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作为热带大洋的重要组成部分,热带印度洋在全球气候系统中具有重要的作用,其动力和热力过程的影响及其对气候变化的响应越来越受人们的重视。在海洋的热力学参数中,海水的盐度对不同水团具有很好的示踪作用,它能通过影响混合层和温跃层的深度使海表温度发生变化,从而影响海气系统。本文采用海洋再分析资料、实测资料和卫星遥感资料,利用盐度收支方法研究了北印度洋和赤道印度洋典型区域的上层海洋盐度的季节变化特征,从海洋动力学角度分析了热带北印度洋和赤道海区东西水交换的季节变化特征和年际变化特征,并对东西水交换年际变化的气候响应进行了探讨。主要研究结果如下:
(1)热带北印度洋表层盐度变化最显著的海域是阿拉伯海东南部和孟加拉湾南部,这两海域表层盐度的季节变化都不能完全由海表淡水通量来解释。海洋的平流输送是造成阿拉伯海东南海域盐度冬季降低、夏季升高的主要原因,而淡水通量仅在夏季印度西侧沿岸区域造成盐度降低。受地理位置因素的影响,阿拉伯海东南海域表层盐度的变化冬季明显强于夏季。孟加拉湾南部海域夏季表层盐度升高主要由海洋平流输送引起,其余月份盐度降低,10-12月主要由海表淡水通量主导。阿拉伯海东南海域冬季表层盐度降低以及孟加拉湾南部海域夏季表层盐度升高体现了北印度洋东、西两个海盆之间水体交换的季节性特征。
(2)热带印度洋中部断面上海洋过程的分析表明东、西水交换存在两个相互独立的过程,即赤道过程(2°S-2°N)和北印度洋过程(4-6°N)。北印度洋过程主要受季风影响,11月至次年3月表现出很强的低盐水向西输送,5-9月则为高盐水向东输送,冬季风期间的输送较强,年平均有低盐水向西输送。赤道过程分为表层过程和次表层过程,其中,表层赤道过程受局地风场驱动,有明显的半年周期,4-5月和10-11月的东向流把阿拉伯海的高盐水向东输送,其余月份海流向西,携带孟加拉湾低盐水向西输送,向东的输送较强,全年有净高盐水向东输送;次表层赤道过程没有明显的季节变化,海流全年一致向东,将海盆西部的高盐水向东输送。北印度洋过程和赤道过程共同作用,北部将孟加拉湾低盐水向西输送,赤道区域将高盐水向东输送,实现了热带北印度洋及赤道海区的东、西水交换。
(3)北印度洋过程和赤道过程有明显的年际变化特征,与厄尔尼诺事件和印度洋偶极子(IOD)事件关系密切,1979-2007年的11月份赤道海区纬向流与DMI SON及Nino3.4 NDJ指数的同期相关系数分别为-0.76和-0.75。对典型厄尔尼诺事件和IOD事件的个例分析表明,在厄尔尼诺盛期,赤道区域出现异常纬向翻转流,表层有异常西向流,次表层为异常东向流,表层异常流减弱了表层赤道过程对高盐水的向东输送,次表层异常流则加强了赤道次表层过程对高盐水的向东输送。对典型厄尔尼诺事件发生时的赤道过程和北印度洋过程的合成分析,证实了在厄尔尼诺爆发当年的盛期,赤道表层过程的东向的高盐水输送及北印度洋过程西向的低盐水输送都减弱了,前者由赤道异常纬向翻转流引起,后者与冬季风减弱有关;而次表层异常向东流导致赤道次表层过程东向的高盐水输送加强。
热带北印度洋和赤道印度洋的东、西水交换特征反映了区域风场的影响,其年际变化体现了海洋过程在典型气候事件中的动力作用。研究热带印度洋的水交换特征及其对气候的响应,对我们理解海洋动力过程在海气系统中地位和影响有着重要的现实意义。