梁湛林 何云開 李健 陳榮裕 隋丹丹 張鎮(zhèn)秋 謝強(qiáng) 陳舉

摘要赤道東印度洋海域是西半球暖池的重要組成部分，對我國季風(fēng)系統(tǒng)乃至全球氣候變化研究意義重大.印度洋作為海上絲綢之路的交通要道，開展東印度洋海洋調(diào)查也是保障海上絲綢之路安全的重要一環(huán).自2010年起，國家自然科學(xué)基金委為貫徹落實(shí)《國家自然科學(xué)基金“十一五”發(fā)展規(guī)劃》的戰(zhàn)略部署而設(shè)立的“國家自然科學(xué)基金委印度洋綜合航次”，極大地促進(jìn)了海洋學(xué)科多學(xué)科交叉和融合，豐富了該海域的海洋觀測數(shù)據(jù)，取得了豐碩的科研成果.本文介紹了2010年起至今的東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)航次考察的內(nèi)容、進(jìn)展和成果，并展望了東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察航次今后的主要方向.

關(guān)鍵詞東印度洋；水文觀測；綜合科學(xué)考察

中圖分類號P724；P71

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

0 引言

眾所周知，印度洋北部是全球季風(fēng)活動(dòng)最強(qiáng)烈的地區(qū)之一，其氣候變化對亞洲大陸，尤其是南亞和東亞具有重要影響.該海域的哈德萊環(huán)流和沃克環(huán)流的上升氣流，對整個(gè)亞澳季風(fēng)系統(tǒng)乃至全球氣候變化均具有顯著的調(diào)制作用.東印度洋暖池通過印尼貫穿流的溝通作用與西太平洋暖池之間存在顯著的物質(zhì)和能量交換，共同為維持全球海洋熱量平衡和凈水平衡發(fā)揮重要貢獻(xiàn).通過對印度洋海域的海氣相互作用的研究，可以提高我國在亞洲季風(fēng)系統(tǒng)研究中的預(yù)測水平.另一方面，印度洋是連接亞洲、非洲、歐洲和大洋洲的交通要道，南海與印度洋相連的馬六甲海峽是我國海上石油運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵通道，同時(shí)，印度洋又是海上絲綢之路的必經(jīng)之道，所以開展對印度洋的研究也是我國在能源運(yùn)輸和航道安全方面要求的體現(xiàn).

然而相比于其他的大洋，印度洋是最缺乏現(xiàn)場觀測的熱帶大洋，這種資料匱乏的狀況影響了季風(fēng)變異及其相關(guān)海氣相互作用過程的研究.雖然2008年在CLIVAR（氣候變率與可預(yù)測性研究計(jì)劃）和GOOS（全球海洋觀測系統(tǒng)）聯(lián)合推動(dòng)下的“印度洋海洋觀測系統(tǒng)”（IndOOS）國際計(jì)劃（其中的主要組成部分就是亞非澳季風(fēng)分析和預(yù)測浮標(biāo)網(wǎng)絡(luò)（RAMA）[1]）使得在熱帶印度洋的觀測能力得到了提高，但是對于充分的印度洋研究是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的.

為了獲得南海與毗連海域海洋環(huán)境要素和海洋生態(tài)要素，中國科學(xué)院南海海洋研究所對印度洋海域觀測研究籌備了多年.國家自然科學(xué)基金委為貫徹落實(shí)《國家自然科學(xué)基金“十一五”發(fā)展規(guī)劃》的戰(zhàn)略部署，在2010年設(shè)立了“國家自然科學(xué)基金委印度洋綜合航次”共享航次計(jì)劃.中國科學(xué)院南海海洋研究所在中國科學(xué)院和國務(wù)院各部委的鼎力支持下，在2010年發(fā)起和組織實(shí)施了首次東印度洋海洋學(xué)考察，至今已完成了8個(gè)航次.東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察航次的實(shí)施，極大地促進(jìn)了海洋學(xué)科多學(xué)科交叉和融合，豐富了該海域的海洋觀測數(shù)據(jù)，取得了豐碩的科研成果.

1 海上科學(xué)考察的目標(biāo)

東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察航次作為共享航次（2011年開始），得到了海洋學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)研究機(jī)構(gòu)的支持和資助，不同單位、不同專業(yè)和課題組根據(jù)其研究需要參與其中.從2011年起，參加海上考察的單位機(jī)構(gòu)數(shù)不斷增加.至2018年（2018年航次正在實(shí)施中），除了中國科學(xué)院南海海洋研究所外，還有21個(gè)單位參加了東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察（表1）.如此之多的研究機(jī)構(gòu)參加，極大地發(fā)揮了航次的作用，同時(shí)促進(jìn)了我國科學(xué)家之間的合作和交流.東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察航次的海上考察除了對東印度洋水文氣象的觀測之外，還包括海洋生物、海洋化學(xué)、海洋地質(zhì)、海洋光學(xué)等方面的觀測.航次的主要考察目標(biāo)如下：

1） 熱帶印度洋海溫年際變異對東亞夏季風(fēng)爆發(fā)和強(qiáng)度的影響；

2） 印度洋深層經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流的年際變異及其內(nèi)在機(jī)制研究；

3） 南海東印度洋暖池演化的沉積記錄；

4） 印度洋浮游植物功能群初級生產(chǎn)調(diào)控因子與碳輸出效率研究；

5） 海洋酸化對東印度洋微型浮游動(dòng)物群落的攝食影響研究.

