该输运主要出现在印度半岛西南端近海约60 m层以浅区域。夏季和秋季,出现在索马里半岛东部海域的涡旋(大回旋)引起的输运(涡旋的西部低盐水向北输运,东部高盐水向南输运),不仅输运量是一年当中最大的,而且影响的深度可达约300 m。该输运从6月开始形成,8?9月最强,11月迅速减弱。阿拉伯海与阿曼湾的淡水输运量较小,其垂直分布呈现3层结构,表层至10 m层,高盐水向阿拉伯海输运;15～170 m层,低盐水向阿曼湾输运;175～400 m层,高盐水向阿拉伯海输运。阿曼湾湾口断面多年平均淡水输运量约为0.39×104 m3/s,向阿曼湾输运。     

阿拉伯海东南海域盐度收支的季节变化

采用SODA海洋同化产品的月平均资料,本文分析了阿拉伯海东南海域表层盐度的季节变化特征,发现局地海面淡水通量不能解释盐度的变化。两个典型区域的表层海水盐度收支分析表明,海洋的平流输送是造成阿拉伯海东南海域盐度冬季降低、夏季升高的主要原因,而淡水通量仅在夏季印度西侧沿岸区域造成盐度降低。冬季,东北季风环流将孟加拉湾北部的低盐水沿同纬度输送到阿拉伯海,然后向北输送,使表层海水盐度降低;夏季,西南季风环流把阿拉伯海西北部的高盐水向南、向东输送,使阿拉伯海东南海域盐度升高。受地理位置因素的影响,阿拉伯海东南海域表层盐度的变化冬季明显强于夏季。     

热带印度洋降水、蒸发的时空特征及其对海表盐度的影响

本文利用降水、蒸发等资料分析热带印度洋年降水量、蒸发量、净淡水通量的分布特征,并选取4个典型海域来分析降水量、蒸发量、净淡水通量的季节变化和年际变化。结果表明:东印度洋的苏门答腊岛西部海域年降水量最大,季节变化较小,属全年降雨型;孟加拉湾的东北部和安达曼海的北部海域年降水量较大,其年际变化以4.2 mm/a的速率增长,强降水出现在5-9月;阿拉伯海的西部海域年降水量较小;南印度洋东部（20°~30°S,80°~110°E）海域年降水量较小,年蒸发量较大,年蒸发量在2000年之前以5.1 mm/a的速率增长,之后以4.5 mm/a的速率减小。本文还采用Argo盐度等资料探讨降水、蒸发对海表盐度的影响,研究结果表明:降水量远大于蒸发量的海域,海表盐度较低;降水量远小于蒸发量的海域,海表盐度较高。表层水平环流是导致高净淡水通量中心与低盐中心并不重合的主要原因,也是导致强蒸发中心与高盐中心并不重合的主要原因。选取的4个典型海域海表盐度的季节变化与净淡水通量关系不大,而是与表层水平环流有关。孟加拉湾强降水对表层盐度的影响显著,强降水发生后表层盐度降低0.2~0.8,其影响深度为30~50 m。     

孟加拉湾海表盐度变化特征的卫星遥感应用研究

本文利用2011年8月至2014年3月Aquarius卫星盐度产品结合Argo等实测盐度资料,探讨了孟加拉湾海表盐度的季节及年际变化特征。结果显示,Aquarius与Argo盐度呈显著线性正相关,总体较Argo盐度值低,偏差为-0.13,其中在孟加拉湾北部海域负偏差值比南部海域更大,分别为-0.28和-0.10。Aquarius卫星与Argo浮标在表层盐度观测深度上的差别是造成此系统偏差的主因。Aquarius盐度资料清晰显示了孟加拉湾海表盐度具有明显的季节变化特征,包括阿拉伯海高盐水的入侵引起湾南部海域盐度的变化以及湾北部淡水羽分布范围的季节性迁移等主要特征。此外,分析还揭示了2011(2012)年春季整个湾内出现异常高盐(低盐)现象。研究表明,2010(2011)年湾北部夏季降雨减少(增加)导致该海域海水盐度偏高(偏低),并通过表层环流向南输运引起次年春季湾内表层盐度出现异常高盐(低盐)现象,春季风应力旋度正(负)距平通过影响盐度垂直混合过程对同期表层盐度异常高盐(低盐)变化也有影响。     

利用Argo和Aquarius卫星观测研究热带南印度洋海表盐度的季节变化

采用Argo以及Aquarius卫星观测的海表盐度月平均资料研究了热带南印度洋海表盐度的季节变化特征。结果表明,在60°—80°E,5°—15°S海域海表盐度具有显著季节变化特征;夏半年盐度升高,冬半年盐度降低;但是其异常中心与降水异常中心不对应,降水不能解释盐度的季节变化。盐度收支分析显示,在夏半年,海表盐度增加的主要原因是经向平流将赤道地区的高盐输送至该地区;其中4—5月期间,海洋垂向卷夹作用加强,对海表高盐异常也起到重要作用。在冬半年,大气降水增加,海洋表层环流使得降水引起的局部低盐水体在该区域辐合;同时,向西的纬向平流将东南印度洋的低盐水体继续输送到该地区,二者对冬半年海表盐度降低都有重要贡献。     

