1988-2009年北印度洋海域风候统计分析

张磊，郑崇伟，李庆红

（1.海军大连舰艇学院，辽宁 大连 116018；2.92538部队气象台，辽宁 大连 116041）

1988-2009年北印度洋海域风候统计分析

张磊1，郑崇伟2，李庆红1

（1.海军大连舰艇学院，辽宁 大连 116018；2.92538部队气象台，辽宁 大连 116041）

利用具有较高时空分辨率的1988-2009年的CCMP（Cross-Calibrated，Multi-Platform）风场资料，对北印度洋海域的风候特征进行深入统计分析，为防灾减灾、航海、海洋能开发等提供参考。研究发现：（1）北印度洋受季风影响显著，MAM期间阿拉伯海和孟加拉湾的风向呈顺时针旋转，JJA期间受西南季风影响显著，盛行西南风，SON期间为季风过渡季节，低纬度海域的西南季风仍未消退，而高纬度部分海域已经转受东北信风的影响，DJF期间整个北印度洋受东北信风影响显著。风速的大值区主要分布于索马里以东和阿拉伯半岛东南部海域、斯里兰卡东部海域和马纳尔湾。（2）6级以上大风的高频中心位于索马里和阿拉伯半岛东部海域。（3）近22年期间，北印度洋海域的海表风速整体上以0.0286m·s-1·a-1的速度显著性逐年线性递增，递增趋势较强的海域分布于中高纬海域：红海、马纳尔湾、孟加拉湾西部和北部海域、马六甲海峡、泰国湾、北部湾。

CCMP风场；北印度洋；季节特征；大风频率；长期变化趋势

Abstract：Based on the 1988-2009 wind field data which were of high time and space resolution，this paper made a statistical analysis on the wind climate characteristics of North India Ocean，and worked out the regular patterns of wind field in this ocean，which have provided the reference and assistance to make decision for preventing and reducing natural disasters，sailing，ocean engineering and exploitation of ocean energy.Results showed that（1） the North Indian Ocean was affected by the monsoon；（2） the area of large scale frequency was located in Somali and the east waters off the Arabic peninsula；（3） during the last 22 years，the sea surface wind speed in the North Indian Ocean appeared an obvious linear trend of annual increasing by 0.0286mos-1oa-1.The area with decreasing tendency was mainly located in some small water areas.

Keywords：CCMP wind field；the North Indian Ocean；seasonal characteristics；gale frequency；long-term trend

海表风场是航海、海洋工程、海洋能开发等极为关注的一项要素，大风大浪经常能够造成不同程度的灾害，如2011年12月18日强冷空气造成的俄罗斯鄂霍次克海海上石油平台沉没，造成了巨大的人员和经济损失，又如诺曼底登陆，虽然整体上是成功的，但狂风巨浪也造成了严重的非战斗减员和很多装备的损失，如此事例不胜枚举（Zheng C W et al，2012；郑崇伟 等，2011a；郑崇伟等，2011b；郑崇伟等，2012a；郑崇伟等，2012b）。印度洋海域在世界海运、航运、渔业、矿藏、通讯等各个经济领域中都占有主导地位，在全球战略多极化格局发展中，印度洋也将是一个关键性地区，该区局势的发展变化对全世界的政治、经济和军事有着极为深远的影响，且该海域也是我亚丁湾护航的重要海域，吴风电等（2011）曾利用1977-2008年北印度洋的热带气旋资料，对该海域的热带气旋特征进行过统计分析，研究发现：北印度洋热带气旋通常发生在阿拉伯海东部和孟加拉湾中部，阿拉伯海上活动的热带气旋要比孟加拉湾频繁。李培等（2003） 曾利用1950-1995年共46a的北印度洋气象船舶资料，按5°×5°网格统计单元，对北印度洋的气候特征进行过分析，绘制了历年各月风向频率、平均风速、6级和8级大风、能见度、雾和雷暴等气象要素分布图，研究发现该区是世界著名的季风气候区，夏季的西南季风比冬季东北季风强盛，与我国南海海区的季风特点正好相反。本文利用具有较高时空分辨率的1988-2009年的CCMP（Cross-Calibrated，Multi-Platform） 风场资料，对该海域的风候特征进行深入统计分析，为防灾减灾、航海、海洋工程、海洋能开发等提供参考和辅助决策。

1CCMP风场简介

CCMP风场来自ESE（NASA Earth Science Enterprise），它结合了 ADEOS-II（Advanced Earth Observing Satellite，2nd Generation）、QuikSCAT、TRMM TMI（Tropical Rainfall Measuring Mission Microwave Imager）、AMSR-E（Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth Observing System）、SSM/I（Special Sensor Microwave Imager） 几种资料，利用变分方法得到，其空间分辨率为0.25°×0.25°，时间分辨率为6小时，空间范围为：78.375°S-78.375°N，0.125°E～359.875°E，时间范围从 1987年7月至今。CCMP风场与NCEP风场、ERA-40海表10米风场、QuikSCAT/NCEP（简称QN） 混合风场相比较，CCMP风场具有较高的精度和时空分辨率、时间序列长等优点（郑崇伟等，2011b），被国外广泛运用于风场研究、海浪模式的驱动场等，但该资料在国内运用较少。

