夏浩峰,吳克儉*,李·瑞,邢·碩

(1.中國(guó)海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院,山東青島266100;2.中國(guó)交通運(yùn)輸部水運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院,天津300000)

海浪(波浪)是海-氣界面間最常見(jiàn)的小尺度波動(dòng),具有空間連續(xù)性與時(shí)間累積性。海浪會(huì)持續(xù)作用于上層海洋動(dòng)力(熱力)過(guò)程,對(duì)海洋大尺度質(zhì)量(熱量)輸運(yùn)過(guò)程產(chǎn)生顯著影響,即波浪大尺度效應(yīng)。

浪致Stokes漂流[1]本質(zhì)是因非線性表面重力波的軌跡不閉合,在質(zhì)點(diǎn)前進(jìn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生隨深度變化的Lagrange位移。Stokes漂流是浪-流相互作用和波浪大尺度效應(yīng)的基礎(chǔ)源項(xiàng)。Stokes漂流與海表面風(fēng)(Sea Surface Wind,SSW)、平均流相互作用,在海洋模式中被參數(shù)化為Stokes-Vortex方案(Craik和Leibovich[2],McWilliams等[3],Uchiyama等[4-5]和Kumar等[6])和Stokes-Radiation方案(Mellor[7-10]和Lane[11])。Hasselmann[12]指出Stokes漂流受大尺度行星渦度力作用產(chǎn)生Coriolis-Stokes力,波浪大尺度效應(yīng)即通過(guò)該過(guò)程實(shí)現(xiàn)。Kenyon[13]提出波浪輸運(yùn)對(duì)海洋上層流動(dòng)的影響堪比Ekman輸運(yùn),隨后Weber[14],Jenkins[15]得到了類(lèi)似的結(jié)論。Mcwilliams和Restrep[16]對(duì)Coriolis-Stokes力進(jìn)行平均,從體積守恒的角度證實(shí)了大尺度Stokes輸運(yùn)效應(yīng)的合理性。此后,Polton等[17],Liu等[18],Wu和Liu[19],Wu等[20],Bi等[21]和Deng等[22],先后量化了Coriolis-Stokes大尺度能量輸運(yùn):波浪對(duì)Ekman層的能量輸入占風(fēng)輸入20%以上,在Ekman體系中貢獻(xiàn)超過(guò)50%。

Zhang等[23]、Shi等[24]發(fā)現(xiàn)南極繞極流(Antarctic Circumpolar Current,ACC)區(qū)域海浪低頻信號(hào)與南極繞極波(Antarctic Circumpolar Wave,ACW,White和Peterson[25])具有相似性。ACW 是ACC區(qū)域的一個(gè)低頻東傳的年際(約4 a)周期信號(hào),存在于海表面氣壓、SST 和徑向風(fēng)應(yīng)力的距平場(chǎng)中,二者區(qū)別在于東傳的波浪信號(hào)在澳大利亞與南美大陸會(huì)轉(zhuǎn)折方向。Chen等[26]通過(guò)衛(wèi)星數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)近岸“涌浪池”,Deng等[22]解釋了形成“涌浪池”的機(jī)制,即波浪傳播過(guò)程遇到地形阻擋而改變傳播方向并沿岸堆積。波浪熱輸運(yùn)對(duì)大洋熱量再分配有顯著影響,Zhang[23]結(jié)合三維混合層熱量守恒方程,量綱分析得出中高緯度海洋平流熱與波浪熱輸運(yùn)為同一量級(jí);Shi等[24]通過(guò)數(shù)據(jù)分析,定性得到赤道太平洋SST 異常與波浪輸運(yùn)的關(guān)系。

印度洋海陸位置較為特殊,Walker環(huán)流、橫向季風(fēng)環(huán)流和側(cè)向季風(fēng)環(huán)流都匯于此,其海表面溫度(Sea Surface Temperature,SST)異常與亞澳季風(fēng)、ENSO 循環(huán)及非洲季風(fēng)都有潛在聯(lián)系。根據(jù)赤道印度洋海溫異常特征,Saji等[27]提出了印度洋偶極子模態(tài)(Indian Ocean Dipole Mode,IOD)的概念:IOD 為印度洋SST異常的第二模態(tài),屬熱帶印度洋SST異常的低頻信號(hào),呈東—西反位相分布;IOD指數(shù)為IOD1區(qū)(50°～70°E,10°S～10°N)與2區(qū)(90°～110°E,10°S～0°)的平均SST 距平之差。此外,IOD 也是一個(gè)緯向的季節(jié)性模態(tài),具有顯著的季節(jié)鎖相性(LeBlanc和Boulanger[28])。

