印度洋混合層鹽度季節(jié)變化機(jī)制研究

許金電，邱云，靖春生，高璐，林新宇

( 1. 自然資源部第三海洋研究所 海洋動力學(xué)實驗室，福建 廈門 361005；2. 國家海洋局?？诤Ｑ蟓h(huán)境監(jiān)測中心站，海南?？?570311)

1 引言

大洋海水混合層（指密度混合層，簡稱混合層）鹽度的變化會通過影響上層海洋海水密度、熱力及動力結(jié)構(gòu)的變化，對海洋水循環(huán)和海-氣相互作用起到重要的調(diào)制作用[1]。大洋海水鹽度在全球氣候變化中的作用直到近年來才引起重視，海洋上層鹽度層結(jié)和障礙層對天氣過程（如熱帶風(fēng)暴）、季節(jié)內(nèi)振蕩以及季節(jié)與年際等更為低頻的海氣耦合模態(tài)，都有重要的反饋作用[2]。此外，鹽度也是影響海洋生物生存環(huán)境和初級生產(chǎn)力的主要環(huán)境決定因子[3]。因此，開展大洋混合層鹽度季節(jié)變化及其機(jī)制的研究十分必要。熱帶印度洋作為印-太暖池的重要組成部分，其在氣候系統(tǒng)中扮演的角色已被廣泛關(guān)注。東北印度洋是東亞季風(fēng)水汽輸送的重要源頭，成為影響我國季風(fēng)、臺風(fēng)等天氣和氣候變化的一個關(guān)鍵區(qū)。鹽度是印度洋物理環(huán)境的重要組成部分之一。鹽度變化對印度洋的水動力環(huán)境有重要影響。當(dāng)水動力環(huán)境改變時，印度洋的熱力及熱鹽環(huán)流會發(fā)生相應(yīng)的改變，并通過海-氣相互作用對我國的季風(fēng)、臺風(fēng)等天氣和氣候變化產(chǎn)生影響。因此，研究印度洋混合層鹽度季節(jié)變化的特征并揭示其機(jī)制，對提高我國的防災(zāi)減災(zāi)能力建設(shè)具有一定的科學(xué)和實際意義。

已有許多有關(guān)海-氣凈淡水通量（蒸發(fā)量減降水量）和海洋環(huán)流的平流輸送對印度洋局部海域鹽度分布及其季節(jié)變化的研究。Rao和Sivakumar[4]較早地利用歷史鹽度數(shù)據(jù)采用鹽度收支方程分析北印度洋混合層鹽度的季節(jié)變化，強(qiáng)調(diào)了淡水通量和水平環(huán)流對于海表鹽度的重要性。張玉紅等[5]采用簡單海洋數(shù)據(jù)同化（Simple Ocean Data Assimilation，SODA）數(shù)據(jù)通過鹽度收支分析表明，阿拉伯海東南海域的混合層鹽度變化主要由平流輸送作用引起。同樣，在赤道南印度洋中西部海域（5°～15°S，60°～80°E），混合層鹽度具有顯著的季節(jié)變化特征：夏半年鹽度升高，冬半年鹽度降低，但是其異常中心與降水異常中心不對應(yīng)，降水不能解釋鹽度的季節(jié)變化。孫啟偉等[6]通過鹽度收支分析顯示，在夏半年，海表鹽度增加的主要原因是經(jīng)向平流將赤道海域的高鹽水輸送至該區(qū)域所致，而冬半年降水和平流都有貢獻(xiàn)。Zhang和Du[7]基于混合坐標(biāo)海洋模型（Hybrid Coordinate Ocean Model，HYCOM）數(shù)據(jù)分析了阿拉伯海東南部和孟加拉灣南部混合層鹽度收支的季節(jié)變化以及兩個海域之間的水交換，結(jié)果表明，水平環(huán)流能夠很好地解釋兩個研究海域鹽度的季節(jié)變化。Zhang等[8]利用SODA等數(shù)據(jù)分析了印度洋偶極子（Indian Ocean Dipole，IOD）對赤道印度洋混合層鹽度收支的影響，認(rèn)為正IOD事件年份的秋季（10?11月），赤道印度洋海域異常的西向流能將東部低鹽水向西輸運，而負(fù)IOD事件年則相反。Da-Allada等[9]利用融合衛(wèi)星產(chǎn)品和2004?2012年的現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)估算阿拉伯海中南部和熱帶印度洋西南部的混合層鹽度收支，研究混合層鹽度季節(jié)變化的動力機(jī)制，結(jié)果表明，在熱帶印度洋西南部，降水引起的凈淡水通量起主導(dǎo)作用，而Halkides和Lee[10]的研究認(rèn)為，緯向平流控制混合層鹽度收支。Zhang等[11]利用衛(wèi)星觀測、歷史數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)同化產(chǎn)品分析熱帶印度洋東南部混合層鹽度的季節(jié)和年際變化，探討了澳大利亞西北部海域和近岸海氣淡水強(qiáng)迫、水平環(huán)流、厄爾尼諾（拉尼娜）等對混合層鹽度在季節(jié)和年際尺度上的影響。

