南印度洋海表溫度距平冬季重現(xiàn)特征與機制的初步分析

董岳，滕輝，邱云*，林新宇

(1.自然資源部第三海洋研究所 海洋動力學研究室，福建 廈門 361005)

1 引言

相對于大氣而言，由于海洋有較大的熱容量，海洋熱力結(jié)構的變化具有顯著的緩慢性和持續(xù)性，從而使海洋具有較強的“記憶”能力，可以把大氣環(huán)流的變化信號通過海氣相互作用貯存在海洋內(nèi)部，再反過來作用于大氣環(huán)流，在氣候系統(tǒng)變化中承擔了重要的調(diào)節(jié)角色[1-3]。海洋的這種持續(xù)性特征使氣候系統(tǒng)的可預報性得以增強[4-5]。因而，開展上層海洋溫度異常的持續(xù)性問題研究對理解海-氣相互作用過程、氣候系統(tǒng)季節(jié)與年際變化及其預測都有重要的科學價值。

海表溫度距平（Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA）冬季-冬季重現(xiàn)（下文簡稱SSTA 冬季重現(xiàn)）是上述提及的海洋“記憶”的一種重要表現(xiàn)形式。它是指冬季SSTA 的滯后相關存在顯著的季節(jié)鎖相：次年夏季較小，而隨后冬季較大，因此冬季SSTA 會在次年冬季重現(xiàn)而在其間的夏季不具有持續(xù)性。Namias 和Born[6-7]最先在北太平洋中緯度海域發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象，并認為SSTA 冬季重現(xiàn)的現(xiàn)象與混合層深度的季節(jié)變化密切相關。具體而言，冬季大氣強迫異常會在同期較深的季節(jié)性混合層內(nèi)形成海溫異常，隨后春、夏季混合層變淺，該海溫異常就保存在了混合層之下，當混合層在次年冬季再次加深時，溫度異常就會重新回到混合層內(nèi)并出現(xiàn)在海表，從而影響了海表溫度的變化。Alexander 和Deser[8]使用上層海洋觀測資料很好地證實了Namias-Born 提出的假設，這就是所謂的混合層重現(xiàn)機制[9]。

之后的大量研究表明，SSTA 冬季重現(xiàn)多在中緯度海洋[10]出現(xiàn)，包括北太平洋[1,9,11-14]、南太平洋[15]和北大西洋[16-18]，且均認為混合層深度的季節(jié)變化是其成因。Hanawa 和Sugimoto[10]首次系統(tǒng)研究了全球海洋的SSTA 冬季重現(xiàn)，所識別出的7 個重現(xiàn)區(qū)均位于中緯度海區(qū)，且與模態(tài)水形成區(qū)域有很好的對應，其中4 個位于北半球，余下3 個位于南半球。Zhao 和Li[14]的分析發(fā)現(xiàn)，北太平洋和北大西洋大氣環(huán)流異常也表現(xiàn)出類似于海表溫度的冬季重現(xiàn)現(xiàn)象，并且對這兩個海區(qū)SSTA 的冬季重現(xiàn)有重要的貢獻。這意味著海洋混合層的季節(jié)變化并不是影響SSTA 重現(xiàn)的唯一過程，大氣環(huán)流異常也可能是一個重要的因素。

Byju 等[19]近期的研究發(fā)現(xiàn)，SSTA 冬季重現(xiàn)不僅出現(xiàn)在已為人們熟知的中緯度海區(qū)，而且也會發(fā)生在熱帶海域。由于熱帶海域混合層深度季節(jié)變化不大，因此，他們認為熱帶海域SSTA 的重現(xiàn)機制勢必與中緯度海域的形成機制不同，并認為大氣強迫可能主導了熱帶海域SSTA 的重現(xiàn)。

綜上，已有的大多數(shù)研究集中于北半球海域，雖然南印度洋中緯度海域也是主要的重現(xiàn)區(qū)之一，但相關的深入研究并不多見[10,19]。上述提及的Hanawa 和Sugimoto[10]的工作首次發(fā)現(xiàn)了西南印度洋存在較為顯著的SSTA 冬季重現(xiàn)，但由于他們的工作側(cè)重于揭示SSTA 冬季重現(xiàn)在全球海洋的分布特征，故并未針對性地分析西南印度洋的重現(xiàn)機制。Byju 等[19]的研究也注意到類似的重現(xiàn)信號，不過因其主要關注的是熱帶海域，因而也未深入研究西南印度洋海溫重現(xiàn)的成因。因此，本文將利用滯后相關分析研究南印度洋SSTA 冬季重現(xiàn)的時空分布特征，并從海洋和大氣的角度探討其可能的成因。