2 海表风场特征分析

2.1 海表风场的季节特征

将北印度洋海域的海表风场从1987年7月至2009年12月做多年季节平均，得到该海域海表风场（含风速风向） 的四季分布特征。为了便于观察，风向取单位矢量，以背景色的深浅来表示风速的大小（图1）。

MAM（March，April，May） 期间，风向从整体来看，在阿拉伯海和孟加拉湾均大致呈顺时针旋转，风速的大值区主要分布于阿拉伯海北部近海（4.5～5.5 m/s）、孟加拉湾西北部近海（5.5～6.0 m/s）和斯里兰卡南部海域（4.0～5.0 m/s），其余海域的平均风速基本都在4 m/s以下；JJA（June，July，August）期间，整个北印度洋受季风影响显著，大部分海域为西南风，风速的大值中心分布于索马里和阿拉伯半岛东部的大范围海域，平均风速基本都在12m/s以上，其次孟加拉湾的大部分海域也是风速的相对大值区，平均风速约8～10 m/s；SON（September，October，November） 期间为季风过渡季节，低纬度海域的西南季风仍未消退，而高纬度部分海域已经转受东北信风的影响，风速的大值区主要分布于斯里兰卡南部大范围海域，平均风速约4～6 m/s；DJF（December，January，February） 期间，整个北印度洋受东北信风影响显著，风速的大值区主要分布于索马里东部海域和斯里兰卡东部海域。从多年平均风速来看，大值区主要分布于索马里以东和阿拉伯半岛东南部海域（6～8 m/s）、斯里兰卡东部海域（6～7 m/s） 和马纳尔湾（斯里兰卡到和印度半岛之间，6～8 m/s）。

值得注意的是：亚丁湾及红海海域常年盛行西北风（图1）。

2.2 大风频率

利用1988-2009年逐6小时的CCMP风场资料，对北印度洋海域MAM、JJA、SON和DJF期间及全年6级以上大风出现的频率进行了统计（图2）。风力等级的划分参照蒲氏风力等级表。

MAM期间，6级以上大风出现频率较低，相对高频中心分布于红海（约2%）、斯里兰卡东南部海域（约3%～3.5%）；JJA期间，6级以上大风出现的频率为全年最高，高频中心位于索马里和阿拉伯半岛东部海域（80%左右），此外，孟加拉湾大部分海域出现频率也基本在30%左右；SON和DJF期间，6级以上大风出现的频率较低。

图1 北印度洋近22年平均的MAM、JJA、SON、DJF期间的海表风场及多年平均海表风速分布特征（风速单位：m/s）

从全年来看，6级以上大风频率分布特征与JJA期间6级以上大风频率的分布特征较为相似，可见该海域的大风主要是由于西南季风所致。6级以上的大风的高频中心主要分布于阿拉伯海东部海域，其次是孟加拉湾中部海域，吴风电等（2011）的研究表明：北印度洋热带气旋通常发生在阿拉伯海东部和孟加拉湾中部，阿拉伯海上活动的热带气旋要比孟加拉湾频繁。在此，本文结论也与吴风电的研究结论相吻合。

2.3 海表风速的逐年线性趋势

近年来，对于海表风速的研究已有不少。Ward等（1996）认为，在20世纪后半叶全球平均近海面风速没有明显的变化趋势，在赤道附近海域、南大西洋热带海域和北太平洋亚热带海域呈减小趋势，Gulev（1999，2004） 和Gower等（2002）提出，热带北大西洋和北太平洋高纬度海区的海表风速呈递增趋势，郑崇伟等（2012b）的研究发现西北太平洋大部分海域的海表风速在近22年期间表现出显著性逐年线性递增趋势，柳艳菊等（2008）利用西沙台站观测资料研究发现西沙地区地面风速自1975年以来呈明显的下降趋势。但针对北印度洋海域海表风速变化趋势的研究并不多，本文利用CCMP风场资料，分析了北印度洋海域近22年期间海表风速逐年区域平均后的变化趋势，但这种分析方法只能从整体上反应该海域海表风速的长期变化趋势，不同海域海表风速的变化趋势定会存在区域性差异，因此本文还分析了该海域0.25°×0.25°逐网格点上海表风速的变化趋势，结合者两种分析方法，技能从整体上把握该海域海表风速的变化趋势，也能体现变化趋势的区域性差异。

