黃 挺，周 鋒，田 娣，張家贏

(1.衛(wèi)星海洋環(huán)境動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012；2.自然資源部 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012；3.浙江大學(xué) 海洋學(xué)院，浙江 舟山 316021)

0 引言

孟加拉灣位于東印度洋北側(cè)，北靠孟加拉國，東北側(cè)毗鄰緬甸，東部則以安達(dá)曼-尼科巴島鏈為界與安達(dá)曼海連通，南側(cè)以斯里蘭卡至蘇門達(dá)臘島連線為界并通過?？撕{和馬六甲海峽分別與印度洋和南海相通，西臨印度和斯里蘭卡，是海上絲綢之路經(jīng)過的重要海域(圖1)。孟加拉灣內(nèi)中尺度渦旋[1-8]較為豐富，渦旋運(yùn)動(dòng)過程中輸送熱、鹽、水團(tuán)、動(dòng)量以及營養(yǎng)鹽和浮游植物[9-10]，從而對(duì)孟加拉灣動(dòng)力環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)起到重要作用。

有關(guān)孟加拉灣中尺度渦旋的早期研究主要基于船舶，近年來，衛(wèi)星觀測(cè)資料在渦旋研究中的作用越來越大。BABU et al[1]通過夏季現(xiàn)場(chǎng)水文觀測(cè)在孟加拉灣西北側(cè)發(fā)現(xiàn)一個(gè)次表層氣旋渦，氣旋渦中心溫度比周圍低4～5 ℃，渦旋可能是由沿著陸架的兩支相反的流相撞產(chǎn)生的斜壓不穩(wěn)定引起的，來自恒河的淡水輸入加強(qiáng)了層化從而抑制了氣旋渦向表層發(fā)展，由此形成了次表層渦旋。GOPALAN et al[2]用衛(wèi)星高度計(jì)資料給出了孟加拉灣的多渦旋特征，認(rèn)為淡水輸入造成的層化不均勻可能對(duì)渦旋有重要作用，相對(duì)而言海表溫度資料識(shí)別渦旋的能力稍弱。KUMAR et al[3]指出，氣旋渦的抽吸不僅能造成表層海水溫度降低，還能提高表層營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度，從而促進(jìn)局地生產(chǎn)力。邱云 等[4]利用衛(wèi)星高度計(jì)資料研究了孟加拉灣西南側(cè)的斯里蘭卡冷渦，該冷渦于每年的6—10月生成，位于斯里蘭卡島東側(cè),垂直深度可至250 m，西南季風(fēng)在斯里蘭卡島背風(fēng)面形成的氣旋式風(fēng)應(yīng)力旋度造成的Ekman抽吸是該冷渦的主要成因。

圖1 孟加拉灣水深圖Fig.1 Bathymetry in the Bay of Bengal

然而，基于大尺度同步衛(wèi)星觀測(cè)資料的渦旋自動(dòng)識(shí)別方法的有效性存在差異，不同方法獲得的渦旋時(shí)空分布及其演變的特征有較大的不同[5-8]。CHEN et al[5]指出孟加拉灣的渦旋主要在陸架沿岸生成，尤其在東部沿岸；渦旋數(shù)量無明顯季節(jié)特征，但有年際變化；渦旋的年際變化和背景流場(chǎng)的斜壓不穩(wěn)定有關(guān)，斜壓不穩(wěn)定強(qiáng)的時(shí)候有更多的能量被轉(zhuǎn)化為渦旋能量，使得渦旋更強(qiáng)、更穩(wěn)定但數(shù)量更少。CUI et al[6]認(rèn)為渦旋主要分布在孟加拉灣西側(cè)，和SLA RMS(海表面高度異常均方根誤差)以及EKE(渦旋動(dòng)能)的分布基本一致；氣旋渦主要分布在孟加拉灣西北側(cè)和南側(cè)，反氣旋渦主要分布在東側(cè)；渦旋生成存在季節(jié)變化，渦旋生成總數(shù)量春季最多、秋季最少，每個(gè)季節(jié)內(nèi)都是氣旋渦生成數(shù)量比反氣旋渦多；氣旋渦生成在春季最多、冬季最少，反氣旋渦生成在夏季最多、秋季最少。DANDAPAT et al[7]的研究結(jié)果認(rèn)為維莎卡帕特南沿海和孟加拉灣西北側(cè)這兩處海域渦旋比較多，維莎卡帕特南沿海反氣旋渦較多，而孟加拉灣西北側(cè)氣旋渦較多；孟加拉灣西側(cè)的渦旋發(fā)生有很強(qiáng)的季節(jié)變化，反氣旋渦在春、冬季較多，而氣旋渦在西南季風(fēng)時(shí)間段內(nèi)更多。常景龍 等[8]認(rèn)為渦旋主要分布在孟加拉灣北部(15°N以北)和安達(dá)曼海，且生命周期60 d以上的渦旋數(shù)量具有季節(jié)變化，春季最多、冬季次之、夏季最少，并指出季節(jié)變化是風(fēng)應(yīng)力旋度引起的。