2 資料和方法

2.1 資料

本文使用的逐月海溫來自德國漢堡大學發(fā)布的GECCO2（German contribution to Estimating the Circulation and Climate of the Ocean System version 2）模式輸出數(shù)據(jù)，水平網(wǎng)格分辨率為1°×1°，時間跨度為1958-2016 年。GECCO2 海溫資料垂向上共有20 層，其中100 m 以淺垂直分辨率約為10 m，100～300 m 之間的分辨率介于10～40 m。

此外，本文還使用了其他3 套逐月海溫數(shù)據(jù)集，包括ECMWF ORAS4 (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts Ocean Reanalysis System 4)[20]、HadiSST (The Hadley Centre Global Sea Ice and Sea Surface Temperature)[21]以及美國伍茲霍爾海洋研究所發(fā)布的OAFlux (Objectively Analyzed Air-Sea Fluxes)[22]海氣熱通量數(shù)據(jù)。這3 套數(shù)據(jù)的時間跨度與GECCO2一樣，均為1958-2016 年，分辨率均為1°×1°。研究海域氣候態(tài)月平均混合層深度由GECCO2 和ORAS4 的溫鹽數(shù)據(jù)計算得到，定義為溫度比10 m 處溫度低0.2℃的深度[23]。大氣數(shù)據(jù)來自美國環(huán)境預報中心和美國國家大氣研究中心(National Center for Environmental Prediction-National Centers for Atmospheric Research，NNCEP-NCAR) 逐月的再分析數(shù)據(jù)[24]，包括海面熱通量和風速數(shù)據(jù)，所用的時段也為1958-2016 年，水平分辨率為1.875°×1.875°。

2.2 方法

本文采用滯后相關分析方法定義SSTA 冬季重現(xiàn)[14]。滯后相關的做法為計算由各年份起始月m構成的時間序列與滯后其k個月所對應月份的時間序列之間的相關系數(shù)?？紤]到研究區(qū)域位于南半球，8 月份是冬季盛期，因此以 8 月作為參考月。那么，起始月m=8 和滯后時間k=1，具體代表的是本研究時段內(nèi)8 月時間序列和9 月時間序列之間的相關，以此類推。

類似Zhao 和Li[14]的做法，本文SSTA 冬季重現(xiàn)的判別標準是：8 月份SSTA 與次年冬季 (k=10～12，即次年6-8 月) SSTA 之間的相關系數(shù)高于其與次年夏季（k=4～6，即12 月至次年2 月）SSTA 的相關系數(shù)，且前者須超過95%置信水平。這里以研究區(qū)域A 點（30.5°S，100.5°E）為例，圖1給出了A 點8 月SSTA與同年8 月至次年12 月SSTA 之間的滯后相關系數(shù)曲線。從GECCO2 的結(jié)果可見，相關系數(shù)從起始月8 月的自相關系數(shù)值1 隨滯后月份的增加逐漸減小并在次年夏季盛期（2 月）達到最小值0.11，之后隨著滯后月份的增加，相關系數(shù)逐漸增大，在次年冬季（7 月）達到最大值0.37（超過95%的置信水平）。這說明該處SSTA在兩個相鄰的冬季重現(xiàn)，而在其間的夏季不持續(xù)，為典型的SSTA 冬季重現(xiàn)。其他3 套數(shù)據(jù)集得到的結(jié)果與GECCO2 基本一致，但也存在一些細微的差別。具體而言，不同數(shù)據(jù)集之間最大滯后相關系數(shù)所對應的月份略有不同，GECCO2 最大滯后相關系數(shù)出現(xiàn)在次年7 月，而其他3 套數(shù)據(jù)集則出現(xiàn)在次年8 月。

