|
一、引言 Argo计划是指分布在全球海洋中3800余个自由浮标阵列所组成的全球性实时海洋观测网，用于测量海洋上2000m海水的温度、盐度剖面和海流，以帮助人类应对全球气候变化，提高防灾抗灾能力，以及准确预测诸如发生在太平洋的台风和厄尔尼诺等极端天气/海洋事件等。Argo计划是有史以来第一次对上层海洋的温盐剖面及海水流动情况进行连续监测，并将数据实时公开，我国剖面浮标的研究工作始于“九五”计划末期，已研究解决剖面浮标的数项关键技术。包括我国在内的众多国家现已参与到Argo计划中，我国Argo计划自2002年初组织实施以来，已经在太平洋、印度洋等海域投放了376个Argo剖面浮标，目前有105个浮标仍在海上正常运行。每年可为海洋数值模式的预报效果验证、水文垂直变化、环流特征、中尺度涡旋等海洋研究提供海水温盐实时观测数据10万组以上，这是以往所有海洋调查计划所无法比拟的。
随着我国海军赴亚丁湾护航逐渐常态化，从南中国海穿越印度洋通往欧洲、中东与非洲的西南航线，成为对我国国民经济至关重要的海上航路，为确保我国日益扩大的海外贸易与投资权益，研究印度洋尤其是亚丁湾等重要海区的海洋环境特征变得越来越重要。由于我国距离亚丁湾有近万海里，长期利用船舶进行海洋调查并不经济也不现实，因此Argo浮标的实时监测数据成为最好的海洋学研究资料来源。目前还未见有对亚丁湾海区海洋水文特征进行的系统研究，开展相关分析对我海上航路的安全利益有着重要意义。 本文将对投放在亚丁湾东部海区的Argo浮标所测得的数据进行分析，侧重于Argo浮标的漂移特征及中上层温盐结构，所得结果将有助于系统了解亚丁湾中上层海洋的温盐结构及海流的特征。
) P& e7 r+ ]; ~( r6 o4 _; z Z* u, B
二、研究海区概况 研究海区位于亚丁湾东部的阿拉伯海。也门索科特拉岛在阿拉伯半岛以南约350ｋm，非洲之角索马里以东，阿拉伯海与亚丁湾的交接处。曼德海峡将红海与亚丁湾联接起来，由于红海、亚丁湾和阿拉伯海之间海水大量对流，加之该海区强烈的蒸发作用及受季风影响，水体结构十分复杂。平均水深3600m，索马里东南海域为深水区，最深处水深达5298m。 利用WOA气候态数据得到的研究海区表层海水气候态温度呈东北－西南走向，基本与阿拉伯半岛岸线平行，常年平均水温在24℃～30℃之间，近岸水温低大洋水温高。表层海水气候态盐度近岸高大洋低，常年平均盐度在34～37之间，这是红海与波斯湾高盐水溢入阿拉伯海所致。 北印度洋是季风区，上层海洋环流有着明显的季节变化，夏季索马里沿岸有较强的顺时针流涡。利用SODA流场数据得到的研究海区气候态表层流场空间分布(见图1)显示，气候态海流基本沿索马里－阿拉伯半岛海岸由西南向东北流去，这是具有季节变化的索马里流，而在索马里东岸也确实存在着一个很强的顺时针流涡，近岸流速可达0.7m/ｓ以上。根据地转关系，表层流场右侧为高温区，东北向海流将红海溢出的高温高盐水携带至东北部，这与表层温盐场特征是一致的。
图1 研究海区气候态表层流场空间分布示意图 三、浮标资料分析 ⒈资料来源 本文所用资料包括：中国Argo实时资料中心提供的2901509号浮标资料，浮标位于亚丁湾东侧的阿拉伯海，时间跨度2011年11月14日～2016年6月16日，各剖面时间间隔为4天。 美国海洋大气局(NOAA)海洋学数据中心(NODC)提供的2013年版世界海洋图集(WOA13)气候态海水表层温盐资料，为基于历史海洋观测数据的客观分析数据场，分辨率为0.25°×0.25°。美国马里兰大学提供的简单海洋数据同化分析(SODA)表层流场数据，属于海洋模式同化资料，利用1980～2015年共36年数据求得气候态表层流场，分辨率为1°×1°。 ⒉漂移特征 2011年11月12～26日，由国家海洋环境预报中心牵头、海洋二所参与的海洋公益性行业科研专项经费项目“印度洋海域海洋环境数值预报系统研制与示范”出资购置的10台APEX型Argo剖面浮标，成功布放在印度洋及亚丁湾海域。目前，这些浮标已通过Argoｓ卫星系统成功传回观测数据，并通过“中国Argo实时资料中心”网站实时共享。所有数据均已通过删除奇异值、毛刺等办法进行了质量控制，无不可靠数据。 选择观测剖面最多(共420条)、连续性最好的2901509号浮标进行具体研究，观测时间跨度为2011年11月14日～2016年6月16日，4天观测一次温盐剖面，观测层数为65层，其中0～100m水深观测间隔为5m，100～360m水深观测间隔为10m，360～500m水深观测间隔为20m，500～700m水深观测间隔为50m，700～1500m水深观测间隔则为100m。 2901509号浮标的漂移轨迹与该海区气候态流场十分吻合，见图2，先沿阿拉伯半岛岸界向北－东北漂移，接着转向东南，深入阿拉伯海。期间，不时出现气旋或者反气旋式旋转路径，这是该海区多中尺度涡旋的直接表现。