已有的研究主要通過鹽度收支方程分析印度洋局部海域混合層鹽度的季節(jié)變化，存在一些不足：（1）研究海域只局限于局部海域，沒有給出整個印度洋混合層鹽度的收支；（2）研究海域以北印度洋和赤道附近居多，赤道印度洋以南的研究較少；（3）雖然Yu[12]給出了全球海洋水循環(huán)與近表層鹽度的聯(lián)系，但迄今為止仍缺乏專門針對整個印度洋凈淡水通量項、平流項、垂向卷夾項的分布、季節(jié)變化特征及其對混合層鹽度變化主要貢獻(xiàn)的研究；（4）赤道南印度洋中西部海域，海表鹽度表現(xiàn)為冬季鹽度降低，夏季升高，該海域海表鹽度的季節(jié)變化存在爭議：孫啟偉等[6]認(rèn)為，夏半年平流輸送起主導(dǎo)作用，冬半年降水和平流都有貢獻(xiàn)；而Da-Allada等[9]認(rèn)為，降水引起的凈淡水通量起主導(dǎo)作用。因此，本文擬利用Argo鹽度、SODA海流量、OAFlux（Objectively Analyzed airsea Fluxes）蒸發(fā)量和TRMM（Tropical Rainfall Measuring Mission）降水量等數(shù)據(jù)，采用鹽度收支方程闡述整個印度洋凈淡水通量項、平流項、垂向卷夾項的分布、變化特征及其對混合層鹽度變化的主要貢獻(xiàn)，并揭示印度洋混合層鹽度季節(jié)變化顯著（鹽度季節(jié)方差較大）的4個海域鹽度的季節(jié)變化機(jī)制。4個海域分別位于阿拉伯海東南部海域、赤道印度洋中部的南面、亞丁灣灣口和孟加拉灣北部。

為了敘述方便，印度洋凈淡水通量項、平流項、垂向卷夾項的季節(jié)變化按照北半球4個季節(jié)的代表月份進(jìn)行闡述。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)

本文采用的Argo資料來自中國Argo實時資料中心（http://www.argo.org.cn）提供的逐月格點溫鹽數(shù)據(jù)。該資料水平分辨率為1°×1°，垂直方向共有58層，為非等間距分布（200 m以淺間隔10 m）。采用的SODA資料是月平均數(shù)據(jù)（http://www.atmos.umd.edu/～ocean/index_files/soda3.3.1_mn_download.htm），水平分辨率為0.5°×0.5°，垂直方向共有50層，為非等間距分布（200 m以淺有14層）。宣莉莉等[13]對比分析結(jié)果表明，SODA資料的海流與歷史實測海流等資料（OSCAR及Argos）的結(jié)果基本吻合，其所反映的環(huán)流季節(jié)變化特征也與歷史觀測資料的結(jié)果大體一致。蒸發(fā)資料來自O(shè)AFlux的月平均數(shù)據(jù)（ftp://ftp.whoi.edu/pub/science/oaflux/data_v3/daily/evaporation/），其 空間分辨率為1°×1°。海面降水資料來自TRMM的月平均降水?dāng)?shù)據(jù)（http://precip.gsfc.nasa.gov/）。注入孟加拉灣的恒河、布拉馬普特拉河等12條主要江河流量的氣候態(tài)月平均數(shù)據(jù)來自于全球河流流量數(shù)據(jù)庫（https://www.mendeley.com/catalogue/global-river-discharge-database-rivdis-v10/）和全球徑流數(shù)據(jù)中心（https://www.bafg.de/GRDC/EN/01_GRDC/grdc_node.html）。

本文采用的上述數(shù)據(jù)的時間跨度均為2004年1月至2015年12月，共12 a。

2.2 方法

鹽度收支方程參照文獻(xiàn)[14]，在忽略水平擴(kuò)散的情況下，可以表示為

式中，S為混合層平均鹽度；t為時間（單位：月）；E為蒸發(fā)量；P為降水量；h為混合層深度；u、v為混合層平均流的緯向、經(jīng)向分量；Wh為混合層底垂向速度；Sh為混合層底鹽度；ε為余項（誤差項）。H函數(shù)[9]為階躍函數(shù)：Wh+dh/dt≤0時，H函數(shù)取0；Wh+dh/dt>0時，H函數(shù)取Wh+dh/dt。方程（1）左邊是鹽度?時間變化項（趨勢項），右邊第1項至第3項分別是海面凈淡水通量項、混合層平流輸送項和垂向卷夾項。

3 印度洋混合層鹽度收支分析

由鹽度收支方程（1）可知，影響大洋混合層鹽度變化的主要因子有大氣強(qiáng)迫（蒸發(fā)、降水引起的海面凈淡水通量）和海洋內(nèi)部動力過程（主要包括混合層水平平流和混合層底垂向卷夾）兩部分。因此，從分析這些強(qiáng)迫項季節(jié)變化特征入手探討其對鹽度季節(jié)變化的主要貢獻(xiàn)。

3.1 凈淡水通量項的季節(jié)變化

為了闡述印度洋凈淡水通量項的季節(jié)變化，首先簡單介紹降水量、蒸發(fā)量和混合層鹽度的分布。印度洋的降水量空間分布較不均勻（圖1a），多年平均年降水量較大的海域出現(xiàn)在蘇門答臘島的西部海域（季節(jié)變化較小，屬全年降雨型）以及孟加拉灣的東北部和安達(dá)曼海的北部海域（季節(jié)變化較大，強(qiáng)降水出現(xiàn)在5?9月），年降水量（月降水量×12）可達(dá)3000 mm。年降水量較小的海域出現(xiàn)在阿拉伯海的西部海域和南印度洋中緯度東部海域（澳大利亞西部海域）。與年降水量相比，印度洋的年蒸發(fā)量分布比較均勻（圖1b）。年蒸發(fā)量較大的海域出現(xiàn)在南印度洋（10°～30°S）的廣大海域[15]。

