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。     

基于2007—2018年Argo数据分析全球混合层和障碍层时空特征

为了进一步认识上层海洋中混合层和障碍层的时空变化特征。本文基于Argo (Array for real-time geostrophic oceanography)海洋观测网2007—2018年的温盐数据,使用差值法计算了全球海洋混合层深度(Mixed layer depth, MLD)和障碍层厚度(Barrier layer thickness, BLT),讨论了二者的月均值、季节均值和年均值的空间分布特征和形成机制。研究表明,全球海洋的混合层普遍在夏季浅、在冬季深,随季节变化的特征显著。北半球混合层变化幅度较大,大西洋混合层比同纬度的太平洋深;赤道海区混合层较浅;南半球混合层呈纬向带状分布,60°S附近大洋海域存在显著的深混合层带,南极大陆与该深混合层带之间的海域混合层常年较浅。全球障碍层呈"哑铃状"分布,两半球的高纬度海区是障碍层高发区,障碍层不仅厚且持续时间长,以半年为周期变化,南大洋60°S附近海域显著的厚障碍层带随季节变化;南半球中低纬度海区长期存在障碍层,障碍层冬厚夏薄,且厚度大部分不超过40 m。     

印度洋预报系统混合层深度预报检验

利用Argo浮标资料和Rama浮标资料对印度洋海洋环境数值预报系统2010-03-06—2013-05-31的24h混合层深度产品进行了预报精度检验。与Argo浮标数据对比表明:预报与观测绝对平均误差为13m,24h混合层深度预报平均偏浅10m以内;对苏门答腊岛附近海域(5°S~4°N,87°~99°E)的混合层深度预报平均偏浅20m,该海域预报平均风速偏小1.6m/s是可能原因;其它海域预报能力较高,尤其对热带中南印度洋区域(5°~17°S,63°~96°E)平均误差集中在-2~2m。分海域检验对比结果表明:该预报系统能很好的预测出阿拉伯海(60°~70°E,10°~20°N)和孟加拉湾(85°~93°E,10°~18°N)处混合层半年周期变化特征;热带南印度洋(60°~80°E,15°~19°S)混合层呈现明显季节变化特征,且在每年8,9月份达到最大值;热带外南印度洋(45°~70°E,0°~10°S)混合层常年较为浅薄;Argo与Rama数据所得结果一致;预报系统对上述特征均能很好地预测。     

孟加拉湾障碍层年际变化及其与印度洋偶极子事件的联系

利用1980-2015年SODA温盐资料,结合Argo数据分析了印度洋偶极子(IOD)事件年份孟加拉湾障碍层的变化特征及其形成机制。结果表明,IOD事件年份孟加拉湾障碍层变化显著。纯的正IOD(纯pIOD)年份及伴随型pIOD年份盛期(9-11月),除孟加拉湾内西南海域障碍层厚度略变厚约5 m外,赤道海域、安达曼海至孟加拉湾北部障碍层厚度均变薄5～15 m,此障碍层距平盛期形态在纯pIOD年份随pIOD消亡迅速消退,但在伴随型pIOD年份维持至翌年3-5月才开始弱化。纯的负IOD(纯nIOD)年份障碍层厚度变化特征与pIOD年份大体相反。进一步分析表明,IOD事件年份赤道风场距平的远地强迫造成等温层深度的变化是湾内障碍层变化的主因。在伴随型IOD年份,受ENSO事件的影响,赤道风场距平在IOD消亡后仍得以维持3个月以上,使得湾内障碍层距平形态持续更久。除赤道远地强迫外,湾内局地风场的Ekman抽吸作用以及混合盐度变化对障碍层厚度年际变化也有一定影响。     

热带太平洋障碍层厚度的时空特征分析

利用中国Argo实时数据中心提供的9 a(2000—2008年)网格化Argo剖面浮标温、盐数据(G Argo),分析热带太平洋障碍层厚度的气候态分布和低频变化特征。气候平均结果表明,较厚的障碍层主要出现于西太平洋暖池区,并有3条纬向障碍层带状分布,从暖池出发向东延伸至120°W,分别位于以15°N,5°N和12°S为中心的纬度带上。经验正交函数(EOF)基本模态分析表明,热带太平洋障碍层低频振荡以季节和年际变化为主,在季节尺度上主要表现为15°N和12°S障碍层纬度带呈反相变化,都在当地冬季最大,夏季最小;在年际尺度上则主要表现为暖池东边界附近障碍层与厄尔尼诺南方涛动(ENSO)相关的变化,以及暖池中部障碍层与热带准2 a周期振荡(TBO)相关的变化。     