孟加拉灣內(nèi)渦旋結(jié)構(gòu)和渦旋數(shù)量的季節(jié)性差異雖然已經(jīng)形成了一定的認(rèn)識(shí)，但對(duì)不同季節(jié)渦旋的空間分布以及性質(zhì)的差異了解甚少。孟加拉灣受較強(qiáng)的季風(fēng)作用，冬季盛行東北風(fēng)，夏季盛行西南風(fēng)，季風(fēng)差異造成表層環(huán)流的差異顯著(圖2)[11-17]。東北季風(fēng)前期，整個(gè)孟加拉灣是一個(gè)大的氣旋式環(huán)流，其西側(cè)是一只南向流，稱為東印度沿岸流(EICC)[18-20]，流速在11月達(dá)到最大值，隨著12月東北季風(fēng)爆發(fā)，流速反而減小。東北季風(fēng)后期，EICC轉(zhuǎn)向相反方向，構(gòu)成反氣旋式環(huán)流的西支，灣出口處西向的東北季風(fēng)漂流[21]成為反氣旋式環(huán)流的南支，此時(shí)，孟加拉灣受海盆尺度的反氣旋式環(huán)流控制。北向的EICC在季風(fēng)過渡期(3—4月)迅速增大，在之后的西南季風(fēng)期間逐漸減小,且在南部和北部沿岸海區(qū)流向先后轉(zhuǎn)為南向，并逐漸向中部擴(kuò)展。覆蓋赤道北部東、西印度洋的東向的西南季風(fēng)漂流[19]是索馬里海流的延伸，繞過印度半島影響孟加拉灣，5月在孟加拉灣的南部開始出現(xiàn)，7月流速達(dá)到最大。孟加拉灣環(huán)流顯著的季節(jié)性特征，可能引起不同季節(jié)渦旋位置及其性質(zhì)的差異，其中，最大的差異可能出現(xiàn)在冬、夏兩個(gè)季節(jié)。

本研究利用基于長時(shí)間序列的衛(wèi)星高度計(jì)提取的中尺度渦數(shù)據(jù)集，對(duì)孟加拉灣及其毗鄰海域冬、夏季渦旋性質(zhì)的時(shí)空分布差異進(jìn)行了探討。

圖2 孟加拉灣及周邊海域的表層地轉(zhuǎn)流多年平均流場(chǎng)(根據(jù)文獻(xiàn)[16-17]改編)Fig.2 Climatological sea surface geostrophic current in the Bay of Bengal (BOB) and adjacent regions(adapted from references [16-17])

1 數(shù)據(jù)和方法

本研究使用的數(shù)據(jù)是基于衛(wèi)星高度計(jì)(Archiving, Validation and Interpretation of Satellites Oceanographic data，簡(jiǎn)稱AVISO)的全球中尺度渦軌跡數(shù)據(jù)集(Mesoscale Eddy Trajectory Atlas Product，https://www.aviso.altimetry.fr/)，時(shí)間范圍為1993—2017年。該數(shù)據(jù)采用CHELTON et al[10]研發(fā)的渦旋識(shí)別方法，從衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)中提取了渦旋的位置、種類、半徑、振幅等信息。本文的研究范圍為0°—22°N，80°E—100°E，并以11月至次年2月為冬季典型時(shí)期、6月至8月為夏季典型時(shí)期作了季節(jié)劃分。

