印度洋表面Stokes 漂流對(duì)IOD 事件的影響分析

孫 遜，吳克儉*，李 瑞，董祥暉，夏浩峰，曹同鋼

（1. 中國海洋大學(xué) 海洋與大氣學(xué)院，山東 青島 266100；2. 中國人民解放軍 海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266199；3. 中國海洋大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266100）

波浪是上層海洋中重要的動(dòng)力過程，也是影響海表面溫度的重要?jiǎng)恿σ蛩刂?。波浪在全球氣候系統(tǒng)中扮演著重要的角色[1-2]。由于波浪的持續(xù)性，即使只考慮很小的黏性作用，小尺度的波浪現(xiàn)象也會(huì)產(chǎn)生大尺度效應(yīng)，并且這種大尺度效應(yīng)不可避免地影響到多種海洋過程。波浪的大尺度效應(yīng)主要表現(xiàn)在對(duì)海洋環(huán)流的影響[3]、對(duì)Ekman 層能量的輸入[4-6]以及海洋熱量的再分配[7-9]。吳克儉等[10]分別從理論分析和定性計(jì)算的角度研究了波浪對(duì)海表面溫度的影響，結(jié)果表明海表面波浪的存在對(duì)于上層海洋具有不可忽視的影響，水體輸運(yùn)的變化是影響赤道太平洋SST 異常的原因之一。畢凡[11]將波浪在運(yùn)動(dòng)時(shí)受地球自轉(zhuǎn)影響產(chǎn)生的科氏-Stokes 力（Coriolis-Stokes Force, CSF）加入到波動(dòng)方程中，結(jié)果表明由此產(chǎn)生的波浪誘導(dǎo)輸運(yùn)是上層水體總輸運(yùn)的重要部分。肖林等[12]從體積輸運(yùn)的角度研究得出：Stokes 漂流對(duì)全球海表面溫度具有降溫的作用，且緯度越高作用越明顯；同時(shí)，他們認(rèn)為Stokes 漂流通過其產(chǎn)生的體積輸運(yùn)導(dǎo)致上混合層的海水結(jié)構(gòu)改變，使下層的海水上翻，從而對(duì)SST 產(chǎn)生影響。

波浪一般可分為風(fēng)浪與涌浪，涌浪已被證實(shí)在全球海洋中占據(jù)主導(dǎo)地位，并且涌浪比風(fēng)浪攜帶更多的能量與質(zhì)量[13-18]。隨著近幾年海洋觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)涌浪的研究越來越深入，越來越多的研究表明，涌浪在海氣相互作用與全球氣候變化中具有重要影響[19]。在有限振幅波動(dòng)理論下，波浪運(yùn)動(dòng)時(shí)水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡接近于圓，但不是封閉的，質(zhì)點(diǎn)在水平方向上有凈的位移和速度，此位移和速度隨深度的增加指數(shù)減小，水質(zhì)點(diǎn)的這種位移就稱為Stokes 漂流（Stokes drift）。Stokes 漂流是波浪在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生水體輸運(yùn)的主要原因。目前對(duì)Stokes 漂流的研究主要集中在3 個(gè)領(lǐng)域：對(duì)海岸帶的影響、對(duì)上層海洋的混合作用以及對(duì)示蹤物的位移模型的研究[20]。同時(shí)，已有的研究表明，Stokes 漂流會(huì)直接影響到海洋狀態(tài)[21]。在高緯度和中緯度海洋中，波浪引起的水體輸送可以達(dá)到與風(fēng)引起的水體輸運(yùn)相同的量級(jí)[3,22]。Tamura 等[9]提出通過在歐拉平均模型中引入波浪誘導(dǎo)的Stokes漂流動(dòng)量，對(duì)上層海洋的動(dòng)量平衡起著重要作用。此外，Stokes 漂流通過誘導(dǎo)Langmuir 湍流的產(chǎn)生會(huì)影響到海洋的混合層[23]。