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。     

赤道印度洋海温偶极子的气候影响及数值模拟研究

在分析研究印度洋海温变化的基本特征,尤其是在分析赤道印度洋海温偶极子及其影响的基础上,利用IAP9L大气环流模式模拟研究了赤道印度洋海温偶极子异常对亚洲季风区气候变化的影响.其结果表明,印度洋、亚洲南部和东部地区的流场和降水都对印度洋海温异常的强迫作用比较敏感.正位相印度洋偶极子的作用使得赤道东印度洋-印度次大陆南部-阿拉伯海一带出现距平东风,孟加拉湾-中南半岛出现异常反气旋性环流,从而对减少印度南部和中南半岛南部、印度尼西亚地区的夏季降水,以及增加中国南部和东非的夏季降水有十分重要的作用.与此相反,负位相印度洋偶极子的作用将使赤道东印度洋附近出现西风异常,孟加拉湾-中南半岛存在异常气旋性环流,从而使印度次大陆和中南半岛南部、印度尼西亚地区的降水增加,使中国西部和孟加拉湾的降水减少.数值模拟结果与资料分析相互映证,切实地揭示了印度洋海温偶极子对亚洲季风区的气候变化有重要影响.     

热带印度洋上层水温的年循环特征

通过分析多年气候月平均的Levitus水温资料,结合多年气候月平均海表面风场资料以及观测的热带印度洋上层海流的分布状况,探讨热带印度洋上层水温的时空分布特征,剖析了热带印度洋混合层深度及印度洋暖水的季节变化规律。分析表明：热带印度洋的海表面温度低值区始终位于大洋的南部,而高值区呈现明显的季节变化,冬季位于赤道附近,在夏季则处于大洋的东北部;在热带印度洋的中西部、赤道偏南海域的次表层终年存在一冷心结构;热带印度洋表面风场的季节变化是影响该海域混合层深度季节性变化的主要因素;印度洋暖水在冬、春季范围较大,与西太平洋暖池相连,而在夏、秋季范围较小,并与西太平洋暖池分开。     

印度洋大眼金枪鱼和黄鳍金枪鱼渔场水温垂直结构的季节变化

为了解印度洋大眼金枪鱼(Thunnus obesus)和黄鳍金枪鱼(Thunnus albacares)主要作业渔场温跃层上界温度、深度和垂直温差时空变化特征,采用2007～2010年Argo温度剖面浮标资料,计算了印度洋大眼金枪鱼、黄鳍金枪鱼主要作业渔场次表层温度和温跃层特征参数.研究认为,温跃层上界深度、温度和10～200 m温差存在明显的季节性变化.5～9月在15°～25°S纬向区域存在一块季节性较深的温跃层上界深度区域;在20°S以南海域,12月至次年4月份温跃层上界深度非常浅;在15°S至赤道纬向区域,尤其是在西部,常年存在一块温跃层较浅的区域.总体而言,温跃层上界深度较深的地方温度相对较低,在2～5月期间,在阿拉伯海东南和孟加拉湾西南形成一块大面积的暖水区;7～9月期间,在15°～25°S,纬向区域因温跃层上界深度较深,从表层至温跃层上界深度温度变化相对较大,温跃层上界温度显著较低.在20°S以南,温跃层上界温度常年都很低.10°S经线方向将水下10 ～200 m垂直温度分成南北两部分,10°S以南部及以北部海区的垂直温差分别大于和小于10℃.分析结果初步揭示了金枪鱼主要作业渔场温跃层上界温度、深度和垂直温差分布特征,为金枪鱼实际生产作业提供理论参考.     

孟加拉湾北部逆温现象的观测特征及机制分析

在冬季,孟加拉湾北部存在显著的季节性逆温现象。利用Argo浮标和锚碇浮标资料,分析了冬季孟加拉湾逆温现象的观测特征和维持机制。结果表明,系统性的逆温现象主要局限于15°N以北的区域,它最早于11月份出现在恒河、伊洛瓦底江和戈达瓦里河的河口区域。逆温的强度及分布区域在1月份达到最大,随后从西南部逐步退化,3月逆温现象基本消失。冬季的逆温层位于障碍层之中,厚度在35 m左右,最大海温位于40~60 m深度,整层满足静力稳定条件。对混合层温度和盐度的诊断表明,逆温的出现主要与冬季风导致的强烈海表热量损失有关,低盐水的平流过程也对逆温现象有一定的维持作用。     