該產(chǎn)品所采用的中尺度渦判別標(biāo)準(zhǔn)為(以反氣旋渦為例，氣旋渦則相反)[22]:(1)渦旋內(nèi)僅存在一個(gè)SSH(海表面高度)極大值點(diǎn)；(2)渦旋內(nèi)的點(diǎn)均不屬于其他渦旋；(3)渦旋是單聯(lián)通的；(4)渦旋內(nèi)任意兩點(diǎn)間的距離(記為D)必須滿足：在緯度大于25°的區(qū)域內(nèi)，D≤400 km，在緯度小于25°的區(qū)域內(nèi)，D≤700 km；(5)渦旋生命史大于28 d。渦旋的振幅和半徑按如下定義：振幅為渦旋邊界上SSH的平均值和渦旋內(nèi)SSH最大值的差，半徑為等同于渦旋面積的圓的半徑。

本研究對(duì)渦旋數(shù)據(jù)集進(jìn)行了兩步處理。第一步：提取生成時(shí)間分別在夏季和冬季的渦旋，畫出這些渦旋源地(即渦旋生成時(shí)所在的位置)的空間分布，在此基礎(chǔ)上分不同區(qū)域(孟加拉灣西部、北部、中部、南部出口處和安達(dá)曼海)比較渦旋的季節(jié)差異，圈出季節(jié)差異顯著的位置，保證圈內(nèi)只存在同極性渦旋，且冬、夏季渦旋極性相反，稱之為渦旋聚集區(qū)(孟加拉灣出口處較為特殊，季節(jié)差異因冬、夏季季風(fēng)漂流的位置和方向而不同)。第二步：將聚集區(qū)內(nèi)渦旋的生命史歸一化到0～1，然后對(duì)0～1內(nèi)半徑、振幅的變化作平均，得到這些渦旋歸一化的半徑、振幅生長曲線。

平均海平面高度異常(SLA)數(shù)據(jù)以及平均流場(chǎng)數(shù)據(jù)也都來自AVISO，空間分辨率為0.25°×0.25°。將1993—2017年逐日的SLA或者流場(chǎng)按照同一個(gè)月進(jìn)行平均得到氣候態(tài)月平均SLA以及流場(chǎng)，然后按照季節(jié)平均為冬、夏季兩季資料。

2 結(jié)果

2.1 冬、夏季渦旋的空間分布差異

冬、夏季渦旋空間分布存在差異，主要體現(xiàn)在孟加拉灣西部、安達(dá)曼海以及孟加拉灣出口處。在這3處都有顯著的渦旋聚集區(qū)，為了區(qū)分不同區(qū)域的渦旋聚集區(qū)，將這些氣旋渦聚集區(qū)命名為C1～C7，反氣旋渦聚集區(qū)命名為AC1～AC6。

夏季，在孟加拉灣西部的北側(cè)存在一個(gè)氣旋渦聚集發(fā)生區(qū)C1，其南側(cè)存在一個(gè)反氣旋渦聚集發(fā)生區(qū)AC1。值得注意的是，C1區(qū)和AC1區(qū)的位置分別對(duì)應(yīng)著SLA低值中心和SLA高值中心(圖3a)。而在冬季，情況完全相反，孟加拉灣西部的北側(cè)有一反氣旋渦聚集發(fā)生區(qū)AC4，南側(cè)有一氣旋渦聚集發(fā)生區(qū)C5，AC4區(qū)和C5區(qū)的位置分別對(duì)應(yīng)著SLA高值中心和SLA低值中心(圖3b)。