2 海上科學(xué)考察的內(nèi)容

2010年4—5月，南海海洋研究所搭載的“實(shí)驗(yàn)1號”科考船執(zhí)行了第1個(gè)東印度洋海洋學(xué)考察航次.除了水文考察組之外，參加此次航次的還有來自南海海洋所的海洋地質(zhì)考察組和海洋生物考察組.圖1給出的是2017年東印度洋海洋科學(xué)考察航次的站位站點(diǎn).從圖1中可以看到航次站位由5個(gè)斷面組成分別是10°N、80°E和82°E、赤道以及蘇門答臘島西海岸外海.在東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察航次中，除了80°E和赤道這2個(gè)斷面外，其他的觀測斷面位置在各個(gè)年份有所改動(dòng)，但是東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察航次的考察海域始終是在10°S～10°N，80～105°E的范圍內(nèi).至2017年，東印度洋海洋科學(xué)考察航次已經(jīng)總共航行74 000 n mile，456 d（表2）.

為促進(jìn)我國海洋科學(xué)研究機(jī)構(gòu)多學(xué)科的交叉和融合，充分發(fā)揮東印度洋航次的價(jià)值，東印度洋海洋學(xué)綜合考察航次允許外單位的課題組帶著他們各自的研究課題搭上考察船.所以在之后多年的航次中，參與單位的數(shù)量不斷增加，東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察航次的隊(duì)伍不斷壯大（表1）.航次的考察內(nèi)容從一開始單一的物理海洋學(xué)科的水文氣象觀測，逐步擴(kuò)展到涵蓋了海洋地質(zhì)、海洋生物、海洋光學(xué)以及海洋生態(tài)與遙感等學(xué)科的海洋考察.

水文氣象觀測包括全程走航表層溫鹽（CT）觀測、全程走航ADCP海流剖面觀測、全程輻射通量觀測和自動(dòng)氣象站觀測以及GPS探空氣球的投放.在觀測站點(diǎn)上（圖1的圓點(diǎn)），科考隊(duì)會進(jìn)行全水深的溫鹽觀測，獲取斷面的海洋中的溫度和鹽度情況.在站點(diǎn)之間，則可投放拋棄式深水溫度計(jì)（XBT）或者拋棄式電導(dǎo)深水溫度計(jì)（XCTD）進(jìn)行加密觀測.2010—2012年間還在印度洋投放了共35個(gè)Argo浮標(biāo)，進(jìn)一步完善了全球Argo觀測系統(tǒng).2014年起，科考人員在東印度洋布放深海潛標(biāo)，并保持每年回收和更換潛標(biāo)的工作.此外，從2011年開始，中國科學(xué)院南海海洋研究所和斯里蘭卡盧胡納大學(xué)合作，在斯里蘭卡南部建立了海洋環(huán)境觀測研究站，收集積累印度洋北部海洋環(huán)境和氣象觀測數(shù)據(jù)，配合近年在東印度洋進(jìn)行的海洋學(xué)科綜合考察，以逐步改善印度洋缺乏現(xiàn)場觀測資料的局面.

生物化學(xué)考察組的考察內(nèi)容是東印度洋水層溶解氧、pH值、總堿度的現(xiàn)場測定，以及浮游植物種群結(jié)構(gòu)及不同富有植物功能群的空間分布特征.他們的取樣工作主要依托投放的溫鹽深儀器（CTD）所攜帶的取水器取水采樣以及利用浮游生物拖網(wǎng)進(jìn)行浮游生物采樣.地質(zhì)考察組的考察內(nèi)容主要是對東印度洋海底表層沉積物，以及2017年海底地震儀（OBS）的投放和回收.他們利用生物多聯(lián)網(wǎng)、重力柱狀樣采樣器、箱式采樣器等設(shè)備進(jìn)行采樣.圖2展示的東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察航次的工作情況.