印度洋典型的海洋與大氣相互作用現(xiàn)象是印度洋偶極子（Indian Ocean Dipole, IOD）[24]，通常用IOD 指數(shù)來衡量其發(fā)生的種類和強(qiáng)度，一般定義為熱帶西印度洋（50°～70°E, 10°S～10°N）和赤道東南印度洋（90°～110°E, 10°S～0°）的平均海表溫度距平之差。正IOD 事件的典型特征是：印度洋東南側(cè)近赤道的SST 距平降低，而印度洋西側(cè)近赤道的SST 距平偏高。在這種情況下，對(duì)流活動(dòng)在印度洋西側(cè)異?；钴S，在東側(cè)則相對(duì)偏弱，導(dǎo)致非洲東部出現(xiàn)大規(guī)模降水，而印度尼西亞一帶卻出現(xiàn)干旱，甚至引發(fā)森林大火。已有很多研究證實(shí)了太平洋的波浪與ENSO 現(xiàn)象有著密不可分的關(guān)系[19,25-27]。但目前國際上關(guān)于波浪的水平運(yùn)動(dòng)對(duì)SST 影響的研究尚不完善，對(duì)印度洋偶極子氣候事件影響的研究更是缺乏。人們也研究了印度洋波浪的長(zhǎng)期年際變化[28-30]，但是都沒有考慮印度洋波浪與氣候之間的相互影響與相互作用，尤其是波浪誘導(dǎo)輸運(yùn)對(duì)氣候的作用。雖然開展了經(jīng)向波浪輸運(yùn)對(duì)赤道印度洋SST 影響的初步研究[31]，但是沒有考慮緯向波浪輸運(yùn)的影響。本文主要研究印度洋波浪與印度洋氣候之間的相互關(guān)系，重點(diǎn)討論印度洋波浪輸運(yùn)對(duì)印度洋氣候的影響。

1 數(shù)據(jù)與方法

本文分析過程中所用的波浪特征參量、表面Stokes 漂流和海溫等數(shù)據(jù)均來自歐洲中尺度天氣預(yù)報(bào)中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF），時(shí)間跨度為1980—2019 年，時(shí)間分辨率為月平均，空間分辨率為0.50°×0.50°。ECMWF 發(fā)布的數(shù)據(jù)利用海洋模式、衛(wèi)星資料等通過同化-再分析的方法獲得。本文選擇的ERA5 數(shù)據(jù)集相對(duì)于ERA-Interim 數(shù)據(jù)集有了很大提升，同化了大量的衛(wèi)星、測(cè)站和模式資料，修正了之前版本的誤差[32-33]。另外，文中使用的IOD 指數(shù)數(shù)據(jù)來自中國氣象局下屬的國家氣候中心[34]。

本文計(jì)算所用的表面Stokes 漂流速度 ust定義為：

式中：f 為頻率； θ為波浪的方向；g 為表面重力加速度；k 為波數(shù)； F(f,θ)為波浪的方向譜；w 為角頻率；D 為水深。ERA5 數(shù)據(jù)集直接為用戶提供了經(jīng)向和緯向的表面Stokes 漂流速度。

本文相關(guān)計(jì)算中采用鄭崇偉等[34]改進(jìn)的鄧增安等[35]、Chen 等[13]對(duì)涌浪指標(biāo)（swell index）的算法，從能量的角度計(jì)算涌浪指標(biāo)（S），計(jì)算式如下：

式中：E 為能量，其中 ES為 涌浪能， ET為混合浪能（即總的波浪能）；H 為波高，其中 HS為涌浪波高，HT為 混合浪波高；T 為波周期，其中 TS為 涌浪波周期， TT為 混合浪波周期； E ∝H2T。

