印度尼西亞西岸溫鹽鋒時空變化特征

劉建斌，張永剛

（海軍大連艦艇學院，遼寧大連116018）

印度尼西亞西岸溫鹽鋒時空變化特征

劉建斌，張永剛

（海軍大連艦艇學院，遼寧大連116018）

通過WOA13多年季節氣候態數據分析了印度尼西亞5°S鋒面與15°S鋒面的季節變化特征及水平方向垂直方向上變化特點：兩處海洋鋒均在表層以下，其中5°S附近僅有溫度鋒，主要存在于1—6月份，1—3月份為鋒強度最大時期，集中在30—100m水層內。15°S處既存在溫度鋒又存在鹽度鋒，全年均有鋒現象，但其強度存在季節差異。對比聲速剖面，發現聲速在從南到北穿越5°S（15°S）鋒面時逐漸聲速減?。ㄔ龃螅?。

印度尼西亞西海岸海洋鋒；WOA13；時空變化

1 引言

印度尼西亞及其周邊海域處于太平洋與印度洋水團交匯區，是連接兩大洋之間的紐帶。目前對于印度尼西亞海區海水水文特點，國內外已經做了大量的研究，其中大部分集中在對印度尼西亞貫穿流（Indonesian Through Flow，ITF)的研究，如Broecker指出ITF是全球海洋熱鹽環流傳送帶的關鍵，維持著全球大洋之間的物質平衡、動量平衡[1]，ITF所攜帶的熱量對周邊乃至整個熱帶氣候系統的維持至關重要[2]，Laurie等利用模式分析方法，認為IFT對于印度洋海表面溫度、溫躍層等都有重要影響[3]。以上研究足見印尼海區在全球海洋、氣象研究領域的重要性，同時印度尼西亞地處馬六甲海峽、帝汶海峽等戰略要地，是連接南海與太平洋、印度洋的重要戰略要沖，隨著中國“一帶一路”戰略的提出，其國家戰略意義、軍事意義必將進一步凸顯。

海洋鋒屬于海洋中海水物理特性急劇變化的過渡帶，即是大洋中水團交匯的指示性區域，同時又對海表面溫度，海氣相互作用產生較大影響[4]，特別是其對水聲傳播有重要影響，如盧曉亭等指出海洋鋒對聲納的水下探測和反探測會產生顯著影響[5]，Carman等綜合非均勻海洋環境及地形因素應用拋物模型分析了灣流鋒附近復雜海洋環境下的聲傳播，并討論了海洋環境的變化和真實海底地形變化的交互作用對低頻—遠程聲傳播的影響[6]，呂連港等利用BELLHOP聲傳播模式模擬黑潮鋒區聲傳播特點，認為鋒區對聲傳播損失有較大影響[7]，菅永軍等利用二維PE模型通過對黑潮鋒區實測數據的分析認為有無鋒區的聲傳播損失最大能達20 dB[8]。

然而，目前國內尚未有專門對于印度尼西亞海區海洋鋒的研究，國外如W ijffels等人雖然指出印尼西海岸存在強度較大的溫鹽鋒，但并未進行系統討論[9]。因此，本文利用WOA13（World Ocean Atlas2013)多年（1955—2012年）季節平均格點化數據，對印尼西海岸溫鹽鋒鋒面位置、分布范圍、鋒軸線強度以及鋒的季節變化進行研究。這將為分析印尼西海岸水團分布、水下聲傳播特點提供幫助；以目前世界上服役最多的“洛杉磯”級核潛艇為例，其最大下潛深度為450m，而600m以淺正是印度尼西亞海洋鋒存在的區域，因此對印度尼西亞海洋鋒的研究同樣能為潛艇水下活動提供參考。

2 數據與鋒面分析方法

2.1 數據介紹

WOA13是來自NOAA(National Oceanic and

A tmosphelic Adm inistration）的國家海洋數據中心海洋氣象實驗室的海洋氣候學數據集產品，包涵全球多種海洋要素數據，分為年平均、季節平均和月平均數據，是多種數據集的整合產品，包含多種實測數據；空間分辨率有：5°、1°、0.25°三種；在深度上，利用內插值的方法，從表層到最大深度5500m分為102層[10]。區別于衛星數據只能研究表面海洋鋒的缺點，WOA數據能夠對海洋鋒的三維結構進行研究。以往就有學者將WOA系列數據其應用到海洋鋒的研究上，如何琰等用空間分辨率為1°的WOA09分析了北歐海面鋒區分布特點[11]。WOA13數據是WOA系列的最新產品，空間分辨率能達0.25°，在分析精度上更優。