在安達(dá)曼海，渦旋也有聚集產(chǎn)生的特點(diǎn)。夏季，渦旋源地從北向南分成3個(gè)區(qū)域，北部是氣旋渦聚集區(qū)C2，中部是反氣旋渦聚集區(qū)AC2，南部是氣旋渦聚集區(qū)C3。從渦旋數(shù)量上看，北部C2區(qū)數(shù)量最多，有34個(gè)氣旋渦；中部AC2區(qū)有19個(gè)反氣旋渦；南部C3區(qū)數(shù)量最少，只有11個(gè)氣旋渦。從北往南渦旋聚集區(qū)渦旋數(shù)量比近似為3∶2∶1。這3個(gè)渦旋聚集區(qū)緊緊相鄰，總體上呈“氣旋渦-反氣旋渦-氣旋渦”的間隔分布(圖3a)。而冬季情況相反，在安達(dá)曼海內(nèi)也分為3個(gè)區(qū)域，從北往南分別是反氣旋渦聚集區(qū)AC5、氣旋渦聚集區(qū)C6以及反氣旋渦聚集區(qū)AC6，這3個(gè)渦旋聚集區(qū)緊緊相鄰，總體上呈“反氣旋渦-氣旋渦-反氣旋渦”的間隔分布。從渦旋數(shù)量上看，北部AC5區(qū)數(shù)量依然最多，有31個(gè)反氣旋渦；中部C6區(qū)和南部AC6區(qū)數(shù)量相當(dāng)，分別是10個(gè)氣旋渦和10個(gè)反氣旋渦，從北往南渦旋聚集區(qū)渦旋數(shù)量比近似為3∶1∶1(圖3b)。

在孟加拉灣出口處，冬、夏季季風(fēng)漂流區(qū)附近也有渦旋聚集產(chǎn)生的現(xiàn)象。夏季，斯里蘭卡東側(cè)是西南季風(fēng)漂流的作用區(qū)，存在1個(gè)氣旋渦聚集區(qū)C4和1個(gè)反氣旋渦聚集區(qū)AC3。C4區(qū)內(nèi)發(fā)生的氣旋渦就是斯里蘭卡冷渦，該位置對(duì)應(yīng)著SLA低值中心(圖3a)。冬季，東北季風(fēng)漂流沿著孟加拉灣出口處向西流動(dòng)，該位置也有一氣旋渦聚集區(qū)C7，C7區(qū)內(nèi)氣旋渦主要集中在該區(qū)域東側(cè)(圖3b)。

圖3 孟加拉灣及周邊海域夏季(a)和冬季(b)的渦旋源地分布Fig.3 Distribution of eddy originations in the BOB and adjacent regions in summer(a) and winter(b) (圖中藍(lán)色點(diǎn)代表氣旋渦，紅色點(diǎn)代表反氣旋渦；背景場(chǎng)為孟加拉灣氣候態(tài)SLA分布；C1～C7和AC1～AC6分別指 氣旋渦和反氣旋渦聚集發(fā)生區(qū)。) (Blue dots represent cyclones, red dots represent anticyclones. The shading represents climatological SLA in the BOB. C1-C7 and AC1-AC6 represent cluster of cyclonic originations and anticyclonic originations.)

2.2 不同源區(qū)渦旋的幾何特征和季節(jié)變化比較

通過半徑的歸一化處理，可以得到每個(gè)聚集區(qū)內(nèi)渦旋半徑的生長曲線(圖4和圖5)。生長曲線分為3種類型，一種是快速增長型，渦旋半徑在生命史早期迅速達(dá)到最大值，夏季孟加拉灣西側(cè)的C1區(qū)、AC1區(qū)和季風(fēng)漂流區(qū)內(nèi)的AC3區(qū)以及冬季孟加拉灣西部的C5區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的渦旋有這種特征；第二種是緩慢增長型，渦旋半徑在生命史晚期才達(dá)到最大值，僅夏季C4區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的斯里蘭卡冷渦有這種特征；第三種主要特征是渦旋半徑在近70%的生命期內(nèi)基本不變，冬、夏季安達(dá)曼海最北側(cè)的AC5區(qū)和C2區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的渦旋，冬季季風(fēng)漂流區(qū)內(nèi)的C7區(qū)以及孟加拉灣西部的AC4區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的渦旋均有這種特征。另外，在孟加拉灣西部南側(cè)的AC1區(qū)和C5區(qū)以及安達(dá)曼海最北側(cè)的C2區(qū)和AC5區(qū)，冬、夏季產(chǎn)生的渦旋雖然極性相反，但是渦旋半徑的生長曲線相似；而孟加拉灣西部北側(cè)的C1區(qū)和AC4區(qū)冬、夏季渦旋半徑的生長曲線則不一樣。就半徑大小而言，安達(dá)曼海無論冬、夏季都是最北側(cè)的C2和AC5聚集區(qū)內(nèi)的渦旋半徑最大，而冬、夏季孟加拉灣西部的C5、AC4、AC1、C1區(qū)和夏季季風(fēng)漂流區(qū)內(nèi)的C4、AC3區(qū)都是反氣旋渦半徑比氣旋渦大。

