东印度洋冬季印尼贯穿流影响区浮游植物群落结构特征

东印度洋受到印尼贯穿流(Indonesian Throughflow,ITF)等多个大洋流系影响,是太平洋水在低纬度进入印度洋的重要通道,具有显著的生态效应,是金枪鱼的重要渔场之一。为了解上述海域浮游植物群落组成、时空特征及其影响因素,基于2020年1~2月在该海域采集到的浮游植物样品及同步的环境数据,对其种类组成、生态类型、细胞丰度、优势类群等群落组成及其与环境因子关系进行了研究,并与赤道东印度洋浮游植物群落进行了比较。结果表明:研究海域共鉴定浮游植物4门57属268种(含变种、变型),其中,硅藻38属129种,甲藻17属136种,金藻1属2种,蓝藻1属1种;生态类型以热带大洋性种类、大洋暖水种和热带近岸种为主,浮游植物区系属于热带-亚热带生物区系。细胞丰度介于1.28×10^(3)~7.84×10^(4) cells/m^(3)之间,平均值为1.55×10^(4) cells/m^(3)。优势种中硅藻占绝大多数,分别为短叉角毛藻(Chaetoceros messanensis)、伏氏海毛藻(Thalassiothrix frauenfeldii)、角毛藻(Chaetoceros spp.)、地中海细柱藻(Leptocylindrus mediterraneus)、丛毛辐杆藻(Bacteriastrum comosum)、长海毛藻(Thalassiothrix longissima),甲藻仅有夜光梨甲藻(Pyrocystis noctiluca)1种,蓝藻门中的束毛藻(Trichodesmium spp.)亦占有显著的优势地位。多元统计分析表明,总细胞丰度和角毛藻集群与溶解无机氮(dissolved inorganic nitrogen,DIN)、溶解无机磷(dissolved inorganic phosphate,DIP)和溶解硅(dissolved silicate,DSi)呈正相关,研究海区未出现营养盐对浮游植物生长的绝对性限制,仅有3%和6%站位分别受到氮和磷相对性限制作用。这可能与印尼贯穿流对研究海域营养盐的持续补充有关。

南海南部与外海间的体积和热、盐输运及其对印尼贯穿流的贡献

根据中国近海高分辨率 ( 1 / 6°)环流模式的模拟结果 ,计算了南沙邻近海域与外海之间的海水体积、热量和盐量输运及其对印度尼西亚贯穿流的贡献。研究海域为 0°— 1 4°N的整个南海南部海域。计算得出 ,穿过研究海域流向印度尼西亚海域 ,最终流向印度洋的年平均体积、热量和盐量输运分别为 5 .2Sv( 1Sv =1× 1 0 6m3·s- 1 )、0 .5 7PW和 1 84Gg·s- 1 ,大约占印度尼西亚贯穿流相应输运量的 1 / 4。这一结果表明南海是全球大传送带这一全球海洋最主要热盐环流系统的重要通道之一。从南海流向印度尼西亚海域的通道以卡里马塔海峡为最主要 ,以下依次为巴拉巴克海峡、民都洛海峡和马六甲海峡。大的南向通量主要发生在冬、秋季 ,春末夏初总的通量向北。计算还得出输入本海区的热输运量比输出少 0 .0 64PW ,由这一结果推得 ,通过海 -气界面由大气进入海洋的年平均净热通量约为 30W·m- 2 。

印尼贯穿流与南海贯穿流的年代际变化特征及机制

通过绕岛环流理论和SODA(Simple Ocean Data Assimilation)数据对印尼贯穿流(ITF)和南海贯穿流(即吕宋海峡水交换,LST)在1976年气候突变前后的特征进行分析。结果表明,1976年后吕宋海峡水交换体积输送(LSTT)异常增大,而印尼贯穿流体积输送(ITFT)异常减少。吕宋海峡东部东风分量和南海内部的北风分量的局地驱动是导致LSTT在1976年后增加的主要因素,南海内部异常北风分量对LSTT增加的贡献能够达到53%;而赤道太平洋的西风分量则是导致ITFT在1976年后减少的主要因素,其贡献大约为61%。1976年后15°N左右的NEC(North Equatorial Current)体积输送异常增强,但总NEC体积输送异常减弱。KC(Kuroshio Current)体积输送异常增强,而MC(Mindanao Current)、NECC(North Equatorial Countercurrent)、SEC(South EquatorialCurrent)体积输送异常减弱。赤道西太平洋由风场变化通过Sverdrup动力过程产生的异常气旋性环流阻碍了太平洋水体向印度洋的输入。