2 印度洋波浪特征分析

獨(dú)特的地理位置和季風(fēng)的影響導(dǎo)致印度洋具有復(fù)雜的波浪場(chǎng)[36]。印度洋波浪的季節(jié)模態(tài)與風(fēng)場(chǎng)的季節(jié)模態(tài)相關(guān)，尤其是在40°～60°S 的西風(fēng)帶海域[14,37]。已有的研究證明，發(fā)源于南大洋的涌浪可以傳播到低緯地區(qū)[19,38-42]，并可以影響到北印度洋的沿岸地區(qū)[43]。也有部分學(xué)者通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和模式模擬提出南大洋N 向的涌浪可以調(diào)節(jié)北印度洋的氣候[44-46]。為更好地研究印度洋波浪場(chǎng)的空間分布，本文分別分析了近40 a（1980—2019 年）風(fēng)浪和涌浪的平均波高和平均波向的四季空間分布。圖1 給出了印度洋的風(fēng)浪在1 月、4 月、7 月和10 月的空間分布。總體來看，印度洋風(fēng)浪的有效波高由南向北逐漸減小。南大洋因其特殊的氣候和存在強(qiáng)烈的西風(fēng)帶，風(fēng)浪波高一直較大，波高可達(dá)2～3 m，并且全年維持東向傳播。同時(shí)，當(dāng)北半球處于冬季時(shí)，南大洋的風(fēng)浪波高相對(duì)其他季節(jié)略小，南大洋的波浪也存在季節(jié)變化。在15°S 附近，受低緯信風(fēng)帶的影響，風(fēng)浪波高稍有增大。值得注意的是，在西北印度洋即阿拉伯海，存在明顯的季節(jié)變化，7 月此處的風(fēng)浪有效波高達(dá)到最大，甚至可達(dá)3 m 以上。1 月北印度洋的風(fēng)浪主要以SW 向?yàn)橹?，但? 月此區(qū)域的風(fēng)浪以NE 向?yàn)橹鳌? 月和10 月風(fēng)浪場(chǎng)的空間分布較相似，在北印度洋波向較雜亂，原因是處于季風(fēng)的過渡期，風(fēng)向不穩(wěn)定。

圖1 40 a 平均的印度洋風(fēng)浪有效波高和平均波向分布Fig. 1 Mean significant height and direction of the wind wave in the Indian Ocean averaged over 40 years

南大洋是環(huán)繞南極大陸、北邊無陸界的獨(dú)特水域，南半球N 向的涌浪和Stokes 漂流均發(fā)源于此[47]。發(fā)源于南大洋的風(fēng)浪在E 向傳播時(shí)，受地形以及風(fēng)場(chǎng)的影響，會(huì)有一部分風(fēng)浪轉(zhuǎn)變成涌浪向北傳播，并傳入北印度洋。Liu 和Zhao[48]通過模式模擬計(jì)算了從南大洋進(jìn)入印度洋的波浪能量密度，結(jié)果顯示，相對(duì)于其他大洋，進(jìn)入印度洋平均的波浪能最多。圖2 給出了印度洋涌浪的季節(jié)分布圖。相對(duì)于圖1 風(fēng)浪的空間分布，無論是在南大洋還是北印度洋，涌浪的平均波高一直大于風(fēng)浪的平均波高。涌浪波高也是由南向北逐漸減小。1 月是一年中整個(gè)印度洋涌浪平均波高最小的月份。7 月整體風(fēng)浪波高最大，同時(shí)可以看出發(fā)源于南大洋的涌浪可以向北傳播到更遠(yuǎn)的距離。同時(shí)，受季風(fēng)影響最明顯的阿拉伯海也出現(xiàn)了涌浪波高的最大值，但是波高的極大值相對(duì)風(fēng)浪而言，位置出現(xiàn)了N 向的移動(dòng)，這是因?yàn)橛坷说腘 向傳播和北邊界岸界的阻擋，使涌浪在阿拉伯海的東北部聚集成“涌浪池”。4 月和10 月的波高分布相似，處于季風(fēng)的過渡期。從波向上來看，總體上涌浪波向與風(fēng)浪方向一致，但涌浪的波向較風(fēng)浪波向更規(guī)整。4 月和10 月北印度洋的涌浪浪向都是向正北方向傳播，這也是導(dǎo)致北印度洋Kallakkadal 事件發(fā)生的原因之一[49]。1 月和7 月涌浪方向與風(fēng)浪方向完全吻合，呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化。阿拉伯海的風(fēng)浪和涌浪方向在這2 個(gè)季節(jié)則完全相反。