3 海上科學(xué)考察的成果

在2010年之前，亞非澳季風(fēng)分析和預(yù)測浮標(biāo)網(wǎng)絡(luò)（RAMA）雖然已經(jīng)初步建成，但是其觀測點(diǎn)過于分散，且至今都并未完全完善.2010年以來每年春季執(zhí)行的東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察航次的執(zhí)行，使得東印度洋海域的海洋觀測進(jìn)一步得到豐富.東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察航次相比于RAMA單純的水文氣象觀測，增加了海洋生化、海洋地質(zhì)等學(xué)科的海洋考察內(nèi)容.圖3展示的是2010—2017年東印度洋航次所觀測的溫鹽TS點(diǎn)聚圖.東印度洋海域溫鹽的觀測，有助于了解熱帶東印度洋的上層海洋熱狀況，這對于預(yù)報(bào)東亞夏季風(fēng)爆發(fā)和強(qiáng)度至關(guān)重要.深海潛標(biāo)的投放，填補(bǔ)了印度洋深海觀測的空白，有助于了解東印度洋深海環(huán)流的情況，乃至對全球深海環(huán)境的研究亦有一定的幫助.

到目前為止，依托東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察航次水文氣象考察的論文已有多篇.例如東印度洋赤道流場的研究，利用ADCP流速觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)赤道東印度洋海域一直存在強(qiáng)的東向表層流，即Wyrtki急流，在溫躍層深度上有赤道潛流[23].這2支東向流把阿拉伯海的高鹽水帶到90°E的海域，所以具有高鹽的特性[4].在2014年春季航次中，漂流浮標(biāo)陣列觀測到Wyrtki急流有分叉現(xiàn)象[5].由于西南季風(fēng)的作用，部分高鹽水會被Wyrtki急流分流帶到孟加拉灣中[4].同時(shí)，利用2013-04—2014-04的深海潛標(biāo)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)東印度洋孟加拉灣與赤道之間的上層海洋中存在很強(qiáng)的具有季節(jié)內(nèi)信號的流場，并闡明此流場形成原因與赤道Rossby波有關(guān)[6].在氣象方面，利用2010—2012年春季高精度GPS探空資料，分析了熱帶東印度洋上空3類典型大氣波導(dǎo)的發(fā)生概率，并給出了波導(dǎo)相關(guān)特征的統(tǒng)計(jì)結(jié)果[7].Xie等[8]利用2012年春季的GPS探空資料，分析對比了國產(chǎn)探空儀和國外產(chǎn)探空儀的優(yōu)劣.在水文方面，前人對孟加拉灣春季逆溫層的研究相對較少.Li等[9]通過對2010—2011年CTD溫鹽資料研究發(fā)現(xiàn)，孟加拉灣春季的逆溫層同樣明顯，且其形成原因與暖而咸的海水下沉以及該海域凈熱通量損失有關(guān).林小剛等[10]利用2010—2012年東印度洋3個(gè)航次的走航斷面觀測數(shù)據(jù)，分析了春季孟加拉灣南部和赤道東印度洋上層海洋的水文結(jié)構(gòu)特征.Li等[11]利用2010年的ADCP流速數(shù)據(jù)分析了東印度洋安達(dá)曼尼科巴海嶺周邊流場的垂向結(jié)構(gòu)，以及受地形原因產(chǎn)生的內(nèi)波.Huang等[12]利用近年來在熱帶印度洋布放的深海潛標(biāo)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果，初步揭示了熱帶印度洋環(huán)流的多尺度演變特征及其控制機(jī)理.

東印度洋的海洋生物種類繁多，通過對東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察航次采獲的海水樣品進(jìn)行研究，調(diào)查了東印度洋赤道區(qū)及鄰近海域的硅藻物種組成和群落結(jié)構(gòu)，并且鑒定出浮游硅藻有34屬113種[13].利用2012年航次中通過浮游生物網(wǎng)獲取的樣品，分析研究了季風(fēng)期間東印度洋沙克纖毛蟲的分布結(jié)構(gòu)，并指出沙克纖毛蟲的生物豐度和生物量與葉綠素a濃度成正相關(guān)關(guān)系[14].利用2012年航次中海水樣品，研究了自養(yǎng)鈣質(zhì)顆石藻的生物多樣性，指出水文環(huán)境變化對其的重要性，并發(fā)現(xiàn)其分布與Wyrtki急流有關(guān)[15].還對6°N斷面的CDOM樣品進(jìn)行測量，探討了該斷面的VDOM濃度與組成成分及其影響因素[16].