图2 第2901509号浮标漂移轨迹示意图 ⒊温盐剖面特征 2901509号浮标观测的420条海水温盐垂直剖面集合图显示见图3，海水温度垂直剖面呈典型的“马尾型”，从表层的25℃～30℃快速下降到300m层附近的12℃左右，300m层以深海水温度递减幅度明显缩小，到1500m层达到5℃左右，该海区温跃层深度在200m左右。海水盐度垂直剖面从表层至1500m层呈二低一高的分布趋势，低盐区出现在表层及200m以深水层，高盐区则处于80m层附近，盐度在36.2以上，观测海区上1500m海水盐度均大于34.5，整体偏高于全球盐度34的平均值。
图3 第2901509号浮标海水温盐垂直剖面(红线为平均剖面)示意图 温盐剖面曲线上层比较分散，而愈往深层变化愈小，说明该海区次表层以下各水团的特性是比较稳定的，尤其是深层水，因此我们利用温盐点聚方法对水团进一步分析。 温盐点聚图是分析水团的有效方法，密集部分为水团本体，稀疏部分为水团边界。2901509号浮标所观测的温盐点聚图显示，见图4，观测海区的水体结构可分为表层高温低盐水、次表层次高温高盐水、中层次低温次高盐水、深层低温次低盐水，表层、次表层和中层温盐点聚较为离散，说明在这几层上水体混合较为强烈。500m以深的深层低温次低盐水温盐点聚逐渐集中，水体性质稳定，海水密度超量稳定在27～28之间，可以视为均匀水团。
图4 第2901509号浮标温盐点聚示意图 2901509号浮标在整个观测时间段内得到的海水温盐剖面随时间的变化显示，见图5，等温线起伏有着明显的季节变化，表层在5月份时温度最高，2月份时温度最低，20℃等温线(图5(a)黑实线)代表的温跃层深度也有着一致的季节变化，下面我们分析分水层。盐度时间－深度剖面可以看出，上200m层是相对高盐区，盐度高至36～37；2013年在温跃层以下的200～500m层观测到高盐水团，盐度普遍高0.5，此时Argo浮标位于阿拉伯半岛东南部。该海域可能存在潜流，是否为索马里潜流需要进一步研究。
图5 第2901509号浮标海水温度盐度剖面时间变化示意图 根据温盐点聚图分析，200m以深水体为温盐性质较为稳定的中层和深层水团，故重点讨论200m以浅海温及跃层的变化。夏季，北印度洋最显著的现象就是索马里上升流区的低温水团，在夏季风的作用下，索马里沿岸到阿拉伯半岛的沿岸发育有上升流区，中心温度明显低于周边海域，这是索马里海域海温双峰结构的主要原因。各层海温逐旬变化图显示见图6，8月上旬和1月中旬同为一年中最低海温时段，5月下旬为最高海温时段，200m水层上升流引起的季节变化及双峰结构已不明显，主要的混合不稳定都发生在上200m。
图6 各层海温逐旬变化示意图 利用不等距微分法、垂直梯度法和七点二次平滑算法，可快速有效的确定跃层上下界位置，获取温跃层特征值信息。海温跃层特征值逐月变化图显示见图7，海温跃层强度也呈双峰结构，3月份和11月份跃层强度都在0.115℃/m以上，1月份和8月份跃层强度均低于0.085℃/m；6月份和11月份上界、下界深度最浅约75m、150m，1月份和8月份则最深约125m、175m；跃层平均上界深度100m，平均下界深度160m，平均厚度60m，平均强度0.095℃/m。
图7 海温跃层上界、下界、强度逐月变化示意图 四、结束语 为更好地掌握亚丁湾海域海洋水文环境的特征规律，本文对亚丁湾附近海域的Argo浮标资料进行了较为细致的分析，研究结果表明：①Argo浮标漂移轨迹与气候态流场十分吻合，顺着索马里流由西南向东北漂移并转向西南，在索马里东岸常年存在一个很强的顺时针中尺度流涡；②观测海区的水体结构可分为表层高温低盐水、次表层次高温高盐水、中层次低温次高盐水、深层低温次低盐水，500m以深为均匀水团；③索马里上升流导致200m以上水层海温有双峰结构，8月上旬和1月中旬同为一年中最低海温时段，5月下旬为最高海温时段；④观测海区海洋跃层的平均上界深度100m，平均下界深度160m，平均厚度60m，平均强度0.095℃/m。 该海域上升流、中尺度涡旋现象明显，跃层上界深度较深，厚度较薄，主要的混合不稳定发生在上200m的上层海洋。由于该海区海洋温盐、海流的连续观测资料较少，后期将持续关注该海区，积累Argo浮标以及海洋调查实测数据资料，以期获取更长时间序列的统计分析结果。
/ N2 |; I4 C) |, y | 