圖2 40 a 平均的印度洋涌浪有效波高和平均波向分布Fig. 2 Mean significant height and direction of the well in the Indian Ocean averaged over 40 years

為深入研究風(fēng)浪與涌浪在印度洋的占比分布，繪制了根據(jù)涌浪指標(biāo)的計(jì)算式（2）得到的40 a 平均印度洋的涌浪指標(biāo)分布圖（圖3）。涌浪指標(biāo)式（2）本身反映的是涌浪與混合浪能量之間的比值關(guān)系，涌浪指標(biāo)越高，說明此區(qū)域波浪的能量組成中涌浪越占優(yōu)，反之為風(fēng)浪占優(yōu)。當(dāng)涌浪指標(biāo)大于0.9 時(shí)，可以認(rèn)為該區(qū)域涌浪占優(yōu)。波浪的能量與波高平方、平均周期成正比。南大洋特殊的地理位置和氣候條件決定了南大洋擁有巨大的波浪能量，但涌浪能量在其中并不占優(yōu)。北印度洋除阿拉伯海受季風(fēng)影響外，其余區(qū)域皆是涌浪占優(yōu)，涌浪指標(biāo)可達(dá)0.9 以上。亞丁灣附近即阿拉伯海西側(cè)海域，在1 月、7 月受季風(fēng)影響較大。從圖1 的風(fēng)浪有效波高分布中可以觀察到，亞丁灣附近在這2 個(gè)月份風(fēng)浪有效波高相對(duì)其他月份以及附近海域都較大。因此，基于上述原因?qū)е铝藖喍掣浇Ｓ蛟谶@2 個(gè)月份的涌浪指標(biāo)偏小。同時(shí)，通過涌浪指標(biāo)也可看出低緯東南信風(fēng)帶的影響，在15°S 左右，風(fēng)力有所加強(qiáng)，風(fēng)浪能量增大。Carrasco 等[47]計(jì)算得到了涌浪誘導(dǎo)Stokes 漂流與總波浪誘導(dǎo)Stokes 漂流的比值，結(jié)果顯示低緯度Stokes 漂流以涌浪誘導(dǎo)為主，中高緯Stokes 漂流則是風(fēng)浪誘導(dǎo)的Stokes 漂流占優(yōu)。此結(jié)果與本文所得到的涌浪指標(biāo)空間分布具有高度的相似性，同時(shí)證明了此涌浪指標(biāo)的可用性。

3 印度洋表面Stokes 漂流分布特征分析

波浪誘導(dǎo)輸運(yùn)已被證實(shí)會(huì)對(duì)海表面溫度產(chǎn)生不可忽視的影響，而Stokes 漂流是計(jì)算波浪輸運(yùn)常用的主要參數(shù)，因此本文主要對(duì)表面Stokes 漂流進(jìn)行分析。圖4 給出了40 a 平均的東西向表面Stokes 漂流季節(jié)分布。其分布特征與圖1 中風(fēng)浪的波高和波向分布特征相似。從圖中可以看出，印度洋表面Stokes 漂流的最大速度出現(xiàn)在南大洋海域，速度可達(dá)0.19 m/s，且方向與風(fēng)向一致，全年保持E 向輸運(yùn)。南半球中低緯受東南信風(fēng)影響，表面Stokes 漂流則全年呈W 向輸運(yùn)，與南大洋的方向相反。北印度洋表面Stokes 漂流的分布特征具有明顯的季節(jié)變化。尤其在1 月和7 月，表面Stokes 漂流的方向相反。1 月主要表現(xiàn)為W 向輸運(yùn)，7 月則是E 向輸運(yùn)。4 月與10 月為過渡時(shí)期，空間分布與傳播方向無很大差別。緯向的Stokes 漂流誘導(dǎo)的波浪輸運(yùn)，會(huì)導(dǎo)致東西方向上水體和熱量的輸運(yùn)，從而影響到東西印度洋的熱量再分配。

