季風(fēng)轉(zhuǎn)換期東印度洋的赤道流系結(jié)構(gòu)和水文特征*1

喬 彬，劉子洲，張書穎，劉 聰，李培良

(1.中國海洋大學(xué)，山東 青島 266100; 2.國家海洋局 北海分局北海預(yù)報(bào)中心，山東 青島 266000; 3.遼寧省海洋環(huán)境預(yù)報(bào)與防災(zāi)減災(zāi)中心，遼寧 沈陽 110001)

季風(fēng)轉(zhuǎn)換期東印度洋的赤道流系結(jié)構(gòu)和水文特征*1

喬 彬1,2，劉子洲1*，張書穎3，劉 聰1，李培良1

(1.中國海洋大學(xué)，山東 青島 266100; 2.國家海洋局 北海分局北海預(yù)報(bào)中心，山東 青島 266000; 3.遼寧省海洋環(huán)境預(yù)報(bào)與防災(zāi)減災(zāi)中心，遼寧 沈陽 110001)

基于2013-04夏季風(fēng)轉(zhuǎn)換期間航次觀測數(shù)據(jù)，對赤道東部印度洋3支東向強(qiáng)流及其水文特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明，沿赤道在表層存在Wyrtki急流，在溫躍層深度存在赤道潛流，它們攜帶著阿拉伯海的高鹽水向東輸運(yùn)，81°E斷面上，核心流量分別為4.76 Sv和12.18 Sv；南赤道逆流核心在5°S附近，核心流量7.4 Sv，并伴有高鹽特性。

赤道東印度洋；季風(fēng)轉(zhuǎn)換；Wyrtki流；赤道潛流；南赤道逆流

印度洋北面受到亞洲大陸阻擋，不像太平洋、大西洋那樣與北極連通，因此它具有很多獨(dú)特性質(zhì)，特別表現(xiàn)為它是一個(gè)季風(fēng)海洋，源自復(fù)雜海-陸-氣相互作用的亞洲季風(fēng)是全球最強(qiáng)大的季風(fēng)系統(tǒng)，對亞洲南部、東部地區(qū)也包括我國的氣候，特別是降水，具有重要影響。

在季風(fēng)強(qiáng)迫下，赤道印度洋具有復(fù)雜、多變的環(huán)流系統(tǒng)。在表層，赤道附近有一支每年出現(xiàn)兩次的東向急流，即Wyrtki 急流[1]，分別發(fā)生在春、秋季季風(fēng)過渡期，引起赤道印度洋水位顯著的半年波動。赤道南側(cè)，冬季季風(fēng)期間存在著一支較強(qiáng)的南赤道逆流。在次表層的溫躍層深度上，在冬末至春季有一支東向強(qiáng)流，即赤道潛流(EUC)，攜帶高鹽水向東流動。

依據(jù)2013-04國家基金委東印度洋綜合科學(xué)考察航次的實(shí)測數(shù)據(jù)，本研究分析了季風(fēng)爆發(fā)前赤道東部印度洋的主要流場及其水文特征，并與前人結(jié)果進(jìn)行了對比。

1 數(shù)據(jù)和資料

本研究所采用數(shù)據(jù)為2013-03-10-05-14國家基金委東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察航次的走航ADCP測流和站位CTD數(shù)據(jù)，航次站位見圖1，我們選取了赤道東部印度洋的4個(gè)經(jīng)向斷面(斷面A，B，C，D)和1個(gè)赤道斷面(斷面E)進(jìn)行分析。走航ADCP(美國TRDI公司OS75型)海流觀測工作頻率為75 kHz，以寬帶工作方式，每層間隔8 m，第一觀測層水深22 m，最大觀測水深574 m，取水深22～500 m數(shù)據(jù)分析。大面站溫、鹽、深觀測采用SBE 911Plus V2型CTD，取0～500 m水深數(shù)據(jù)。海平面10 m風(fēng)場數(shù)據(jù)來自NCEP/NCAR再分析數(shù)據(jù)(http:∥www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep.reanalysis)。

圖1 赤道東印度洋2013年航次站位分布圖Fig.1 Station locations during the 2013 cruises in the Eastern Equatorial Indian Ocean

2 分析結(jié)果

赤道印度洋區(qū)域在4-6月和10-11月盛行西風(fēng)，其它月份受微弱的東風(fēng)影響。受季風(fēng)影響赤道年平均流為東向流，并有季節(jié)性規(guī)律。在季風(fēng)期還會有東向的南赤道逆流和西向的北赤道流存在。而風(fēng)場跟流場良好的相關(guān)性則說明了赤道區(qū)域的風(fēng)場是驅(qū)動流場的重要因子[2-3]。