通過振幅的歸一化處理，可以得到每個(gè)聚集區(qū)內(nèi)渦旋振幅的生長曲線(圖6和圖7)。按上文中劃分的3種半徑生長曲線類型來看，夏季孟加拉灣西部的AC1、C1區(qū)，季風(fēng)漂流區(qū)內(nèi)的C4、AC3區(qū)以及冬季季風(fēng)漂流區(qū)內(nèi)的C7區(qū)的渦旋振幅的生長曲線和半徑保持同一類型，而冬季孟加拉灣西部的AC4、C5區(qū)以及安達(dá)曼海最北側(cè)的C2、AC5區(qū)渦旋振幅的生長曲線和半徑的不一致。AC4區(qū)內(nèi)渦漩振幅的生長曲線是快速增長型，C5和AC5區(qū)內(nèi)渦漩振幅的生長曲線都是緩慢增長型，而C2區(qū)內(nèi)渦漩振幅的生長曲線是雙峰結(jié)構(gòu)。就振幅大小而言，安達(dá)曼海無論冬、夏季都是最北側(cè)聚集區(qū)AC5、C2內(nèi)的渦旋振幅最大，而孟加拉灣西部冬、夏季C5、AC4、AC1、C1區(qū)都是反氣旋渦振幅比氣旋渦大，夏季季風(fēng)漂流區(qū)內(nèi)的C4、AC3區(qū)氣旋渦振幅比反氣旋渦大。另外，夏季孟加拉灣西部的C1、AC1區(qū)以及季風(fēng)漂流區(qū)內(nèi)的C4、AC3區(qū)的渦旋振幅比處在東側(cè)安達(dá)曼海的C2、AC2、C3區(qū)的渦旋振幅大，冬季則是孟加拉灣西部的AC4、C5區(qū)渦旋的振幅比季風(fēng)漂流區(qū)內(nèi)的C7區(qū)和安達(dá)曼海的C6、AC5、AC6區(qū)內(nèi)渦旋的振幅大。

圖4 孟加拉灣夏季不同源區(qū)渦旋半徑的生長曲線Fig.4 Evolution of eddies’ radius during their lifetimes in different source regions in the BOB in summer

圖5 孟加拉灣冬季不同源區(qū)渦旋半徑的生長曲線Fig.5 Evolution of eddies’ radius during their lifetimes in different source regions in the BOB in winter

圖6 孟加拉灣夏季不同源區(qū)渦旋振幅的生長曲線Fig.6 Evolution of eddies’ amplitude during their lifetimes in different source regions in the BOB in summer

圖7 孟加拉灣冬季不同源區(qū)渦旋振幅的生長曲線Fig.7 Evolution of eddies’ amplitude during their lifetimes in different source regions in the BOB in winter

通過提取冬、夏季渦旋聚集區(qū)內(nèi)渦旋的生命史可以得到渦旋生命史的概率分布(圖8和圖9)。除了AC1區(qū)內(nèi)反氣旋渦是在70～80 d這個(gè)生命時(shí)段分布最多外，其他聚集區(qū)渦旋的生命史都主要分布在30～40 d這個(gè)時(shí)段。長生命史(>100 d)的渦旋在孟加拉灣西部最多，安達(dá)曼海最少。值得注意的是，生命史在150 d以上的渦旋只存在于孟加拉灣西部，而且主要為冬季AC4區(qū)內(nèi)生成的反氣旋渦。

圖8 孟加拉灣夏季不同源區(qū)渦旋的生命史概率分布Fig.8 Probability distribution of eddies’ lifespan in different source regions in the BOB in summer