2.3.1 区域平均后海表风速的逐年线性趋势

将北印度洋的海表风速从1988-2009年进行逐年区域平均，采用线性回归方法，分析近22年该海域海表风速的整体变化趋势（图3）。

相关系数|r|=0.87>r0.05=0.29，线性递增趋势显著，回归系数为0.0286，也就是说，在1988-2009年期间，北印度洋海域的海表风速以0.0286m·s-1·a-1的速度显著性逐年线性递增。该海域的海表风速变化趋势大体可分为两个阶段：在1988-1996年期间，西北太平洋的海表风速变化较为平缓，基本在5.2 m·s-1左右，在1999-2009年期间表现出较为平缓的递增趋势，在1997年为近22年期间年平均风速的最低点，年平均风速约5 m·s-1。

2.3.2 每个网格点上海表风速的逐年线性趋势

为了体现出变化趋势的区域性差异，本文将北印度洋海域0.25°×0.25°每个网格点上的海表风速从1988-2009年取逐年平均，分析每个网格点上海表风速的逐年线性趋势，具体计算方法如下：

式（1）为回归方程，b为线性趋势的回归系数。相关系数为r，用于线性趋势的信度检验。

由图4可见，近22年期间，北印度洋大部分海域的海表风速呈显著性逐年线性递增。大部分海域的递增趋势在0.03 m·s-1·a-1左右，与图3的结论一致。递增趋势较强的海域主要分布于中高位纬域：红海海域（0.09～0.18 m·s-1·a-1）、马纳尔湾（斯里兰卡到和印度半岛之间，0.12～0.18 m·s-1·a-1）、孟加拉湾西部和北部海域（约0.06 m·s-1·a-1）、马六甲海峡（0.06～0.09 m·s-1·a-1）、泰国湾（0.06～0.09 m·s-1·a-1）、北部湾（0.06～0.09 m·s-1·a-1），赤道附近海域海表风速的递增趋势较为平缓，基本都在0.03 m·s-1·a-1以内，呈显著性逐年线性递减的区域分布于一些零星海域，无显著性变化趋势的海域集中分布于马尔代夫周边大范围海域和斯里兰卡南部大范围海域以及其余一些小范围海域（图4）。

图4 北印度洋海域1988-2009年逐年平均海表风速线性趋势的回归系数（m·s-1·a-1，阴影区表示相关系数|r|>r0.05=0.4，即通过了95%的信度检验，线性趋势显著）

3 结论

（1）北印度洋海域受季风影响显著，MAM期间，在阿拉伯海和孟加拉湾的风向均大致呈顺时针旋转，风速的大值区主要分布于阿拉伯海北部近海、孟加拉湾西北部近海和斯里兰卡南部海域；JJA期间，北印度洋受西南季风影响显著，大部分海域为西南风，风速的大值中心分布于索马里和阿拉伯半岛东部的大范围海域；SON期间为季风过渡季节，低纬度海域的西南季风仍未消退，而高纬度部分海域已经转受东北信风的影响，风速的大值区主要分布于斯里兰卡南部大范围海域；DJF期间，整个北印度洋受东北信风影响显著，风速的大值区主要分布于索马里东部海域和斯里兰卡东部海域。从多年平均风速来看，大值区主要分布于索马里以东和阿拉伯半岛东南部海域、斯里兰卡东部海域和马纳尔湾。亚丁湾及红海海域常年盛行西北风。

（2）MAM期间，6级以上大风出现频率较低，相对高频中心分布于红海、斯里兰卡东南部海域；JJA期间，6级以上大风出现的频率为全年最高，高频中心位于索马里和阿拉伯半岛东部海域，出现频率高达80%左右，此外，孟加拉湾大部分海域出现频率也基本在30%左右；SON和DJF期间，6级以上大风出现的频率较低。从全年来看，6级以上大风频率分布特征与JJA期间6级以上大风频率的分布特征较为相似，该海域的大风主要是由于西南季风所致。

（3） 在1988-2009年期间，北印度洋海域的海表风速整体上以0.028 6 m·s-1·a-1的速度显著性逐年线性递增。递增趋势较强的海域主要分布于中高位纬域：红海海域、马纳尔湾、孟加拉湾西部和北部海域、马六甲海峡、泰国湾、北部湾，赤道附近海域海表风速的递增趋势较为平缓，呈显著性逐年线性递减的区域分布于一些零星海域，无显著性变化趋势的海域集中分布于马尔代夫周边大范围海域和斯里兰卡南部大范围海域以及其余一些小范围海域。

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（本文编辑：袁泽轶）

Wind climate analysis for the North Indian Ocean from 1988 to 2009

ZHANG Lei1，ZHENG Chong-wei2，LI Qing-hong1
（1.Dalian Naval Academy Department of Military Marine，Dalian 116018，China；2.NO.92538 Army of PLA，Dalian 116041，China）

TP711；P737

A

1001-6932（2012）05-0575-06

2012-01-17；

2012-06-17

国家重点基础研究发展规划项目（2012CB957803）；中国科学院知识创新工程重要方向项目（KZCX2-YW-Q11-03）。

张磊（1972-），男，副研究员，主要从事海洋环境保障研究。电子邮箱：stone333@tom.com。