經(jīng)略21世紀(jì)海上絲路之海洋環(huán)境特征：海流特征

陳璇， 鄭崇偉， 李訓(xùn)強， 孫威

(1.解放軍75822部隊　廣州　510510； 2.解放軍理工大學(xué)　南京　211101；3.LASG實驗室 中國科學(xué)院大氣物理研究所　北京　100029； 4.海軍大連艦艇學(xué)院　大連　116018)

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經(jīng)略21世紀(jì)海上絲路之海洋環(huán)境特征：海流特征

陳璇1，2， 鄭崇偉2，3，4， 李訓(xùn)強2， 孫威2

(1.解放軍75822部隊廣州510510； 2.解放軍理工大學(xué)南京211101；3.LASG實驗室 中國科學(xué)院大氣物理研究所北京100029； 4.海軍大連艦艇學(xué)院大連116018)

海流對于海洋漁業(yè)、海洋表層初級生產(chǎn)力分布、海洋物質(zhì)輸運等理化生現(xiàn)象有著重要影響。文章利用海洋再分析流場資料，簡要分析印度洋海區(qū)和南海海區(qū)(20°S—30°N，30°E—130°E)的流場年平均以及季節(jié)變化特點，得出以下結(jié)論：①南海海區(qū)流場的季節(jié)變化顯著，受到季風(fēng)、黑潮和地形的共同影響作用，在東北季風(fēng)期間存在沿粵東沿岸至海南島南側(cè)轉(zhuǎn)向沿越南沿岸的一支流系，該流系的強度變化影響爪哇海等南海南側(cè)海區(qū)流場變化。②蘇拉威西島東側(cè)和加里曼丹島西側(cè)流系有明顯的季節(jié)變化，在流動強盛的時期這兩支流系均是偏南向流動；從爪哇海流出的海流常年存在，夏季附近流速最大，最大流速分布在1.0 m/s。③赤道印度洋海區(qū)和非洲東岸的沿岸流存在明顯的季節(jié)變化，上層海區(qū)流動的低流速區(qū)存在流向切變；沿岸流最大流速在5-9月出現(xiàn)，可達(dá)1.8 m/s以上，而赤道流系則在11月，可達(dá)0.8 m/s以上。

海流；印度洋；南海；季節(jié)特征

1　引言

海洋環(huán)境對海上施工、海洋權(quán)益維護、海戰(zhàn)場自然環(huán)境建設(shè)等有著重要影響[1-3]。海流作為海洋運動的重要形式，遍布世界大洋，對大洋物質(zhì)輸運、污染物擴散、海洋魚類遷徙等理化生現(xiàn)象以及水雷布放、浮標(biāo)移動、潛航器械定位等均有顯著的影響，深入研究風(fēng)、浪、流等海洋環(huán)境要素，可以為軍地海洋建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)[4-6]。1970年孟加拉灣一次風(fēng)暴潮導(dǎo)致30萬人死亡，可見深入研究海洋環(huán)境特征也是高效建設(shè)海上絲路的前提[7-12]。此外，大洋冷暖流系對于沿岸的氣候有著明顯的影響；寒暖流的交匯處往往是魚類豐富的區(qū)域，這類地區(qū)往往成為世界著名的漁場；在極地海區(qū)，由于洋流對海冰的移動具有顯著影響，進(jìn)而影響極地航海。

印度洋是世界四大洋之一，其水域西側(cè)瀕臨大西洋、東側(cè)與太平洋相接，北印度洋與南海相鄰，通過馬六甲海峽等水道與南海交匯，其中印度尼西亞貫穿流(Indonesian Through Flow，ITF)[13-14]是近來氣候變化關(guān)注的一個熱點。對于印度洋海流描述的文獻(xiàn)目前較為少見，多是全球環(huán)流模擬、關(guān)注于印尼貫穿流系對氣候的影響或者印太交匯區(qū)對我國氣候的影響等，如該區(qū)域溫度對水汽輸運的影響。較為詳盡介紹印度洋環(huán)境特征的是Godfrey編寫的Regional Oceanography，該書利用3章的篇幅介紹印度洋的一些特征——印度洋周圍岸界錯綜，西側(cè)有波斯灣、通過亞丁灣與紅海相連，東側(cè)通過馬六甲海峽、印度尼西亞水道與南海、太平洋相連。印尼貫穿流和厄古拉斯海流(Agulhas current)是全球氣候變化研究的一個內(nèi)容[15]。