圖9 孟加拉灣冬季不同源區(qū)渦旋的生命史概率分布Fig.9 Probability distribution of eddies’ lifespan in different source regions in the BOB in winter

3 討論

3.1 渦旋的冬、夏季差異

本文基于25 a的AVISO中尺度渦數(shù)據(jù)集，研究了孟加拉灣冬、夏季渦旋空間分布特征以及3個(gè)代表性海域的渦旋性質(zhì)，結(jié)果表明孟加拉灣毗鄰海域中尺度渦旋存在顯著的冬、夏季差異和空間差異。以往研究主要探討渦旋數(shù)量的季節(jié)差異，CHEN et al[5]、CUI et al[6]以及常景龍 等[8]的結(jié)果不一致是因?yàn)榻y(tǒng)計(jì)的對(duì)象不同。CHEN et al[5]統(tǒng)計(jì)的是季節(jié)內(nèi)存在的渦，而后兩者統(tǒng)計(jì)的是季節(jié)內(nèi)生成的渦。季節(jié)內(nèi)存在和季節(jié)內(nèi)生成是不一樣的概念，一個(gè)渦旋在一個(gè)季節(jié)內(nèi)只會(huì)有一次生成而卻有多次定位信息。另外，CUI et al[6]和常景龍 等[8]的差別可能源于常景龍 等[8]判斷渦旋時(shí)采用的最小振幅為1 cm，而CUI et al[6]的判斷臨界值偏高。本研究采用的數(shù)據(jù)和常景龍 等[8]較為一致。本文統(tǒng)計(jì)的冬季渦旋共532個(gè)，夏季渦旋457個(gè)，冬季渦旋總數(shù)量比夏季渦旋總數(shù)量多16%，和常景龍 等[8]的結(jié)果相差4%左右。這微小的差距主要是因?yàn)槌＞褒?等[8]研究的是60 d以上的渦旋，而本文分析的是所有生命史時(shí)長的渦旋。因此，不同的渦旋特征識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致了各研究得到的渦旋數(shù)量的季節(jié)差異有很大區(qū)別。本文研究表明孟加拉灣西部、安達(dá)曼海以及在孟加拉灣灣口處季風(fēng)漂流區(qū)附近渦旋分布在冬、夏季相差較大。

為什么不同海域的渦旋在冬、夏兩季會(huì)存在較大的差異呢？第一，可能和SLA的季節(jié)變化有關(guān)。本研究表明，在孟加拉灣西部，渦旋聚集區(qū)與SLA極值區(qū)的位置有較好的一致性。CHEN et al[5]和KURIEN et al[23]都曾證實(shí)斜壓不穩(wěn)定是孟加拉灣西側(cè)渦旋的主要生成機(jī)制，這也就意味著，SLA有可能作為初始擾動(dòng)，通過地轉(zhuǎn)調(diào)整產(chǎn)生準(zhǔn)地轉(zhuǎn)平衡的中尺度渦[24]，中尺度渦通過斜壓不穩(wěn)定從EICC獲得渦旋有效位能，使得擾動(dòng)增長，渦旋有效位能轉(zhuǎn)化為渦動(dòng)能使得中尺度渦進(jìn)一步增強(qiáng)。在孟加拉灣西部能夠產(chǎn)生斜壓不穩(wěn)定的因素有很多，例如EICC季節(jié)內(nèi)的變化導(dǎo)致其影響孟加拉灣西部的程度不同[18-20]，夏季淡水輸入(主要是降水和河流輸入)導(dǎo)致孟加拉灣西北側(cè)海表面鹽度的低值[25]，冬季在孟加拉灣西北部有顯著的逆溫現(xiàn)象[26-27]，這些都能夠產(chǎn)生斜壓效應(yīng)。

