蘇門答臘島西北海域中尺度渦源區(qū)特征與形成機制

張家贏，周 鋒*,3，田 娣，黃 挺,3

(1.衛(wèi)星海洋環(huán)境動力學(xué)國家重點實驗室，浙江 杭州 310012；2.自然資源部 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012；3.上海交通大學(xué) 海洋學(xué)院，上海 200030)

0 引言

孟加拉灣是印度洋東北部的半封閉邊緣海，向南開口，等深線呈NW—SE走向，沿岸地形變化劇烈，90°E附近有一條南北向的洋脊。受南亞季風(fēng)影響，孟加拉灣雨季降水豐富，且有恒河等徑流的大量淡水輸入，低鹽水引起的強層化對海氣交換過程有很大影響[1]。孟加拉灣夏季海面高溫及其劇烈變化也有利于大氣活動，從而直接影響季風(fēng)變化[2]。印度洋季風(fēng)是中國夏季降水的主要水汽來源之一[3]，作為印度洋水汽進入東亞的主要通道，孟加拉灣是影響我國短期氣象變化和氣候異常(如干旱和洪澇)的關(guān)鍵區(qū)域[4]。研究顯示，2019年8—10月長江中下游流域及其江南地區(qū)發(fā)生的持續(xù)性干旱，與孟加拉灣海溫異常相關(guān)[5]。中尺度渦是孟加拉灣重要的海洋過程，作為海洋中物質(zhì)和能量交換[6]最活躍的形式，深刻影響著孟加拉灣淡水和海溫的分布狀況，繼而影響海氣相互作用。

對于孟加拉灣中尺度渦的實測研究主要集中在斜壓不穩(wěn)定的東印度沿岸流[7-14]。CHEN et al[15]和CUI et al[16]基于高度計資料，利用“流線繞角法”對孟加拉灣的中尺度渦進行了統(tǒng)計，揭示了沿岸流附近存在較多的中尺度渦，但并非中尺度渦的大量生成地。CHENG et al[17]基于高度計數(shù)據(jù)以及WANG et al[18]提出的渦旋識別方法，辨識出了孟加拉灣中部存在的大量中尺度渦，發(fā)現(xiàn)中尺度渦的產(chǎn)生與赤道風(fēng)的強迫密切相關(guān)，即赤道開爾文波抵達孟加拉灣東南部蘇門答臘島(Sumatra Island)之后北傳，形成了逆時針環(huán)繞安達曼海和孟加拉灣海岸線的沿岸開爾文波，并在伊洛瓦底江三角洲尖端釋放能量，觸發(fā)了第一模態(tài)的斜壓不穩(wěn)定，使得伊洛瓦底江三角洲附近海域有大量中尺度渦生成。蘇門答臘島西北海域是高渦動能(Eddy Kinetic Energy)區(qū)[19]，也是海表面高度變化較大的區(qū)域，并在5°N斷面上形成了向西傳播的顯著信號[20]，這些現(xiàn)象都意味著強烈的中尺度渦活動。CHENG et al[20]的數(shù)值模式結(jié)果顯示，蘇門答臘西北部尖端釋放的能量比伊洛瓦底江三角洲尖端更高，據(jù)此推測該海域應(yīng)該存在較三角洲海域數(shù)量更多的中尺度渦。但是，除常景龍 等[21]利用第一版Chelton中尺度渦數(shù)據(jù)集[22]能大致刻畫這個現(xiàn)象外，以往其他關(guān)于孟加拉灣中尺度渦統(tǒng)計特征的文獻[15-16,21]幾乎沒有在蘇門答臘西北海域發(fā)現(xiàn)對應(yīng)數(shù)量的中尺度渦，因此在以往研究中，蘇門答臘西北海域的中尺度渦密度遠小于孟加拉灣中部。

為提高對蘇門答臘島西北海域的中尺度渦現(xiàn)象的認知，本文利用新版的中尺度渦數(shù)據(jù)集對該海域生成的中尺度渦進行統(tǒng)計特征分析，并探討了中尺度渦大量集中生成的動力機制。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)

