近44年北印度洋海表風速變化趨勢分析

劉鐵軍，鄭崇偉，李訓(xùn)強，張文靜

（1.海軍海洋水文氣象中心，北京 100161；2.92538部隊，遼寧大連 116041；3.解放軍理工大學(xué)氣象海洋學(xué)院，江蘇南京 211101）

1 引言

南海-北印度洋是全球重要的海上通道之一，更是我國亞丁灣護航編隊的必經(jīng)之地，是我國極其重要的海上能源通道之一，對我國而言具有重要的經(jīng)濟和軍事戰(zhàn)略意義。海表風場經(jīng)常給人類的經(jīng)濟、軍事活動造成影響，因此深入研究海表風速的長期變化特征具有重要價值，可為防災(zāi)減災(zāi)、研究全球氣候變化提供參考。Ward等[1]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；劉志宏等[2]研究發(fā)現(xiàn)西北太平洋大部分海域的海表風速在1988—2009年期間表現(xiàn)出顯著的遞增趨勢；鄭崇偉等[3-4]的研究發(fā)現(xiàn)中國海的有效波高（SWH——Significant Wave Height）在1988—2009年期間表現(xiàn)出顯著的逐年遞增趨勢，并推斷這應(yīng)該是由于中國海的海表風速在1988—2009年期間呈遞增趨勢所致；梅勇等[5]研究發(fā)現(xiàn)南海大風中心（范圍115o—117.5oE，15o—17.5oN）的海表風速在1958—2001年期間呈顯著的逐年線性遞增趨勢；孫龍[6]發(fā)現(xiàn)東中國海的海表風速在1999—2008年期間呈顯著性遞增；柳艷菊等[7]利用西沙臺站觀測資料研究發(fā)現(xiàn)西沙地區(qū)地面風速自1975年以來呈明顯的下降趨勢。對于北印度洋海表風速的研究較少，本文利用來自ECMWF（歐洲中期天氣預(yù)報中心-European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）的ERA-40風場資料，就北印度洋海表風速的長期變化趨勢展開分析，以期可為防災(zāi)減災(zāi)、研究全球氣候變化提供參考。

2 資料簡介

本文所用資料為ERA-40海浪再分析資料中的海表風速資料（標量場），ERA-40海浪再分析資料來自ECMWF[8-14]，該資料的空間范圍為90°S—90°N，180°W—180°E，空間分辨率為1.5°×1.5°，時間范圍從1957年09月01日00：00時—2002年08月31日18：00時，時間分辨率為6 h。

3 海表風速逐年變化趨勢

3.1 逐網(wǎng)格點海表風速的變化趨勢

為了體現(xiàn)不同海域海表風速的變化趨勢，本文就1.5°×1.5°每個網(wǎng)格點上的海表風速從1958—2001年取逐年平均，分析每個網(wǎng)格點上海表風速的逐年線性趨勢，見圖1。

近44年期間，北印度洋低緯度海域、索馬里至斯里蘭卡一帶的大范圍海域的海表風速表現(xiàn)出顯著的逐年線性遞增趨勢，基本在0.01—0.02 m·s-1·a-1，尤其是斯里蘭卡南部-蘇門答臘島一帶的遞增趨勢尤為強勁，在0.015 m·s-1·a-1以上；呈顯著性遞減的區(qū)域主要分布于亞丁灣、紅海、波斯灣、斯里蘭卡北部零星海域、以及緬甸仰光西南部近海等小范圍海域，約-0.01—-0.005 m·s-1·a-1；阿拉伯海、孟加拉灣等海域的海表風速在近44年期間則無顯著性變化趨勢。

3.2 整體變化趨勢

為了從整體上把握北印度洋海表風速近44年期間的變化趨勢，本文還將北印度洋的海表風速從1958—2001年進行逐年區(qū)域平均，采用一元線性回歸方法，分析該海域海表風速的整體變化趨勢，見圖2。

變化趨勢的相關(guān)系數(shù)|r|=0.54＞r0.05=0.29,通過了95%的信度檢驗，表明北印度洋海表風速的線性遞增趨勢顯著，回歸系數(shù)為0.0061，即1958—2001年期間，北印度洋海域的海表風速整體上以0.0061 m·s-1·a-1的速度顯著性逐年線性遞增。

圖1 1958 —2001年北印度洋海表風速變化趨勢(單位/m·s-1·a-1)；彩色區(qū)表示通過了95%的信度檢驗

圖2 1958—2001年北印度洋逐年平均的海表風速及其變化趨勢

圖3 近44年逐春季、逐夏季、逐秋季、逐冬季海表風速的變化趨勢（單位/(m·s-1·a-1)，彩色區(qū)表示通過了95%的信度檢驗

從曲線走勢來看，在近44年期間，北印度洋的海表風速呈震蕩遞增，震蕩區(qū)間在5.0—5.5 m·s-1之間，1958—1963年期間表現(xiàn)出遞減趨勢，而后急速遞增，并在1964年達到短期內(nèi)的一個高點，年平均風速在5.43 m·s-1左右，1966—1973年期間為第一波比較顯著的遞增區(qū)間，1977—1984年期間為第二波比較顯著的遞增區(qū)間，而后迅速遞減，并在1987年達到短期內(nèi)的波谷，年平均風速在5.0 m·s-1左右，1991—2001年期間，震蕩較為明顯，但整體變化區(qū)域平緩，詳見圖2。

