东印度洋海洋学综合科学考察航次概况

赤道东印度洋海域是西半球暖池的重要组成部分,对我国季风系统乃至全球气候变化研究意义重大.印度洋作为海上丝绸之路的交通要道,开展东印度洋海洋调查也是保障海上丝绸之路安全的重要一环.自2010年起,国家自然科学基金委为贯彻落实《国家自然科学基金"十一五"发展规划》的战略部署而设立的"国家自然科学基金委印度洋综合航次",极大地促进了海洋学科多学科交叉和融合,丰富了该海域的海洋观测数据,取得了丰硕的科研成果.本文介绍了2010年起至今的东印度洋海洋学综合科学航次考察的内容、进展和成果,并展望了东印度洋海洋学综合科学考察航次今后的主要方向.     

热带东印度洋海表温度持续性的秋季障碍

利用全球海表海温资料(GISST)和NCEP/NCAR再分析风场、海平面气压场资料,研究了热带东印度洋海表温度持续性的季节差异,发现东印度洋海温持续性存在"秋季障碍"现象。进一步分析了东印度洋"秋季障碍"后冬季海温与中东太平洋海温、海平面气压及850hPa风场的关系,并讨论了热带印度洋—太平洋地区海气系统的季节变化与东印度洋"秋季障碍"的关系,结果表明,秋季热带印度洋—太平洋地区海气系统由以印度洋季风环流为主导转向以太平洋海气系统为主导,太平洋海气系统处于急剧加强期,增强的太平洋海气系统对东印度洋海温持续性"秋季障碍"起着重要的作用。     

南海-热带东印度洋海温年际变化与南海季风爆发关系的初步分析

对５月东亚至热带东印度洋表面温度距平主要特征向量场的分析表明，以苏门答腊为中心的热带海洋温度异常与南海季风爆发有密切关系。当该海域海温较常年偏暖（冷）时，南海季风爆发往往迟（早），它可能是通过影响中南半岛与其南方热带海洋之间经向热力差异的变化来实现的。分析了从冬到夏南海－热带东印度洋海温距平主要特征向量场的时空演变，末夏初以苏门答腊为中心的热带海温距平场特征可以追溯到冬季南海海温场的变化，后者与南     

东印度洋海温对中国南方冬季降水的影响

利用NCEP再分析的大气环流资料、海表温度资料和全国160 站降水资料,研究了冬季东印度洋海温对我国江南-华南地区同期降水的影响。结果指出,冬季东印度洋海温(Sea Surface Temperature in the Eastern Indian Ocean,EIOSST)和同期的江南-华南降水呈显著的正相关关系。当EIOSST偏高时,江南-华南的冬季降水偏多。而当EIOSST偏低时,江南-华南的冬季降水偏少。这种影响的可能机制是:冬季东印度洋海温异常通过影响南支槽上的扰动活动和水汽输送来影响同期的江南-华南降水。当东印度洋海温偏高时,局地对流加强,引起南支槽地区的上升运动加强,南支槽活跃。活跃的南支扰动向下游传播,南支槽前的西南气流将水汽从孟加拉湾向华南和江南输送,引起华南和江南的降水偏多。进一步的分析显示,东印度洋海温对南支槽和江南-华南的降水的影响独立于ENSO的影响。二者对南支槽和江南-华南地区冬季降水的影响过程一致,只是东印度洋海温的影响较弱。当东印度洋海温和ENSO的作用相叠加时,江南-华南可能会出现较异常的冬季降水。       

东印度洋天气和风暴潮预报系统的初步评估

东印度洋天气和风暴潮实时预报系统（EPMEF_EIO）由区域大气模式和区域风暴潮模型组成,每天实时运行4次.大气初边场来自美国国家环境预报中心（NCEP）的全球预测系统（GFS）,通过区域嵌套得到印度洋-东印度洋-斯里兰卡区域的3 d预报结果.大气模式的10 m预报风场驱动风暴潮模式,得到东印度洋-斯里兰卡区域的潮汐和风暴潮3 d预报结果.通过与中国科学院南海海洋研究所斯里兰卡站气象塔观测数据、最优台风路径数据和科伦坡水位站数据对比,发现模式预报气温和相对湿度的日变化较观测值偏小,气温总体RMSE为1.26℃,相关系数为0.8,相对湿度的总体RMSE为7.0%,相关系数为0.7;模式预报风速以整体偏大为主,总体RMSE为2.3 m/s,相关系数为0.65;模式预报风向能把握主要的变化趋势,RMSE在20°~32°之间,相关系数约0.65;模式24、48和72 h路径预报平均误差分别为110.5、166.4和181.0 km.此外,模式水位预报的RMSE为0.035 m,占最大振幅约5%,与观测的相关系数达到0.996.这说明了模式可以用于预报潮汐和风暴潮过程.     