本文選用1955—2012年季節平均0.25°網格溫度、鹽度數據分析印尼西岸海洋鋒。需要說明的是WOA13數據雖然是平均格點化插值數據，在表現海洋鋒強度上比實際值要低，因此本文出現的強度一般都比實際值小。但是WOA13數據在表現鋒區，特別是鋒軸線上位置、強度的變化特點上具有較好的效果，可以分析強度隨空間的分布特點，隨季節的變化規律等。

2.2 鋒面分析方法

海洋鋒表現在圖像上具有弱邊緣性的特點，以往對于海洋鋒的提取多采取圖像邊緣處理的方法，如基于Candy和數學形態的方法[12]以及基于小波分析的鋒提取方法[13]等，但這些方法不僅計算量大且不能表現鋒區強度信息，提取的鋒軸線模糊與實際有一定的偏差，對于網格化數據并不實用。而DONG等[14]在研究南極極地鋒時采用絕對梯度來確定鋒區強度，采用絕對梯度經線最大值連線的方法確定鋒軸線并取得了很好的效果。因此本文參考上述方法對鋒面進行提取分析，其中絕對梯度的定義為：

圖1 1—3月份各層水深溫度絕對梯度分布

計算對印尼西海岸海洋鋒區存在的大致區域中每一點的絕對梯度值，之后按經線依次將每條經線上絕對梯度最大值的點的連線，定義為海洋鋒的主鋒軸線，也就是說鋒軸線的選取是依據其強度而

不是空間位置。如果相同經度下對應多個極大值點，則取最南端的點作為鋒軸線上的點，由此得到了較為清晰的鋒線位置。強度表示方面國內外還沒有一個統一的標準，印尼西海岸區內兩個相鄰網格點的實際距離約為10 nm ile，因此選作強度的距離標準。

圖2 1—3月份鋒軸線位置及鋒強度

3 印尼西海岸海洋鋒

印度尼西亞西岸（本文研究范圍主要是0°—20° S，60°—110°E）存在兩處海洋鋒，其中一處在15°S附近，另一處在5°S附近，目前還沒有嚴格意義上的命名，因此為了區分將其分別稱作5°S鋒面與15°S鋒面。

3.1 溫度鋒

3.1.1 印度尼西亞西岸5°S鋒面

對比從表層到水深600m處各層溫度梯度分布發現在5°S的海洋鋒主要存在于30—100m處，且主要集中在1—3月份期間，如圖1所示選取了8處不同水深的鋒絕對梯度分布圖。可以看出水深30m時溫度絕對梯度強度逐漸增大，鋒面東西長度隨著深度的增加也發生改變，在50—60m水深處鋒面強度大，范圍廣（60°—96°E附近）。其后鋒強度較大的鋒面范圍逐漸減小至70°—90°E。鋒區存在多個極大值。為了更好的研究鋒強度水平分布特點，利用鋒區極大值連線的方法將鋒區內鋒軸線及位置畫出（見圖2）。

從圖2中可以看出，鋒軸線在鋒區內存在較大波動，這說明鋒區內極值的分布點比較分散，虛線代表鋒軸線上強度，其曲線變化較為平緩，且在50—100m內5°S處鋒強度曲線隨水深變化不大。利用絕對梯度最大值的方法獲取5°S鋒軸線位置及

其強度后，我們選取幾個強度較大鋒軸線上的點（61°E、70°E、80°E以及90°E），畫出從表層到400m水深處四季鋒強度的變化圖（見圖3）。

從圖3中可以看出，5°S處溫度鋒其強度隨深度呈現先增高后減小的特點，強度最大的深度在50—70m左右，全年看，1—3月份鋒強度最大，10—12月份鋒強度最小，其鋒強度最大值（0.25℃/10 nm ile）是10—12月份（0.07℃/10 nm ile）的3.5倍左右。且在1—3月份60°E附近的鋒強度值最大。從而進一步說明了5°S鋒面主要存在于1—3月份，水深30—100m的特點。此外，從圖2和3中均可以看出，鋒強度在水深30m處最大值僅為0.01℃/10 nm ile，而到了50m水深處鋒強度最大值為0.13℃/10 nm ile相差12倍，差異巨大導致強度變化曲線迅速增高，而且使這些區域容易出現密度斷層，對潛艇活動極為不利。