受降水量、蒸發(fā)量的影響，印度洋的混合層平均鹽度空間分布也較不均勻（圖1d），孟加拉灣和安達(dá)曼海因西南季風(fēng)強(qiáng)降水和來自灣頂布拉馬普特拉河、恒河等大量徑流輸入的影響，混合層平均鹽度是熱帶印度洋最低的。爪哇島?蘇門答臘島的西部海域受局地降水和印度尼西亞貫穿流（Indonesian Through Flow,ITF）攜帶來的低鹽水的共同影響，混合層平均鹽度較低。阿拉伯海的年蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于年降水量，海表凈損失大量的淡水，受其影響以及來自紅海和波斯灣高鹽水的影響，混合層平均鹽度是印度洋最高的。阿拉伯海、紅海和波斯灣是北印度洋高鹽水團(tuán)的生成源地[16]。南印度洋中緯度東部海域，年降水量遠(yuǎn)小于年蒸發(fā)量，海表失去大量的淡水，導(dǎo)致混合層鹽度較高。

圖1 印度洋多年平均月降水量（a）、月蒸發(fā)量（b）、混合層深度（c）和混合層平均鹽度（d）的平面分布Fig. 1 Distribution of mean monthly precipitation (a), monthly evaporation (b), mixed-layer depth (c),and mixed-layer salinity (d) in the Indian Ocean

圖2是本文研究海域（50°S～30°N，20°～130°E）的1月、4月、7月、10月（分別代表北半球冬季、春季、夏季及秋季）凈淡水通量項和降水量的平面分布。由圖可見，1月，受熱帶輻合帶（Intertropical Convergence Zone，ITCZ）低壓影響，馬達(dá)加斯加島至爪哇島?蘇門答臘島一帶海域降水大幅增加，凈淡水通量項為負(fù)值，導(dǎo)致混合層鹽度降低。約40°S以南海域混合層鹽度也降低，但幅度較小。澳大利亞西部廣大海域、阿拉伯海、孟加拉灣、索馬里半島外海和馬達(dá)加斯加島西南部海域蒸發(fā)量大于降水量，凈淡水通量項為正值，導(dǎo)致混合層鹽度升高。4月，馬達(dá)加斯加島附近海域降水減弱，蘇門答臘島西部海域降水范圍有所增大。受降水量分布的影響，鹽度降低的海域向東收縮。40°S以南海域鹽度降低，與1月相比變化較小。其他海域與1月相似，蒸發(fā)量大于降水量，導(dǎo)致鹽度升高。7月，孟加拉灣東北部出現(xiàn)強(qiáng)降水，導(dǎo)致混合層鹽度每月降低0.7。印度半島西側(cè)海域降水量也較大，導(dǎo)致鹽度降低。蘇門答臘島西部鹽度降低的海域進(jìn)一步向東收縮。鹽度升高的海域主要出現(xiàn)在阿拉伯海、赤道西印度洋和10°～30°S 海域，呈“L”型分布。10月，10°S附近以北的印度洋東部和中部海域鹽度降低，與印度洋10月降水量的分布基本一致。與7月類似，鹽度升高的海域也大體呈“L”型分布。

圖2 印度洋多年平均1月（a）、4月（b）、7月（c）、10月（d）凈淡水通量項（填充顏色）和降水量（等值線，單位：mm）的平面分布Fig. 2 Horizontal distribution of the multiyear averages of net freshwater flux term (shaded) and precipitation (contours, unit: mm) in January (a), April (b), July (c), and October (d) of the Indian Ocean

此外，40°S附近以南海域鹽度降低的月變化很小。澳大利亞西部廣大海域、阿拉伯海、索馬里半島東部海域和馬達(dá)加斯加島西南部海域一年四季的蒸發(fā)量大于降水量，導(dǎo)致混合層鹽度升高。

3.2 平流項和垂向卷夾項的季節(jié)變化

印度洋10°S附近以北受南亞季風(fēng)控制，冬季盛行東北季風(fēng)，夏季盛行西南季風(fēng)。受南亞季風(fēng)影響形成明顯的季風(fēng)環(huán)流[16?17]，阿拉伯海和孟加拉灣冬季出現(xiàn)逆時針方向的環(huán)流，夏季則相反。印度洋10°S附近以南氣候相對比較穩(wěn)定，海洋環(huán)流也比較穩(wěn)定。

圖3是1月、7月平流項和混合層平均水平流速矢量的平面分布。由圖3可見，1月，赤道西印度洋海域、爪哇島?蘇門答臘島西南部海域、孟加拉灣西部海域、印度半島南部海域的平流項為正值。由圖3c可見，東向的赤道逆流[16]把來自阿拉伯海和赤道西印度洋的高鹽水向東輸送，可達(dá)爪哇島?蘇門答臘島西南部海域，使這些海域鹽度升高。蘇門答臘島西部海域的高鹽水（相對孟加拉灣低鹽水而言）向孟加拉灣西部海域輸運，使該海域鹽度升高。阿拉伯海南部海域、孟加拉灣東部海域、10°～30°S的中部和西部海域的平流項為負(fù)值。西向的北赤道流把蘇門答臘島西部海域和來自孟加拉灣的低鹽水向西輸送至赤道西印度洋北部和阿拉伯海南部海域，使這些海域的鹽度降低。西向的南赤道流把赤道印度洋東南部的低鹽水向西輸送，使10°～30°S的中部和西部海域的鹽度降低。