热带太平洋与印度洋相互作用的年代际变化

利用全球海表海温资料（GISST）和NCEP／NCAR再分析资料,研究了热带太平洋与印度洋之间的相互作用及其在不同年代二者作用关系的变化。结果表明：热带印度洋偶板子指数超前热带太平洋Nin03指数2月时相关最大,印度洋单板子指数滞后Nin03指数3～4月时相关最大。印度洋偶板子在一定程度上影响E1 Nino事件的发生,而E1 Nino事件的发生、发展会影响印度洋单板子事件的发生。热带印度洋偶板子事件与热带太平洋ENSO事件的相互作用在1961年发生了明显跃变,其原因可能是1961年之前热带印度洋偶板子对热带太平洋上空的纬向风影响很小,而1961年以后其影响明显加强。热带印度洋单板子事件与热带太平洋ENSO事件的相关一直显著,没有明显跃变。     

热带太平洋混合层盐度季节-年际变化特征研究

基于2004/01—2013/12的Argo及卫星遥感等观测数据,运用经验正交函数（EOF）方法分析了热带太平洋混合层盐度（MLS）的时空特征并探讨其物理机制。结果表明：热带西太平洋混合层盐度呈现出明显的递增趋势,南太平洋辐合带（SPCZ）区域尤为显著,而南热带太平洋东部的混合层则有变淡的趋势。在季节时间尺度上,MLS在如下的4个区域呈现显著变化：西太平洋暖池、赤道东太平洋美洲沿岸、赤道辐合带（ITCZ）和SPCZ。利用盐收支方程进一步定量分析了两个代表区域（暖池区和ITCZ区）的MLS变化率及其控制因子,研究发现：暖池区淡水通量长年表现为负值,且随季节变化波动不大。除6、7月份之外,水平平流对MLS变化率均有正的贡献,其峰期出现在10—12月份。ITCZ区的淡水通量存在显著季节变化,其下半年的贡献明显大于上半年,水平平流输送和混合层底的夹卷也在11月份达到最大。暖池区的盐度变化主要受到水平平流的影响,混合层底的夹卷作用贡献相对较小,而在ITCZ区混合层底的夹卷贡献作用则更显著。     

印度洋海温和西太平洋副高的时空分布及两者的相互影响

本文利用EOF分析方法，研究了印度洋海温和西太平洋副热带高压的时空分布特征。探讨了两者的关系，得出印度洋海温对西太平洋副热带高压的增强和减弱有较大的影响，并对这的东西进退有一定的影响；而西太平洋副热带高压对印度洋海温的分布也有一定的影响。     

热带印度洋海温的年际变化与ENSO

文中讨论了热带印度洋海表温度距平空间分布的年际变化与赤道中东太平洋海温的关系。EOF分析的结果表明 ,印度洋海温的变化主要存在全区符号一致的单极型和西部与东南部符号相反的偶极型 ,它们具有显著的年际变化。小波凝聚谱揭示了单极、偶极的变化与Nino3区海表温度距平存在密切关系 ,印度洋海温距平从偶极到单极的变化对应着ElNi no事件从发展到衰减的过程。平均而言 ,印度洋偶极超前Nino3区海温距平约 4个月 ,单极滞后约 6个月。整个热带印度洋 -太平洋地区海气耦合特征的演变表明 ,与ElNino从发展到衰减相联系的热带西太平洋海气耦合相互作用在印度洋海温距平从偶极到单极的演变过程中起着非常重要的作用。     

冬季东太平洋峡谷风的季节内变化及相联系的海气特征

基于高分辨的卫星资料和再分析资料,本文采用合成分析、相关分析和带通滤波等方法研究了季节内时间尺度上东太平洋峡谷风的变化,并首先发现冬季东太平洋峡谷风存在4~16 d的季节内变化周期。进一步分析表明在该时间尺度上峡谷风异常与局地海温异常之间的关系存在由负相关到正相关的明显转变,在峡谷风强度达到最大之前及最大时,峡谷风异常与局地海温异常之间的关系主要表现为大气对海洋的强迫作用,北风分量的加强使中高纬度干冷空气进入峡谷风地区,海表面的净热通量损失使得海温降低。在峡谷风强度达到最大之后其与局地海温异常的关系则转变为海洋对大气的强迫作用,冷海温异常可一直持续到峡谷风强度达到最大后的第六天。冷海温异常的维持使得湍流混合受到抑制,导致其上的海表面风速减小。此外,峡谷风的季节内变化可能与东太平洋至北美上空的大气环流异常及其演变有关。在湾区峡谷风达到最大之前,北太平洋海平面气压正异常逐渐东移南下并在其最大时到达墨西哥湾上空,使得北美高压增强,湾区两侧气压差增大,对应湾区峡谷风达到最大。     