赤道中印度洋上层环流结构与季节变化特征分析

本文通过分析RAMA印度洋观测浮标系统锚系ADCP实测资料,对赤道中印度洋上层海流季节变化进行了研究。研究结果表明,0°,80.5°E纬向流垂向剖面呈现上150m层一致的东向流,而经向流在100m以浅呈现表层向北次表层向南的翻转流结构。赤道中印度洋上层纬向流季节信号被半年周期的东向射流Wyrtki Jets(WJs)所控制。WJs发生于季风方向转换的季节,4—5月份较弱,10—11月份较强。赤道中印度洋上层经向流年周期信号显著。北半球夏季与冬季分别出现风应力旋度驱动的Sverdrup南向流与北向流。本文结论为赤道中印度洋上层环流季节变化特征的研究提供了观测角度的支持。     

基于Argo的热带印度洋上层海温研究

利用2004年1月—2008年8月的月平均Argo再处理资料和NCEP风场资料,对热带印度洋2.5~500 m深度范围内的海温时空变化特征与机制进行了研究。结果表明:表层的阿拉伯海、孟加拉湾和赤道东印度洋是海温高值中心,同时是海温标准差低值中心,海温高的地方海温变化小,两者的分布型一致。在次表层,西南热带印度洋是海温高值区,赤道东西印度洋是海温低值区,次表层的海温变化最大,尤其在10°S~10°N之间的赤道印度洋。热带印度洋不同区域和深度的海温的显著周期不同,主要有1和0.5 a的显著周期。热带印度洋表层海温年周期变化主要受太阳辐射的影响,而0.5 a周期与季风有关。次表层以下海温变化主要是热带印度洋自身内部的动力作用,其1 a周期除了与太阳辐射和风有关,还与Rossby波和沿岸Kelvin波有关;其0.5 a周期除了季风这个主要因素,还与Wyrtki急流有关。海表面风场和LaNi~na是影响2006和2007年的正偶极子强度不同的重要因素。     

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。     

东印度洋中部缺氧区的季节变化特征

依据2013春、2016夏、2016秋三季在东印度洋中部开展的水体综合调查资料,研究东印度洋中部缺氧区(ρ_(DO)2mg/L)的季节变化。结果表明:垂向分布上,缺氧区上边界一般位于水深100～150 m,厚度春季最厚、秋季次之、夏季最薄。平面分布上,春季缺氧区范围最大,主要位于89°00′E以东海区,其南端越过赤道向南扩展至1°12′S;夏季缺氧区的南端退缩至赤道以北海域,且分布面积最小;秋季缺氧区东西向的位置与春季相反,主要位于赤道91°00′E以西海域,其南向扩展范围可达赤道附近。从氧跃层强度来看,赤道附近氧跃层强度最强,由此向南、向北氧跃层强度逐渐减弱,与温跃层变化一致。研究表明,东印度洋中部缺氧区源于孟加拉湾缺氧区的南扩,季风性环流变化是缺氧区扩展范围季节变化的主要控制因素,有机碎屑的分解耗氧和高强度的水柱层化是缺氧区得以形成和维持的重要保障。     

基于Argo浮标的热带印度洋混合层深度季节变化研究

根据2004-2005年热带印度洋(30°S以北)的Argo浮标(自持式海洋剖面观测浮标)温度-盐度剖面观测资料,采用位势密度判据(Δσθ=0.03 kg/m3),针对每个Argo浮标的温度-盐度观测剖面确定了海洋混合层的深度,然后采用Krig插值方法构建了3°×3°空间分辨率的月平均网格化混合层深度产品。通过与已有气候平均混合层深度资料的比较表明了该产品的合理性,在此基础上进一步对热带印度洋海盆尺度的混合层深度空间特征和季节变化规律进行了讨论。研究结果表明,Argo浮标资料可用于热带印度洋混合层变化的研究,为进一步研究热带印度洋海-气相互作用提供了基础资料。     