以上前人工作表明:1)波浪的長(zhǎng)周期低頻信號(hào)與大尺度海溫變化有潛在聯(lián)系;2)中高緯度涌浪經(jīng)向熱輸運(yùn)對(duì)于赤道海溫變化的貢獻(xiàn)不可忽略。同時(shí)ECMWF 資料顯示,受封閉的海陸位置影響,在印度洋中高緯度地區(qū)同樣存在長(zhǎng)周期涌浪。結(jié)合以上事實(shí),本研究利用波浪參數(shù)以及SST,SSW 等權(quán)威機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)對(duì)印度洋波浪輸運(yùn)、Stokes漂流作定性分析和定量估算,結(jié)合各類(lèi)資料分析方法深入研究印度洋的波浪大尺度效應(yīng)與SST 異常的關(guān)聯(lián)。

1 數(shù)據(jù)與方法

在本文分析中,波浪參數(shù)(包括有效波高、波向、周期等)、SSW 和SST 等來(lái)自于歐洲中尺度氣候預(yù)報(bào)中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)。ECMWF發(fā)布的數(shù)據(jù)由海洋模式、衛(wèi)星資料,通過(guò)同化-再分析的方法獲得。該中心目前提供的數(shù)據(jù)集包括:ERA5,ERA-Interim,ERA-20C,ERA-20CM,CERA-20C等。本文選擇的最新CERA-20C數(shù)據(jù)集是ERA-20CM 和ERA-20C數(shù)據(jù)集的最終版本(https:∥www.ecmwf.int/en/newsletter/150/meteorology/cera-20c-earth-system-approach-climate/),同化了20世紀(jì)全球SLP(Sea Level Pressure),SSW 觀測(cè)和溫鹽剖面等資料,修正了之前版本的誤差。另外,垂向海溫分層數(shù)據(jù)來(lái)源于SODA(Simple Ocean Data Assimilation,SODA)的再分析數(shù)據(jù)[29]。本文采用了時(shí)間跨度為1970—2009年的月平均數(shù)據(jù),分辨率為0.75°×0.75°。由于IOD 事件具有多樣性且存在不同時(shí)間尺度,本文采取的資料分析方法主要包括:帶通濾波、EOF分解、周期分析、合成分析和超前滯后相關(guān)。本文的相關(guān)計(jì)算中,波浪誘導(dǎo)Stokes漂流[30]表示為

式中,a為波振幅,k為單頻深水重力波的波數(shù)為表層流動(dòng),w為波頻為波傳播方向的單位矢量。Stokes漂流以及水體輸運(yùn)方向與波向一致,根據(jù)深度積分,相對(duì)應(yīng)波浪輸運(yùn)為

T為波浪的平均周期,波浪輸運(yùn)單位為m2/s。另Ekman輸運(yùn)公式如下

式中,f為科氏力系數(shù),ρ為海水平均密度,Z 為單位垂矢量代表的是海表面風(fēng)應(yīng)力。結(jié)合海溫梯度變化,Stokes漂流經(jīng)斷面熱通量表達(dá)為

式中,dx,dz為隨深度斷面的積分;Cp為熱容量。隨著Stokes流速變化,浪致熱輸運(yùn)為

式中,lon1,lon2代表斷面經(jīng)度范圍;t1,t2為緯度方向的海水位溫。

2 結(jié)果與分析

2.1 印度洋波浪場(chǎng)概況

理論上,波浪平均周期越大,風(fēng)向、浪向夾角越大,涌浪指標(biāo)越高。圖1 為印度洋波浪周期、浪向以及風(fēng)向的40 a平均。赤道印度洋平均波周期約為7 s左右;隨緯度增大,最大周期出現(xiàn)在30°～40°S澳洲大陸西岸,整體超過(guò)9 s,最大周期接近10 s;40°S向南的ACC區(qū)域,周期略降,平均為9 s左右。風(fēng)向與浪向偏差最大(最高可達(dá)90°)的區(qū)域同樣在30°～40°S附近,與周期最高的區(qū)域一致。以此粗略判斷,印度洋南半球涌浪主要集中在30～40°S附近,東傳的波浪受澳洲大陸地形影響在大陸西岸堆積形成涌浪池,并出現(xiàn)北向分量。