對(duì)于經(jīng)向表面Stokes 漂流（圖5），整體普遍小于緯向的漂流速度，除南大洋和阿拉伯海域外，其余區(qū)域大部分都呈N 向傳播。南大洋西風(fēng)帶海域的經(jīng)向表面Stokes 漂流均為負(fù)值，表示南大洋的表面Stokes 漂流在南北方向上以S 向?yàn)橹?。表面Stokes 漂流主要是由風(fēng)浪引起的[47]，從圖1 中可以看出南大洋的風(fēng)浪具有S 向分量，因此圖5 中南大洋西風(fēng)帶海域的經(jīng)向表面Stokes 漂流均為負(fù)值。七月來自非洲大陸的季風(fēng)，使阿拉伯海的經(jīng)向漂流大于印度洋的其他海域，并且在這個(gè)季節(jié)，中部和北部印度洋總體都呈現(xiàn)N 向的波浪輸運(yùn)。1 月的阿拉伯海和孟加拉灣受亞歐大陸季風(fēng)的影響，則表現(xiàn)為S 向輸運(yùn)。除夏季外，其他季節(jié)在澳大利亞以西的海域出現(xiàn)了表面Stokes 漂流的東邊界強(qiáng)化現(xiàn)象。其產(chǎn)生原因可能與涌浪的西向強(qiáng)化有關(guān)。大洋環(huán)流有西邊界強(qiáng)化現(xiàn)象，在大洋東邊界則有波浪輸運(yùn)的東邊界強(qiáng)化。大洋東邊界波浪誘導(dǎo)的水體輸運(yùn)則是以N 向輸運(yùn)為主，Li 等[19]在研究南太平洋的波浪輸運(yùn)時(shí)也發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象時(shí)有出現(xiàn)。經(jīng)向的Stokes 漂流誘導(dǎo)的N 向的波浪水體輸運(yùn)可以將高緯的冷水輸送到低緯海域，從而降低低緯SST，這一內(nèi)容已被夏浩峰等[31]證實(shí)，印度洋經(jīng)向波浪輸運(yùn)會(huì)對(duì)低緯SST 產(chǎn)生降溫影響。Li 等[19]則證實(shí)了太平洋也有此現(xiàn)象，波浪輸運(yùn)會(huì)促進(jìn)ENSO 現(xiàn)象的衰退。但是Li 等[19]和夏浩峰等[31]都只考慮了經(jīng)向波浪輸運(yùn)，未考慮到緯向輸運(yùn)的影響，所以本文將不再重點(diǎn)研究經(jīng)向的波浪輸運(yùn)，而是重點(diǎn)考慮緯向Stokes 漂流誘導(dǎo)的波浪輸運(yùn)。

圖5 40 a 平均的1 月、4 月、7 月和10 月印度洋經(jīng)向表面Stokes 漂流季節(jié)分布Fig. 5 Mean distribution of the surface meridional Stokes drift averaged over 40 years for January, April, July and October

