1988-2009年北印度洋海域風候統計分析

張磊，鄭崇偉，李慶紅

（1.海軍大連艦艇學院，遼寧 大連 116018；2.92538部隊氣象臺，遼寧 大連 116041）

1988-2009年北印度洋海域風候統計分析

張磊1，鄭崇偉2，李慶紅1

（1.海軍大連艦艇學院，遼寧 大連 116018；2.92538部隊氣象臺，遼寧 大連 116041）

利用具有較高時空分辨率的1988-2009年的CCMP（Cross-Calibrated，Multi-Platform）風場資料，對北印度洋海域的風候特征進行深入統計分析，為防災減災、航海、海洋能開發等提供參考。研究發現：（1）北印度洋受季風影響顯著，MAM期間阿拉伯海和孟加拉灣的風向呈順時針旋轉，JJA期間受西南季風影響顯著，盛行西南風，SON期間為季風過渡季節，低緯度海域的西南季風仍未消退，而高緯度部分海域已經轉受東北信風的影響，DJF期間整個北印度洋受東北信風影響顯著。風速的大值區主要分布于索馬里以東和阿拉伯半島東南部海域、斯里蘭卡東部海域和馬納爾灣。（2）6級以上大風的高頻中心位于索馬里和阿拉伯半島東部海域。（3）近22年期間，北印度洋海域的海表風速整體上以0.0286m·s-1·a-1的速度顯著性逐年線性遞增，遞增趨勢較強的海域分布于中高緯海域：紅海、馬納爾灣、孟加拉灣西部和北部海域、馬六甲海峽、泰國灣、北部灣。

CCMP風場；北印度洋；季節特征；大風頻率；長期變化趨勢

Abstract：Based on the 1988-2009 wind field data which were of high time and space resolution，this paper made a statistical analysis on the wind climate characteristics of North India Ocean，and worked out the regular patterns of wind field in this ocean，which have provided the reference and assistance to make decision for preventing and reducing natural disasters，sailing，ocean engineering and exploitation of ocean energy.Results showed that（1） the North Indian Ocean was affected by the monsoon；（2） the area of large scale frequency was located in Somali and the east waters off the Arabic peninsula；（3） during the last 22 years，the sea surface wind speed in the North Indian Ocean appeared an obvious linear trend of annual increasing by 0.0286mos-1oa-1.The area with decreasing tendency was mainly located in some small water areas.

Keywords：CCMP wind field；the North Indian Ocean；seasonal characteristics；gale frequency；long-term trend

海表風場是航海、海洋工程、海洋能開發等極為關注的一項要素，大風大浪經常能夠造成不同程度的災害，如2011年12月18日強冷空氣造成的俄羅斯鄂霍次克海海上石油平臺沉沒，造成了巨大的人員和經濟損失，又如諾曼底登陸，雖然整體上是成功的，但狂風巨浪也造成了嚴重的非戰斗減員和很多裝備的損失，如此事例不勝枚舉（Zheng C W et al，2012；鄭崇偉 等，2011a；鄭崇偉等，2011b；鄭崇偉等，2012a；鄭崇偉等，2012b）。印度洋海域在世界海運、航運、漁業、礦藏、通訊等各個經濟領域中都占有主導地位，在全球戰略多極化格局發展中，印度洋也將是一個關鍵性地區，該區局勢的發展變化對全世界的政治、經濟和軍事有著極為深遠的影響，且該海域也是我亞丁灣護航的重要海域，吳風電等（2011）曾利用1977-2008年北印度洋的熱帶氣旋資料，對該海域的熱帶氣旋特征進行過統計分析，研究發現：北印度洋熱帶氣旋通常發生在阿拉伯海東部和孟加拉灣中部，阿拉伯海上活動的熱帶氣旋要比孟加拉灣頻繁。李培等（2003） 曾利用1950-1995年共46a的北印度洋氣象船舶資料，按5°×5°網格統計單元，對北印度洋的氣候特征進行過分析，繪制了歷年各月風向頻率、平均風速、6級和8級大風、能見度、霧和雷暴等氣象要素分布圖，研究發現該區是世界著名的季風氣候區，夏季的西南季風比冬季東北季風強盛，與我國南海海區的季風特點正好相反。本文利用具有較高時空分辨率的1988-2009年的CCMP（Cross-Calibrated，Multi-Platform） 風場資料，對該海域的風候特征進行深入統計分析，為防災減災、航海、海洋工程、海洋能開發等提供參考和輔助決策。

1CCMP風場簡介

CCMP風場來自ESE（NASA Earth Science Enterprise），它結合了 ADEOS-II（Advanced Earth Observing Satellite，2nd Generation）、QuikSCAT、TRMM TMI（Tropical Rainfall Measuring Mission Microwave Imager）、AMSR-E（Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth Observing System）、SSM/I（Special Sensor Microwave Imager） 幾種資料，利用變分方法得到，其空間分辨率為0.25°×0.25°，時間分辨率為6小時，空間范圍為：78.375°S-78.375°N，0.125°E～359.875°E，時間范圍從 1987年7月至今。CCMP風場與NCEP風場、ERA-40海表10米風場、QuikSCAT/NCEP（簡稱QN） 混合風場相比較，CCMP風場具有較高的精度和時空分辨率、時間序列長等優點（鄭崇偉等，2011b），被國外廣泛運用于風場研究、海浪模式的驅動場等，但該資料在國內運用較少。