觀測區(qū)域表層主要以東北向流為主，且赤道附近和4°S以南流速較大，赤道附近表層、80 m水層附近和5°S表層分別有3個(gè)東向強(qiáng)流的核心，核心流速都能達(dá)到80 cm·s-1以上，而反向的潛流流速較小，最大流速不到20 cm·s-1。圖2是2013-04赤道東部印度洋10 m的風(fēng)場分布，觀測區(qū)域附近主要受強(qiáng)西風(fēng)影響，這跟流場有很好的相關(guān)性，也證明了流場主要是由風(fēng)場驅(qū)動的。

圖2 2013-04平均海平面10 m風(fēng)場分布 Fig.2 Wind field at 10 m above sea surface of April, 2013

2.1 Wyrtki急流及其水文特征

Wyrtki 流是赤道印度洋的獨(dú)特現(xiàn)象，每年出現(xiàn)2次，分別發(fā)生在春、秋季季風(fēng)過渡期，引起赤道印度洋水位顯著的半年波動[1]。這支急流是由季風(fēng)直接驅(qū)動的，時(shí)間上與赤道西風(fēng)的出現(xiàn)同步，方向上是驅(qū)動水體向東輸運(yùn)。這支急流在東部得到更好的發(fā)展并且比西部有更快的速度，觀測到的最大速度甚至超過了150 cm·s-1[4]，同時(shí)在東部也占據(jù)了更深的層次，這是因?yàn)樵黾拥纳喜炕旌蠈幽苷T發(fā)強(qiáng)烈的表面向東輸運(yùn)。

圖3 赤道流系流場分布Fig.3 Vertical distribution of equatorial currents

本次觀測中這一急流并非完全以赤道為中心對稱， 81°E斷面(圖3a)上核心位置在赤道偏南，接近1°S，最大流速可達(dá)80 cm·s-1； 82°E斷面(圖3b)上核心南移到1°30′S附近；同時(shí)核心流速減小，影響范圍也僅在1°00′～0°30′N，這比前人觀測的Wyrtki急流影響范圍要偏小[1,5]。表層流速自西向東減弱(圖3c)，甚至在東岸附近還出現(xiàn)了弱的西向流動，這是因?yàn)?2°E斷面以東處于Wyrtki急流的末端，同時(shí)觀測時(shí)處于季風(fēng)剛開始轉(zhuǎn)換的時(shí)期，Wyrtki急流并沒有穩(wěn)定形成。本次觀測中81°E斷面Wyrtki急流的核心流量為4.76 Sv(本文所指核心流量均指大于40 cm·s-1的流核部分)，對比以往的觀測偏小。

在與Wyrtki急流對應(yīng)的1°S附近的表層區(qū)域，可以看到高鹽水，隨著向東Wyrtki急流的消逝，高鹽水團(tuán)也逐步消失。

2.2 赤道潛流及其水文特征

赤道斷面水深80～200 m處有很強(qiáng)的東向流動，這支流動具有赤道潛流的典型特征，包括東向速度大、發(fā)生在溫躍層深度，因此我們推斷這支東向強(qiáng)流是赤道潛流，是在沿赤道壓強(qiáng)梯度力的作用下形成的。赤道逆流并不是每年都能被觀測到的[5-7]。

本航次實(shí)測中赤道潛流的核心并非完全在赤道上，在80°E和81°E斷面(圖3a)EUC核心在赤道稍偏北，但是在82°E(圖3b)和83°E上核心南移到1°S附近，可以推測，EUC的傳播并非完全沿著赤道直線傳播，可能會有一定的南北震蕩，這符合Leetmaa和Stommel認(rèn)為的EUC彎曲[8]。