印度尼西亚贯穿流的年际变化:一个全球变网格海洋模式的初步模拟结果

使用1994-2000年NCEP风应力资料驱动全球变网格环流模式,得出印度尼西亚贯穿流(ITF)流量的年际变化时间序列。模拟结果显示:ITF流量的年际变化与太平洋和印度洋的年际变化均有密切联系,在ElNino年流量偏低,在LaNina年流量偏高;ITF流量的年际变化与Nino3区指数呈显著负相关,Nino3区指数超前ITF流量2个月时负相关系数达到最大,为-0.81;与南方涛动指数(SOI)明显呈正相关,SOI超前ITF流量2个月时相关系数达到最大,为0.72;与印度洋偶极子(IOD)指数负相关,IOD指数超前ITF流量3个月时负相关系数达到最大,为-0.74。

印尼贯穿流的诊断计算

利用全球大洋二维的自由表面诊断模型并采用气候态Levitus(2001)温盐资料及COADS风应力资料估算印尼贯穿流及其季节变化。结果表明,南海的Karimata海峡出流量对印尼贯穿流有显著的贡献,印尼贯穿流的平均流量为16.6Sv,流量在6月最大(18.5Sv),4月最小(12.7Sv)。与其它模式结果和观测结果一致的是,Makas-sar海峡流量在7月最大(13.8Sv),1月最小(0.2Sv),其年平均流量为6.7Sv;Karimata海峡是南海南部最大的出水口,年平均流量为2.6Sv,爪哇海水在5—9月之间流入南海,其它月份南海南部水流入爪哇海;Timor海峡是印尼贯穿流最大的出口;Lombok流量的季节变化表现为半年周期。通过模拟计算结果,结合动力计算,获取了Makassar海峡经向速度的垂向结构,结果显示Makassar海峡的经向速度有明显的垂向切变,100m层次的南向速度为30—35cm.s-1。

利用海气耦合模式模拟印度尼西亚贯穿流

利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)发展的全球耦合气候系统模式(FGCM-1·0)100年数值模拟结果,分析了模式模拟的印度尼西亚贯穿流(ITF)的平均态、季节变化和年际变化,并且利用这些资料对ITF季节变化和年际变化的成因做了初步分析。模式模拟的ITF平均态、季节变化和年际变化同已有的观测结果相比是合理的,经作者分析认为ITF的季节变化主要是因为印度尼西亚海域地处亚澳季风区,海流对于季风的响应使得ITF发生季节变化;ITF的年际变化主要是因为热带环流的年际变化及其所导致的洋流调整造成的,太平洋和印度洋都有影响。

卡里马塔海峡贯穿流与印尼贯穿流的相互作用

卡里马塔海峡贯穿流将中国南海的低盐水输运到爪哇海,与印度尼西亚贯穿流(印尼贯穿流)携带的西太平洋高盐水在印度尼西亚海(印尼海)交汇,二者通过混合、浮力强迫等过程相互作用。这改变了印度尼西亚海的水体热盐性质,影响局地海气交换和热带太平洋-印度洋之间的热盐交换。依据卡里马塔海峡、龙目海峡和望加锡海峡的实测表层海流数据,采用被动示踪法和数值模拟诊断实验,分析并研究了2支海流在季节尺度上的相关关系及其相互作用。观测结果表明,卡里马塔海峡贯穿流与印尼贯穿流的表层流季节变化存在负相关,且超前1个月达到相关系数最大值,其中印尼贯穿流下游的龙目海峡表层流与卡里马塔海峡贯穿流关系更密切。被动示踪结果显示,卡里马塔海峡释放的示踪粒子主要向南流入爪哇海,然后经巽他海峡、龙目海峡及班达海方向流出,但很难进入到望加锡海峡北部;望加锡海峡释放的表层示踪粒子主要经龙目海峡和班达海流入印度洋,但无法进入到爪哇海及卡里马塔海峡。数值诊断实验结果表明,卡里马塔海峡贯穿流在冬季阻挡了印尼贯穿流表层海水的南下,从而使其表层流产生明显的季节变化;而望加锡海峡贯穿流对卡里马塔海峡贯穿流的影响较小。在季节尺度上,卡里马塔海峡贯穿流对印尼贯穿流尤其是表层流,有着重要影响,但印尼贯穿流对卡里马塔海峡贯穿流的影响较小。