海表面高度異常逐日平均產(chǎn)品(Sea Level Anomaly，簡稱SLA)來自哥白尼海洋環(huán)境監(jiān)測中心(Copernicus Marine Environment Monitoring Service，簡稱CMEMS)網(wǎng)站(http:∥marine.copernicus.eu/services-portfolio/access-to-products/)[23]，該產(chǎn)品融合了多個衛(wèi)星高度計資料，包括Altika Drifting Phase、Cryosat-2、Haiyang-2A Geodetic Phase、Jason-3、Sentinel-3A和Sentinel-3B等，采用墨卡托投影，空間分辨率為0.25°×0.25°。

CHELTON et al[22]基于上述高度計產(chǎn)品并結(jié)合中尺度渦的識別方法，制作了一套全球中尺度渦數(shù)據(jù)集(https:∥www.aviso.altimetry.fr/no_cache/en/my-aviso-plus.html)。本文采用的Chelton數(shù)據(jù)集是2018年9月19日發(fā)布的2.0版本，資料時間跨度為1993年1月1日至2018年1月18日，分析時長共25 a(1993—2017年)。2.0版本與1.0版本相比時間分辨率從7 d提升至逐日，提高了中尺度渦生命周期識別的準(zhǔn)確性[24]。

海面10 m風(fēng)場數(shù)據(jù)來自Cross-Calibrated Multi-Platform(簡稱CCMP)網(wǎng)格化分析數(shù)據(jù)集(ftp:∥ftp.remss.com/ccmp/v02.0/)[25]，空間分辨率為0.25°×0.25°，時間分辨率為6 h。

1.2 中尺度渦源地統(tǒng)計方法

中尺度渦數(shù)據(jù)集記錄了所有中尺度渦從生成到消亡的整個過程，同一個渦旋用一個“編號”標(biāo)識。本文以中尺度渦第一次被識別時的中心經(jīng)緯度作為該渦的生成地點，通過渦旋編號追蹤渦旋軌跡和時間至生成地點，該過程稱為“溯源”。

本文研究區(qū)域為0°—25°N，75°E—105°E(圖1)。溯源過程中，溯源的范圍稍大于研究區(qū)域，主要是排除部分非本地產(chǎn)生的中尺度渦在邊界上導(dǎo)致的偽源區(qū)現(xiàn)象，因此溯源的范圍選擇為8°S—26°N，72°E—115°E。由于赤道附近不存在中尺度渦現(xiàn)象[22]，故該處理方法不會引入新的誤差。

圖1 孟加拉灣地形分布Fig.1 The topography of the Bay of Bengal(黑色方框為蘇門答臘島西北海域，紅色和黃色等值線分別為1 000 m和2 000 m等深線。)(The black box is the northwest sea off the Sumatra,the red and yellow contours are the 1 000 m and 2 000 m isobaths,respectively.)

將研究區(qū)域劃分成0.77°×0.77°的均勻網(wǎng)格，并把溯源后中尺度渦生命周期內(nèi)的存活時間、初始振幅和初始半徑等統(tǒng)計特征記錄在其生成的地點上，再將網(wǎng)格內(nèi)所有中尺度渦的統(tǒng)計特征進行平均。為保證統(tǒng)計結(jié)果不受極值影響，忽略中尺度渦生成個數(shù)小于3的網(wǎng)格，由此得到了中尺度渦源地(Mesoscale Eddy Genesis)的統(tǒng)計特征分布，并記錄網(wǎng)格點內(nèi)生成的不同“編號”的渦旋的累積個數(shù)。為了評估每個網(wǎng)格點統(tǒng)計特征的可信度，采用網(wǎng)格點的均值除以其1倍標(biāo)準(zhǔn)差[26]，所得比例大于1，即認為網(wǎng)格點平均值可信[27]，統(tǒng)計特征具有代表性，在圖中以叉號“×”表示。

1.3 中尺度渦移動軌跡反演速度場

參考表層漂流浮標(biāo)反演流場的方法，將中尺度渦的拉格朗日軌跡轉(zhuǎn)化為表層歐拉流場，計算方法如下

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

式中：lat1和lat2是兩個點的緯度，dlat是兩點之間的緯度差，單位：°；lon1和lon2是兩個點的經(jīng)度，dlon是兩點之間的經(jīng)度差，單位：°；R為地球半徑，取值 6 371 km；平均速度的位置P取兩點的中點；兩個軌跡點間的時間間隔dt為1 d；v和u分別為經(jīng)向流速和緯向流速。