為詳細(xì)研究印度洋表面Stokes 漂流的空間分布特征，本文使用EOF 方法分別對(duì)40 a 經(jīng)、緯向的表面Stokes 漂流進(jìn)行分析，如圖6 所示。圖6a 和圖6c 為緯向表面Stokes 漂流EOF 的前2 個(gè)模態(tài)，方差貢獻(xiàn)率分別為68.9%和31%，其總方差貢獻(xiàn)率超過99%，之后各模態(tài)的方差貢獻(xiàn)率均小于10%，因此前2 個(gè)模態(tài)可以表征緯向表面Stokes 漂流的空間分布結(jié)構(gòu)。第一模態(tài)和第二模態(tài)具有相似的空間分布特征，都呈東西向條帶狀分布且正負(fù)異常交替分布。其分布方式與東西向的風(fēng)帶分布有關(guān)，貫穿了東西印度洋。那么東西向Stokes 漂流誘導(dǎo)的水體輸運(yùn)，就可以平衡東西方向上的海水溫度。在這2 個(gè)模態(tài)中，正負(fù)異常的最大值都出現(xiàn)在南大洋。這也說明南大洋波浪的異常變化在印度洋波浪中具有重要的影響。圖6b 和圖6d 為經(jīng)向表面Stokes 漂流EOF 的前2 個(gè)模態(tài)，方差貢獻(xiàn)率分別為56.3%和43.6%，其總方差貢獻(xiàn)率也超過了99%，因此前2 個(gè)模態(tài)也可以表征經(jīng)向表面Stokes 漂流的空間分布結(jié)構(gòu)。同樣的，前2 個(gè)模態(tài)具有相似的空間分布特征，但是其異常中心呈現(xiàn)南北向的延伸，是波浪N 向傳播導(dǎo)致的結(jié)果。從圖6 中可以明顯看出發(fā)源于南大洋的異常可以一直N 向傳播至赤道附近。Stokes 漂流誘導(dǎo)的水體輸運(yùn)會(huì)把來自南大洋的冷水輸運(yùn)到低緯海域，從而對(duì)低緯SST 產(chǎn)生降溫作用。同時(shí)值得注意的是，南大洋正負(fù)異常中心交替出現(xiàn)，也說明南大洋大尺度的表面Stokes 漂流中存在周期信號(hào)，與Li 等[19]發(fā)現(xiàn)的南大洋波浪波高場(chǎng)中的周期信號(hào)一致。

圖6 40 a 平均的印度洋表面 Stokes 漂流EOF 分析第一、二模態(tài)空間分布Fig. 6 Distribution of the first two leading EOFs of the surface Stokes drift in the India Ocean averaged over 40 years

4 印度洋表面Stokes 漂流對(duì)海表面溫度的影響

上述分析以及前人的研究揭示了Stokes 漂流誘導(dǎo)的水體輸運(yùn)會(huì)對(duì)SST 產(chǎn)生影響。圖7 為印度洋近40 a 海表面溫度的季節(jié)分布圖，可以發(fā)現(xiàn)由南向北SST 呈層狀遞減分布。在阿拉伯?？梢杂^察到明顯的季節(jié)變化，春季和夏季阿拉伯海西側(cè)的SST 較其他2 個(gè)季節(jié)低，主要是受季風(fēng)影響所致，這2 個(gè)季節(jié)的風(fēng)都由陸地吹向海洋。南大洋SST 常年較低，可稱為南半球的“冷水庫”。發(fā)源于南大洋的Stokes 漂流攜帶冷水向北傳播，從而對(duì)印度洋的SST 產(chǎn)生降溫作用。相較于同緯度而言，澳大利亞西側(cè)海域的SST 較同緯度都低，同時(shí)考慮到圖5 中經(jīng)向Stokes 漂流在此處的強(qiáng)化作用，我們認(rèn)為，波浪輸運(yùn)對(duì)此區(qū)域的SST 具有一定的降溫作用。

圖7 40 a 平均的1 月、4 月、7 月和10 月印度洋海表面溫度分布Fig. 7 Distribution of mean SST in the Indian Ocean averaged over 40 years in January, April, July and October