印尼贯穿流源区马鲁古海和哈马黑拉海水团来源的气候态分析

本文利用World Ocean Atlas 2013(WOA2013)气候态的温盐资料和the Simple Ocean Data Assimilation(SODA v3.3.1)流场数据,分析印尼贯穿流东部源区马鲁古海和哈马黑拉海的水团垂向分布特征及其来源,特别是次表层、中层及深层水的来源和路径。结果表明,气候态下,马鲁古海次表层的高温高盐水来自于北太平洋,与北太平洋热带水性质接近,哈马黑拉海次表层主要是来自南太平洋热带水;中层水以低温低盐为特征,马鲁古海的中层水来自南太平洋,受南极中层水控制,哈马黑拉海的中层水可能是从马鲁古海而来的南太平洋水;对于次表层和中层之间的过渡层,马鲁古海与哈马黑拉海的水源为南、北太平洋的混合水,且两个海域之间也存在着水团交换;在深层,马鲁古海的水源更倾向于班达海北部及塞兰海,而与太平洋水无关,哈马黑拉海由于地形阻挡也难以与太平洋直接发生水团交换。

太平洋-印度洋贯穿流南海分支研究综述

从海洋动力学角度,概述了太平洋-印度洋贯穿流南海分支的主要入流和出流通道—吕宋海峡和卡里马塔海峡的研究现状。太平洋-印度洋贯穿流南海分支是太平洋、南海和印度尼西亚海域进行水体和热盐交换的传输带,对西太平洋、南海、印尼海和东印度洋的环流系统有重要影响。吕宋海峡水交换和卡里马塔海峡贯穿流都呈现冬季大夏季小的季节变化特征,对维持南海的物质、能量和动量平衡起重要作用。太平洋通过吕宋海峡向南海输运水体和热盐,并传递ENSO等气候信号,对南海的环流、水体和海洋环境都产生重要影响。卡里马塔海峡向印度尼西亚海区的水体和热盐输运对印度尼西亚贯穿流有重要意义。太平洋-印度洋贯穿流南海分支和印尼贯穿流的年际变化趋势呈反位相,两者相互调制相互影响,维持了太平洋-印度洋两大洋间的平衡关系,对全球大洋环流的结构和长期的气候变化有重要作用。

LICOM模拟的南海贯穿流及其对南海上层热含量的影响

利用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)数据、XBT(Expendable Bathythermograph)观测数据和绕岛环流理论(island rule)诊断计算结果评估了一个涡相容(eddy-permitting)全球海洋环流模式——LICOM对南海贯穿流及南海上层热含量的模拟能力,同时利用模式输出探讨了南海贯穿流对南海上层热含量的影响。NEC(North Equatorial Current)分叉的垂向结构、南海内区环流的季节和吕宋海峡体积输送的年际变化等分析结果都表明,LICOM能获取西北太平洋-印尼海域环流和南海贯穿流的合理模拟结果。模式模拟的南海上层热含量季节变化与观测及同化数据都表现出良好的一致性,尤其在南海内区。相关分析表明,吕宋海峡热输送主要控制着南海内区上层的热含量变化,两者呈显著负相关,这进一步证实了南海贯穿流作为一支冷平流调制着南海上层热含量变化的重要事实。