圖1 南印度洋內(nèi)A 點(30.5°S，100.5°E) 的8 月SSTA 與同年8 月[8 月(0)]至次年12 月[12 月(+1)]SSTA 之間的滯后相關系數(shù)曲線Fig.1 Lag correlations between the monthly sea surface temperature anomalies (SSTA) in August and the monthly SSTA from August of the current year [August (0)] to December of the following year [December (+1)] at the grid point A (30.5°S，100.5°E) in the southern Indian Ocean (SIO)

3 SSTA 冬季重現(xiàn)的時空分布特征

首先，本文使用GECCO2、ORAS4、HadiSST 和OAFlux 這4 個數(shù)據(jù)集得到南印度洋SSTA 冬季重現(xiàn)的水平分布特征（圖2）。由圖可見，所有數(shù)據(jù)集得到的SSTA 12 個月滯后自相關（即冬季滯后相關）的分布形態(tài)均較為相似：顯著的正相關主要位于15°S 以南，特別是在馬達加斯加島至澳大利亞西南部之間的海域。15°S 以北海域相關系數(shù)較小或為負相關（圖2a，圖2d，圖2g，圖2j）。6 個月滯后自相關（夏季滯后相關）的分布形態(tài)在各個數(shù)據(jù)集之間也較為一致：整個南印度洋大部分海域相關系數(shù)都較小或負相關，僅在馬達加斯加島東部海域及澳大利亞西部海域存在小范圍的顯著相關（圖2b，圖2e，圖2h，圖2k）。SSTA滯后自相關分布的這種季節(jié)性差異，說明在南印度洋中緯度海域的SSTA 冬季重現(xiàn)現(xiàn)象可能較為顯著。根據(jù)SSTA 冬季重現(xiàn)的定義，我們進一步給出其重現(xiàn)的分布范圍（圖2c，圖2f，圖2i，圖2l）。由圖可見，上述4 個數(shù)據(jù)集所顯示的重現(xiàn)區(qū)均與冬季滯后相關的顯著區(qū)大體對應，主要位于15°～45°S 之間馬達加斯加島至澳大利亞連線的大片海域。由8 月與2 月氣候態(tài)月平均混合層深度的比值可以發(fā)現(xiàn)（圖2c，圖2f），在SSTA 重現(xiàn)區(qū)，混合層深度季節(jié)變化也較大。這些重現(xiàn)區(qū)比Hanawa 和Sugimoto[10]的結(jié)果大，他們識別的SSTA 重現(xiàn)區(qū)主要位于東南印度洋海域（25°～39°S，55°～73°E）。導致這種差異的原因可能是他們所采用的SSTA 冬季重現(xiàn)標準更為嚴格。具體而言，Hanawa和Sugimoto[10]使用了5 個海溫數(shù)據(jù)集來研究全球海洋的SSTA 冬季重現(xiàn)區(qū)域，采用的判別標準是：（1）滯后相關系數(shù)在達到最大值之前有一個最小值；（2）滯后相關系數(shù)的最大值超過99%的顯著性水平；（3）5 個海溫數(shù)據(jù)集中至少有3 個數(shù)據(jù)集同時滿足前述兩個條件。因而他們識別的區(qū)域也相對較小。另外，圖2還顯示，在低緯度海域重現(xiàn)信號較弱，這一結(jié)果與Byju 等[19]的結(jié)論是一致的。

圖2 由GECCO2 得到的南印度洋8 月與次年8 月（即滯后12 個月）的SSTA 自相關系數(shù)的空間分布(a)，8 月與次年2 月（即滯后6 個月）的SSTA 自相關系數(shù)的空間分布(b)，SSTA 冬季重現(xiàn)的空間分布(c)。d-f、g-i、j-l 分別同a-c，但來自ORAS4、HadiSST、OAFlux 數(shù)據(jù)集Fig.2 Spatial distribution of SSTA autocorrelation between August and August of the following year (12-month lag autocorrelation) (a),SSTA autocorrelation between August and February of the following year (6-month lag autocorrelation) (b),and SSTA winter-to-winter recurrence in the southern Iindian Ocean (c) from GECCO2.d-f,g-i,and j-l are the same as a-c,but come from ORAS4,HadiSST and OAFlux respectively