圖1 印度洋波向、風(fēng)向以及波浪周期的多年平均態(tài)Fig.1 The mean state of wave direction,wind direction and wave period in the Indian Ocean

2.2 波浪輸運(yùn)

2.2.1 波浪輸運(yùn)距平特征

對(duì)原始數(shù)據(jù)通過(guò)帶通濾波(1～6a)過(guò)濾掉高頻信號(hào)后進(jìn)行EOF分析,初步探索波浪輸運(yùn)的空間分布以及長(zhǎng)周期特征。波浪輸運(yùn)前2個(gè)模態(tài)方差貢獻(xiàn)依次為38.27%與24.79%,而第3模態(tài)之后均小于10%,因此前2個(gè)模態(tài)可以代表其主要變化。

圖2表示各模態(tài)的空間結(jié)構(gòu)。總體上,2個(gè)模態(tài)均呈現(xiàn)明顯的反相位振蕩,且均存在明顯的經(jīng)緯向梯度。區(qū)別在于第1模態(tài)呈南—北向振蕩,第2模態(tài)呈現(xiàn)東—西向振蕩;第1模態(tài)的反相位振蕩主要集中在中高緯度(30°～60°S)區(qū)域,在45°S處由負(fù)相位轉(zhuǎn)變?yōu)檎辔?第2模態(tài)的緯向振蕩幾乎橫跨了整個(gè)印度洋,其中正、負(fù)相位的變異中心分別位于西部馬達(dá)加斯加的東南海域和東部高緯度澳洲大陸沿岸。接下來(lái),對(duì)波浪輸運(yùn)異常和IOD 指數(shù)序列分別進(jìn)行多模態(tài)周期分析。本部分將IOD 指數(shù)作為赤道印度洋的海表面溫度異常變化的指標(biāo),并將其主周期與波浪輸運(yùn)主要空間變化的周期進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如圖3所示。熱帶印度洋SST異常的顯著周期分別為3.1,4.0和5.8 a;而波浪輸運(yùn)的主周期第1模態(tài)為3.1,4.0和5.0 a,第2模態(tài)為2.6,4.0和5.8 a,第3模態(tài)為3.6和4.0 a。

圖3 波浪輸運(yùn)第1,2,3模態(tài)時(shí)間序列的顯著周期與IOD 指數(shù)振蕩主周期Fig.3 Main periods of Stokes transport(modes 1-3)and IOD index in the Indian Ocean

2.2.2 波浪輸運(yùn)與Ekman輸運(yùn)

圖4為Ekman輸運(yùn)與波浪輸運(yùn)在東—西方向分量與南—北方向分量的空間分布。圖4a,4c表示緯向輸運(yùn),總體上Ekman輸運(yùn)與波浪輸運(yùn)方向均是低緯度向西,隨緯度升高量值逐漸減少至0,隨后方向變?yōu)橄驏|。緯向Ekman輸運(yùn)最大值出現(xiàn)在10°S鄰近澳大利亞大陸處,量值達(dá)到-1.5 m2/s;最小量值(0點(diǎn))出現(xiàn)在40°S附近;緯向的波浪輸運(yùn)分布則表現(xiàn)為更具有梯度性,相位改變出現(xiàn)在30°S,最大輸運(yùn)量出現(xiàn)在50°S左右,量值同樣達(dá)到1.5 m2/s。圖4b,4d表示南—北方向Ekman,Stokes的經(jīng)向水體輸運(yùn)。在位相上,經(jīng)向與緯向輸運(yùn)分布幾乎一致,經(jīng)向Ekman輸運(yùn)與緯向比,最明顯的差異在于整體輸運(yùn)速度、范圍明顯增大,負(fù)相位最大值在30°S以?xún)?nèi)的絕大部分區(qū)域。經(jīng)向的波浪輸運(yùn)分布同樣呈均勻帶狀,但整體上弱于緯向輸運(yùn),最大值出現(xiàn)在澳大利亞西部沿岸位置。