印度洋海區(qū)毗鄰印度半島、西鄰非洲、東接亞洲和澳洲、南側(cè)靠近南極洲，海區(qū)季風(fēng)顯著，馬六甲海峽同時勾連印度洋和南海，還是全球重要的海上交通要道，地理位置重要。本文基于海洋再分析流場資料，簡要描述印度洋和南海海區(qū)(20°S—30°N，30°E—130°E)的流場分布以及其季節(jié)變化特點，以期能為海洋世紀(jì)的海洋戰(zhàn)略略盡綿力。

2　資料及方法簡介

利用美國馬里蘭大學(xué)開發(fā)的全球簡單海洋資料同化分析系統(tǒng)(Simple Ocean Data Assimiltion，SODA)產(chǎn)生的海流數(shù)據(jù)，分析21世紀(jì)海上絲路涉及海域的海流場特征，主要分析研究海區(qū)流場的季節(jié)和年平均特征。

研究區(qū)域為20°S—30°N、30°E—130°E，涵蓋南海—北印度洋。海流數(shù)據(jù)來源于SODA月平均海洋數(shù)據(jù)集[16]。時間序列：1987年1月至2007年12月；時間分辨率：逐月；空間范圍：0.25°—359.75°E、75.25°S—89.25°N，水平分辨率0.5°×0.5°，垂直分層40層，各層深度分布如表1所示。

表1　SODA資料分層信息

續(xù)表

3　流場特征

海洋主溫躍層的流場和其他要素場的變化較為顯著，而主溫躍層以下的要素變化較為緩慢，由于數(shù)據(jù)時限達(dá)20年，本文以年和季節(jié)的形式對流場特征進(jìn)行分析。分析的深度包括海洋表層流場、1 000 m深平均流場(大致相當(dāng)于平均溫躍層的范圍受風(fēng)應(yīng)力的影響較大是最活躍的，1 000 m以下是深厚的冷水[17])。

3.1流場的年平均特征

海洋主溫躍層以上受風(fēng)應(yīng)力影響較為顯著，同時也是海洋高頻活動的主要深度分布區(qū)域。表層流場對于海洋表層輸運以及航運等有著較為重要的意義。研究區(qū)域內(nèi)的平局流速分布在0.1 m/s左右，在近岸區(qū)域，由于邊界的影響和質(zhì)量守恒的作用，最大流速可達(dá)1 m/s的分布，主要的流速分布區(qū)域在赤道區(qū)域(東向)、7°S—20°S之間的海區(qū)(偏西向)和邊界流區(qū)域。在邊界流區(qū)域，莫桑比克海峽西側(cè)主要以南向流為主，受地形影響，南向流系的東側(cè)流向偏北；海峽東側(cè)流場較為雜亂，海峽北部活動有一個逆時針方向和兩個順時針方向的流渦，海峽南部有一順時針方向的流渦，而在16°S附近流場處于鞍點的形勢場。海峽在非洲東岸10°S以北地區(qū)以北向流為主，高流速區(qū)域集中在馬達(dá)加斯加島以北，10°S附近區(qū)域、南緯低緯度海區(qū)和5°N—10°N海區(qū)；在中國近海和西太平洋，10°N為流向的分界，10°N以北邊界流以北向為主、10°N以南則以南向為主，在5°N、菲律賓南部松索羅爾群島附近分成東西兩支：一支東向，一支西向，西向在加里曼丹島和蘇拉威西島之間南向流動，通過努沙登加拉群島，115°E附近轉(zhuǎn)向西向流動。