同理，把落在網(wǎng)格內(nèi)的所有u和v進行平均，同時計算標(biāo)準(zhǔn)差，以均值加減三倍標(biāo)準(zhǔn)差作為上下限來剔除異常值[28]，得到代表該網(wǎng)格平均的u和v，并把網(wǎng)格中心點作為起始點。

2 結(jié)果

2.1 不同源地的中尺度渦特征比較

中尺度渦在移動過程中能保持源地的水團性質(zhì)。利用溯源的方法，可以更為清晰地表現(xiàn)從不同海域產(chǎn)生的中尺度渦所具備的源地特征。

源地中尺度渦的存活時間分布(圖2a)表明，孟加拉灣西北海域即西邊界流北部生成的中尺度渦平均存活時間最久，孟加拉灣中部海域生成的中尺度渦平均存活時間次之，孟加拉灣南部海域和安達曼海生成的中尺度渦平均存活時間較短，但中尺度渦存活時間的最大值位于安達曼群島西部。

圖2b為中尺度渦在生成位置上的初始振幅(振幅表示中尺度渦邊緣與中心極值點差值的絕對值)。孟加拉灣西邊界流是中尺度渦初始振幅較大的海域，其北部和中部的振幅最大。初始振幅大小與存活時間的源地分布(圖2a)較為一致。

圖2c表示中尺度渦生成位置的初始半徑(即中尺度渦邊界所包圍面積的等效半徑)。不同于存活時間和初始振幅的分布，中尺度渦初始半徑較大的區(qū)域位于孟加拉灣西南部(斯里蘭卡東部靠近赤道附近)；而平均存活時間和初始振幅均較大的西邊界流北部的初始半徑偏小，這可能是因為較小的半徑和較大的振幅有利于中尺度渦維持自身的結(jié)構(gòu)。安達曼海內(nèi)靠近十度海峽的海域也有一個網(wǎng)格點的初始半徑較大，但因為數(shù)量僅此一個，暫不開展分析。

圖2 孟加拉灣不同源地的中尺度渦統(tǒng)計特征分布網(wǎng)格圖Fig.2 Grid map of mesoscale eddy statistical characteristic analysis of different genesis in the Bay of Bengal(圖a～c中去除了渦旋生成個數(shù)小于3個的網(wǎng)格點，叉號表示網(wǎng)格點通過了可信度檢驗。)(The single grid which mesoscale eddy generated in less than three is removed in fig.a-c,and the cross indicates that the grid has passed the reliability test.)

2.2 源區(qū)中尺度渦的統(tǒng)計特征分析

2.2.1 總體特征

圖2d給出了25 a內(nèi)中尺度渦生成地點的數(shù)量分布。該圖表明蘇門答臘島西北海域(以5°N，94°E為核心的區(qū)域)是孟加拉灣中尺度渦的重要起源地之一，是中尺度渦高密度生成的區(qū)域。

以3°N—6°N，92°E—95°E作為蘇門答臘島西北海域中尺度渦源區(qū)的范圍(圖1)，采用拉格朗日方法追蹤此區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的中尺度渦，并分析僅在此區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的中尺度渦的特征，不包含從其它海域移動至本海域的中尺度渦。結(jié)果表明1993—2017年期間，該源區(qū)共產(chǎn)生了97個中尺度渦，其中有40個反氣旋渦，占比41.3%；57個氣旋渦，占比58.7%。源區(qū)平均每年產(chǎn)生3.9個中尺度渦，其中氣旋渦2.3個，反氣旋渦1.6個。源區(qū)中尺度渦存活時間的頻數(shù)分布顯示，源區(qū)中尺度渦的存活時間主要集中在30～50 d(圖3)，平均存活42.0 d，其中反氣旋渦平均存活 41.5 d，氣旋渦平均存活42.4 d。經(jīng)顯著性檢驗，在95%的置信條件下，氣旋渦與反氣旋渦存活時間的差異不顯著。

圖3 源區(qū)中尺度渦存活時間的頻數(shù)分布直方圖Fig.3 Frequency distribution histogram of eddy survival time in the origin