第二，可能和冬、夏季季風(fēng)的轉(zhuǎn)變有關(guān)。夏季，西南季風(fēng)在斯里蘭卡東北側(cè)產(chǎn)生很強(qiáng)的正風(fēng)應(yīng)力旋度，正風(fēng)應(yīng)力旋度產(chǎn)生向上的Ekman抽吸，然后通過地轉(zhuǎn)調(diào)整產(chǎn)生準(zhǔn)地轉(zhuǎn)平衡的斯里蘭卡冷渦[4,24]。另外，在西南季風(fēng)漂流區(qū)的南側(cè)和東北季風(fēng)漂流區(qū)的南側(cè)分別有反氣旋渦和氣旋渦產(chǎn)生并聚集。CHEN et al[5]發(fā)現(xiàn)這兩處漂流區(qū)附近均有較強(qiáng)的正壓轉(zhuǎn)換以及斜壓轉(zhuǎn)換現(xiàn)象[28-30]，說明這些渦旋通過正壓不穩(wěn)定或者斜壓不穩(wěn)定從季風(fēng)漂流中獲取渦動(dòng)能或者渦旋有效位能。不過，CHEN et al[5]認(rèn)為此處并沒有很多渦旋，原因之一是在低緯度渦旋變動(dòng)可能表現(xiàn)為其他的信號(hào)；CHELTON et al[10]也曾提出，低緯度的渦旋不容易被捕捉到，可能表現(xiàn)為羅斯貝波的形式。本研究采用的AVISO中尺度渦軌跡數(shù)據(jù)集改進(jìn)了算法，很好地捕捉到季風(fēng)漂流區(qū)南側(cè)聚集產(chǎn)生的渦旋。

第三，可能和局地波動(dòng)相關(guān)。影響安達(dá)曼海動(dòng)力過程的重要因素之一是赤道緯向風(fēng)變動(dòng)所激發(fā)的開爾文波，開爾文波通過格雷特海峽進(jìn)入安達(dá)曼海，沿東邊界向北傳播[31-33]。進(jìn)入安達(dá)曼海的開爾文波可能通過兩種機(jī)制誘發(fā)中尺度渦，一種是通過波峰(或者波谷)處的渦度異常脫落產(chǎn)生渦旋[34-35]，另一種是和安達(dá)曼海內(nèi)的固有頻率通過共振機(jī)制或者其他相互作用產(chǎn)生渦旋[36]，這兩種機(jī)制造成安達(dá)曼海內(nèi)冬、夏季從北往南中尺度渦旋分別以“反氣旋渦-氣旋渦-反氣旋渦”和“氣旋渦-反氣旋渦-氣旋渦”的格局分布。冬、夏季渦旋極性相反可能是因?yàn)椴▌?dòng)傳播的SLA信號(hào)相反(圖2)。以往的實(shí)測(cè)研究和模式研究均證實(shí)了安達(dá)曼海沿岸水位的準(zhǔn)半年波動(dòng)，該波動(dòng)主要受赤道緯向風(fēng)激發(fā)的開爾文波影響，下降流型開爾文波(涌升流型開爾文波)于每年的4—5月(1月)及10—11月(7月)在赤道出現(xiàn)，并通過格雷特海峽進(jìn)入安達(dá)曼海[17,31,37]。

3.2 不同區(qū)域渦旋性質(zhì)探討

本文通過歸一化的半徑、振幅生長曲線以及生命史概率分布對(duì)不同區(qū)域渦旋的性質(zhì)進(jìn)行了研究。根據(jù)渦旋半徑、振幅生長曲線的發(fā)展變化情況，灣內(nèi)的渦旋可分為3種：第一種渦旋是生長迅速但消散緩慢，第二種渦旋是生長緩慢但消散迅速，第三種渦旋在近70%的生命期內(nèi)半徑或者振幅基本不變。生命期變化過程的差別可能源自渦旋生成機(jī)制的區(qū)別。生長緩慢型的渦旋從風(fēng)應(yīng)力旋度輸入得到能量，而生長快速型的渦旋都是從背景流中得到能量，從背景流中得到能量成長的渦旋生長更為迅速。

安達(dá)曼海最北側(cè)聚集區(qū)產(chǎn)生的渦旋不僅在數(shù)量上比南側(cè)兩處聚集區(qū)的多，其半徑和振幅也更大，這可能和波動(dòng)在此復(fù)雜的相互作用有關(guān)；另外，安達(dá)曼海最北側(cè)產(chǎn)生的渦旋冬、夏季半徑的生長曲線有一致性，都是生命史約70%時(shí)間都維持著最大半徑，大小均約為130 km，這可能是由于地形的阻攔限制了渦旋的成長，渦旋無法通過普雷帕里斯海峽，而西側(cè)、北側(cè)、東側(cè)分別有安達(dá)曼-尼科巴島鏈和緬甸陸地的阻攔。