7月，平流輸送使得阿拉伯海東南海域、孟加拉灣北部和灣口的中西部海域、南赤道（10°S附近）的中部和西部海域的平流項為正值。由圖3d可見，阿拉伯海的高鹽水從印度半島西部海域向南輸送，一部分在印度半島南部海域轉(zhuǎn)向東輸運，越過斯里蘭卡島南部海域后進(jìn)入孟加拉灣，使這些海域鹽度升高。南赤道（10°S附近）的中部和西部海域為偏南向流，偏南向流把北部的高鹽水（相對南部而言）向南輸送，使該海域的鹽度升高。孟加拉灣東南部海域、爪哇島?蘇門答臘島西部海域、赤道印度洋中部和東南部海域、阿拉伯海西部海域的平流項為負(fù)值。孟加拉灣的低鹽水從灣口的東部向南輸送，與蘇門答臘島西部海域的低鹽水混合；偏南向流將赤道印度洋中東部的低鹽水向南輸運，導(dǎo)致該海域的鹽度降低。東北向的索馬里強(qiáng)流把索馬里半島外海的低鹽水（相對阿拉伯海高鹽水而言）向阿拉伯海西部輸運，使阿拉伯海西部海域的鹽度降低。

圖3 印度洋多年平均1月、7月平流項和流速矢量的平面分布Fig. 3 Horizontal distribution of the multiyear averages of advection term and the surface circulation in January and July of the Indian Ocean

此外，南印度洋（20°～40°S）海域由于水平流速較小，鹽度的水平梯度也較小，導(dǎo)致平流項較小。40°～50°S海域由于流速的大小和方向變化較大，鹽度的水平梯度的變化也較大，導(dǎo)致平流項較大，而且是呈正負(fù)交替出現(xiàn)。

綜上所述，平流輸送把高鹽水輸送到低鹽海域，把低鹽水輸送到高鹽海域，為印度洋混合層鹽度的基本平衡起到比較重要的作用。

垂向卷夾項相對較?。▓D4）。無論是1月還是7月，垂向卷夾項使得混合層鹽度升高的海域主要出現(xiàn)在孟加拉灣、赤道東印度洋和40°～50°S部分海域，其他海域更小。

圖4 印度洋多年平均1月、7月垂向卷夾項（單位：月?1）和鹽度差（混合層平均鹽度與混合層底鹽度之差）的平面分布Fig. 4 Horizontal distributions of the multiyear averages of the vertical entrainment and salinity difference in January and July of the Indian Ocean

3.3 凈淡水通量項和平流項的緯度?時間分布

為了探討印度洋凈淡水通量項和平流項隨緯度和季節(jié)的變化，對每個月的凈淡水通量項和平流項進(jìn)行經(jīng)度平均（同一個緯度上所有經(jīng)度網(wǎng)格點各項的平均）。圖5給出了印度洋凈淡水通量項和平流項的緯度?時間（月份）分布。由圖可見，印度洋10°S附近以北海域，隨著季節(jié)的更替以及降水帶因熱帶輻合帶的季節(jié)移動而隨緯度的擺動（圖2），導(dǎo)致凈淡水通量項負(fù)值區(qū)從1月至7月逐漸向北移動，8月至12月逐漸向南移動。而南印度洋中緯度海域，凈淡水通量項為正值，且季節(jié)變化較小。印度洋10°S附近以北海域，隨著緯度和季節(jié)的變化，因水平環(huán)流的季節(jié)性反向，平流項的正值區(qū)和負(fù)值區(qū)交替出現(xiàn)。10°S附近以南海域，由于水平環(huán)流流向較為穩(wěn)定，平流項各季節(jié)均為負(fù)值。由此可見，印度洋10°S附近以北海域，凈淡水通量項和平流項隨緯度和季節(jié)的變化劇烈，10°S附近以南海域變化較小。

圖5 印度洋凈淡水通量項、平流項（填充顏色）和降水量（等值線，單位：mm）的緯度?時間分布Fig. 5 Zonal-temporal distribution of the net freshwater flux term (shaded), advection term (shaded), and precipitation (contours, unit:mm) in the Indian Ocean

4 凈淡水通量項、平流項和垂向卷夾項的貢獻(xiàn)

為了進(jìn)一步揭示凈淡水通量項、平流項、垂向卷夾項在印度洋混合層鹽度變化中所起的作用，本文計算了各項的正貢獻(xiàn)和負(fù)貢獻(xiàn)。對于某一個網(wǎng)格點而言，本文關(guān)注的是，都使該點鹽度升高的3項中，各項占3項（都是正值或0，如果某一項是負(fù)值，則該項為0，因為該項沒有起到正的貢獻(xiàn)）總和的百分比（正貢獻(xiàn)）。也就是說，該網(wǎng)格點鹽度升高，各項對該點做出了多大的正貢獻(xiàn)（所占的百分比，負(fù)值不參與計算）。同樣，都使該網(wǎng)格點鹽度降低的3項中，各項占3項（都是負(fù)值或0，如果某一項是正值，則該項為0，因為該項沒有起到負(fù)的貢獻(xiàn)）總和的百分比（負(fù)貢獻(xiàn)，正值不參與計算）。因此，正貢獻(xiàn)和負(fù)貢獻(xiàn)有必要分開計算，如：