圖3 給出的是SSTA 滯后自相關系數(shù)的緯度-時間分布，用于說明SSTA 冬季重現(xiàn)的季節(jié)演變特征。由于沿著緯度方向70°～100°E 之間的重現(xiàn)信號最為顯著，故本文進行平均的經(jīng)度范圍選取為70°～100°E。從該經(jīng)度范圍內(nèi)的平均結(jié)果看，上述全部4 個數(shù)據(jù)集的滯后自相關系數(shù)值均呈現(xiàn)較為一致的季節(jié)變化。具體而言，大致以20°S 為界，20°S 以北自相關系數(shù)隨時間增加逐漸減小并在次年冬季甚至變?yōu)樨撝担馕吨谠摼暥确秶鷥?nèi)無SSTA 重現(xiàn)信號；20°S 以南，從起始冬季8 月逐漸減小，12 月至次年3 月之間達到最小值，隨后開始增大，比較顯著的相關主要發(fā)生在次年秋、冬季（4-10 月），說明這種異常海溫信號在次年重現(xiàn)滯后可以持續(xù)達半年左右。需要指出的是，不同數(shù)據(jù)集的結(jié)果存在一定的差異。具體而言，OAFlux 雖然也能顯示出與GECCO2、ORAS4、HadiSST 相似的SSTA 重現(xiàn)信號，但在20°S 以南重現(xiàn)期（次年4 月至12 月）相關系數(shù)較弱，在大部分時間內(nèi)均未達到95%的置信水平。即便存在這些細小的差別，這4 套數(shù)據(jù)集大體一致的結(jié)果進一步說明了南印度洋中緯度海域的SSTA 冬季重現(xiàn)信號及其季節(jié)分布特征的可靠性。

4 SSTA 冬季重現(xiàn)的可能成因

從以往的研究[3,8-9,14,19]看（見前文綜述部分），影響SSTA 冬季重現(xiàn)的因素主要有兩個：海洋重現(xiàn)機制（即混合層深度的季節(jié)變化）以及大氣強迫機制。此外，也有研究[13]發(fā)現(xiàn)在北太平洋海洋平流會導致冬季SSTA 遠地重現(xiàn)的發(fā)生，即冬季形成的SSTA 在海洋平流的輸運作用下，次年冬季在其他海域重現(xiàn)，這是一類較為特殊且罕見的SSTA 重現(xiàn)現(xiàn)象?？紤]到本研究主要關注的是SSTA 的局地重現(xiàn)，因此下文我們將從混合層深度變化及大氣強迫這兩個角度探究研究海域SSTA 冬季重現(xiàn)的可能原因。

4.1 混合層深度季節(jié)變化的可能作用

前人的研究結(jié)論[8,25]表明，SSTA 冬季重現(xiàn)與混合層深度的季節(jié)變化密切相關，對應于冬深夏淺為標志的混合層季節(jié)結(jié)構。因此，我們利用GECCO2 和ORAS4 三維海溫資料從研究混合層深度的季節(jié)變化入手，探討海洋重現(xiàn)機制的可能作用。

圖4 給出的是冬季（8 月）與夏季（2 月）混合層深度以及二者比值的水平分布?？梢姡?5°S 以北大部分海域混合層深度冬季小于50 m，夏季小于30 m，季節(jié)變化不大，冬、夏季混合層深度比值一般小于2。15°S 以南混合層冬季較深，特別是35°S 以南海域混合層深度可達200 m 左右，夏季混合層較淺，最深不超過60 m，因而混合層深度季節(jié)變化較大，在大部分海域冬、夏季深度比值大于3，圖4e 的混合層分布與Byju 等[19]的結(jié)果基本一致?；旌蠈由疃冗@種顯著的季節(jié)變化可能與該海域海表熱強迫及風場強迫的季節(jié)變化有關[26-28]。從圖4e 看，SSTA 冬季重現(xiàn)區(qū)域與混合層深度季節(jié)變化較大的區(qū)域基本對應。具體而言，大部分SSTA 重現(xiàn)區(qū)對應于混合層深度冬夏季比值大于3 的海域，說明在這些海域海洋重現(xiàn)機制起重要作用。需要指出的是在馬達加斯加島南部近海，混合層深度的季節(jié)變化并不顯著，這意味著在這些海域的海溫重現(xiàn)可能與其他因素有關，這將在4.2 節(jié)進行討論。