圖4 Ekman輸運(yùn)(m2/s)與波浪輸運(yùn)(m2/s)在東—西和南—北向的平均分布對(duì)比Fig.4 Comparison of averaged zonal/meridional wave-induced transport and Ekman transport

圖4清晰表明印度洋波浪輸運(yùn)與風(fēng)驅(qū)動(dòng)Ekman輸運(yùn)達(dá)到同一量級(jí),在澳大利亞沿岸北向的波浪輸運(yùn)最大,在30°～40°S附近甚至強(qiáng)于Ekman輸運(yùn)。圖2中第2模態(tài)正、負(fù)異常中心分別對(duì)應(yīng)著IOD1區(qū)和2區(qū),存在明顯的東西向振蕩且梯度性明顯,而IOD 模態(tài)也是SST 異常的第2模態(tài);圖3的周期分析表明熱帶印度洋IOD 指數(shù)的顯著年際周期與波浪輸運(yùn)距平主周期相似度較高。這些事實(shí)都表明波浪輸運(yùn)與赤道SST異?？赡艽嬖跐撛诼?lián)系。

2.3 Stokes漂流異常

2.3.1 東—西、南—北方向Stokes漂流異常

圖5a代表緯向Stokes漂流異常模態(tài),緯向Stokes前2模態(tài)空間分布都帶有明顯南—北相位振蕩,正異常明顯強(qiáng)于負(fù)異常且均集中在ACC區(qū)域。第1模態(tài)負(fù)相位較強(qiáng),集中在30°～45°S附近;第2模態(tài)負(fù)相位較弱靠近IOD1區(qū)。經(jīng)向異常(圖5b)前2模態(tài)中存在顯著東—西相位振蕩,正負(fù)異常中心均位于中緯度25°～40°S范圍,Stokes經(jīng)向異常第1,2模態(tài)呈現(xiàn)出顯著的緯向梯度,存在與IOD 相似的空間振蕩,并對(duì)應(yīng)兩個(gè)IOD 指數(shù)區(qū)域的經(jīng)度區(qū)間。

圖6所示的時(shí)間序列說(shuō)明,Stokes漂流異常的時(shí)間序列與IOD 指數(shù)都存在振蕩較大的年份,在東—西方向和北—南方向上明顯存在著多尺度的周期信號(hào),尤其在第2模態(tài)中,Stokes異常既存在低頻變化規(guī)律,同時(shí)也存在著鮮明的年內(nèi)信號(hào)。二者區(qū)別如下:1)緯向異常的振幅整體上高于經(jīng)向;2)經(jīng)向異常曲線頻率高于緯向;3)IOD 指數(shù)與Stokes經(jīng)向、緯向異常都有相對(duì)應(yīng)的振蕩峰值出現(xiàn),IOD 的峰值與Stokes的峰值存在明顯的時(shí)間滯后性;其中緯向異常的滯后時(shí)間要高于經(jīng)向,且第2模態(tài)表現(xiàn)最為明顯。

圖5 EOF分析南半球印度洋Stokes漂流異常在東—西、南—北方向分量的前3個(gè)模態(tài)的空間分布Fig.5 Spatial distribution of the first 3 EOF modes of zonal/meridional Stokes drift anomalies in the Indian Ocean

圖6 Stokes漂流異常的東—西、南—北方向分量的時(shí)間序列(取模態(tài)1和2)Fig.6 The time series associated with the first two EOF modes of the zonal/meridional Stokes drift anomalies in the Indian Ocean