圖4 溫度分布和鹽度分布Fig.4 Distribution of temperature and salinity

在熱帶印度洋，20 ℃等溫線能很好地反映溫躍層的變化[9]，本航次中EUC基本完全處于溫躍層中，溫度梯度較大，溫躍層深度有小的起伏(圖4a，4c)，這個(gè)起伏是由于赤道上緯向風(fēng)的變化激發(fā)了沿赤道向東傳遞的Kelvin波， Kelvin波引起了溫躍層深度的變化[10]。躍層內(nèi)有一個(gè)明顯的水舌自西向東延伸到91°E(圖4b,4d)，核心鹽度高于35.25，這與EUC深度重合，可以推測高鹽水舌是由這支強(qiáng)的赤道潛流自阿拉伯海攜帶而來的，這跟Jensen以及Han和McGreary的模式結(jié)果是一致的[11-13]，此水舌比表層高得多的鹽度證明EUC輸運(yùn)高鹽水的能力比Wyrtki流要強(qiáng)得多。在赤道潛流跟Wyrtki流之間有一支弱的西向流動將以上2支流動分隔開來。

這支強(qiáng)的赤道潛流的流速向東逐漸增強(qiáng)，與表層Wyrtki流的趨勢相反，這是因?yàn)槌嗟辣砻娴臇|向Wyrtki流會抑制赤道潛流，因此在表層Wyrtki流速較大的地方，赤道潛流的流速將變小。強(qiáng)的赤道潛流會造成溫躍層的抬升，而此處又處于Wyrtki流的末端，Wyrtki流向東輸運(yùn)的水體堆積會造成溫躍層的下沉，這兩者應(yīng)該是造成赤道斷面東側(cè)溫躍層被壓縮的原因。本次觀測中82°E斷面赤道潛流的核心流量為12.18 Sv。

2.3 南赤道逆流及其水文特征

本航次還觀測到了南赤道逆流，核心在5°S附近，由于本次觀測只到5°S，所以觀測資料并不能完整體現(xiàn)南赤道逆流的特征，在此簡要說明。本次觀測中南赤道逆流流速很大，核心區(qū)域達(dá)到了100 cm·s-1以上，范圍也較大，最深可達(dá)200 m，向北到4°S附近。在流動過程中核心穩(wěn)定保持在5°S附近，81°E斷面流量為7.4 Sv。50 m以下深度還可以看到南赤道流高鹽的特征，核心區(qū)域鹽度高達(dá)35.25以上。

3 結(jié) 語

利用2013-04國家基金委東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察航次的實(shí)測數(shù)據(jù)，分析了赤道東部印度洋海域3支東向強(qiáng)流及其水文特征，分析表明沿赤道有強(qiáng)的東向Wyrtki急流，81°E斷面上流量為4.76 Sv；在5°S位置存在南赤道逆流；赤道斷面在溫躍層深度存在一個(gè)強(qiáng)的東向赤道潛流，攜帶著大量的阿拉伯海的高鹽水，形成一個(gè)向東的高鹽水舌，81°E斷面上流量為12.18 Sv。

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EquatorialCurrentSystemStructureandHydrologicCharacteristics
inMonsoonalWindTransitionPeriod

QIAO Bin1,2，LIU Zi-zhou1，ZHANG Shu-ying3，LIU Cong1，LI Pei-liang1

(1.OceanUniversityofChina，Qingdao 266100, China；2.NorthChinaSeaMarineForecastingCenterofStateOceanicAdministration，Qingdao 266100, China;3.MarineEnvironmentalForecastingandHazardMitigationCenterofLiaoningProvince，Shenyang 110001, China)

Based on the data collected during April 2013, the monsoonal transition period, circulation and hydrological characteristics of the three eastward currents were analyzed. The result shows that: there exist strong Wyrtki jet in surface layer and at surface and equatorial undercurrent (EUC) at the depth where the thermocline exists, carrying high-salinity water from the Arabian Sea to the east, with volume transport of 4.76 Sv and 12.18 Sv, respectively, at 81°E; the core of south equatorial countercurrent locates near 5°S with high salinity and its volume transport is 7.4 Sv.

Eastern Equatorial Indian Ocean；monsoon transition；Wyrtki jet；Equatorial Undercurrent；south equatorial countercurrent

January 21, 2014

2014-01-21

國家自然科學(xué)基金——太平洋海平面年際和年代際變化及其對我國海平面變化的影響(41076005),中國海域海平面的年際和年代際變化研究(41176009)；公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)——渤海海洋觀測實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬觀測(GHYH201006034);海洋公益性項(xiàng)目——中國海平面變化預(yù)測及海岸帶脆弱性風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)與應(yīng)用(201005019)

喬 彬(1988-)，男，山東慶云人，碩士研究生，主要從事淺海動力學(xué)方面研究.E-mail：w312215889@126.com

*通訊作者，E-mail：lzz2013@ouc.edu.cn

(王 燕 編輯)

P731.2

A

1671-6647(2014)03-0301-05