考慮上層海洋運動顯著受到大氣強迫的影響作用，本文分析表層至1 000 m處深度(以下簡稱上層)平均流場，年平均上層流場的主要流向分布和表層相似，流速較弱，最大流速分布在0.35m/s左右，上層流場的流速都比較小，流向分布較為穩(wěn)定。除南海外，強流區(qū)的影響深度都比較深。此外，由于西邊界強化和地形的影響作用，近岸海區(qū)存在一些顯著的流渦分布，如在莫桑比克海峽，上文所述的流渦在上層流場中亦有體現(xiàn)。莫桑比克海峽上層流場流向分布較為一致，流速較大且較為穩(wěn)定，在海峽中部偏西區(qū)域多流向的切變分布。

3.2流場的季節(jié)平均特征

典型月份對于海洋要素的季節(jié)分布具有代表性，為此以以下幾個月份作為季節(jié)的代表月：冬季(2月為代表)、春季(5月為代表)、夏季(8月為代表)、秋季(11月為代表)。

從各個季節(jié)表層平均流場來看，春秋季節(jié)的印度洋赤道流系較為發(fā)達(dá)，其中冬季印度洋低緯表層流系(5°S—5°N之間)在這一時期較為發(fā)達(dá)。相比較而言，研究區(qū)域西部流場較為穩(wěn)定。以較細(xì)的時段來看，9月印度洋赤道流系開始出現(xiàn)，10—11月流速增大，12月受季風(fēng)影響赤道流系減弱、北側(cè)有一流系加強生成、流向與赤道流系相反，次年1月赤道流系北側(cè)中斷、南側(cè)維持東向弱流速，至4月赤道流系繼續(xù)形成維持。而非洲沿岸的表層邊界流系則是：4月沿岸流系以莫桑比克海峽北端為分界，南側(cè)向南流動、北側(cè)向北流動。北側(cè)至赤道處分成兩支：一支向東，一支向北，這一狀態(tài)可一直維持到10月；至11月赤道北側(cè)沿岸流轉(zhuǎn)成南向，此后與赤道南側(cè)的南向流交匯點一直往南推；至3月赤道以北流場整體減弱，且在5°N處沿岸流分成兩支，5°N以北向北，以南向南；4月回復(fù)到以莫桑比克海峽北端為分界的狀態(tài)。沿岸流流速在5-9月較大，流速可達(dá)1.8 m/s以上，同時分布范圍較廣；相比較而言，赤道流系則較弱，最大流速出現(xiàn)在11月，可達(dá)0.8 m/s。

在南海海區(qū)，由于季風(fēng)、地形和黑潮的共同作用，沿著粵東海區(qū)邊緣、經(jīng)海南島南側(cè)和越南西側(cè)，有一支流速較大、流向也較為一致、與地形平行的自臺灣島南側(cè)向西流動至海南島南側(cè)轉(zhuǎn)向南的流區(qū)。南海海區(qū)的流場受典型季風(fēng)的影響，在10月以后東北季風(fēng)逐漸往南，這一時期南海海域逐漸受東北季風(fēng)影響，這一支流區(qū)建立并維持到次年的3月初。同時，在南海南側(cè)，由于邊界地形和流場的共同作用，有一逆時針的流渦形成，流渦只在11月前后較為顯著，影響深度也比較深。在夏季，由于西南季風(fēng)的影響，南海海區(qū)流場偏弱，黑潮對于南海海區(qū)流場的影響較大，其向南海的海水輸運季節(jié)性變化對于南海流場的驅(qū)動有重要影響[18]。