源區(qū)中尺度渦半徑頻數(shù)分布及概率密度曲線(圖4a)顯示：源區(qū)的中尺度渦平均半徑為143.9 km，其中反氣旋渦平均半徑為154.8 km，且在123.0 km處頻次最高；氣旋渦平均半徑為136.4 km，在 134.3 km 處頻次最高。反氣旋渦的平均半徑大于氣旋渦的平均半徑，氣旋渦的最大概率半徑大于反氣旋渦的最大概率半徑。氣旋渦半徑的頻數(shù)分布直方圖比較陡峭，說明氣旋渦之間半徑差別較大。經(jīng)顯著性檢驗，在95%的置信條件下，氣旋渦與反氣旋渦半徑的差異顯著。

圖4b給出了源區(qū)中尺度渦振幅的頻數(shù)分布及概率密度曲線。該圖表明源地中尺度渦的平均振幅是 4.2 cm。反氣旋渦平均振幅是4.3 cm，在2.9 cm處頻次最高；氣旋渦平均振幅是4.0 cm，在3.2 cm處頻次最高。反氣旋渦的平均振幅大于氣旋渦的平均振幅，氣旋渦的最大概率振幅大于反氣旋渦的。經(jīng)顯著性檢驗，在95%的置信條件下，氣旋渦與反氣旋渦振幅的差異是顯著的。

圖4 源區(qū)中尺度渦半徑(a)和振幅(b)頻數(shù)分布直方圖及概率密度曲線Fig.4 Mesoscale eddy radius(a)and amplitude(b)frequency distribution histogram and probability density curve in the origin

2.2.2 移動軌跡和速度

源區(qū)反氣旋渦的移動軌跡(圖5a)顯示：在25 a內(nèi)只有一個中尺度渦向東北移動，經(jīng)格雷特海峽進入安達曼海，其余中尺度渦均以西向、西北向移動為主，最遠能到達斯里蘭卡的北部海域。

圖5 源區(qū)中尺度渦移動軌跡及速度場Fig.5 The trajectory and velocity field of the mesoscale eddy in the origin(在圖a和圖b中，綠色和紅色的圓點分別表示中尺度渦的生成地點和消亡地點，橙色和藍色的實線分別表示反氣旋渦和氣旋渦的移動軌跡。)(In fig.a and fig.b,the green and red dots indicate the location of mesoscale eddy generation and extinction,orange and blue solid lines indicate the movement trajectories of anticyclonic eddies and cyclone eddies,respectively.)

源區(qū)氣旋渦的移動軌跡(圖5b)特征與反氣旋渦的軌跡特征相似，同樣以向西和西北方向運動為主，最遠能到達斯里蘭卡的南部海域。

利用中尺度渦的移動軌跡反演得到的速度場(圖5c 和5d)表明：反氣旋渦和氣旋渦在蘇門答臘島附近海域移動速度較慢，在斯里蘭卡附近移動速度較快。由圖5c可知，在蘇門答臘島附近反氣旋渦速度場存在極大值。

2.2.3 生成時間

圖6說明源區(qū)內(nèi)中尺度渦生成數(shù)量具有顯著的月際、季節(jié)和年際變化特征。2月、9月和12月是中尺度渦生成數(shù)量較多的月份，數(shù)量分別為16、13和12個；其中2月和12月氣旋渦數(shù)量占絕大多數(shù)，分別為13個和10個。4月和7月生成的中尺度渦數(shù)量不多，分別為9個和5個，其中反氣旋渦數(shù)量遠多于氣旋渦數(shù)量，分別為7個和4個。1月和6月渦旋數(shù)量也不多，分別為7個和6個，氣旋渦數(shù)量遠多于反氣旋渦數(shù)量，分別為5個和4個。其余月份正反氣旋渦的數(shù)量相差不大。

圖6 源區(qū)中尺度渦生成數(shù)量的多時間尺度變化Fig.6 Multi-time scale changes in the number of mesoscale eddy generated in the origin