3.1.2 印度尼西亞西岸15°S鋒面

從圖1中可以看出，當水深超過100m后5°S鋒面逐漸消失，隨著深度的增加在200m以深15°S處出現強度較大的鋒面，對比各季各層水深溫度絕對梯度分布圖發現在7—9月份絕對梯度較為明顯（見圖4）。

從絕對梯度的分布中可以看出（見圖4），隨著深度的增加鋒區緯度位置改變較小，均在15°S處；不同的是其東西距離發生改變。在150m水深處，鋒區主要集中在108°—120°E，10°S及60°—85°E，15°S范圍內，中間部分鋒強度較弱；隨著深度的增加近岸附近鋒強度逐漸減弱，鋒區主要分布在60°—105°E，15°S內（如275m水深處）；其后鋒區逐漸收縮，到450m時則主要集中在60°—96°E附近。

同樣利用絕對梯度最大值的方法將15°S鋒軸線及強度畫出，以7—9月份為例（見圖5）。

相較于5°S的溫度鋒軸線位置擺動較大的特點，15°S鋒軸線相對比較穩定，且其強度水平方向分布相對均勻，鋒軸線的位置隨著深度增加逐漸南移，鋒強度較大水層主要在200—300m內。

選取鋒軸線上點（61°E、70°E、80°E及90°E）畫出其強度隨深度的變化曲線如圖6所示。

從圖6中看出，強度隨深度同樣呈現先增加后

減小的特點，且對比不同月份發現4—6月份強度較小，1—3月份強度普遍較大，僅最大值之間的差距就為2.6倍；在10—12月份，鋒70°E附近強度明顯高于其他區域鋒強度；鋒強度較大的值在200—300m水深處。

為了進一步驗證5°S及15°S處溫度鋒季節變化特點，選取65m水深層及275m水深層，畫出84°E處經線逐月斷面圖，如圖7和8所示。

圖4 7—9月份溫度絕對梯度分布圖（單位/℃）

圖5 7—9月份鋒軸線位置及鋒強度

從圖7看出在7°S附近的冷水團主要存在于1—7月份，且隨著時間的增加逐漸南移，同時7°S附近水平方向等溫線密集，說明這一冷水團消失的較快，10月份以后溫度升高到26℃以上，這一水團隨時間變化的特點，直接影響5°S溫度鋒面的消長；在南北方向上等溫線最密集的是3月份，這與前面得到的5°S鋒面在1—3月份最強是吻合的，同時由于

7°S附近冷水團的影響，10°S附近等溫線也較密集，但強度相對于5°S鋒面較弱。

而在水深275m時（見圖8），這一海域溫度隨時間的變化并不強烈，主要是15°S附近存在南北差異，因此15°S鋒面能四季存在，6月份、7月份、10月份等溫線密集程度更高，且等溫線存在波動的特點。

圖6 鋒強度隨水深的變化

圖7 84°E，65m水深處斷面隨月份的變化

圖8 84°E，275m水深處斷面隨月份的變化

3.2 鹽度鋒

依照前面研究溫度鋒的方法，我們畫出了鹽度的絕對梯度分布圖以及鋒軸線與強度分布圖，如圖

9和10所示。

與溫度鋒不同的是，印尼西岸鹽度鋒主要集中在15°S附近，鋒面主要存在于100—600m水層內，且強度較大的鹽度鋒在水深250—450m之間，如400m水深處4—6月份70°E處鋒強度0.77×10-3‰10 nm ile約是相同位置100m水深處的2倍左右。相較于溫度鋒15°S處的鹽度鋒范圍更廣，但其季節差異較小。