島鏈西側(cè)流場主要受黑潮的季節(jié)性變化影響，由于研究海區(qū)所涉及的位置至130°E，故島鏈西側(cè)海區(qū)不再贅述。

南海海區(qū)南側(cè)地形錯綜復(fù)雜，分布有蘇拉威西海、爪哇海、班達(dá)海，海域周圍分布有眾多群島，海區(qū)四通八達(dá)，水域縱橫交錯，流場分布在這種地形的影響下也是多變的。這一區(qū)域是太平洋和印度洋交匯的地方，每年冬季在加里曼丹島東西兩側(cè)有南向的海流流向爪哇海，西側(cè)流系沿著努沙登加拉群島向東流動，至爪哇海南端、約115°E的位置分開，一支流出爪哇海；一支繼續(xù)向西流動，東側(cè)一支在加里曼丹島南側(cè)處與西側(cè)流系交匯。到了春季，西側(cè)流系由于南海海區(qū)流場的減弱而消失，東側(cè)流系維持，同時在蘇拉威西島西側(cè)形成一支流向爪哇海的流系，兩支流系在蘇拉威西島南側(cè)匯合，同時在爪哇海南端、約115°E的位置流出，此時也是這一流出的流系加強的時期；在夏季，蘇拉威西島兩側(cè)流系繼續(xù)加強，使得這一流出的流系達(dá)到鼎盛；到了秋季，由于加里曼丹島西側(cè)流系的建立和蘇拉威西島東側(cè)流系的消失，由爪哇海流向印度洋的流系減弱，該流系流速分布在1.0 m/s左右，分布時間在夏季附近。

馬六甲海峽表層流場的流向在各個季節(jié)的代表月中始終沿著海峽流向印度洋，這一流動在秋冬季節(jié)流速較大，而在春夏時節(jié)由于印度洋5°N—10°N間在印度半島西側(cè)存在東向流場，在海峽出口處與出流交匯。

各季節(jié)平均流場中，有一個顯著特點是：莫桑比克海峽北端入口處的東向流終年較為穩(wěn)定。對于上層各季節(jié)平均流場也存在這一現(xiàn)象，但流速變化沒有表層流場變化顯著。非洲西岸的上層平均流場分布也是赤道以南海區(qū)較為穩(wěn)定，而赤道以北海區(qū)只有夏秋季節(jié)才有顯現(xiàn)、冬春季節(jié)分布較弱。在50°E—55°E、5°N—10°N區(qū)域，表層春季有一順時針方向流渦、上層平均流渦中心稍偏北，到了夏季隨著邊界流的加強流渦強度也在增強、中心有所北抬，到了秋季流渦消失，該處的流渦表現(xiàn)形式依然與非洲沿岸的表層流系特征相似。相應(yīng)的赤道流系影響深度隨季節(jié)變化較為顯著，冬季影響深度較深。

為了更進(jìn)一步了解赤道流系和非洲沿岸流系的特征，本文選取赤道和50°E的印度洋表層流場做了時空剖面圖，赤道東側(cè)的流場在4月中至10月初呈現(xiàn)強盛期，而赤道流系則在夏季呈現(xiàn)出不活躍的形勢。此外赤道流系的流向也存在季節(jié)變化：在55°E—75°E區(qū)域，1-3月流向以西向為主，到了4月流向轉(zhuǎn)成東向，此后一直維持到6月且范圍西擴，至7月流向轉(zhuǎn)向西向，這種轉(zhuǎn)向只維持兩個月，此后仍以大范圍的西向流場為主；在赤道東側(cè)，這種季節(jié)變化被簡化為兩種變化，從12月至翌年3月流動以弱流速分布和西南流向為主，其余時段以東北流向和強流速分布為主。

赤道流系的下層流場分布相較于邊界流而言，在弱流速時段其流向偏向經(jīng)向，至70 m深度范圍流向轉(zhuǎn)變?yōu)闁|向，此外在弱流速區(qū)的上層流向呈現(xiàn)反向的變化，這表明該區(qū)域呈現(xiàn)0流速區(qū)域和流場的垂向切變。

馬達(dá)加斯加島到東側(cè)的流場分布較為穩(wěn)定，上層流向分布與表層分布也較為一致，流場強度在冬季偏弱。偏北側(cè)隨著深度的增加赤道及北緯低緯海流有南擴的趨勢，強流分布時間是在4—9月前后，但流速影響深度較淺，至200 m附近深度只有北緯低緯度海區(qū)有相對較高的流速分布，這與馬達(dá)加斯加島附近海流差異較大。此外，在赤道海區(qū)，3—4月存在流向的轉(zhuǎn)變，而流向的垂向變化主要在1—3月，這一段時期在赤道海區(qū)表層區(qū)域存在0流速分布。