孟加拉灣季節(jié)劃分，3月、4月和5月份為春季，6月、7月和8月為夏季，9月、10月和11月為秋季，1月、2月和12月為冬季[19]。冬季中尺度渦生成數(shù)量最多，總共35個，其中氣旋渦28個，反氣旋渦7個，氣旋渦占冬季渦旋總量的80%；春季反氣旋渦較多；其余季節(jié)氣旋渦和反氣旋渦在數(shù)量上相差不大。

在不同年份之間源區(qū)生成中尺度渦變化明顯，2005年源區(qū)生成的中尺度渦數(shù)量最多，1994年、2002年、2010年和2012年源區(qū)只生成了氣旋渦，1999年和2015年源區(qū)只生成了反氣旋渦，2017年源區(qū)未生成任何中尺度渦。

2.2.4 演變規(guī)律

中尺度渦的存活時間不盡相同，無法直接比較氣旋渦與反氣旋渦之間的演變規(guī)律。為了較好地掌握中尺度渦的生消狀態(tài)，對渦旋進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，將中尺度渦按照生命周期進行歸一化(圖7)。圖7a中，氣旋渦、反氣旋渦的曲線較為類似，呈現(xiàn)出渦旋的半徑增長緩慢，達到鼎盛期后縮小較快的特征；反氣旋渦的平均半徑大于氣旋渦的平均半徑；反氣旋渦的歸一化曲線在約0.35處有明顯的凹陷，半徑變小又繼續(xù)增大。氣旋渦的振幅整體上大于反氣旋渦的振幅(圖7b)。常景龍 等[21]將孟加拉灣所有中尺度渦作歸一化處理，演變過程也出現(xiàn)了與源區(qū)渦旋相同的結(jié)果，即反氣旋渦半徑始終大于氣旋渦半徑，而其振幅卻始終小于氣旋渦振幅。CUI et al[16]將孟加拉灣中存活時間超過90 d(未歸一化處理)的渦旋進行演變過程分析，結(jié)果也與源區(qū)渦旋的演變過程基本一致。其它海區(qū)的演變過程則不一樣，例如亞熱帶西北太平洋[29]和秘魯沿岸[30]等。綜上可以得出中尺度渦演變過程與海域特征相關(guān)的結(jié)論，但其成因還有待于探究。

圖7 將生命周期標(biāo)準(zhǔn)化后的源區(qū)中尺度渦統(tǒng)計特征演變曲線Fig.7 The evolution curve of the statistical characteristics of the mesoscale eddy in the origin after standardizing the lifetime

3 討論

3.1 中尺度渦識別方法的比較

趙新華 等[31]通過表層漂流浮標(biāo)軌跡提取的渦旋與Chelton的數(shù)據(jù)集相比較，認為低緯海洋的渦旋數(shù)量仍舊是被低估的，有大量的渦旋在以往文獻中未被識別。不同的中尺度渦識別方法造成了中尺度渦識別效果的差異，這也意味著在特定的研究區(qū)域內(nèi)選擇合適的中尺度渦識別方法是相當(dāng)重要的。

此前CHEN et al[15]和CUI et al[16]對孟加拉灣中尺度渦的生成地點統(tǒng)計結(jié)果表明，伊洛瓦底江三角洲附近，即孟加拉灣中部(緬甸向孟加拉灣凸起處)，是孟加拉灣產(chǎn)生中尺度渦數(shù)量最多的源區(qū)，其次是安達曼海的北部。以往文獻中利用的是改進過的流線繞角法[30]。流線繞角法識別中尺度渦是以海表面高度異常計算得到的地轉(zhuǎn)流場為基礎(chǔ)進行的，計算地轉(zhuǎn)流場時會對海表面高度進行微分運算，因此流線繞角法可能會引入一定的背景噪聲，在低緯度海域，由于地轉(zhuǎn)科氏力系數(shù)(f)在分母中，噪聲最為嚴(yán)重。

(6)

(7)

式中：U′和V′代表地轉(zhuǎn)流場的分量，可由海表面高度異常場(SLA)計算得到；g是重力加速度；f是地轉(zhuǎn)科氏力系數(shù)。

本文中的中尺度渦數(shù)據(jù)集利用Chelton新提出的一種基于海表面高度的識別方法[22](簡稱“Chelton方法”)，在低緯海域仍然較好地識別了中尺度渦，從而在蘇門答臘島西北海域發(fā)現(xiàn)了中尺度渦的源區(qū)，這與蘇門答臘島西北海域是高渦動能區(qū)的現(xiàn)象相對應(yīng)。說明按照之前的算法，低緯度區(qū)域中尺度渦的數(shù)量被嚴(yán)重低估。