2.3.2 Stokes漂流異常與IOD 指數(shù)的潛在關(guān)系

選取資料的40 a內(nèi)共發(fā)生過(guò)9次IOD 正事件(p-IOD),8次負(fù)事件(n-IOD);根據(jù)IOD 事件與El Ni?o(La Ni?a)的關(guān)系,IOD 可分類(lèi)為第一類(lèi)共生型(IOD-Ⅰ)和第二類(lèi)滯后型(IOD-Ⅱ)[31]。其中第一類(lèi)觸發(fā)機(jī)制為Walker環(huán)流異常,屬大尺度天氣事件;第二類(lèi)觸發(fā)機(jī)制為溫度梯度引發(fā)的自身海氣相互作用,更易受到海水自身運(yùn)動(dòng)的影響[31]。將2類(lèi)正負(fù)IOD 事件發(fā)生年及前后6個(gè)月(共24個(gè)月)IOD 序列與Stokes漂流異常進(jìn)行合成平均。前部分Stokes漂流異常的空間分布結(jié)果顯示緯向異常集中在ACC區(qū)域(40°～60°S),經(jīng)向異常多集中于25°～40°S中緯度區(qū)域,本部分要根據(jù)這些區(qū)域中異常值的時(shí)間序列探究Stokes漂流異常與各類(lèi)IOD 事件潛在的聯(lián)系性。分別將各類(lèi)IOD 年中合成平均后的Stokes異常各方向各模態(tài)時(shí)間變化與對(duì)應(yīng)的IOD 指數(shù)序列進(jìn)行相關(guān)分析,發(fā)現(xiàn)IOD 指數(shù)序列恰與Stokes漂流異常(緯向、經(jīng)向)第2模態(tài)表現(xiàn)出最強(qiáng)的相關(guān)性以及合理的超前/滯后性。

圖7a為Stokes漂流在ACC區(qū)域的東—西分量異常在不同類(lèi)IOD 事件中的相關(guān)性,圖例中曲線依次代表所有IOD 年、IOD 正/負(fù)年(p-IOD/n-IOD)、第二類(lèi)IOD 正/負(fù)年(p-IOD-Ⅱ/n-IOD-Ⅱ)。整體上各類(lèi)正、負(fù)事件的最大值均出現(xiàn)在超前6個(gè)月的位置且正年份的曲線振幅明顯小于負(fù)年份,與Shi[24]關(guān)于南大洋波浪輸運(yùn)對(duì)熱帶太平洋海溫異常影響的研究相一致。特別地,p-IOD-Ⅱ/n-IOD-Ⅱ的相關(guān)曲線變化趨勢(shì)與p-IOD/n-IOD 一致,最大值出現(xiàn)的位置也大致相同;區(qū)別在于第二類(lèi)IOD 呈現(xiàn)出的相關(guān)度明顯高于所有IOD 平均,在n-IOD-Ⅱ類(lèi)事件的相關(guān)度達(dá)到最高,系數(shù)接近0.6。圖7b為中緯度Stokes經(jīng)向異常在不同類(lèi)IOD 事件中的相關(guān)性。各類(lèi)IOD 年的相關(guān)曲線的關(guān)系總體上與圖7a類(lèi)似:正年份的曲線振幅明顯小于負(fù)年份,且同樣n-IOD-Ⅱ年相關(guān)性達(dá)到最高,最大值約為0.7。與緯向異常不同的是相關(guān)性最高的位置對(duì)應(yīng)為超前3個(gè)月,即提前IOD 事件3個(gè)月發(fā)生的經(jīng)向輸運(yùn)異常;相同的位置正事件中也達(dá)到最大的負(fù)相關(guān)。

圖7 不同類(lèi)型IOD 事件中,Stokes漂流異常的東西、南北分量的第2模態(tài)時(shí)間序列與IOD 指數(shù)的關(guān)系Fig.7 Correlations between the second modes of zonal/meridional Stokes drift anomalies and IOD index in different IOD events

2.4 浪致經(jīng)向熱輸運(yùn)

根據(jù)式(6)計(jì)算流經(jīng)30°S緯線斷面的經(jīng)向浪致熱輸運(yùn)以及Ekman熱輸運(yùn),經(jīng)度范圍對(duì)應(yīng)IOD1區(qū)(50°～70°E)。斷面空間分布月變化和總量月變化分別在圖8和圖9中給出。