某一項在某海域出現(xiàn)正（負(fù)）貢獻(xiàn)，意味著該項使該海域混合層的鹽度升高（降低）。

4.1 凈淡水通量項、平流項貢獻(xiàn)的季節(jié)變化

圖6是1月、4月、7月、10月凈淡水通量項在3項中（凈淡水通量項、平流項、垂向卷夾項）所占的百分比（貢獻(xiàn)）。由圖可見，1月，馬達(dá)加斯加島至爪哇島?蘇門答臘島一帶海域凈淡水通量項的貢獻(xiàn)為負(fù)貢獻(xiàn)（即凈淡水通量使混合層鹽度降低）。40°S附近以南海域也是負(fù)貢獻(xiàn)為主。澳大利亞西部廣大海域、阿拉伯海、孟加拉灣、索馬里半島外海和馬達(dá)加斯加島西南部海域凈淡水通量項的貢獻(xiàn)為正貢獻(xiàn)（即凈淡水通量使混合層鹽度升高）。從圖6中還可以看出，凈淡水通量項貢獻(xiàn)的分布與凈淡水通量項的分布（圖2）基本一致。因此，4月、7月、10月凈淡水通量項的貢獻(xiàn)的分布在此不再贅述。

圖6 印度洋1月（a）、4月（b）、7月（c）、10月（d）凈淡水通量項的貢獻(xiàn)的分布Fig. 6 Distributions of the contribution of the net freshwater flux term in January (a), April (b), July (c), and October (d) of the Indian Ocean

同樣，平流項貢獻(xiàn)的分布（圖7）與平流項的分布（圖3）基本一致。平流項的貢獻(xiàn)為正貢獻(xiàn)的海域，1月主要出現(xiàn)在孟加拉灣西部海域、阿拉伯海東側(cè)海域、赤道印度洋南部部分海域和40°S以南的部分海域；4月主要分布在赤道印度洋南部海域、孟加拉灣東南部海域和40°S附近以南的部分海域；7月主要出現(xiàn)在阿拉伯海東南部海域、孟加拉灣部分海域、赤道印度洋南部海域和40°S附近以南的部分海域；10月主要分布在阿拉伯海南部海域、孟加拉灣、赤道印度洋中部海域和40°S附近以南的部分海域。從圖7中不難看出，平流項的貢獻(xiàn)為負(fù)貢獻(xiàn)的海域占大部分。經(jīng)統(tǒng)計，12個月平均平流項正貢獻(xiàn)大于80%的海域占14.8%，負(fù)貢獻(xiàn)大于80%的海域占46.3%。12個月平均凈淡水通量項正貢獻(xiàn)大于80%的海域占42.3%，負(fù)貢獻(xiàn)大于80%的海域占18.8%。可見凈淡水通量項正貢獻(xiàn)為主，平流項負(fù)貢獻(xiàn)為主。經(jīng)進(jìn)一步統(tǒng)計，本文研究海域的平均月降水量為85.9 mm，平均月蒸發(fā)量為113.2 mm，蒸發(fā)量大于降水量，平均凈淡水通量項為0.015月?1，平均平流項為?0.012月?1。也就是說，總體而言，凈淡水通量導(dǎo)致印度洋的混合層鹽度升高，而平流輸送把低鹽水輸送到高鹽海域，使高鹽海域鹽度降低，實現(xiàn)了不同海域高、低鹽水的交換，為維持印度洋的鹽度基本平衡起到比較重要的作用。此外，孟加拉灣等海域的入海江河淡水使印度洋的混合層鹽度降低；研究海域南面（50°S以南海域）由于融冰等原因形成的低鹽水（圖1d）進(jìn)入研究海域，也使印度洋的混合層鹽度降低；同樣，印度尼西亞貫穿流攜帶來的低鹽水也使印度洋的混合層鹽度降低。

圖7 印度洋1月（a）、4月（b）、7月（c）、10月（d）平流項的貢獻(xiàn)的分布Fig. 7 Distributions of the contribution of the advection term in January (a), April (b), July (c), and October (d) of the Indian Ocean