海洋地質(zhì)學(xué)科的科研人員2017年開始在東印度洋海域布放并順利回收海底地震儀（OBS）.海底地震儀在第1航段執(zhí)行時(shí)投放于海底，經(jīng)過大概1個(gè)月的時(shí)間，在第2航段回收.圖4展示的是2017年4月在赤道地區(qū)（9214°E，015°N）投放的海底地震儀（OBS）所獲取的天然地震監(jiān)測數(shù)據(jù)，并記錄到的一個(gè)微型地震.東印度洋是全球地震帶之一，開展對東印度洋的海底地質(zhì)地震研究，能提高該地域地震事件的預(yù)測和預(yù)報(bào)，從而避免2004年印尼海嘯悲劇的重演.此外，海洋地質(zhì)的科研人員還對海床表面的微生物進(jìn)行研究.印度洋東北部海床表面的全新紀(jì)Pylonioid類放射蟲種類繁多，通過樣品數(shù)據(jù)對其鑒定方法提出了新見解，并建立了3個(gè)新屬和20個(gè)新種[17].利用2013年春季9個(gè)海底樣品，進(jìn)一步分析了解了氨氧化古菌和氨氧化細(xì)菌的群體結(jié)構(gòu)分布，并指出這2種菌類的分布不同是由環(huán)境因素造成的[18].海底地?zé)釁?shù)對研究地球動(dòng)力學(xué)演化具有重要意義，利用多年的東印度洋海底地?zé)嵴{(diào)查數(shù)據(jù)，文獻(xiàn)[19-20]建立和優(yōu)化了準(zhǔn)確獲取地?zé)釁?shù)的方法.

通過開展將物理海洋、海洋生物、海洋化學(xué)和海洋地質(zhì)等多學(xué)科交叉的綜合調(diào)查研究，科考活動(dòng)獲取了調(diào)查區(qū)域環(huán)境參數(shù)記錄及海洋樣品.航次具體的考察完成情況如表3所示.

4 展望與結(jié)語

東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察共享航次的實(shí)施，使得我國科學(xué)家獲取了東印度洋觀測海域連續(xù)多年春季的全水深的溫度、鹽度數(shù)據(jù)，海底表層樣品，海水生化樣品等，得以更加充分地研究東印度洋海域的海洋環(huán)境.2014年開始布放的深海潛標(biāo)，更是首次獲得了該海域深海洋流的觀測數(shù)據(jù)，填補(bǔ)了國際上對該海域中深層環(huán)流觀測的空白，為我國大洋觀測網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行積累了寶貴經(jīng)驗(yàn).

我國仍然需要不斷地觀測海洋、了解海洋和開發(fā)海洋，強(qiáng)化東印度洋航次的持續(xù)性和目標(biāo)性.作為一個(gè)海洋大國，我國正在向海洋強(qiáng)國的目標(biāo)邁進(jìn)，東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察航次的實(shí)施，正是海洋強(qiáng)國建設(shè)的強(qiáng)有力的保證.目前正在執(zhí)行的2018年東印度洋航次，還將與斯里蘭卡科研人員進(jìn)行近海聯(lián)合調(diào)查，這是我國邁向海洋強(qiáng)國的又一堅(jiān)定步伐.

在今后的東印度洋航次考察中，水文觀測始終是主要的持續(xù)觀測內(nèi)容，海洋地質(zhì)、海洋生物等其他海洋學(xué)調(diào)查亦將繼續(xù)參與到航次中.同時(shí)，東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察航次將結(jié)合第2階段印度洋觀測計(jì)劃（Second International Indian Ocean Expedition，IIOE-2）[21]的科學(xué)規(guī)劃，加強(qiáng)在熱帶印度洋開展的大面積水文觀測，在印度洋赤道海域增加水文觀測斷面，研究熱帶印度洋環(huán)流系統(tǒng)；在巽他海峽外海增加水文觀測斷面，以研究南海貫穿流、印尼貫穿流和印度洋環(huán)流的關(guān)系.實(shí)施了8年的東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察航次，承載了我國海洋科研人員的心血和淚水，在今后的日子里，東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察航次必將繼往開來，勇往直前.

致謝：東印度洋海洋學(xué)綜合科學(xué)考察航次的成功實(shí)施，得益于 “實(shí)驗(yàn)1號”和“實(shí)驗(yàn)3號”全體船員的辛勤工作，特此致謝.

參考文獻(xiàn)

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Abstract The equatorial east Indian Ocean is such an important part of the western hemisphere warm pool so that it has great significance for the research of the monsoon system in China and the global climate change.In addition，Indian Ocean is the main part of Maritime Silk Road，thus the surveys in the east Indian Ocean is a reflection of the safety requirements of the Maritime Silk Road.Since 2010，the National Natural Science Foundation of China （NSFC） Indian Ocean Comprehensive Experiment Cruise has been set up for the implementation of the 11th Five-Year Development Plan for NSFC，which greatly promotes interdisciplinary integration in oceanography，enriches the observation data in Indian Ocean，and has made a great number of scientific achievements.This paper introduces the contents，progress and achievements of the comprehensive scientific cruise survey of eastern Indian Ocean oceanography from year 2010 to present，and looks forward to its future.

Key words eastern Indian Ocean；hydrological observation；comprehensive scientific investigation