Analysis of Equatorial Currents Observed by Eastern Indian Ocean Cruises in 2010 and 2011

Hydrographic and direct current measurements were made in the Eastern Equatorial Indian Ocean in May 2010 and April 2011 as part of the Eastern Indian Ocean Cruises(EIOC) organized by the South China Sea Institute of Oceanology(SCSIO).Analyses of the shipdrift Acoustic Doppler Current Profiler(ADCP) data indicate that the equatorial currents observed in May 2010 are characterized by a strongly eastward surface current(Wyrtki Jets,WJs) with a maximum velocity of 0.9 m s 1,while that observed in April 2011 is weak and without a consistent direction.The strongly eastward WJ transports the surface water eastward,resulting in a deeper upper mixed layer,as shown in the temperature and salinity profiles.However,it was found that the Equatorial Undercurrent(EUC) in the Eastern Indian Ocean is strong in April 2011 and weak in May 2010.The EUC was located approximately at the position of the thermocline,and it had higher salinity(up to approximately 35.5 psu) than the upper and lower waters.     

Typical Surface Seasonal Circulation in the Indian Ocean Derived from Argos Floats

This study investigates the surface circulation in the Indian Ocean using Argos float data over the period 1979-2011.The Argos observations manifest some new phenomena.The climatological annual mean circulation shows that the surface current becomes much stronger after turning around in shore in the western Indian Ocean.In the tropical Indian Ocean,the Great Whirl(GW) to the east of Somalia develops quickly in spring(April-May) as the monsoon reverses to move northward,becoming strongest in summer(June-September) and disappearing in autumn(October-November).The west end of the Agulhas retroflection can reach 18°E,and it exhibits a seasonal variation.At approximately 90°E,the Agulhas Return Current combines with the eastward South Atlantic Current and finally joins the Antarctic Circumpolar Current.     

一个海洋环流模式模拟的北印度洋经向环流及其热输送

对比两个同化资料GODAS（Global Ocean Data Assimilation System）和SODA（Simple Ocean Data Assimilation）,考察中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室发展的气候系统海洋模式LICOM（LASG/IAP Climate system Ocean Model）模拟的北印度洋经向环流及热输送的气候态。LICOM能抓住北印度洋大尺度环流的季节变化特征,模拟的年平均越赤道热输送为-0.24 PW （1 PW=1015W）,较之以往的数值模式结果更接近观测和同化资料。与同化资料的差异主要体现在季节变化强度,北半球夏季在赤道以南偏弱0.5 PW,这与模式夏季的纬向风应力偏弱,热输送中的大项Ekman热输送模拟偏弱,从而模拟的经圈翻转环流较浅有关。     

热带印度洋夏季水汽输送特征及对南亚季风区降水的影响

利用NCEP/NCAR再分析环流资料、CMAP降水量和NOAA海温资料研究了热带印度洋夏季水汽输送的时空变化特征,并考察其对南亚季风区夏季降水的影响.热带印度洋夏季异常水汽输送第一模态表现为异常水汽从南海向西到达孟加拉湾后分成两支,其中一支继续往西到达印度次大陆和阿拉伯海,对应印度半岛南端和中南半岛的西风水汽输送减弱,导致这些区域降水减少;第二模态表现为异常水汽从赤道东印度洋沿赤道西印度洋、阿拉伯海、印度半岛、中南半岛的反气旋输送,印度和孟加拉湾南部为反气旋异常水汽输送,水汽辐散、降水减少,而印度东北部为气旋性水汽输送,水汽辐合、降水增多.就水汽输送与局地海温的关系而言,水汽输送第一模态与热带印度洋海温整体增暖关系密切,而第二模态与同期印度洋偶极子关系密切.     

Hydrography and Circulation in the Eastern Tropical Indian Ocean during April-May 2011

The distribution of hydrography and circulation in the eastern tropical Indian Ocean(ETIO) during April-May 2011 were analyzed using cruise observations,satellite observations,and historic hydrographic data.It was observed that warm water(28℃) occupies the upper 50-m layer in the ETIO.Low-salinity surface water was observed at the mouth of the Bay of Bengal(BOB),which further extends to the Arabian Sea and off Sumatra via the Sri Lanka coast and the eastern bay mouth.Arabian Sea high-salinity water(ASHSW) is carried eastward along the equator to around 90°E by the equatorial undercurrent(EUC).It also runs south of Sri Lanka(north to 3°N) and in the western bay mouth(west to 87°E) but is much shallower than its counterpart at the equator.It is suggested to be the residual of the ASHSW,which intrudes into the BOB during the preceding southwest monsoon.Our results also show that,in the south of Sri Lanka,just below this subsurface high-salinity water,very-low-salinity water(about 34.8) occurs at depths of 100-200 m.Further analysis suggests that this low-salinity water comes from the BOB.     