IOD 為熱帶西印度洋（50°～70°E，10°S～10°N）和赤道東南印度洋（90°～110°E，10°S～0°）的平均海表溫度距平之差。本文定義當(dāng)IOD 指數(shù)大于0 時(shí)，為+IOD 事件；當(dāng)IOD 指數(shù)小于0 時(shí)，為—IOD 事件。根據(jù)IOD 指數(shù)的計(jì)算式，該指數(shù)主要表征為東西方向上的溫度差異。我們猜測(cè)，緯向的Stokes 漂流可能會(huì)平衡熱帶印度洋東西方向上的溫度差異。圖8 給出了表面Stokes 漂流月距平與IOD 的40 a 相關(guān)系數(shù)的空間分布。從圖8 可以看出，連接兩個(gè)IOD 區(qū)域的相關(guān)系數(shù)可以達(dá)到—0.8 左右，即東西向的波浪輸運(yùn)異常與赤道印度洋的SST 異常具有高度負(fù)相關(guān)的關(guān)系。

圖8 表面Stokes 漂流月距平異常值與IOD 相關(guān)系數(shù)的空間分布Fig. 8 Spatial distribution of the correlation coefficient between the surface Stokes drift anomalies (detrended seasonal mean) and the IOD

當(dāng)+IOD 事件發(fā)生時(shí)，即熱帶西印度洋的溫度高于熱帶東印度洋時(shí)，北印度洋的緯向Stokes 漂流表現(xiàn)為負(fù)異常，此時(shí)，波浪誘導(dǎo)輸運(yùn)為西向的輸運(yùn)或者東向輸運(yùn)異常減少。也可理解為此時(shí)熱帶東印度洋的低溫海水向西輸運(yùn)到熱帶西印度洋，這樣便可平衡東西印度洋的溫度差異，使IOD 恢復(fù)正常水平。同理當(dāng)—IOD 事件發(fā)生時(shí)，熱帶東印度洋的溫度高于熱帶西印度洋，此時(shí)熱帶西印度洋的低溫海水向東輸運(yùn)到熱帶東印度洋。

此外，我們選取2 個(gè)區(qū)域中間的截面（80°E, 10°S～10°N），對(duì)比近40 a 通過該截面的表面Stokes漂流異常與IOD 指數(shù)的變化情況，結(jié)果如圖9 所示，兩變量的相關(guān)系數(shù)可達(dá)—0.79。從圖中可以看到，當(dāng)+IOD 事件發(fā)生時(shí)，經(jīng)常會(huì)伴隨表面Stokes 漂流負(fù)異常的出現(xiàn)，即通過該截面的西向波浪輸運(yùn)異常增多或通過此截面的東向波浪輸運(yùn)增多。結(jié)合圖8 的表面Stokes 漂流月距平異常值與IOD 相關(guān)系數(shù)的空間分布可知，此時(shí)SST 表現(xiàn)為熱帶西印度洋的異常升溫、熱帶東印度洋異常降溫，通過此截面的西向水體輸運(yùn)增多，會(huì)把東側(cè)海洋的異常冷水輸送到西側(cè)異常暖水海域。西側(cè)海域獲得異常冷水的補(bǔ)充后，必然會(huì)使SST 降低。同理，—IOD 事件的發(fā)生通常伴隨東向冷水的異常增多。因此熱帶印度洋SST 異常與波浪輸運(yùn)之間存在密不可分的聯(lián)系。

圖9 1980—2019 年通過截面（80°E, 10°S～10°N） 的表面Stokes 漂流月距平異常值的趨勢(shì)變化和IOD 系數(shù)對(duì)比Fig. 9 East component of the anomalous surface Stokes drift (detrended seasonal mean)across the section (80°E, 10°S-10°N) and the IOD events from 1980-2019