3.3 不同季節(jié)的變化趨勢

為了體現(xiàn)北印度洋海表風速在不同季節(jié)的變化趨勢，本文將該海域的海表風速從1958—2001年進行逐夏季、逐冬季平均，分析不同季節(jié)海表風速變化趨勢的差異。

逐春季：約有40%的海域海表風速的變化趨勢顯著，呈顯著性遞增的區(qū)域主要分布于阿拉伯半島東南海域，遞增趨勢在0.01 m·s-1·a-1以上，印度半島中部以西海域，呈西南-東北走向，遞增趨勢基本在0.015 m·s-1·a-1以上，77°—88°E的低緯度海域，遞增趨勢在0.015 m·s-1·a-1以上，蘇門答臘島西部近海，遞增趨勢在0.01 m·s-1·a-1以上。呈顯著性遞減的區(qū)域主要分布于波斯灣、亞丁灣、孟加拉灣北部近海等小范圍海域，詳見圖3a。

逐夏季：孟加拉灣和阿拉伯海大范圍海域的海表風速表現(xiàn)出顯著的遞減趨勢，-0.02—-0.01m·s-1·a-1，此外在波斯灣和紅海也呈顯著的遞減趨勢；呈顯著性遞增的區(qū)域主要分布于索馬里以東的大范圍海域，遞增趨勢在0.01 m·s-1·a-1以上，遞增趨勢較強的高值區(qū)在0.02 m·s-1·a-1以上，斯里蘭卡西部海域，遞增趨勢在0.015—0.02 m·s-1·a-1，斯里蘭卡南部至蘇門答臘島的大范圍海域，遞增趨勢基本在0.015 m·s-1·a-1以上，高值中心甚至達到0.025 m·s-1·a-1以上，見圖3b。

逐秋季：大部分海域的海表風速五顯著性變化趨勢；呈顯著性遞增的區(qū)域主要集中分布于5°N以南，遞增趨勢在0.01—0.03 m·s-1·a-1，高值中心位于75°—88°E之間的赤道附近海域；呈顯著性遞減的海域主要分布于亞丁灣、紅海、波斯灣、斯里蘭卡北部近海、緬甸仰光的西南部等小范圍海域，詳見圖3c。

逐冬季：僅僅在亞丁灣一小范圍海域的海表風速呈顯著遞減趨勢，約-0.02—-0.005 m·s-1·a-1，其余大部分海域的海表風速表現(xiàn)出顯著性逐年線性遞增趨勢，基本在0.01 m·s-1·a-1以上，尤其是在馬爾代夫周邊海域、孟加拉灣北部近海、蘇門答臘島西部大范圍海域，遞增趨勢基本在0.02 m·s-1·a-1以上，見圖3d。

4 變化周期

本文還將北印度洋的海表風速從1958—2001年進行逐年區(qū)域平均，采用功率譜分析方法，分析該海域海表風速的變化周期，當譜密度大于紅（或白）噪音檢驗標準譜時，該周期是顯著的。

圖4 1958 —2001年北印度洋海表風速的功率譜分析

由圖4可見，北印度洋的海表風速存在顯著的2.0年、2.6—3.7年、5.2年的變化周期，以及26年以上的長周期震蕩。陳紅霞等[15]指出中國近海及臨近海域（15°—25°N，112°—130°E）海浪的年際變化中以5年為周期的變化最為顯著，和ENSO事件有著很好的對應(yīng)關(guān)系；郭隨平等[16]的研究發(fā)現(xiàn)南海的風浪、涌浪、混合浪與厄爾尼諾有著較為密切的關(guān)系。本文發(fā)現(xiàn)北印度洋的海表風速也與厄爾尼諾存在5年左右的共同周期，本文猜想北印度洋的海表風速與厄爾尼諾現(xiàn)象可能存在一定的相關(guān)性，在下一步的研究中可重點就厄爾尼諾現(xiàn)象與北印度洋海表風速之間的超前、同期、滯后相關(guān)進行計算，探索厄爾尼諾與北印度洋海表風速是否存在聯(lián)系，為氣候預(yù)測、全球氣候變化做貢獻。

5 結(jié)論

（1）1958—2001年期間，北印度洋低緯度海域、索馬里至斯里蘭卡一帶的大范圍海域的海表風速表現(xiàn)出顯著的逐年線性遞增趨勢，基本在0.01—0.02 m·s-1·a-1；呈顯著性遞減的區(qū)域主要分布于亞丁灣、紅海、波斯灣、斯里蘭卡北部零星海域、以及緬甸仰光西南部近海等小范圍海域，約-0.01—-0.005 m·s-1·a-1；阿拉伯海、孟加拉灣等海域的海表風速在近44年期間則無顯著性變化趨勢；

（2）近44年期間，北印度洋海域的海表風速整體上以0.0061 m·s-1·a-1的速度顯著性逐年線性遞增。從逐年變化趨勢來看，該海域的海表風速呈震蕩遞增，震蕩區(qū)間在5.0—5.5 m·s-1之間；

（3）不同海域海表風速的變化趨勢在不同季節(jié)表現(xiàn)出很大差異：冬季和夏季，大部分海域海表風速的變化趨勢顯著，其中冬季以遞增趨勢為主，夏季在低緯遞增，中緯度遞減；春季次之；秋季僅在赤道附近一帶海域呈顯著性遞增；

（4）近44年期間，北印度洋的海表風速存在顯著的2.0年、2.6—3.7年、5.2年的變化周期，以及26年以上的長周期震蕩。

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