近44年北印度洋海表風速變化趨勢分析

劉鐵軍，鄭崇偉，李訓強，張文靜

（1.海軍海洋水文氣象中心，北京 100161；2.92538部隊，遼寧大連 116041；3.解放軍理工大學氣象海洋學院，江蘇南京 211101）

1 引言

南海-北印度洋是全球重要的海上通道之一，更是我國亞丁灣護航編隊的必經之地，是我國極其重要的海上能源通道之一，對我國而言具有重要的經濟和軍事戰略意義。海表風場經常給人類的經濟、軍事活動造成影響，因此深入研究海表風速的長期變化特征具有重要價值，可為防災減災、研究全球氣候變化提供參考。Ward等[1]認為，在20世紀后半葉全球平均近海面風速沒有明顯的變化趨勢，在赤道附近海域、南大西洋熱帶海域和北太平洋亞熱帶海域呈減小趨勢；劉志宏等[2]研究發現西北太平洋大部分海域的海表風速在1988—2009年期間表現出顯著的遞增趨勢；鄭崇偉等[3-4]的研究發現中國海的有效波高（SWH——Significant Wave Height）在1988—2009年期間表現出顯著的逐年遞增趨勢，并推斷這應該是由于中國海的海表風速在1988—2009年期間呈遞增趨勢所致；梅勇等[5]研究發現南海大風中心（范圍115o—117.5oE，15o—17.5oN）的海表風速在1958—2001年期間呈顯著的逐年線性遞增趨勢；孫龍[6]發現東中國海的海表風速在1999—2008年期間呈顯著性遞增；柳艷菊等[7]利用西沙臺站觀測資料研究發現西沙地區地面風速自1975年以來呈明顯的下降趨勢。對于北印度洋海表風速的研究較少，本文利用來自ECMWF（歐洲中期天氣預報中心-European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）的ERA-40風場資料，就北印度洋海表風速的長期變化趨勢展開分析，以期可為防災減災、研究全球氣候變化提供參考。

2 資料簡介

本文所用資料為ERA-40海浪再分析資料中的海表風速資料（標量場），ERA-40海浪再分析資料來自ECMWF[8-14]，該資料的空間范圍為90°S—90°N，180°W—180°E，空間分辨率為1.5°×1.5°，時間范圍從1957年09月01日00：00時—2002年08月31日18：00時，時間分辨率為6 h。

3 海表風速逐年變化趨勢

3.1 逐網格點海表風速的變化趨勢

為了體現不同海域海表風速的變化趨勢，本文就1.5°×1.5°每個網格點上的海表風速從1958—2001年取逐年平均，分析每個網格點上海表風速的逐年線性趨勢，見圖1。

近44年期間，北印度洋低緯度海域、索馬里至斯里蘭卡一帶的大范圍海域的海表風速表現出顯著的逐年線性遞增趨勢，基本在0.01—0.02 m·s-1·a-1，尤其是斯里蘭卡南部-蘇門答臘島一帶的遞增趨勢尤為強勁，在0.015 m·s-1·a-1以上；呈顯著性遞減的區域主要分布于亞丁灣、紅海、波斯灣、斯里蘭卡北部零星海域、以及緬甸仰光西南部近海等小范圍海域，約-0.01—-0.005 m·s-1·a-1；阿拉伯海、孟加拉灣等海域的海表風速在近44年期間則無顯著性變化趨勢。

3.2 整體變化趨勢

為了從整體上把握北印度洋海表風速近44年期間的變化趨勢，本文還將北印度洋的海表風速從1958—2001年進行逐年區域平均，采用一元線性回歸方法，分析該海域海表風速的整體變化趨勢，見圖2。

變化趨勢的相關系數|r|=0.54＞r0.05=0.29,通過了95%的信度檢驗，表明北印度洋海表風速的線性遞增趨勢顯著，回歸系數為0.0061，即1958—2001年期間，北印度洋海域的海表風速整體上以0.0061 m·s-1·a-1的速度顯著性逐年線性遞增。