流線繞角法在(8°N，85°E)和(8°N，90°E)附近識別到了較多的中尺度渦生成[15]，而本文所用的中尺度渦數(shù)據(jù)集卻沒有得到類似結(jié)果。根據(jù)錨系數(shù)據(jù)[32]、衛(wèi)星數(shù)據(jù)和模型實驗[33]的結(jié)果，8°N附近羅斯貝波呈現(xiàn)類似渦狀的結(jié)構(gòu)，流線繞角法采取的是流線彎曲的角度和≥2π時就視為流線閉合，而實際情況流線有可能并不完全閉合，即流線角度和滿足判定條件時流線可能并不在同一位置。因此可能會將某些類渦狀結(jié)構(gòu)錯誤地識別為中尺度渦，譬如，將羅斯貝波誤識別為中尺度渦。Chelton方法保證了在流線閉合情況下才記錄為中尺度渦，從而有效地識別出波動和中尺度渦。

3.2 網(wǎng)格大小對結(jié)果的影響

采用不同分辨率的網(wǎng)格進行分析比較發(fā)現(xiàn)，調(diào)整網(wǎng)格大小并不會引起中尺度渦生成地點發(fā)生變化，但是會導(dǎo)致計數(shù)網(wǎng)格內(nèi)中尺度渦個數(shù)的變化，以及最大值的變化。根據(jù)之前孟加拉灣中尺度渦統(tǒng)計結(jié)果[21]，半徑為85.0 km的中尺度渦數(shù)量最多，一個緯度的距離大約是111 km，而85.0 km/111 km≈0.77，本研究網(wǎng)格設(shè)置為0.77°×0.77°，分析的結(jié)果較為客觀地刻畫了渦旋生成地點的分布狀況。

3.3 蘇門答臘島西北海域成為渦旋源區(qū)的機制

孟加拉灣南部的海表高度變化較劇烈，渦動能較大，這個區(qū)域的能量來源主要是赤道風(fēng)的遙強迫[19]。CHENG et al[33]明確了此區(qū)域的主要驅(qū)動力來自風(fēng)場引發(fā)的海盆共振下的第二模態(tài)斜壓不穩(wěn)定。本文對蘇門答臘島西北海域中尺度渦源區(qū)(3°N—6°N，92°E—95°E，圖1)的海表面高度異常信號進行頻譜分析，在95%的置信區(qū)間下，得到兩個顯著周期，180 d 和360 d(圖8)。360 d屬于年變化信號，180 d 的結(jié)果與CHENG et al[33]的研究一致。

圖8 中尺度渦源區(qū)(3°N—6°N，92°E—95°E)的海表面高度異常信號頻譜分析結(jié)果Fig.8 The spectrum analysis result of the sea surface height anomaly signal in the mesoscale eddy origin(3°N-6°N,92°E-95°E)(紅色虛線表示95%的置信區(qū)間。)(The red dotted line represents the 95% confidence interval.)

在印度洋赤道上，赤道風(fēng)場引發(fā)的東傳開爾文波撞擊了蘇門答臘島然后折向北[34]，在5°N蘇門答臘島北部的尖端處，部分能量向西反射形成西傳的羅斯貝波，部分能量繼續(xù)向北傳播在伊洛瓦底江三角洲尖端處釋放形成一個中尺度渦源區(qū)[17]，剩余能量繼續(xù)傳播，總體上形成了環(huán)繞安達曼海和孟加拉灣逆時針方向的沿岸開爾文波[17]。

圖9以2005年為例，展示了5°N斷面海表面高度異常變化，從中顯示出了西傳的信號。HUANG et al[35]和CHENG et al[20]指出5°N確實存在較強的渦狀結(jié)構(gòu)，明確其是西傳的羅斯貝波。

圖9 2005年5°N斷面海表面高度異常的時間-經(jīng)度圖Fig.9 Time-longitude map of the sea surface height anomaly at the 5°N section