赤道印度洋中部断面东西水交换的季节变化及其区域差异

采用海洋再分析资料和实测资料研究了热带印度洋中部东西水交换特征。结果表明存在两个相互独立的过程,即北印度洋过程(4°~6°N)和赤道过程(2°S-2°N)。北印度洋过程受季风影响显著,11月至翌年3月冬季风期间表现出很强的低盐水向西输送,5-9月夏季风期间则为高盐水向东输送;由于冬季风期间的输送较强,年平均表现为低盐水向西输送。赤道过程分为表层过程和次表层过程。表层赤道过程受局地风场驱动,有明显的半年周期;4-5月和10-11月的东向流将赤道西印度洋的高盐水向东输送,其余月份相反;向东的输送较强,年平均表现为净高盐水向东输送。在次表层赤道过程没有明显的季节变化,海流全年一致向东,将海盆西部的高盐水向东输送。     

赤道东印度洋次表层高盐水的年际变化

本文利用2010—2019年东印度洋海洋学综合科学考察基金委共享航次数据、Argo(array for real-time geostrophic oceanography)和简单海洋再分析数据(simple ocean data assimilation,SODA),研究了赤道东印度洋次表层高盐水(subsurface high salinity water,SHSW)的年际变化,并探讨了其形成机制。仅限于春季的观测资料显示,来自阿拉伯海的高盐水位于东印度洋赤道断面次表层70～130m深度处,且具有显著的年际变化。基于月平均SODA资料的研究结果表明,不同时期SHSW盐度异常的变化趋势存在显著差异,2010—2015年趋势比较稳定,而2016—2019年则呈现出显著的上升趋势。通过对SHSW的回归分析表明,风场和次表层纬向流是控制该高盐水年际变化的主要因子。进一步的分析表明,赤道印度洋的东风异常导致水体向西堆积,产生东向压强梯度力,进而激发出次表层异常东向流,最终引起SHSW盐度异常升高。此动力关联在印度洋偶极子事件中尤为显著,这进一步反映了赤道东印度洋SHSW的年际变化受到印度洋偶...     

印度洋上层经向翻转环流的冬夏季节对比

上层经向翻转环流(shallow meridional overturning circulation, SMOC)主导热带-副热带上层海洋水体交换,对海洋物质输运和热量交换具有重要意义。基于7套海洋再分析数据产品,本文主要探讨了印度洋SMOC的冬夏季节变化及其差异的原因。结果显示,印度洋SMOC主要由南半球副热带环流圈(southern subtropical cell, SSTC)和跨赤道环流(cross-equatorial cell, CEC)组成,并且具有显著的季节差异。夏季风期间, SSTC和CEC均为表层南向输运,表层以下北向输运的逆时针环流结构。冬季风盛行时, SSTC仍维持逆时针结构,但环流中心南移且深度加深,强度弱于夏季;然而, CEC却转向为表层北向输运,表层以下向南输运的顺时针环流结构,其环流中心位置与夏季接近,环流强度与夏季相当。这种印度洋SMOC冬夏结构差异究其原因主要由风生环流主导, CEC冬夏季节环流方向反转是北印度洋冬夏季风转向的结果,而南印度洋信风的季节性位移和强度变化是SSTC强度和位置季节差异的主要原因。     

赤道东印度洋和孟加拉湾障碍层厚度的季节内和准半年变化

利用2002—2015年ARGO网格化的温度、盐度数据, 结合卫星资料揭示了赤道东印度洋和孟加拉湾障碍层厚度的季节内和准半年变化特征, 探讨了其变化机制。结果表明, 障碍层厚度变化的两个高值区域出现在赤道东印度洋和孟加拉湾北部。在赤道区域, 障碍层同时受到等温层和混合层变化的影响, 5—7月和11—1月受西风驱动, Wyrtki急流携带阿拉伯海的高盐水与表层的淡水形成盐度层结, 同时西风驱动的下沉Kelvin波加深了等温层, 混合层与等温层分离, 障碍层形成。在湾内, 充沛的降雨和径流带来的大量淡水产生很强的盐度层结, 混合层全年都非常浅, 障碍层季节内变化和准半年变化主要受等温层深度变化的影响。上述两个区域障碍层变化存在关联, 季节内和准半年周期的赤道纬向风驱动的波动过程是它们存在联系的根本原因。赤道东印度洋地区的西风(东风)强迫出向东传的下沉(上升)的Kelvin波, 在苏门答腊岛西岸转变为沿岸Kelvin波向北传到孟加拉湾的东边界和北边界, 并且在缅甸的伊洛瓦底江三角洲顶部(95°E, 16°N)激发出向西的Rossby波, 造成湾内等温层深度的正(负)异常, 波动传播的速度决定了湾内的变化过程滞后于赤道区域1~2个月。     