夏季影响105°E越赤道气流变化的环流系统

105°E越赤道气流的发展变化与南北半球的大气环流系统发展变化有关,但这些环流系统并非同时起同样重要的作用。作者利用候平均Outgoing Longwave Radiation (简称OLR)资料与850hPa风场资料(1979～1986年)对热带东印度洋—西太平洋海域与(夏季)越赤道气流有关的环流系统做相关分析和越赤道气流偏强类合成分析。结果表明,夏季海洋大陆赤道缓冲区的对流上升运动(90°E～120°E,5°N～5°S)、澳州大陆冷性高压(10°S～30°S,120°E～155°E)的发展,都影响2～3候以后105°E夏季越赤道气流;澳洲大陆北部的冷性高压,西太平洋副热带高压西端位置西伸或东缩造成的东中国海季风区上升运动的变化,又是南北半球环流同时影响CEF变化的具体表现。南半球澳洲冷性高压北部(10°S～25°S,120°E～170°E)的辐散下沉气流对CEF加强起决定作用。     

赤道太平洋-印度洋海洋上层海温分析

用来自美国Scripps海洋研究所的海温再分析资料,通过对1955-2001年赤道印度洋和太平洋上层0-400m的海温月平均距平分析,讨论了该两大洋海温之间的联系,得到了一些有意义的结果.赤道印度洋和太平洋虽然有马来半岛、苏门答腊岛、爪哇岛等岛屿阻隔,但海洋上层海温距平在东西方向上的分布是连续的,基本呈正负正或者负正负的分布格局,这3大冷暖中心分别位于赤道中印度洋、赤道东印度洋-西太平洋和赤道中东太平洋,正负区域的交界处分别位于印度洋80°E和太平洋160°-135°W附近,正好对应于赤道印度洋和太平洋温跃层深度的不连续处,在该不连续处赤道印度洋的温跃层深度变化大于太平洋的温跃层深度变化.在赤道印度洋和太平洋的3大冷暖中心中,赤道东印度洋-西太平洋的冷暖中心是一个系统,在太平洋它的移动路径是由赤道西太平洋出发,沿着赤道向东,到赤道东太平洋转向北,到10°N再转向西,到赤道西太平洋再转向南回到赤道西太平洋,组成一个逆时针回路;而在印度洋则是由赤道东印度洋出发,向赤道西北印度洋移动,和赤道中南印度洋组成一个逆时针回路;而且这2个移动回路是同时存在的,由赤道东印度洋和西太平洋开始分别同时完成冷暖中心交替的时间大约是10个月.     

热带太平洋-印度洋上层海温、热含量和混合层深度的年变化特征

根据1955~2003年次表层海温、海洋上层400m热含量和混合层深度资料,采用EOF分析方法,研究热带太平洋-印度洋上层海温、热含量和混合层深度的年变化特征及其与厄尔尼诺、印度洋偶极子、热带辐合带分布和活动的关系。结果表明:海表温度SST的分布和变化不能代表海洋上层热含量的分布和变化,热含量HST的分布与混合层MLD分布比较相似,尤其在热带印度洋和东太平洋,MLD季节变化比HST和SST提前2~3个月左右。太平洋10°N附近HST带状强扰动区和赤道地区HST反相变化是热带太平洋上层海水温度扰动最主要特征。HST的强扰动区主要由60~300m次表层海温距平的扰动引起,80m左右扰动最强,这种扰动沿着斜温层由上向下,自东向西传递,上半年增温,下半年降温,具有明显的年周期变化。这种变化对ENSO循环期间热含量异常信号传播的影响值得关注。热带太平洋HST的扰动变化和太平洋的ITCZ和SPCZ的移动和变化也有一定的关联。印度洋的西北部和东南部次表层海温距平呈年周期的反相振荡,但这种固有振荡和印度洋偶极子DMI振荡反相,这可能是导致印度洋大部分偶极子生命史都很短的原因之一。     

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。     

西太平洋暖池热盐结构温度场的时空变化

基于1950-2011年间热带太平洋月平均温盐度资料,以28°C等温线作为暖池的定义标准,分别计算了暖池区(20°N-15°S,120°E-140°W)各网格点混合层、障碍层和深层的平均温度,从而构成了暖池热盐结构的温度场。据此,运用EOF分析法研究了暖池混合层、障碍层和深层温度距平场的时空变化特征,并探讨了纬向风、纬向流和海面净热通量等要素对这3层温度场主要模态的影响。结果表明,第一模态揭示了暖池中东部3层温度都具有显著的年际变化和长期变化趋势,并在1985年前后经历了一次气候跃变,而第二模态则基本反映了暖池西部3层温度皆存在着明显的年际变化和长期变化趋势,并在1995年前后经历了一次气候跃变。暖池混合层(包括障碍层)温度场前两个模态的年际振荡主要是由纬向风和南赤道流(SEC)共同引起的,而暖池深层温度场前两个模态的年际振荡则是由SEC和赤道潜流(EUC)共同调制的。