CUI et al[6]、DANDAPAT et al[7]以及常景龍 等[8]都認(rèn)為孟加拉灣內(nèi)氣旋渦的振幅比反氣旋渦振幅大，而半徑比反氣旋渦小。本研究表明不同海域渦旋半徑、振幅大小有不同的特征，不同海域的動(dòng)力環(huán)境差異以及渦旋產(chǎn)生機(jī)制的不同造就了這種現(xiàn)象。不過，在生命史概率分布上，不同海域有著相同的特征，基本都是在30～40 d這個(gè)時(shí)段內(nèi)渦旋數(shù)量最多，CHEN et al[5]、DANDAPAT et al[7]以及常景龍 等[8]也都認(rèn)為孟加拉灣內(nèi)渦旋生命史越短的數(shù)量越多。

4 結(jié)論

本文研究顯示孟加拉灣西部、安達(dá)曼海和孟加拉灣出口處的中尺度渦旋呈現(xiàn)出顯著的季節(jié)性差異(圖10)：(1)在孟加拉灣西部，渦旋聚集區(qū)的季節(jié)變化與SLA極值區(qū)的季節(jié)變化對(duì)應(yīng)。(2)安達(dá)曼海在冬、夏季均大致有3個(gè)渦旋聚集區(qū)。夏季，從北往南依次為氣旋渦、反氣旋渦以及氣旋渦，渦旋數(shù)量比約為3∶2∶1；冬季，渦旋聚集區(qū)從北往南依次是反氣旋渦、氣旋渦以及反氣旋渦，渦旋數(shù)量比近似為3∶1∶1。(3)在孟加拉灣出口處，夏季西南季風(fēng)漂流區(qū)的南側(cè)有反氣旋渦產(chǎn)生并聚集，其北側(cè)是斯里蘭卡冷渦聚集區(qū)；而冬季東北季風(fēng)漂流區(qū)的南側(cè)有氣旋渦產(chǎn)生聚集。

孟加拉灣及其毗鄰海域內(nèi)，生命史為30～40 d的渦旋數(shù)量最多，生命史在100 d以上的渦旋主要分布在孟加拉灣的西部。不同源區(qū)渦旋的生長過程也有明顯差異和季節(jié)變化。孟加拉灣西部的渦旋在夏季生長迅速但消散緩慢，而冬季半徑和振幅生長曲線并不同步；斯里蘭卡冷渦生長緩慢但消散迅速，西南季風(fēng)漂流區(qū)南側(cè)聚集的反氣旋渦生長迅速但消散緩慢，東北季風(fēng)漂流區(qū)聚集的氣旋渦生命史約70%時(shí)間都維持著最大半徑。不同源區(qū)渦旋半徑、振幅大小有不同的特征。孟加拉灣西部，無論冬、夏季，反氣旋渦的振幅、半徑都比氣旋渦大；夏季季風(fēng)漂流區(qū)，氣旋渦半徑比反氣旋渦小，但是振幅比反氣旋渦大；安達(dá)曼海內(nèi)無論冬、夏季都是最北側(cè)聚集區(qū)渦旋的半徑和振幅最大。

圖10 孟加拉灣西部、南部及安達(dá)曼海分別在夏季(a)和冬季(b)的表層地轉(zhuǎn)流場(chǎng)以及渦旋分布示意圖Fig.10 Schematic of sea surface geostrophic current and mesoscale eddies in the western BOB, the southern BOB, and the Andaman Sea in summer(a) and winter(b) (黑色箭頭代表海表地轉(zhuǎn)流方向，藍(lán)色逆時(shí)針圓圈代表氣旋式中尺度渦，紅色順時(shí)針圓圈代表反氣旋式中尺度渦。) (The black arrows represent geostrophic current, the blue counterclockwise circles represent cyclones, the red clockwise circles represent anticyclones.)