2 海表風場特征分析

2.1 海表風場的季節特征

將北印度洋海域的海表風場從1987年7月至2009年12月做多年季節平均，得到該海域海表風場（含風速風向） 的四季分布特征。為了便于觀察，風向取單位矢量，以背景色的深淺來表示風速的大小（圖1）。

MAM（March，April，May） 期間，風向從整體來看，在阿拉伯海和孟加拉灣均大致呈順時針旋轉，風速的大值區主要分布于阿拉伯海北部近海（4.5～5.5 m/s）、孟加拉灣西北部近海（5.5～6.0 m/s）和斯里蘭卡南部海域（4.0～5.0 m/s），其余海域的平均風速基本都在4 m/s以下；JJA（June，July，August）期間，整個北印度洋受季風影響顯著，大部分海域為西南風，風速的大值中心分布于索馬里和阿拉伯半島東部的大范圍海域，平均風速基本都在12m/s以上，其次孟加拉灣的大部分海域也是風速的相對大值區，平均風速約8～10 m/s；SON（September，October，November） 期間為季風過渡季節，低緯度海域的西南季風仍未消退，而高緯度部分海域已經轉受東北信風的影響，風速的大值區主要分布于斯里蘭卡南部大范圍海域，平均風速約4～6 m/s；DJF（December，January，February） 期間，整個北印度洋受東北信風影響顯著，風速的大值區主要分布于索馬里東部海域和斯里蘭卡東部海域。從多年平均風速來看，大值區主要分布于索馬里以東和阿拉伯半島東南部海域（6～8 m/s）、斯里蘭卡東部海域（6～7 m/s） 和馬納爾灣（斯里蘭卡到和印度半島之間，6～8 m/s）。

值得注意的是：亞丁灣及紅海海域常年盛行西北風（圖1）。

2.2 大風頻率

利用1988-2009年逐6小時的CCMP風場資料，對北印度洋海域MAM、JJA、SON和DJF期間及全年6級以上大風出現的頻率進行了統計（圖2）。風力等級的劃分參照蒲氏風力等級表。

MAM期間，6級以上大風出現頻率較低，相對高頻中心分布于紅海（約2%）、斯里蘭卡東南部海域（約3%～3.5%）；JJA期間，6級以上大風出現的頻率為全年最高，高頻中心位于索馬里和阿拉伯半島東部海域（80%左右），此外，孟加拉灣大部分海域出現頻率也基本在30%左右；SON和DJF期間，6級以上大風出現的頻率較低。

圖1 北印度洋近22年平均的MAM、JJA、SON、DJF期間的海表風場及多年平均海表風速分布特征（風速單位：m/s）

從全年來看，6級以上大風頻率分布特征與JJA期間6級以上大風頻率的分布特征較為相似，可見該海域的大風主要是由于西南季風所致。6級以上的大風的高頻中心主要分布于阿拉伯海東部海域，其次是孟加拉灣中部海域，吳風電等（2011）的研究表明：北印度洋熱帶氣旋通常發生在阿拉伯海東部和孟加拉灣中部，阿拉伯海上活動的熱帶氣旋要比孟加拉灣頻繁。在此，本文結論也與吳風電的研究結論相吻合。

2.3 海表風速的逐年線性趨勢

近年來，對于海表風速的研究已有不少。Ward等（1996）認為，在20世紀后半葉全球平均近海面風速沒有明顯的變化趨勢，在赤道附近海域、南大西洋熱帶海域和北太平洋亞熱帶海域呈減小趨勢，Gulev（1999，2004） 和Gower等（2002）提出，熱帶北大西洋和北太平洋高緯度海區的海表風速呈遞增趨勢，鄭崇偉等（2012b）的研究發現西北太平洋大部分海域的海表風速在近22年期間表現出顯著性逐年線性遞增趨勢，柳艷菊等（2008）利用西沙臺站觀測資料研究發現西沙地區地面風速自1975年以來呈明顯的下降趨勢。但針對北印度洋海域海表風速變化趨勢的研究并不多，本文利用CCMP風場資料，分析了北印度洋海域近22年期間海表風速逐年區域平均后的變化趨勢，但這種分析方法只能從整體上反應該海域海表風速的長期變化趨勢，不同海域海表風速的變化趨勢定會存在區域性差異，因此本文還分析了該海域0.25°×0.25°逐網格點上海表風速的變化趨勢，結合者兩種分析方法，技能從整體上把握該海域海表風速的變化趨勢，也能體現變化趨勢的區域性差異。