圖4 使用GECCO2 計算得到的南印度洋8 月氣候態(tài)混合層深度（a），2 月氣候態(tài)混合層深度（c），8 月與2 月氣候態(tài)月平均混合層深度比值的水平分布（e）。b、d、f 分別同a、c、e，但來自ORAS4Fig.4 Climatological mixed layer depth in August(a),climatological mixed layer depth in February (c),the ratio of climatological mixed layer depth in August and mixed layer depth in February (e) computed from GECCO2.b,d,and f are the same as a,c,and e respectively,but come from ORAS4

為了進一步說明混合層季節(jié)變化對研究海域SSTA冬季重現(xiàn)的作用，我們在SSTA 冬季重現(xiàn)發(fā)生的主要海域即15°S 以南選擇了3 個不同類型的區(qū)域（圖4e）：混合層深度季節(jié)變化較大且SSTA 重現(xiàn)的區(qū)域A（25.5°～28.5°S，94.5°～97.5°E），混合層深度季節(jié)變化較小且SSTA 不重現(xiàn)的區(qū)域B（17.5°～20.5°S，89.5°～92.5°E），以及混合層深度季節(jié)變化較小且SSTA 重現(xiàn)的區(qū)域C（27.5°～30.5°S，45.5°～48.5°E）進行對比分析（圖5）。雖同為重現(xiàn)區(qū)，但區(qū)域A 和區(qū)域C 的重現(xiàn)過程具有一定的差異。區(qū)域A 的混合層深度冬季較深（可達80 m 左右），夏季較淺（僅為20 m 左右），具備中緯度海域典型的混合層季節(jié)變化特征，從滯后自相關系數(shù)的垂直結(jié)構看（圖5b），可見SSTA 信號通過海洋次表層通道的持續(xù)傳遞在次年冬季再次出現(xiàn)在海表，其最強的重現(xiàn)信號與混合層最深的月份（次年8 月）對應，這種良好的一致性說明了混合層冬深夏淺的季節(jié)變化主導了區(qū)域A 冬季海溫的重現(xiàn)。相比而言，在區(qū)域C 由于混合層季節(jié)變化較弱（冬季和夏季分別為45 m和18 m 左右），較高的自相關系數(shù)值并不能在次表層得到維持（圖5e，圖5f），導致次年冬季的重現(xiàn)信號更主要的似乎是來自海表。這意味著在區(qū)域C 海表熱強迫可能起更為重要的作用，而較弱的混合層季節(jié)變化在很大程度上限制了海洋重現(xiàn)機制的貢獻。區(qū)域B 的SSTA 演變過程再次說明了弱的混合層季節(jié)變化導致冬季SSTA 信號無法通過海洋內(nèi)部通道的方式得以重現(xiàn)（圖5c，圖5d）。

圖5 南印度洋SSTA 冬季重現(xiàn)與混合層季節(jié)變化的關系Fig.5 The relationship between SSTA winter-to-winter recurrence and seasonal variability of mixed layer depth in the southern Indian Ocean

4.2 大氣強迫的可能影響

4.1 節(jié)的分析表明在南印度洋的馬達加斯加島南部近海，大氣強迫可能對SSTA 冬季海溫重現(xiàn)起重要影響。因此，我們接下來用NCEP 和GECCO2 大氣數(shù)據(jù)包括海面凈熱通量和風速，以及潛熱通量、感熱通量和短波輻射數(shù)據(jù)來分析大氣強迫機制的可能作用。

以8 月為起始月份的海面凈熱通量異常自相關系數(shù)的空間分布（圖6a，圖6b）表明，海面凈熱通量異常滯后12 個月自相關系數(shù)及其與滯后6 個月自相關系數(shù)的差值在非洲東部近海、馬達加斯加島南部海域以及澳大利亞西部和西北部海域均為正值且值較大，并達到95%的置信水平，說明海面凈熱通量在這些海域均表現(xiàn)出冬季重現(xiàn)。從圖6c 看，在SSTA 冬季重現(xiàn)區(qū)（圖2c，圖6c）的大部分海域海面凈熱通量異常與同期SSTA 呈正相關，意味著海面凈熱通量對重現(xiàn)區(qū)第一年冬季SSTA 的形成有貢獻，特別是在馬達加斯加島東部大體呈東西走向的帶狀海域以及澳大利亞西南部海域二者呈顯著正相關，說明在這兩個海域海面凈熱通量對第一年冬季SSTA 的形成起重要貢獻。圖6d 給出冬季海面凈熱通量異常與次年冬季SSTA 滯后相關系數(shù)的分布，用于進一步說明海面凈熱通量異常重現(xiàn)對次年冬季SSTA 形成的直接作用?？梢姡Ｃ鎯魺嵬慨惓Ｅc次年SSTA 顯著正相關的區(qū)域出現(xiàn)在馬達加斯加島南部及澳大利亞西南部海域（圖6d）。這說明，在上述這兩個海域（圖6b，圖6d），海面凈熱通量冬季重現(xiàn)對SSTA 冬季重現(xiàn)有直接的貢獻。