印尼贯穿流对热带太平洋-印度洋海温异常综合模影响的初步模拟研究

印尼海域是联系热带太平洋和印度洋的纽带,为了讨论印度尼西亚贯穿流对热带太平洋-印度洋海温异常综合模的影响,利用一个准全球海洋环流模式,设计了打开、关闭印度尼西亚通道的数值试验对该问题进行初步探讨。试验结果表明,印尼贯穿流对热带太平洋、印度洋海温和海流的模拟有重要影响。在海洋表层,印尼贯穿流对热带太平洋-印度洋海温异常综合模所起作用不大,这时海洋的外强迫(大气风场、太阳辐射等)起主要作用;而在次表层,印尼贯穿流对热带太平洋-印度洋海温异常综合模起着重要的作用。

2004～2011年印度尼西亚贯穿流在望加锡海峡中的年际变化

文章基于2004 年1 月-2006 年11 月的“国际努加登沙层结与输运”（international Nusantara stratification andtransport, INSTANT）计划以及2006 年11 月-2011 年7 月的“印度尼西亚贯穿流观测”（monitoring the Indonesianthroughflow, MITF）计划的实测数据, 从长时间序列研究印度尼西亚贯穿流的变化.在望加锡海峡中, 印度尼西亚贯穿流的周期信号分布非常丰富, 涵盖潮汐、季节内、季节和年际信号.对于季节变化, 东南季风期间温跃层深度上最大南向流速约为1.0m·s^-1, 而西北季风期间最大南向流速约为0.8m·s^-1.印度尼西亚贯穿流的年际变化与尼诺3.4 区指数（NINO3.4）呈正相关, 最大相关系数大约在NINO 3.4 前1~2 个月; 水深150m 以上, 印度尼西亚贯穿流与偶极子模态指数（dipole mode index, DMI）呈负相关, 200m 以下呈正相关, 在时间上较DMI 滞后约1-2 个月.季节变化的经验正交分解（empirical orthogonal function, EOF）前2 个模态方差的总贡献率为97%, 其中第-模态为65%, 第二模态为32%; 年际变化的EOF 前2 个模态的方差贡献率为90%, 其中第一模态为51%, 第二模态为39%.季节变化的第二模态和年际变化的第一模态表征赤道印度洋开尔文波模态, 该模态的空间结构在垂向会发生相位反转; 季节变化的第一模态和年际变化的第二模态表征赤道太平洋罗斯贝波（Rossby waves）的厄尔尼诺与南方涛动（El Nino and southern oscillation, ENSO）模态, 其垂向的空间结构变化比较一致.

印度尼西亚贯穿流及其周边海域季节内变化研究综述

印度尼西亚贯穿流（Indonesian Throughflow, ITF）是全球气候系统和热盐环流的一个重要组成部分,是太平洋与印度洋在低纬度进行水体及热量交换的唯一通道,对维持全球大洋物质、动量和能量平衡有重要作用[1]。最近的研究表明, ITF还可能是热带印度洋年际异常信号进入赤道太平洋的重要海洋信号通道,对热带印-太气候变异有着显著影响[2]。此外, ITF及其附近海域也是大气季节内振荡（Madden- Julian Oscillation, MJO）最为活跃的区域[3]。MJO一方面引起表层海温的剧烈变化,影响印度季风的爆发及持续[4],进而通过降水调节ITF及其周边海域海表温盐分布,引起ITF表层流速变化；另一方面,在季风转换期,赤道中印度洋 MJO 激发产生赤道Kelvin 波继而向东传播,并在印度洋东边界以沿岸Kelvin 波的形式沿苏门答腊-爪哇岛链继续传播,最远可以穿过龙目海峡抵达望加锡海峡,影响 ITF 在该海峡处的流量[5]。早先,由于缺乏ITF海域高时间分辨率的观测资料,针对 ITF 变化的研究多集中在季节到年际尺度,仅有少数数值模拟结果讨论了ITF海域的季节内变化。随着观测资料不断丰富,特别是INSTANT（International Nusantara Stratification and Transport）国际计划的实施,积累了ITF海域大量的温盐及海流高时间分辨率的连续观测资料。对这些观测资料的分析显示,在ITF主要流经海峡（如龙目、翁拜、望加锡海峡）,存在明显的海洋季节内信号,该信号在望加锡海峡处最大可以减弱2 Sv（1 Sv=106 m3/s）的南向海水输送[6]。印尼群岛海域地形复杂,在考虑印尼群岛部分海域水深较浅和群岛区域复杂的岸线形状这些客观条件情况下,短时间尺度的海流波动对局地的海水混合以及 ITF 的水团输运产生的影响是不容小觑的,因此,加强这一区域季节内时间尺度的信号的研究是很有必要的。