2.3.1 區域平均后海表風速的逐年線性趨勢

將北印度洋的海表風速從1988-2009年進行逐年區域平均，采用線性回歸方法，分析近22年該海域海表風速的整體變化趨勢（圖3）。

相關系數|r|=0.87>r0.05=0.29，線性遞增趨勢顯著，回歸系數為0.0286，也就是說，在1988-2009年期間，北印度洋海域的海表風速以0.0286m·s-1·a-1的速度顯著性逐年線性遞增。該海域的海表風速變化趨勢大體可分為兩個階段：在1988-1996年期間，西北太平洋的海表風速變化較為平緩，基本在5.2 m·s-1左右，在1999-2009年期間表現出較為平緩的遞增趨勢，在1997年為近22年期間年平均風速的最低點，年平均風速約5 m·s-1。

2.3.2 每個網格點上海表風速的逐年線性趨勢

為了體現出變化趨勢的區域性差異，本文將北印度洋海域0.25°×0.25°每個網格點上的海表風速從1988-2009年取逐年平均，分析每個網格點上海表風速的逐年線性趨勢，具體計算方法如下：

式（1）為回歸方程，b為線性趨勢的回歸系數。相關系數為r，用于線性趨勢的信度檢驗。

由圖4可見，近22年期間，北印度洋大部分海域的海表風速呈顯著性逐年線性遞增。大部分海域的遞增趨勢在0.03 m·s-1·a-1左右，與圖3的結論一致。遞增趨勢較強的海域主要分布于中高位緯域：紅海海域（0.09～0.18 m·s-1·a-1）、馬納爾灣（斯里蘭卡到和印度半島之間，0.12～0.18 m·s-1·a-1）、孟加拉灣西部和北部海域（約0.06 m·s-1·a-1）、馬六甲海峽（0.06～0.09 m·s-1·a-1）、泰國灣（0.06～0.09 m·s-1·a-1）、北部灣（0.06～0.09 m·s-1·a-1），赤道附近海域海表風速的遞增趨勢較為平緩，基本都在0.03 m·s-1·a-1以內，呈顯著性逐年線性遞減的區域分布于一些零星海域，無顯著性變化趨勢的海域集中分布于馬爾代夫周邊大范圍海域和斯里蘭卡南部大范圍海域以及其余一些小范圍海域（圖4）。

圖4 北印度洋海域1988-2009年逐年平均海表風速線性趨勢的回歸系數（m·s-1·a-1，陰影區表示相關系數|r|>r0.05=0.4，即通過了95%的信度檢驗，線性趨勢顯著）

3 結論

（1）北印度洋海域受季風影響顯著，MAM期間，在阿拉伯海和孟加拉灣的風向均大致呈順時針旋轉，風速的大值區主要分布于阿拉伯海北部近海、孟加拉灣西北部近海和斯里蘭卡南部海域；JJA期間，北印度洋受西南季風影響顯著，大部分海域為西南風，風速的大值中心分布于索馬里和阿拉伯半島東部的大范圍海域；SON期間為季風過渡季節，低緯度海域的西南季風仍未消退，而高緯度部分海域已經轉受東北信風的影響，風速的大值區主要分布于斯里蘭卡南部大范圍海域；DJF期間，整個北印度洋受東北信風影響顯著，風速的大值區主要分布于索馬里東部海域和斯里蘭卡東部海域。從多年平均風速來看，大值區主要分布于索馬里以東和阿拉伯半島東南部海域、斯里蘭卡東部海域和馬納爾灣。亞丁灣及紅海海域常年盛行西北風。

（2）MAM期間，6級以上大風出現頻率較低，相對高頻中心分布于紅海、斯里蘭卡東南部海域；JJA期間，6級以上大風出現的頻率為全年最高，高頻中心位于索馬里和阿拉伯半島東部海域，出現頻率高達80%左右，此外，孟加拉灣大部分海域出現頻率也基本在30%左右；SON和DJF期間，6級以上大風出現的頻率較低。從全年來看，6級以上大風頻率分布特征與JJA期間6級以上大風頻率的分布特征較為相似，該海域的大風主要是由于西南季風所致。

（3） 在1988-2009年期間，北印度洋海域的海表風速整體上以0.028 6 m·s-1·a-1的速度顯著性逐年線性遞增。遞增趨勢較強的海域主要分布于中高位緯域：紅海海域、馬納爾灣、孟加拉灣西部和北部海域、馬六甲海峽、泰國灣、北部灣，赤道附近海域海表風速的遞增趨勢較為平緩，呈顯著性逐年線性遞減的區域分布于一些零星海域，無顯著性變化趨勢的海域集中分布于馬爾代夫周邊大范圍海域和斯里蘭卡南部大范圍海域以及其余一些小范圍海域。

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（本文編輯：袁澤軼）

Wind climate analysis for the North Indian Ocean from 1988 to 2009

ZHANG Lei1，ZHENG Chong-wei2，LI Qing-hong1
（1.Dalian Naval Academy Department of Military Marine，Dalian 116018，China；2.NO.92538 Army of PLA，Dalian 116041，China）

TP711；P737

A

1001-6932（2012）05-0575-06

2012-01-17；

2012-06-17

國家重點基礎研究發展規劃項目（2012CB957803）；中國科學院知識創新工程重要方向項目（KZCX2-YW-Q11-03）。

張磊（1972-），男，副研究員，主要從事海洋環境保障研究。電子郵箱：stone333@tom.com。