圖6 根據(jù)NCEP 資料計算的8 月與次年8 月（即滯后12 個月）的海面凈熱通量異常自相關系數(shù)的空間分布（a），8 月與次年8 月（即滯后12 個月）的海面凈熱通量異常自相關系數(shù)和8 月與次年2 月（即滯后6 個月）的凈熱通量異常自相關系數(shù)的差值的空間分布（b），8 月海面凈熱通量異常與同年8 月SSTA 的相關系數(shù)的空間分布（c）和8 月海面凈熱通量異常與次年8 月SSTA 的滯后相關系數(shù)的空間分布（d）Fig.6 Spatial distribution of net heat flux anomalies (NHFA) autocorrelation between August and August of the following year (12-month lag autocorrelation) (a),the difference between NHFA autocorrelation between August and August of the following year (12-month lag autocorrelation) and NHFA autocorrelation between August and February of the following year (6-month lag autocorrelation) (b),correlation coefficients between NHFA in August and GECCO2 SSTA in August of the current year (c),and lag correlation coefficients between NHFA in August and GECCO2 SSTA in August of the following year (d) derived from NCEP data

為了更好地理解大氣強迫在南印度洋局部海域SSTA 重現(xiàn)中的作用，類似上文的做法，我們選取了兩個代表性的重現(xiàn)區(qū)比較各強迫因子作用的差異（圖6a）：D（27.5°～30.5°S，74.5°～77.5°E），代表混合層季節(jié)變化強且海面凈熱通量無重現(xiàn)；E（35.5°～38.5°S，97.5°～100.5°E），代表混合層季節(jié)變化及海面凈熱通量重現(xiàn)均較強。由圖7 可見，這兩個區(qū)域的SSTA 都表現(xiàn)出明顯的冬季重現(xiàn)，次表層溫度異常的滯后相關均表現(xiàn)出很強的持續(xù)性且始終大于SSTA 自相關，這說明在這兩個區(qū)域，混合層深度的季節(jié)變化都是SSTA 重現(xiàn)的主導機制。另外，不同于區(qū)域D，區(qū)域E 的海面凈熱通量異常也表現(xiàn)出冬季重現(xiàn)的特征，說明冬季海面凈熱通量異常的重現(xiàn)對該區(qū)域海溫冬季重現(xiàn)也有重要貢獻。需要指出的是，區(qū)域E 的SSTA重現(xiàn)時間（4-5 月）早于海面凈熱通量重現(xiàn)時間（7-8 月），這是因為區(qū)域E 是混合層深度季節(jié)變化較大的區(qū)域，混合層機制對此區(qū)域的SSTA 重現(xiàn)也有貢獻，區(qū)域E 的混合層深度在4-5 月開始加深，溫度異常信號通過混合重新回到混合層內(nèi)并出現(xiàn)在海表，從而影響海表溫度的變化。我們對海面熱通量各主要分量的分析結(jié)果（圖8）顯示，區(qū)域E 海面凈熱通量的重現(xiàn)主要來自短波輻射和感熱通量的貢獻。

圖7 使用GECCO2 海溫與大氣數(shù)據(jù)以及NCEP 大氣數(shù)據(jù)計算得到的區(qū)域D（a）和區(qū)域E（b）的8 月SSTA 與同年8 月[8 月(0)]至次年12 月[12 月(+1)]的SSTA 滯后相關系數(shù)（紅色實線），冬季混合層底部深度處溫度異常滯后相關系數(shù)（藍色實線，a 中為75 m，b 中為172 m），以及海面凈熱通量異常（NHFA）滯后相關系數(shù)（GECCO2 為綠色實線，NCEP 為黑色實線）Fig.7 Lag correlation of August anomalies of temperature at surface (red solid line) and at depth corresponding to the bottom of the climatological winter mixed layer depth (blue solid line,75 m in a and 172 m in b) from GECCO2,net het flux anomalies from GECCO2 (green solid line) and NCEP (black solid line) in the Region D (a) and Region E (b)