用Argo温盐资料估计印度尼西亚贯穿流多年平均地转输送

利用Argo浮标资料,估计了2003—2007年期间印度尼西亚贯穿流(ITF)出口处114.5°E断面上层(0—1000m)的地转流,并与WOA05资料进行对比。在114.5°E断面上9.5°—18.5°S之间,依据Argo资料计算的上层(0—1000m)地转流年平均输送为4.2Sv(1Sv=106m3·s-1),比依据WOA05资料计算的流量大0.5Sv左右,与前人对IX1断面的估算接近。依据Argo资料计算的ITF的季节变化也与WOA05比较一致,最大输送都出现在7月份,可以达到10Sv,而冬季二者差异较大。比较了盐度资料的差异以及114.5°E断面南侧缺测对估计ITF地转流输送的影响,发现盐度资料的改善可以改进对ITF地转输送量的估计,而断面南侧的缺测对ITF年平均输送的影响较小。因此,Argo资料可以作为监测ITF输送量的一种有效手段,特别是用于年平均流量的研究。

考虑摩擦的绕岛理论及在印尼贯穿流流量估算中的应用

基于Godfrey绕岛理论,在正压、线性模型下同时考虑了底摩擦和侧摩擦,得到带有摩擦的绕岛理论。根据两个岛屿的经向长度不同,将其分为3种情况;通过积分动量方程,分别得到了各自的带有摩擦的岛屿流函数解析解,从而得到两岛屿间流量公式。当忽略侧摩擦或底摩擦中的一个时,可得Wajsowicz的带有摩擦的绕岛理论。利用CCMP的风场数据,计算了印尼贯穿流的流量,通过比较发现,当只考虑侧摩擦时,流量会增加;当只考虑底摩擦时,流量会减少;当同时考虑底摩擦和侧摩擦时,流量会减少,减少的幅度较只考虑底摩擦时更大。与不考虑摩擦时相比,同时考虑摩擦和侧摩擦时的流量减少量不超过25%。

南海贯穿流荷载中尺度过程能量学诊断

本文利用南海海洋再分析产品REDOS(Reanalysis Dataset of the South China Sea)和风场资料CCMP(Cross-Calibrated,Multi-Platform),通过能量诊断探讨了越南沿岸南海西边界流(南海贯穿流主体部分)区域夏季(6—9月)涡流相互作用的年际变化特征以及平均流对中尺度过程的贡献。结果显示,在季风和西边界强流、南海贯穿流的共同影响下,越南沿岸东向急流和双涡结构的能量分布和收支有显著的年际差异。尽管涡动能(EKE,Eddy Kinetic Energy)和涡动有效势能(EPE,Eddy available Potential Energy)的量级基本一致,但二者在水平和垂向空间分布上存在明显差异,这与夏季风影响下的南海西部边界流,越南离岸流的上层海洋密度梯度、流速大小和剪切导致的斜压、正压不稳定性等因素相关。同时随着深度的增加,密度梯度变化相对水平速度剪切对海洋涡流过程的影响逐渐凸显。EKE能量收支分析表明,压强与风应力主要做正功,是维持EKE稳定的主要能量来源,而EKE平流项既可以促进涡旋的增长,也会造成涡旋的消耗,对EKE的年际变率影响比较显著。正压不稳定导致的能量转换主要影响南海西部边界流区域,并存在显著年际变化,并且在风和平均流的影响下,沿贯穿流方向存在显著空间分布差异。越南离岸流正异常年,整体呈现平均流向涡旋传递能量;负异常年,出现EKE反哺平均动能的情况。