圖1 1958 —2001年北印度洋海表風速變化趨勢(單位/m·s-1·a-1)；彩色區表示通過了95%的信度檢驗

圖2 1958—2001年北印度洋逐年平均的海表風速及其變化趨勢

圖3 近44年逐春季、逐夏季、逐秋季、逐冬季海表風速的變化趨勢（單位/(m·s-1·a-1)，彩色區表示通過了95%的信度檢驗

從曲線走勢來看，在近44年期間，北印度洋的海表風速呈震蕩遞增，震蕩區間在5.0—5.5 m·s-1之間，1958—1963年期間表現出遞減趨勢，而后急速遞增，并在1964年達到短期內的一個高點，年平均風速在5.43 m·s-1左右，1966—1973年期間為第一波比較顯著的遞增區間，1977—1984年期間為第二波比較顯著的遞增區間，而后迅速遞減，并在1987年達到短期內的波谷，年平均風速在5.0 m·s-1左右，1991—2001年期間，震蕩較為明顯，但整體變化區域平緩，詳見圖2。

3.3 不同季節的變化趨勢

為了體現北印度洋海表風速在不同季節的變化趨勢，本文將該海域的海表風速從1958—2001年進行逐夏季、逐冬季平均，分析不同季節海表風速變化趨勢的差異。

逐春季：約有40%的海域海表風速的變化趨勢顯著，呈顯著性遞增的區域主要分布于阿拉伯半島東南海域，遞增趨勢在0.01 m·s-1·a-1以上，印度半島中部以西海域，呈西南-東北走向，遞增趨勢基本在0.015 m·s-1·a-1以上，77°—88°E的低緯度海域，遞增趨勢在0.015 m·s-1·a-1以上，蘇門答臘島西部近海，遞增趨勢在0.01 m·s-1·a-1以上。呈顯著性遞減的區域主要分布于波斯灣、亞丁灣、孟加拉灣北部近海等小范圍海域，詳見圖3a。

逐夏季：孟加拉灣和阿拉伯海大范圍海域的海表風速表現出顯著的遞減趨勢，-0.02—-0.01m·s-1·a-1，此外在波斯灣和紅海也呈顯著的遞減趨勢；呈顯著性遞增的區域主要分布于索馬里以東的大范圍海域，遞增趨勢在0.01 m·s-1·a-1以上，遞增趨勢較強的高值區在0.02 m·s-1·a-1以上，斯里蘭卡西部海域，遞增趨勢在0.015—0.02 m·s-1·a-1，斯里蘭卡南部至蘇門答臘島的大范圍海域，遞增趨勢基本在0.015 m·s-1·a-1以上，高值中心甚至達到0.025 m·s-1·a-1以上，見圖3b。

逐秋季：大部分海域的海表風速五顯著性變化趨勢；呈顯著性遞增的區域主要集中分布于5°N以南，遞增趨勢在0.01—0.03 m·s-1·a-1，高值中心位于75°—88°E之間的赤道附近海域；呈顯著性遞減的海域主要分布于亞丁灣、紅海、波斯灣、斯里蘭卡北部近海、緬甸仰光的西南部等小范圍海域，詳見圖3c。

逐冬季：僅僅在亞丁灣一小范圍海域的海表風速呈顯著遞減趨勢，約-0.02—-0.005 m·s-1·a-1，其余大部分海域的海表風速表現出顯著性逐年線性遞增趨勢，基本在0.01 m·s-1·a-1以上，尤其是在馬爾代夫周邊海域、孟加拉灣北部近海、蘇門答臘島西部大范圍海域，遞增趨勢基本在0.02 m·s-1·a-1以上，見圖3d。

4 變化周期

本文還將北印度洋的海表風速從1958—2001年進行逐年區域平均，采用功率譜分析方法，分析該海域海表風速的變化周期，當譜密度大于紅（或白）噪音檢驗標準譜時，該周期是顯著的。

圖4 1958 —2001年北印度洋海表風速的功率譜分析

由圖4可見，北印度洋的海表風速存在顯著的2.0年、2.6—3.7年、5.2年的變化周期，以及26年以上的長周期震蕩。陳紅霞等[15]指出中國近海及臨近海域（15°—25°N，112°—130°E）海浪的年際變化中以5年為周期的變化最為顯著，和ENSO事件有著很好的對應關系；郭隨平等[16]的研究發現南海的風浪、涌浪、混合浪與厄爾尼諾有著較為密切的關系。本文發現北印度洋的海表風速也與厄爾尼諾存在5年左右的共同周期，本文猜想北印度洋的海表風速與厄爾尼諾現象可能存在一定的相關性，在下一步的研究中可重點就厄爾尼諾現象與北印度洋海表風速之間的超前、同期、滯后相關進行計算，探索厄爾尼諾與北印度洋海表風速是否存在聯系，為氣候預測、全球氣候變化做貢獻。