對(duì)于經(jīng)向的表面Stokes 漂流異常，在熱帶東太平洋IOD 指數(shù)與其也有高度相關(guān)性，但此區(qū)域只局限在IOD2 區(qū)，且集中在赤道附近，海水溫度并沒有很大差異，所以對(duì)調(diào)節(jié)IOD 發(fā)揮的作用可能不大（圖8b）。夏浩峰等[31]研究則發(fā)現(xiàn)，Stokes 漂流的第二模態(tài)時(shí)間序列與IOD 指數(shù)存在強(qiáng)相關(guān)性，并在拉尼娜次年的—IOD 事件中達(dá)到最高，中緯度區(qū)域經(jīng)向異常的相關(guān)系數(shù)在超前3 個(gè)月時(shí)達(dá)到0.7。邢碩和李賽賽[50]的研究則證明了在+IOD 事件爆發(fā)之前，東南印度洋經(jīng)向的波浪輸運(yùn)為正，即持續(xù)向IOD2 區(qū)輸運(yùn)冷水。并且在Stokes 漂流提前+IOD 事件6個(gè)月的時(shí)候相關(guān)系數(shù)達(dá)到最大，約為0.5?！狪OD 事件爆發(fā)之前，西南印度洋經(jīng)向的波浪輸運(yùn)為正，即向IOD1 區(qū)輸運(yùn)的冷水增多。并且在Stokes 漂流提前—IOD 事件2～3 個(gè)月的時(shí)候相關(guān)系數(shù)達(dá)到最大，約為0.55。以上研究都證明了經(jīng)向波浪輸運(yùn)對(duì)IOD 事件的可能影響，本文得到的主要結(jié)論為緯向波浪輸運(yùn)對(duì)IOD 事件可能有影響，導(dǎo)致結(jié)論存在差異的原因可能是使用的數(shù)據(jù)集和研究方法不同，但是都證明了波浪輸運(yùn)與IOD 事件之間存在潛在的聯(lián)系。

5 結(jié) 論

本文基于一種涌浪指標(biāo)分析了印度洋的風(fēng)涌浪和表面Stokes 漂流分布特征，并進(jìn)一步研究了印度洋表面Stokes 漂流對(duì)赤道印度洋SST 和IOD 事件的影響，得出以下主要結(jié)論。

1）印度洋的風(fēng)浪和涌浪在空間分布上存在明顯的季節(jié)變化，尤其是阿拉伯海域，1 月與7 月的波浪在波高和波向上存在明顯的不同。

2）涌浪指標(biāo)的分析結(jié)果表明，北印度洋主要以涌浪能量為主，同時(shí)阿拉伯海域的涌浪指標(biāo)受季風(fēng)影響，呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化。

3）經(jīng)向和緯向表面Stokes 漂流四季空間分布結(jié)果表明：經(jīng)向漂流主要呈N 向輸運(yùn)，并且具有東邊界強(qiáng)化的現(xiàn)象；緯向漂流則與風(fēng)浪的空間分布相似，受風(fēng)帶影響較大。

4）緯向表面Stokes 漂流與IOD 指數(shù)具有高度負(fù)相關(guān)，Stokes 漂流誘導(dǎo)的波浪輸運(yùn)在IOD 事件發(fā)生時(shí)，總是將低溫冷水輸送到高溫海域，從而達(dá)到平衡熱帶印度洋SST 的作用。

本文結(jié)果顯示印度洋緯向表面Stokes 漂流通過誘導(dǎo)水體輸運(yùn)能夠?qū)Φ途昐ST 產(chǎn)生不可忽視的影響。但由于未將Stokes 漂流對(duì)赤道印度洋SST 的影響進(jìn)行量化，印度洋的緯向Stokes 漂流誘導(dǎo)水體輸運(yùn)會(huì)對(duì)IOD 事件產(chǎn)生多大的影響這一科學(xué)問題未得到解決。下一步的工作便是通過數(shù)值模式來模擬印度洋緯向Stokes 漂流的輸運(yùn)過程，以及在模式中量化其對(duì)赤道印度洋SST 的影響。