4　結(jié)論

利用SODA月平均海洋流場數(shù)據(jù)，分析研究海域的部分流場特征，主要包括各海流的年平均特征和流場的各個季節(jié)變化特點，得到如下主要結(jié)論。

(1)南海海區(qū)流場的季節(jié)變化顯著，受到季風(fēng)、黑潮和地形的共同影響作用，在東北季風(fēng)期間，存在沿粵東沿岸至海南島南側(cè)轉(zhuǎn)向沿越南沿岸的一支流系，該流系的強度變化影響爪哇海等南海南側(cè)海區(qū)流場變化。

(2)蘇拉威西島東側(cè)和加里曼丹島西側(cè)流系有明顯的季節(jié)變化，在流動強盛時期，這兩支流系均是偏南向流動。從爪哇海流出的海流常年存在，夏季附近流速最大，流速分布在1.0 m/s左右。

(3)赤道印度洋海區(qū)和非洲東岸的沿岸流存在明顯的季節(jié)變化，上層海區(qū)流動的低流速區(qū)存在流向切變。沿岸流最大流速在5—9月出現(xiàn)，可達(dá)1.8 m/s以上，而赤道流系則在11月，可達(dá)0.8 m/s以上。

本文分析研究海區(qū)的流場特征，大洋流場變化雖然較為緩慢，但并不是一成不變的。在未來的工作中，需要結(jié)合季節(jié)特征和海流的中長期數(shù)值進(jìn)行模擬，方能更好地為軍地海洋建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

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Strategy of the 21st Century Maritime Silk Road:on the Characteristic of Ocean Current

CHEN Xuan1，2，ZHENG Chongwei2，3，4，LI Xunqiang2，SUN Wei2

(1. People’s Liberation Army， No.75822， Guangzhou 510510， China； 2. People’s Liberation Army University of Science and Technology， Nanjing 211101， China； 3.National Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics (LASG)， Institute of Atmospheric Physics， the Chinese Academy of Sciences， Beijing 100029， China; 4.Dalian Naval Academy， Dalian 116018， China)

Ocean current has an important influence on marine fishery，the distribution of marine primary productivity and marine transport，etc.This paper briefly introduced the annual and seasonal characteristic of Indian Ocean and South China Sea current，using data from Simple Ocean Data Assimilation.The results showed that，(1) the seasonal variation of the current in the sea area of South China Sea is influenced by monsoon，the Kuroshio and terrain，during the northeast monsoon，there is a current system along China’s eastern coast and turning on the southern side of the Hainan Island，and then flows along the Vietnam's coast.This current affects those currents in the southern of the South China Sea such as Java Sea.(2) The currents on the eastern side of the Sulawesi Island and the western side of the Kalimantan island have obvious seasonal variation，in the period of strong flow，the two tributaries are partial southward flows.The current that flows out from Java exists throughout the year，the velocity of which reaches maximum in summer around 1.0 m/s.(3) Currents along the shore of Africa and the equatorial current of Indian Ocean have obvious seasonal variation，upper currents with the low velocity zone exists stream wise shear.The maximum velocity of the coastal current can occur from May to September，and can reach 1.8 m/s，while the equatorial current can reach 0.8 m/s in November.

Ocean current，Indian ocean，South China Sea，Seasonal characteristic

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項目(2015CB453200, 2013CB956200)，國家自然科學(xué)基金(41490642).

陳璇，助理工程師，碩士研究生，研究方向為海洋數(shù)值模擬，電子信箱：chzffx@qq.com

鄭崇偉，工程師，博士研究生，研究方向為海戰(zhàn)場環(huán)境建設(shè)、物理海洋學(xué)及海洋能資源評估，電子信箱：chinaoceanzcw@sina.cn

P731

A

1005-9857(2016)04-0003-05