圖8 使用NCEP 大氣數(shù)據(jù)計算得到的區(qū)域E 的8 月與同年8 月[8 月(0)]至次年12 月[12 月(+1)]的潛熱通量滯后相關系數(shù)（紅色實線），感熱通量滯后相關系數(shù)（綠色實線），短波輻射滯后相關系數(shù)（藍色實線），以及海表風速滯后相關系數(shù)（黑色實線）Fig.8 Lag correlation of August latent heat flux (red solid line),sensible heat flux (green solid line),short wave radiation(blue solid line),and surface wind speed (black solid line) in the Region E computed from NCEP

熱通量各主要項的12 個月滯后自相關的空間分布（圖9a，圖9b，圖9c）表明，海面凈熱通量的重現(xiàn)主要來自短波輻射和感熱通量的貢獻這一結(jié)論不僅僅適用于區(qū)域E，在海面凈熱通量重現(xiàn)的其他一些海域也是如此。具體而言，在澳大利亞西南部海域、非洲東部近海和熱帶局部海域，感熱通量的滯后12 個月自相關系數(shù)較大且達到95%的置信水平（圖9b），意味著在這些海域感熱通量對海面凈熱通量重現(xiàn)有貢獻；在馬達加斯加島南部以及澳大利亞西部和西北部大片海域，短波輻射的滯后12 個月自相關較為顯著（圖9c），其分布范圍與海面凈熱通量滯后自相關的顯著區(qū)域大體一致（圖6a），說明了短波輻射對海面凈熱通量異常重現(xiàn)的主導作用。

圖9 根據(jù)NCEP 資料計算的8 月與次年8 月（即滯后12 個月）的潛熱通量自相關系數(shù)的空間分布(a)，感熱通量自相關系數(shù)的空間分布(b)，短波輻射自相關系數(shù)的空間分布(c)，以及海表風速自相關系數(shù)的空間分布(d)Fig.9 Spatial distribution of latent heat flux autocorrelation between August and August of the following year (12-month lag autocorrelation) (a),sensible heat flux autocorrelation between August and August of the following year (b),short wave radiation autocorrelation between August and August of the following year (c),and surface wind speed autocorrelation between August and August of the following year (d) derived from NCEP data

5 結(jié)論

本文利用GECCO2、ORAS4、HadiSST 和OAFlux海溫數(shù)據(jù)分析了南印度洋海表溫度冬季-冬季重現(xiàn)的分布特征及可能的形成機制。這4 套數(shù)據(jù)集得到的結(jié)果較為一致，其結(jié)果均顯示，在研究海域，SSTA冬季重現(xiàn)主要發(fā)生在南印度洋15°S 以南海域，尤其是馬達加斯加島至澳大利亞西南部之間的海域重現(xiàn)信號最為顯著。重現(xiàn)信號發(fā)生的時間也略有差異，大部分海域發(fā)生在次年冬季，也有局部海域重現(xiàn)信號發(fā)生較早，出現(xiàn)在次年秋季并持續(xù)至隨后的冬季。

進一步分析表明，在南印度洋，SSTA 冬季重現(xiàn)的發(fā)生與混合層深度的季節(jié)變化是密切聯(lián)系的。在15°S 以南海域，混合層冬季較深夏季較淺，尤其是35°S 以南海域，冬季混合層深度是夏季的5 倍以上，SSTA 冬季重現(xiàn)區(qū)基本與混合層深度季節(jié)變化顯著的區(qū)域相對應，這意味著混合層（即海洋重現(xiàn)機制）對SSTA 冬季重現(xiàn)有主導作用。除了混合層深度季節(jié)變化的影響外，在馬達加斯加島南部海域和澳大利亞西南部海域，海面凈熱通量也有類似SSTA 的冬季重現(xiàn)現(xiàn)象，對SSTA 的重現(xiàn)也有貢獻。初步分析顯示，海面凈熱通量的重現(xiàn)主要來自短波輻射和感熱通量的貢獻，其可能成因有待下一步工作深入研究。