Upper ocean high resolution regional modeling of the Arabian Sea and Bay of Bengal

In this paper, effort is made to demonstrate the quality of high-resolution regional ocean circulation model in realistically simulating the circulation and variability properties of the northern Indian Ocean(10°S–25°N,45°–100°E) covering the Arabian Sea(AS) and Bay of Bengal(BoB). The model run using the open boundary conditions is carried out at 10 km horizontal resolution and highest vertical resolution of 2 m in the upper ocean.The surface and sub-surface structure of hydrographic variables(temperature and salinity) and currents is compared against the observations during 1998–2014(17 years). In particular, the seasonal variability of the sea surface temperature, sea surface salinity, and surface currents over the model domain is studied. The highresolution model's ability in correct estimation of the spatio-temporal mixed layer depth(MLD) variability of the AS and BoB is also shown. The lowest MLD values are observed during spring(March-April-May) and highest during winter(December-January-February) seasons. The maximum MLD in the AS(BoB) during December to February reaches 150 m (67 m). On the other hand, the minimum MLD in these regions during March-April-May becomes as low as 11–12 m. The influence of wind stress, net heat flux and freshwater flux on the seasonal variability of the MLD is discussed. The physical processes controlling the seasonal cycle of sea surface temperature are investigated by carrying out mixed layer heat budget analysis. It is found that air-sea fluxes play a dominant role in the seasonal evolution of sea surface temperature of the northern Indian Ocean and the contribution of horizontal advection, vertical entrainment and diffusion processes is small. The upper ocean zonal and meridional volume transport across different sections in the AS and BoB is also computed. The seasonal variability of the transports is studied in the context of monsoonal currents.     

阿拉伯海高盐水入侵孟加拉湾的季节形态及动力机制

本研究利用Argo温盐、Aquarius遥感盐度等资料,研究了阿拉伯海高盐水入侵孟加拉湾的主要路径及季节变化机制.分析显示阿拉伯海高盐水入侵孟加拉湾存在3种类型,即夏季型、冬季型和春季型.夏季型入侵发生在湾口西部,入侵时间为7—10月,净体积输送达1.53 Sv.冬季型(12月至次年1月)和春季型(3—5月)阿拉伯海高...     

东印度沿岸流的季节变化及其热盐输运

基于卫星高度计数据、模式数据和同化资料揭示了东印度沿岸流(East India Coastal Current, EICC)年周期上的时空分布特征, 并探讨了其可能的影响机制及热盐输运。在年周期上EICC呈现3种分布状态, 受季风影响, 在东北季风前期(10—12月)和后期(2—5月)为一致的南向(北向)流动; 而6—8月EICC呈3段式分布, 与另外两个时间段明显不同, 表现为9°N以南、16°N以北区域的南向流动和9°—16°N区域的北向流动。前人研究认为印度东海岸的局地风应力是EICC的主要机制, 本研究发现除局地风应力外, 来自孟加拉湾中部的艾克曼抽吸(Ekman Pumping)在全年也发挥着重要作用, 并在2—5月(10—12月)驱动EICC的北向(南向)流动, 而局地风应力则在10—12月有利于EICC的南向流动。EICC是孟加拉湾低盐水向赤道东印度洋和阿拉伯海输运的一个因素, 在海盆间的热盐交换上发挥着重要作用。EICC的热输运在6—12月(2—5月)有利于(不利于)湾内温度的升高; 盐输运则在全年都有利于孟加拉湾内盐度的增加。此外, EICC的一致南向(北向)流动以及3段式结构促进了湾内热盐的再分配, 对于维持北印度洋的热量和盐度收支平衡具有重要作用。     

Characteristics and variability of the Indonesian throughflow water at the outflow straits

Property structure and variability of the Indonesian Throughflow Water in the major outflow straits (Lombok, Ombai and Timor) are revised from newly available data sets and output from a numerical model. Emphasis is put on the upper layers of the Indonesian Throughflow that impacts the heat and freshwater fluxes of the South Equatorial Current in the Indian Ocean. During the April–June monsoon transition the salinity maximum signature of the North Pacific thermocline water is strongly attenuated. This freshening of the thermocline layer is more intense in Ombai and is related to the supply of fresh near-surface Java Sea water that is drawn eastward by surface monsoon currents and subject to strong diapycnal mixing. The freshwater exits to the Indian Ocean first through Lombok Strait and later through Ombai and Timor, with an advective phase lag of between one and five months. Because of these phase lags, the fresher surface and thermocline water is found in the southeast Indian Ocean from the beginning of the monsoon transition period in April through until the end of the southeast monsoon in September, a much longer time period than previously estimated.