5 結論

（1）1958—2001年期間，北印度洋低緯度海域、索馬里至斯里蘭卡一帶的大范圍海域的海表風速表現出顯著的逐年線性遞增趨勢，基本在0.01—0.02 m·s-1·a-1；呈顯著性遞減的區域主要分布于亞丁灣、紅海、波斯灣、斯里蘭卡北部零星海域、以及緬甸仰光西南部近海等小范圍海域，約-0.01—-0.005 m·s-1·a-1；阿拉伯海、孟加拉灣等海域的海表風速在近44年期間則無顯著性變化趨勢；

（2）近44年期間，北印度洋海域的海表風速整體上以0.0061 m·s-1·a-1的速度顯著性逐年線性遞增。從逐年變化趨勢來看，該海域的海表風速呈震蕩遞增，震蕩區間在5.0—5.5 m·s-1之間；

（3）不同海域海表風速的變化趨勢在不同季節表現出很大差異：冬季和夏季，大部分海域海表風速的變化趨勢顯著，其中冬季以遞增趨勢為主，夏季在低緯遞增，中緯度遞減；春季次之；秋季僅在赤道附近一帶海域呈顯著性遞增；

（4）近44年期間，北印度洋的海表風速存在顯著的2.0年、2.6—3.7年、5.2年的變化周期，以及26年以上的長周期震蕩。

[1]Ward M N,Hoskins B.Near surface wind over the global ocean 1949-1988[J].Journal of Climate,1996,9:1877-1895.

[2]劉志宏，鄭崇偉.近22年西北太平洋海域海表風速變化趨勢研究[J].海洋技術，2011，30（2）：127-130.

[3]鄭崇偉，李訓強.基于WAVEWATCH-III模式的近22年中國海波浪能資源評估[J].中國海洋大學學報（自然科學版），2011，41（11）：5-12.

[4]鄭崇偉，林剛，邵龍潭.1988-2010年中國海大浪頻率及其長期變化趨勢[J].廈門大學學報（自然科學版），2013，52（3）：395-399.

[5]梅勇，宋帥，周林.北印度洋—南海海域海浪場、風場的年際變化特征分析[J].海洋預報，2010，27（5）：27-33.

[6]孫龍，于華明，王朋，等.東中國海及毗鄰海域海面風場季節及年際變化特征分析[J].海洋預報，2010，27（2）：30-37.

[7]柳艷菊，閆俊岳，宋艷玲.近50年南海西沙地區的氣候變化特征研究[J].地理科學，2008，28（6）：804-808.

[8]Caires S,Sterl A.A new non-parametric method to correct model data:Application to Significant Wave Height from the ERA-40 Re-Analysis[J].Journal of Atmospheric and Oceanic Technology,2005,22:443-459.

[9]鄭崇偉，李榮波，周林，等.近43年北大西洋海浪場與AO的相關性研究[J].海洋預報，2012，39（3）：36-41.

[10]ZHENG Chong-Wei,ZHUANG Hui,LI Xi,et al.Wind Energy and Wave Energy Resources Assessment in the East China Sea and South China Sea[J].Science China Technology Sciences,2012,55(1):163-173.

[11]鄭崇偉，潘靜，田妍妍，等.全球海域風浪、涌浪、混合浪波候圖集[M].北京：海洋出版社，2012.

[12]Hemer M A,Church J A,Hunter J R.Waves and Climate Change on the Australian Coast[J].Journal of Coastal Research.2007,50:432-437.

[13]Zheng C W,Pan J,Li J X.Assessing the China Sea Wind Energy and Wave Energy Resources from 1988 to 2009[J].Ocean Engineering,2013,65:39-48.

[14]鄭崇偉，林剛，孫巖，等.近45年太平洋波浪特征分析[J].熱帶海洋學報，2012，31（6）：6-12.

[15]陳紅霞，華鋒，袁業立.中國近海及臨近海域海浪的季節特征及其時間變化[J].海洋科學進展，2006，24（4）：407-415.

[16]郭隨平，莊卉，鄭崇偉，等.南海海浪場與厄爾尼諾的相關性分析[J].海洋預報，2012，29（6）：37-43.