相比于凈淡水通量項和水平平流項，出現(xiàn)垂向卷夾項的海域較少，且該項貢獻(xiàn)的量值較小，因此本節(jié)不加以討論。

4.2 主要貢獻(xiàn)項的空間分布和季節(jié)變化

上文闡明了凈淡水通量項和平流項貢獻(xiàn)的季節(jié)變化。然而，有些海域凈淡水通量項（或平流項、垂向卷夾項）的貢獻(xiàn)很大，但凈淡水通量項（或平流項、垂向卷夾項）的值很?。ㄒ簿褪钦f凈淡水通量項、平流項、垂向卷夾項的值都很?。?，對于混合層鹽度變化的影響很小，本文不加以考慮。此外，對于同一個海域，在3項中選取貢獻(xiàn)大于50%的項為主要貢獻(xiàn)項給予保留。圖8給出了印度洋1月、4月、7月、10月各項的值大于0.08月?1且正貢獻(xiàn)大于50%的分布，圖9給出了各項的值（絕對值）大于0.08月?1且負(fù)貢獻(xiàn)的值大于50%的分布。由圖8和圖9可見，1月，凈淡水通量項正貢獻(xiàn)的海域主要出現(xiàn)在澳大利亞西部廣大海域以及阿拉伯海、孟加拉灣、索馬里半島外海和馬達(dá)加斯加島西南部的部分海域。負(fù)貢獻(xiàn)只出現(xiàn)在馬達(dá)加斯加島至爪哇島?蘇門答臘島一帶海域（圖9）。平流項正貢獻(xiàn)的海域分布在孟加拉灣西部、阿拉伯 海東側(cè)和赤道印度洋南部的部分海域。負(fù)貢獻(xiàn)分布在北赤道海域、孟加拉灣、南赤道（10°～30°S）中部的部分海域（圖9）。40°～50°S海域，平流項正負(fù)貢獻(xiàn)交替出現(xiàn)（其他月份也類似）。垂向卷夾項正貢獻(xiàn)的海域出現(xiàn)在孟加拉灣、赤道東印度洋和40°～50°S的部分海域。負(fù)貢獻(xiàn)的海域只出現(xiàn)在阿拉伯海的部分海域（圖9）。

圖8 印度洋1月（a）、4月（b）、7月（c）、10月（d）各項的值大于0.08月?1且正貢獻(xiàn)大于50%的分布Fig. 8 Distributions of the terms with values greater than 0.08 month?1 and positive contributions greater than 50% during January (a),April (b), July (c), and October (d) of the Indian Ocean

圖9 印度洋1月（a）、4月（b）、7月（c）、10月（d）各項的值（絕對值）大于0.08月?1且負(fù)貢獻(xiàn)的值大于50%的分布Fig. 9 Distributions of the terms with absolute values greater than 0.08 month?1 and negative contributions greater than 50% during January (a), April (b), July (c), and October (d) of the Indian Ocean

4月，凈淡水通量項正貢獻(xiàn)的海域與1月類似，但澳大利亞西部廣大海域比1月出現(xiàn)的少；負(fù)貢獻(xiàn)的海域向東收縮，主要出現(xiàn)在赤道東印度洋。平流項正貢獻(xiàn)的海域主要出現(xiàn)在赤道印度洋部分海域。負(fù)貢獻(xiàn)出現(xiàn)在阿拉伯海、孟加拉灣、10°～30°S的部分海域。垂向卷夾項正貢獻(xiàn)的海域的分布很分散。負(fù)貢獻(xiàn)的海域只出現(xiàn)在非洲大陸南部的部分海域。

7月，凈淡水通量項正貢獻(xiàn)的海域比1月、4月都少，主要出現(xiàn)在澳大利亞西部海域、阿拉伯海、馬達(dá)加斯加島東北部和西南部的部分海域。負(fù)貢獻(xiàn)出現(xiàn)在孟加拉灣、蘇門答臘島西部海域。平流項正貢獻(xiàn)的海域主要出現(xiàn)在阿拉伯海東南部、孟加拉灣、南赤道（10°S附近）中部的部分海域。負(fù)貢獻(xiàn)出現(xiàn)在阿拉伯海西部、孟加拉灣西南部、赤道印度洋、10°～30°S的部分海域。垂向卷夾項正貢獻(xiàn)的海域主要出現(xiàn)在東印度洋北部海域和40°～50°S的部分海域。負(fù)貢獻(xiàn)的海域出現(xiàn)在非洲大陸南部的部分海域。

10月，凈淡水通量項正貢獻(xiàn)的海域也較少，主要出現(xiàn)在澳大利亞西部海域、莫桑比克海峽和阿拉伯海西北部海域。負(fù)貢獻(xiàn)出現(xiàn)在孟加拉灣、赤道印度洋的中部和東部海域。平流項正貢獻(xiàn)的海域主要出現(xiàn)在赤道印度洋的中部和西部海域、孟加拉灣的部分海域。負(fù)貢獻(xiàn)的海域的分布很分散。垂向卷夾項正貢獻(xiàn)的海域比較少，主要出現(xiàn)在東印度洋北部海域。負(fù)貢獻(xiàn)的海域也較少，出現(xiàn)在非洲大陸南部的部分海域。