3.3 聲速剖面分析

以600 m以淺的聲速剖面為例，將5°S與15°S鋒面南北兩側及鋒區聲速剖面分別畫出，如圖11和12所示?？梢钥闯鲈?°S鋒面處，從南到北穿過鋒面，聲速是逐漸減小的，聲速差異較大的水層正是溫度鋒存在的區域（50—300m水深附近），如在100m時鋒區南北兩側聲速值差異在10m/s左右，同時對比鋒軸線上不同經度處的聲速剖面（圖7中84°E與70°E）發現在150m內聲速值幾乎沒有差異；而在15°S鋒面處，從南到北穿過鋒面，聲速卻是逐漸增加的，這主要是因為15°S鋒面存在鹽度鋒的原因，同樣在相同的緯線上（圖8中84°E與70°E）鋒區聲速的東西差異不大。

圖9 鹽度絕對梯度

4 結論

印度尼西亞西海岸的海洋鋒主要存在于5°S與15°S兩處，是兩條沿緯線分布的東西方向海洋鋒。本文主要利用WOA13季節數據以絕對梯度確定鋒區強度，用最大值連線方法確定鋒軸線，對其溫鹽鋒時空變化特點進行了分析，得到如下結論：

圖10b

圖10c

圖11 5°S附近聲速剖面

圖12 15°S附近聲速剖面

（1）5°S附近的海洋鋒為溫度鋒，主要存在于1—6月份，其中1—3月份為鋒強度最大時期。鋒面存在于表層以下且集中在30—100m水層內；隨著水深增加，鋒強度呈現先增加后減小的特點，最大強度在50—70m水層；隨著水深的變化鋒區的范圍也發生改變，60m水深處鋒面強度大，范圍最廣（約在60°—96°E區域內），其后鋒強度較大的鋒面范圍逐漸減小至70°—90°E；鋒強度的水平變化方面，鋒軸線在鋒區內存在較大波動，這說明鋒區內極值的分布點比較分散；

（2）5°S溫度鋒呈現出季節變化特點，主要是因為7°S附近冷水團具有1—6月存在，7—12月消散

的特點；

（3）15°S處既存在溫度鋒又存在鹽度鋒，全年均有鋒現象，其強度存在季節差異。其中溫度鋒主要存在于120—500m水層內，鋒強度最大值出現在水深275m附近；隨著深度增加鋒區范圍同樣發生改變，在150m水深處，鋒區主要集中在108°—120°E，10°S及60—85°E，15°S范圍內，中間部分鋒強度較弱；隨著深度的增加近岸附近鋒強度逐漸減弱，鋒區主要分布在60°—105°E，15°S內（如275m水深處）；其后鋒區逐漸收縮，到450m時則主要集中在60°—96°E附近；鋒軸線的位置隨著深度增加逐漸南移，鋒強度的水平分布較為均勻。鹽度鋒鋒面主要存在于100—600m水層內，且強度較大的鹽度鋒在水深250—450m之間；

（4）印尼西海洋海洋鋒鋒區兩側聲速剖面存在差異。在鋒區存在的深度，從南到北穿越5°S鋒面時聲速是逐漸減小的，而穿越15°S鋒面時聲速是增大的。鋒區內聲速的東西差異不大。

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Characteristicsof the spatialand tem poralvariation of the frontat west sea of Indonesia

LIU Jian-bin,ZHANG Yong-gang
(Dalian NavalAcademy,Liaoning 116018China)

Based on theWOA13 seasonal climatic data,the change characteristicsof verticaldirection,horizontal direction and seasonalvariation characteristics of Indonesia 5°S frontand 15°S frontwere analyzed.Two kindsof ocean frontswere below the surface,and there is only the temperature front around 5°S from January to June, w ith themaximum front intensity from January to March and concentrated in the depth of 30-100meters.Both the temperature front and salinity front exits around 15°S in the whole year,,but the intensity of fronts have seasonal variation characteristics.Through analyzing the vertical distribution of sound velocity,the results show that velocity of sound in the discovery from south to north through 5°S(15°S)front gradually when the sound velocity decreases(increases).

Westcoastof Indonesiaocean front;WOA13;temporaland spatialvariation

P731

A

1003-0239（2015）05-0014-10

2015-04-04

劉建斌(1991-)，男，碩士在讀，從事世界大洋中尺度海洋鋒研究。E-mail：ljbliujianbin@126.com

10.11737/j.issn.1003-0239.2015.05.003