南海贯穿流季节变化数值模拟研究

本文采用美国伍兹霍尔研究所研发的海洋-大气-波浪-泥沙输运耦合模式COAWST(Coupled Dcean-Atmosphere-Wave-Sediment Transport)对南海及邻近海域进行了9 km分辨率的数值模拟研究。结果表明,南海贯穿流的季节变化再现了冬强夏弱的特征,在南海内部冬季呈现气旋环流结构,夏季呈现反气旋环流结构,尤其在冬季其流轴结构更为清晰和稳定,海水从吕宋海峡进入南海,从民都洛海峡、卡里马塔海峡、台湾海峡和巴拉巴克海峡流出,吕宋海峡断面流量与其他4个海峡流量合计在数量级上相当,保持南海海水总量不变。吕宋海峡、卡里马塔海峡、民都洛海峡的流量呈现明显相关性,吕宋海峡流量增大时,民都洛海峡和卡里马塔海峡的流量也相应增大,相关系数分别达到0.78和0.9。通过更适于分析中短期变化的简化绕岛环流理论,定量计算2019年吕宋海峡、黑潮和棉兰老流流量与北赤道流分叉点位置的关系,发现夏季北赤道流分叉点NECBL(North Equatorial Current Bifurcation Latitude)偏南,在13.6°N附近;冬季NECBL偏北,在15.6°N左右,同期黑潮流量减少,棉兰老流流量增加,作为南海贯穿流入流的吕宋海峡流量可达13.4 Sv。吕宋海峡输运补偿了北赤道流到达菲律宾海岸后的北向分支的流量,与棉兰老流的流量呈正相关,相关系数达到0.5361。

一种考虑自然气候振荡的趋势估计方法及其在印尼贯穿流多年代际趋势研究中的应用

地球气候系统一方面在内部动力过程(尤其是海洋动力过程)的调控下存在强烈的自然周期或准周期振荡,另一方面在人类温室气体持续排放等重要外强迫的作用下而存在长期变化趋势。如何在物理量的趋势估计中去除掉自然周期性振荡的影响,是气候变化研究中的关键科学问题之一。针对该问题,本文基于理想化的数学模型,结合印尼贯穿流多年代际趋势的实际研究工作,提出了滑动趋势法,以去除或减少自然周期振荡对趋势估计的影响。本文对滑动趋势法的基本原理和效果进行了阐述,并通过理论模型对该方法进行了检验,结果表明滑动趋势法可以得到接近真实趋势的估计值。利用滑动趋势法估算的印尼贯穿流流量在 1985~2010年间的多年代际趋势比粗估趋势大了近 1倍,这对理解印尼贯穿流和印太气候系统具有重要意义。该方法具有普适性,可在地球气候变化研究乃至其他关于物理量的趋势估算中广泛使用。

IODP356航次——印度尼西亚贯穿流

用过去气候记录的解释来预测未来是IODP科学计划的主题之一（2013-2023）。印度尼西亚贯穿流（ITF）是全球温盐环流输送的一个重要部分,从赤道太平洋输送热到印度洋它起着关键的作用,影响着全球大洋环流的结构和全球长期的气候变化。IODP356航次将通过对大陆架裂谷边缘的全球温盐环流输送的下游海区5Ma海洋历史的研究,了解关键时期海洋环流和气候发生与变化特征,特别是温暖的上新世早期过渡至较冷的更新世时期和澳大利亚季风发生及变化的控制因素。

印尼贯穿流出流海域海表高度时空变化

采用经验正交分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)分析方法对印尼贯穿流出流海域卫星测高海面高度异常资料进行了分析,分析结果显示研究海域海面高度异常存在多时间尺度变化特征。1993—2013年期间,研究海域海面高度异常场存在明显的升高趋势,其升高速率为0.6 cm/a;研究海域海面高度异常存在显著的年际变化,其与Nio3.4指数的相关系数超前滞后相关最大可达0.65,且厄尔尼诺年偏高,拉尼娜年偏低;海面高度异常年周期变化显著海域主要受印尼贯穿流、印度洋南赤道流和Eastern Gyral Current(EGC)季节变化的影响,半年周期变化则对应于爪哇沿岸流与南赤道流共同作用下形成的涡旋的半年周期变化;另外,研究海域海面高度异常还存在显著的季节内变化特征。