圖10給出了印度洋凈淡水通量項、平流項、垂向卷夾項的值大于0.08月?1且正（負(fù)）貢獻(xiàn)大于50%的平均值的年變化和年平均。由圖可見，凈淡水通量項正、負(fù)貢獻(xiàn)的年變化趨勢大體一致，呈“V”型變化，7?9月較小。平流項正貢獻(xiàn)1?3月較小，4?12月較大，但年變化較小。負(fù)貢獻(xiàn)9?11月較小，其他月份較大，但年變化也較小。垂向卷夾項正貢獻(xiàn)5?7月較大，其他月份較小，負(fù)貢獻(xiàn)都很小，說明混合層底的鹽度比混合層平均鹽度高。各項貢獻(xiàn)的年平均值，平流項負(fù)貢獻(xiàn)最大，為15.14%，正貢獻(xiàn)為9.89%，負(fù)貢獻(xiàn)大于正貢獻(xiàn)。就多年平均而言，說明平流輸送把低鹽水輸送到高鹽海域，使印度洋混合層的鹽度降低。凈淡水通量項正貢獻(xiàn)為13.70%（僅次于平流項負(fù)貢獻(xiàn)），負(fù)貢獻(xiàn)為7.81%，正貢獻(xiàn)大于負(fù)貢獻(xiàn)，說明凈淡水通量項使印度洋的混合層鹽度升高（因為多年平均蒸發(fā)量大于降水量）。垂向卷夾項正、負(fù)貢獻(xiàn)都較小。3項正貢獻(xiàn)的和（26.38%）大于負(fù)貢獻(xiàn)的和（23.30%），這是因為本節(jié)未考慮各項的值小于0.08月?1且貢獻(xiàn)小于50%的部分，以及未考慮孟加拉灣等海域的入海江河淡水、印度尼西亞貫穿流攜帶來的低鹽水和研究海域南面（50°S以南海域）由于融冰等原因形成的低鹽水等因素導(dǎo)致的。

圖10 印度洋各項貢獻(xiàn)大于50%的平均值Fig. 10 Means of the terms with contributions over 50% in the Indian Ocean

5 混合層鹽度季節(jié)變化顯著海域鹽度季節(jié)變化的機(jī)制

為了探討凈淡水通量、平流輸送、垂向卷夾對混合層鹽度季節(jié)變化的影響，選取混合層鹽度季節(jié)變化顯著（鹽度季節(jié)方差較大）的4個海域（分別用A、B、C、D表示）進(jìn)行討論（圖11）。A海域位于阿拉伯海東南部海域（鹽度季節(jié)方差為0.45的等值線所包絡(luò)的海域）；B海域位于赤道印度洋中部的南面（鹽度季節(jié)方差為0.25的等值線所包絡(luò)的海域）；C海域位于阿拉伯海西部，亞丁灣灣口（鹽度季節(jié)方差為0.15的等值線所包絡(luò)的海域）；D海域位于孟加拉灣北部（鹽度季節(jié)方差大于0.4的海域）。

圖11 印度洋混合層鹽度季節(jié)方差和討論區(qū)域Fig. 11 Seasonal deviation of mixed-layer salinity in the Indian Ocean

由圖12可見，阿拉伯海東南部海域（A海域）鹽度?時間變化項（趨勢項，?S/?t）冬季為負(fù)值，夏季為正值，即冬季鹽度降低，夏季升高。出現(xiàn)該現(xiàn)象的主因是平流項，而非凈淡水通量項。冬季，東北季風(fēng)環(huán)流將赤道東印度洋和來自孟加拉灣的低鹽水輸送到該海域，使混合層的鹽度降低；夏季，西南季風(fēng)環(huán)流把阿拉伯海西北部的高鹽水向該海域輸送，使混合層的鹽度升高。這與張玉紅等[5]的結(jié)論一致。B海域也表現(xiàn)為冬季鹽度降低，夏季升高。顯然，冬季鹽度降低是凈淡水通量項起主導(dǎo)作用（平流項較小，但也有一定作用），而夏季鹽度升高是平流項起主導(dǎo)作用。冬季，該海域的降水量較大（圖2a），導(dǎo)致混合層的鹽度降低；夏季，經(jīng)向平流（圖3d）把赤道西印度洋的高鹽水輸送到該海域，使混合層的鹽度升高。孫啟偉等[8]認(rèn)為，夏半年平流輸送起主導(dǎo)作用，冬半年降水和平流都有貢獻(xiàn)。而Da-Allada等[12]認(rèn)為，降水引起的凈淡水通量起主導(dǎo)作用。當(dāng)然，他們選擇的研究海域是矩形海域且不完全相同（孫啟偉等[8]的研究海域為5°～15°S，60°～80°E；Da-Allada等[12]的 研 究 海 域 為5°～12°S，50°～75°E），與B海域有所差別。C海域蒸發(fā)量大于降水量，海表凈損失淡水，凈淡水通量項都使混合層鹽度升高。而6?11月，西南季風(fēng)漂流把赤道西印度洋的低鹽水（相對阿拉伯海高鹽水而言）輸送到阿拉伯海西部[18]，使C海域的鹽度降低。D海域的平流項基本都為正值，即平流輸送把孟加拉灣灣口和中部的高鹽水（相對北部低鹽水而言）帶到北部海域，使D海域鹽度升高。垂向卷夾項也基本都為正值，使該海域的鹽度升高。1?4月和11?12月，蒸發(fā)量大于降水量，凈淡水通量使得混合層鹽度升高。5?10月，降水量遠(yuǎn)大于蒸發(fā)量，因此大的凈淡水通量抵消了平流項引起的鹽度升高并主導(dǎo)了混合層鹽度降低。此外，注入孟加拉灣（包括安達(dá)曼海）的江河淡水也使得D海域鹽度降低。恒河、布拉馬普特拉河等12條主要江河流量總和的時間序列見圖12h，由圖可見，6?10月的流量較大，8月最大。受注入孟加拉灣的江河淡水和強(qiáng)降水的共同作用使夏季D海域混合層鹽度降低。