热带印度洋偶极子的季节性位相锁定可能原因

利用1960年1月～1999年12月Hadley气候预测和研究中心的全球海表温度资料和改进的中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室的第三代海洋环流模式,以及1949年1月～1999年12月NCEP/NCAR月平均海表面大气距平资料,采用资料合成分析和数值试验相结合的方法,研究了热带印度洋偶极子从发展到成熟的特征。海表温度异常的分析结果表明,正、负热带印度洋偶极子的强度和发生强偶极子事件的次数都在北半球秋季达到最强、最多,与季节循环存在位相锁定。偶极子的数值模拟结果与此分析结果一致,表明海洋表面的大气强迫对激发印度洋偶极子有重要作用。对比试验的结果表明,赤道印度洋上空风应力异常是偶极子形成的主要原因。文中还设计了12个敏感性试验研究在相同大气异常强迫下1～12月大气气候基本态对印度洋偶极子的作用,结果发现大气气候态对偶极子的强度有很大影响,其中9月的大气气候态最有利于印度洋偶极子达到最强。这是由赤道东南印度洋地区东南风和海洋之间的正反馈过程决定的,因此大气基本态是偶极子成熟位相锁定在秋季的一个重要原因。     

印度洋偶极子向海盆一致模转变的年代际变化及其成因

利用3种百年时间尺度的海温资料,探讨了印度洋偶极子(India Ocean Dipole, IOD)向海盆一致模(Indian Ocean Basin, IOB)年际转变的年代际变化,结果发现1940—1970年几乎不存在这一转变现象,1970年以后该现象则十分显著。研究表明,IOD与ENSO之间海气耦合作用的年代际变化是这一转变现象的主要原因,1940—1970年IOD与ENSO之间发生发展相互独立,而1970年以后联系密切。通过进一步对物理量场的诊断分析,揭示了其中主要的动力机理：1970年以前,热带印度洋上空形成的季风环流异常无法与热带太平洋的沃克环流异常进行耦合,IOD事件发生时无法与热带太平洋产生联系。反之,1970年以后,热带两大洋上空两个纬圈环流异常之间耦合作用强烈,正(负)IOD事件发生时,通过海气相互作用,促进El Ni1o(La Ni1a)发展,印度洋又会受到来自ENSO的正反馈作用。因此这种“齿轮式”耦合模型能一直持续到冬季和次年春季,热带印度洋上空持续受到东(西)风异常的影响和低层环流的引导,西印度洋有次表层暖水的流入(出),加上印度洋本身海盆尺度较小,西边的暖...     

Indian Ocean Dipole-related Predictability Barriers Induced by Initial Errors in the Tropical Indian Ocean in a CGCM

利用GFDL CM2p1模式, 本文探讨了初始海温误差对印度洋偶极子(IOD)事件可预报性的影响. 当热带印度洋存在初始海温误差时, IOD预报发生了冬季预报障碍(WPB)现象和夏季预报障碍(SPB)现象. WPB发生与否与正IOD事件发展位相冬季的厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)有关. 即当冬季存在ENSO时, IOD预测不发生WPB现象, 反之亦然. 相比之下, SPB发生与否和ENSO没有必然联系. 此外, 进一步探讨了最容易导致SPB现象的初始海温误差的主要模态, 指出该模态在热带印度洋上表现为东-西偶极子型, 这和前人研究中最容易导致WPB现象的初始海温误差模态相似. 当在热带印度洋上叠加这些初始海温误差后, 热带太平洋上出现了海表温度异常和风场异常, 进而通过大气桥和印尼贯穿流的作用影响热带印度洋, 使之在夏季出现了东-西偶极子型的海表温度异常, 该异常在Bjerknes作用下快速发展, 加强, 最终导致SPB现象的发生.     

正交小波变换和时间分集联合盲均衡算法

利用全球海表海温资料（GISST）和NCEP／NCAR再分析风场、海平面气压场资料,研究了热带东印度洋海表温度持续性的季节差异,发现东印度洋海温持续性存在“秋季障碍”现象.进一步分析了东印度洋“秋季障碍”后冬季海温与中东太平洋海温、海平面气压及850hPa风场的关系,并讨论了热带印度洋一太平洋地区海气系统的季节变化与东印度洋“秋季障碍”的关系,结果表明,秋季热带印度洋一太平洋地区海气系统由以印度洋季风环流为主导转向以太平洋海气系统为主导,太平洋海气系统处于急剧加强期,增强的太平洋海气系统对东印度洋海温持续性“秋季障碍”起着重要的作用.