圖8a代表了Ekman熱輸運(yùn);圖8b,8c分別代表了p-IOD,n-IOD 的浪致熱輸運(yùn)的月變化;考慮到前文分析n-IOD-Ⅱ中1區(qū)海溫變化率減小及其所引發(fā)的冷異常與負(fù)年份中IOD 事件的形成有直接關(guān)系,圖8d量化n-IOD-Ⅱ中浪致熱輸運(yùn)的季節(jié)變化。Ekman經(jīng)向熱輸運(yùn)季節(jié)性明顯,正負(fù)相位在4月有明顯轉(zhuǎn)變,輸運(yùn)由正變負(fù)且正熱輸運(yùn)沿經(jīng)度的變化不大;其中在1—4月內(nèi)熱輸運(yùn)都為正,最大值出現(xiàn)在2—3月份,達(dá)到0.04 PW;4月份之后正的熱輸運(yùn)消失。Stokes輸運(yùn)則全年一致為負(fù)熱輸運(yùn),表明中緯度向赤道方向的波浪輸運(yùn)為冷輸運(yùn)。Stokes經(jīng)向熱輸運(yùn)月變化大致呈梯度分布,7月之前輸運(yùn)量明顯大于7月之后;在全年則呈現(xiàn)出隨時(shí)間減少的趨勢(shì),最大值均為-0.055 PW 以上。3類(lèi)IOD 事件中波浪熱輸運(yùn)的變化趨勢(shì)從左到右最大值出現(xiàn)的位置幾乎一致;在最大值的空間分布上,從左到右依次增大,圖8c,8d中IOD 負(fù)事件內(nèi)最大值占的區(qū)域明顯大于圖8b,同時(shí)圖8d也略大于圖8c。此現(xiàn)象表明,n-IOD(尤其n-IOD-Ⅱ)中北向Stokes漂將更多冷水輸送到區(qū)域50°～70°E,促進(jìn)IOD1區(qū)負(fù)SSTA 形成,并促進(jìn)IOD 指數(shù)增大。

圖8 水平經(jīng)向熱通量斷面(50°～70°E,30°S)分布月變化Fig.8 Variation of the advective thermal flux along the cross-section(50°～70°E,30°S)

圖9為Ekman熱輸運(yùn)與各類(lèi)IOD 事件年中浪致熱輸運(yùn)斷面分布的月變化。浪致熱通量與Ekman 熱通量在方向、量值變化上有明顯的不同。浪致輸運(yùn)方向全年向北,且在此區(qū)域北向凈輸運(yùn)全年高于Ekman輸運(yùn),尤其是7月份(IOD 事件形成月份)之前對(duì)IOD1區(qū)海溫變化率的貢獻(xiàn)要遠(yuǎn)超Ekman輸運(yùn)。7月份之前,n-IOD-Ⅱ中Stokes熱輸運(yùn)出現(xiàn)的最大值可達(dá)1.8 PW,而Ekman最大值出現(xiàn)在7月之后,達(dá)到-1.3 PW。

圖9 水平經(jīng)向熱通量斷面(50°～70°E,30°S)總量變化Fig.9 Annual circle of the total heat flux across the section(50°～70°E,30°S)

3 討 論

波浪輸運(yùn)各模態(tài)周期分析結(jié)果顯示波浪輸運(yùn)與IOD 指數(shù)主周期有很高的相似度,同時(shí)結(jié)合前2個(gè)模態(tài)分別展現(xiàn)了顯著的東—西、南—北異常振蕩,我們有理由認(rèn)為印度洋中高緯度的波浪輸運(yùn)與赤道印度洋海溫異?？赡艽嬖陉P(guān)系。Stokes漂流異常第2模態(tài)與熱帶SST 異常第2模態(tài)(IOD 指數(shù))相關(guān)性結(jié)果顯示:無(wú)論經(jīng)向還是緯向輸運(yùn),漂流異常中心的時(shí)間序列均在n-IOD-Ⅱ類(lèi)年達(dá)到最高相關(guān)度。緯向異常超前于IOD 事件6個(gè)月,經(jīng)向異常超前3個(gè)月。對(duì)于超前時(shí)間的不同可猜測(cè):1)25～40°S區(qū)域距離SST 異常區(qū)域近,北向波浪輸運(yùn)攜帶高緯度的冷水源源不斷地向赤道印度洋輸運(yùn)冷水,超前的時(shí)間比ACC的信號(hào)更短;2)結(jié)合Stoke經(jīng)向異常第2模態(tài)的空間分布,浪致輸運(yùn)對(duì)IOD1區(qū)為冷輸運(yùn),對(duì)2區(qū)為熱輸運(yùn),造成2個(gè)區(qū)域的熱通量的差異,促進(jìn)IOD 指數(shù)增大。