圖12 各區(qū)域月平均的鹽度?時間變化項、凈淡水通量項、平流項、垂向卷夾項、余項和孟加拉灣12條主要河流總流量的時間序列Fig. 12 The regional means of the monthly variation of salinity, net freshwater flux, advection, vertical entrainment, and residual terms, as well as the time series of the total discharge of the 12 major rivers into the Bay of Bengal

本文采用多年平均的TRMM降水量數(shù)據(jù)、OAFlux蒸發(fā)量數(shù)據(jù)、Argo混合層平均鹽度及混合層底鹽度數(shù)據(jù)、混合層深度數(shù)據(jù)、SODA混合層平均水平流速和混合層底垂向速度數(shù)據(jù)來計算鹽度收支方程（1）中的每一項。這些數(shù)據(jù)來自于不同的數(shù)據(jù)源，Argo數(shù)據(jù)是觀測資料網(wǎng)格化的結(jié)果；降水量、蒸發(fā)量數(shù)據(jù)是根據(jù)衛(wèi)星遙感等資料計算得到的；SODA數(shù)據(jù)是同化再分析資料。盡管這些數(shù)據(jù)能客觀地反映印度洋的鹽度、海流、降水量、蒸發(fā)量等氣候態(tài)特征，但與真實的觀測數(shù)據(jù)存在一定的誤差，是造成鹽度收支方程中余項較大的原因之一。本文采用的是多年平均數(shù)據(jù)，在鹽度收支方程計算過程中忽略了混合層底以及混合層內(nèi)擾動項，也是造成余項較大的原因之一。鑒于本文研究的重點是印度洋混合層鹽度季節(jié)變化的形成機(jī)制，上述誤差的存在基本不影響最終研究結(jié)論。例如，阿拉伯海東南部海域（A海域）混合層鹽度季節(jié)變化的機(jī)制與張玉紅等[7]的結(jié)論一致；赤道印度洋中部的南面海域（B海域）混合層鹽度季節(jié)變化的機(jī)制與孫啟偉等[8]的結(jié)論一致，說明本文采用的數(shù)據(jù)和計算方法用于探討印度洋混合層鹽度季節(jié)變化的形成機(jī)制是可行的。

6 結(jié)論

本文利用Argo鹽度、SODA海流量、OAFlux蒸發(fā)量和TRMM降水量等數(shù)據(jù)，采用鹽度收支方程，定量給出了印度洋混合層鹽度的收支，闡述了印度洋凈淡水通量項、平流項、垂向卷夾項的分布、季節(jié)變化特征及其對混合層鹽度變化的主要貢獻(xiàn)，揭示了印度洋混合層鹽度季節(jié)變化顯著的4個海域鹽度季節(jié)變化及其形成機(jī)制，得到的主要結(jié)論如下：

（1）印度洋凈淡水通量項的分布和季節(jié)變化與降水量基本一致，表明降水量在凈淡水通量項的分布及 季節(jié)變化中起主導(dǎo)作用。季風(fēng)環(huán)流驅(qū)動的平流輸送是赤道印度洋東部及孟加拉灣的低鹽水與赤道印度洋西部及阿拉伯海的高鹽水之間交換的主要動力紐帶，為阿拉伯海、孟加拉灣、赤道印度洋混合層鹽度的基本平衡起到較為重要的作用。印度洋10°S附近以北海域，凈淡水通量項和平流項隨緯度和季節(jié)的變化顯著，10°S附近以南海域，變化較小。

（2）印度洋各項正（負(fù)）貢獻(xiàn)的年平均值，平流項負(fù)貢獻(xiàn)最大，為15.14%，正貢獻(xiàn)為9.89%，負(fù)貢獻(xiàn)大于正貢獻(xiàn)。就多年平均而言，說明平流輸送把低鹽水輸送到高鹽海域，使印度洋高鹽海域混合層的鹽度降低。凈淡水通量項正貢獻(xiàn)為13.70%（僅次于平流項負(fù)貢獻(xiàn)），負(fù)貢獻(xiàn)為7.81%，正貢獻(xiàn)大于負(fù)貢獻(xiàn)，說明凈淡水通量項使印度洋的混合層鹽度升高（因為多年平均蒸發(fā)量大于降水量）。凈淡水通量項正負(fù)貢獻(xiàn)的年變化趨勢大體一致，呈“V”型變化，7?9月較小。平流項正貢獻(xiàn)1?3月較小，負(fù)貢獻(xiàn)9?11月較小，年變化都較小。垂向卷夾項正、負(fù)貢獻(xiàn)都較小。

（3）印度洋混合層鹽度季節(jié)變化顯著的海域（阿拉伯海東南部、亞丁灣灣口、赤道印度洋中部的南面、孟加拉灣北部），鹽度的季節(jié)變化不僅由降水、蒸發(fā)所引起，而且平流輸送也起到較為重要的作用。6?11月，西南季風(fēng)漂流把赤道西印度洋的低鹽水（相對阿拉伯海高鹽水而言）輸送到阿拉伯海西部海域，使該海域的鹽度降低。平流輸送把孟加拉灣灣口和中部的高鹽水帶到北部海域，使該海域鹽度升高。

致謝：感謝中國Argo實時資料中心等單位提供Argo鹽度、SODA海流量、OAFlux蒸發(fā)量、TRMM降水量和江河流量等數(shù)據(jù)。感謝審稿人對本文提出了合理、寶貴的意見和建議。