3.3.1 風(fēng)場驅(qū)動

風(fēng)場強迫是中尺度渦生成的重要機制之一[36]。圖10為1993—2007年氣候態(tài)風(fēng)場及其旋度場季節(jié)分布。冬季，蘇門答臘島北部尖端附近風(fēng)場產(chǎn)生了顯著的正旋度。正的風(fēng)應(yīng)力旋度能誘發(fā)氣旋式中尺度渦，從而可以較好地解釋冬季氣旋渦在源區(qū)占據(jù)主導(dǎo)地位這個特征。

圖10 1993—2017年氣候態(tài)季節(jié)風(fēng)場及其旋度場Fig.10 Climatic seasonal wind field and its curl field from1993 to 2017

對源區(qū)中尺度渦的風(fēng)場影響包括局地風(fēng)場和赤道風(fēng)場。與局地風(fēng)場強迫相比，赤道風(fēng)場是該源區(qū)渦動能的更重要來源。CHEN et al[19]指出該區(qū)域風(fēng)場強迫對渦動能的貢獻為51%，冬季赤道風(fēng)場貢獻遠大于局地風(fēng)場。局地風(fēng)場雖然不是源區(qū)冬季中尺度渦能量的主要來源，但是能誘發(fā)中尺度渦的極性。

3.3.2 地形影響

4 結(jié)論

本文采用了2.0版本的Chelton中尺度渦數(shù)據(jù)集，通過溯源的方法得到孟加拉灣中尺度渦的源地分布，指出以(5°N，94°E)為核心的蘇門答臘島西北海域(3°N—6°N、92°E—95°E海域)是中尺度渦生成密度最高的海域。從源地特征來看，孟加拉灣西邊界流北部產(chǎn)生的中尺度渦存活時間較長且振幅較大，而孟加拉灣西南部產(chǎn)生的中尺度渦半徑較大。

蘇門答臘島西北海域是中尺度渦集中生成的區(qū)域。1993—2017年間源區(qū)平均每年產(chǎn)生3.9個中尺度渦，其中氣旋渦2.3個，反氣旋渦1.6個，大部分渦旋向西移動。從月份看，2月、9月和12月產(chǎn)生的中尺度渦較多；從季節(jié)看，冬季生成的中尺度渦最多，且以氣旋渦為主；從年份看，2005年生成的中尺度渦最多。中尺度渦平均存活天數(shù)為42.0 d，平均振幅為4.2 cm。反氣旋渦的半徑整體上大于氣旋渦，而氣旋渦的振幅整體上大于反氣旋渦。

該源區(qū)中尺度渦生成受到風(fēng)場和地形的共同作用。赤道風(fēng)場引發(fā)的赤道開爾文波撞擊了蘇門答臘島后折向北，形成了環(huán)繞安達曼海和孟加拉灣逆時針方向傳播的沿岸開爾文波。它在北傳的過程中在蘇門答臘島北部尖端部分釋放出大量能量，形成了5°N斷面西傳的羅斯貝波，在地形作用下，增強了斜壓不穩(wěn)定，這可能是中尺度渦集中產(chǎn)生的主要原因。大氣強迫提供的能量主要來源于赤道風(fēng)場，但局地風(fēng)場能誘導(dǎo)中尺度渦的極性，能夠解釋該源區(qū)冬季氣旋渦相對反氣旋渦偏多這一特征。

本研究不僅豐富了對研究海域中尺度渦生成的理解，而且有助于促進孟加拉灣大尺度環(huán)流、風(fēng)場與中尺度渦的能量傳遞的認識。未來研究中可利用模型實驗對源區(qū)產(chǎn)生大量中尺度渦的動力機制進行更加詳細地探索。

致謝哥白尼海洋環(huán)境監(jiān)測中心(http:∥marine.copernicus.eu/services-portfolio/access-to-products/)提供海表面高度異常數(shù)據(jù)；Aviso網(wǎng)站(https:∥www.aviso.altimetry.fr/no_cache/en/my-aviso-plus.html)提供中尺度渦數(shù)據(jù)集；遙感系統(tǒng)(Remote Sensing Systems)提供CCMP風(fēng)場數(shù)據(jù)(www.remss.com/measurements/ccmp)。