從量綱上看,波浪輸運(yùn)不足以成為誘發(fā)第二類(lèi)IOD 負(fù)事件的直接原因,但可以成為其中一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。圖10、圖11和圖12分別代表n-IOD-Ⅱ事件期間Stokes輸運(yùn)在ACC區(qū)域緯向異常、中緯度區(qū)域經(jīng)向異常和同期赤道印度洋平均海溫異常的相位變化(圖中“0”代表當(dāng)年,“1-”、“1+”分別代表上一年和后一年)。赤道印度洋海溫異常4月(0)初步呈現(xiàn)西負(fù)東正,對(duì)應(yīng)一致,1月(0)中緯度Stokes經(jīng)向異常也表現(xiàn)出了西正東負(fù)的分布;7月(0)負(fù)IOD 模態(tài)出現(xiàn),經(jīng)向異常在4月(0)也表現(xiàn)出更加顯著的東—西差異;而在10月(0)熱帶IOD 模態(tài)負(fù)異常開(kāi)始減弱,即將消亡的時(shí)候,7月(0)波浪經(jīng)向輸運(yùn)緯向差異也隨之減弱。在n-IOD-Ⅱ當(dāng)年變化過(guò)程中,Stokes在高緯度緯向異常的相位也存在延遲6個(gè)月的對(duì)應(yīng)一致性。浪致輸運(yùn)對(duì)n-IOD-Ⅱ事件貢獻(xiàn)機(jī)制可猜測(cè):在事件形成前6個(gè)月,ACC 區(qū)域東傳的波浪在風(fēng)區(qū)、陸地的作用下產(chǎn)生北向的分量,在局地呈現(xiàn)出負(fù)相位異常;涌浪傳播到中緯度,北向涌浪的經(jīng)向輸運(yùn)分布展現(xiàn)出西正東負(fù)的態(tài)勢(shì),從而對(duì)2個(gè)區(qū)域熱通量造成差異。

圖10 第二類(lèi)IOD 負(fù)事件中Stokes東—西異常的ACC區(qū)域分布Fig.10 Spatial distribution of the zonal Stokes drift anomalies in the ACC for n-IODs-Ⅱ

4 結(jié) 論

本文利用波浪參數(shù)及SSW,SST 和混合層海溫等數(shù)據(jù),通過(guò)多種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)手段,結(jié)合前人對(duì)南極繞極波、南半球涌浪及其輸運(yùn)特征以及熱帶印度洋IOD 事件統(tǒng)計(jì)分類(lèi)方面的研究,將印度洋南半球波浪輸運(yùn)與赤道印度洋SST 異常相聯(lián)系。主要結(jié)論如下:

1)熱帶印度洋波浪輸運(yùn)主模態(tài)周期與IOD 指數(shù)的振蕩周期高度相似,同時(shí)中緯度Stokes漂流的空間場(chǎng),存在類(lèi)似熱帶IOD 模態(tài)的東—西異常振蕩。

2)負(fù)IOD 事件尤其是發(fā)生在La Ni?a次年的IOD 負(fù)事件中,Stokes漂流異常與IOD 指數(shù)的相關(guān)性最強(qiáng)。其中,ACC區(qū)域的緯向異常最高相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.6,超前6個(gè)月;25～40°S區(qū)域經(jīng)向異常最高相關(guān)系數(shù)約0.7,超前3個(gè)月。

3)中緯度北向的浪致熱輸運(yùn)全年高于Ekman 熱輸運(yùn),La Ni?a次年的IOD 負(fù)事件中最高量值達(dá)到-1.8 PW。波浪輸運(yùn)異常與SST 異常在相位上存在對(duì)應(yīng)一致性。

本研究的數(shù)據(jù)分析有其局限性,對(duì)各參量?jī)H包含定性分析和估算。波浪對(duì)于海溫的影響途徑存在更多方式,浪致輸運(yùn)效應(yīng)只是其中之一,在一個(gè)包含大氣、海洋和波浪的耦合模式中將風(fēng)-浪-流間的相互作用耦合,從局地到整個(gè)海盆內(nèi)探究波浪對(duì)于SST 甚至對(duì)于氣候的潛在貢獻(xiàn),是下一步需進(jìn)行的工作。