近44年北印度洋海表风速变化趋势分析

刘铁军，郑崇伟，李训强，张文静

（1.海军海洋水文气象中心，北京 100161；2.92538部队，辽宁大连 116041；3.解放军理工大学气象海洋学院，江苏南京 211101）

1 引言

南海-北印度洋是全球重要的海上通道之一，更是我国亚丁湾护航编队的必经之地，是我国极其重要的海上能源通道之一，对我国而言具有重要的经济和军事战略意义。海表风场经常给人类的经济、军事活动造成影响，因此深入研究海表风速的长期变化特征具有重要价值，可为防灾减灾、研究全球气候变化提供参考。Ward等[1]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；刘志宏等[2]研究发现西北太平洋大部分海域的海表风速在1988—2009年期间表现出显著的递增趋势；郑崇伟等[3-4]的研究发现中国海的有效波高（SWH——Significant Wave Height）在1988—2009年期间表现出显著的逐年递增趋势，并推断这应该是由于中国海的海表风速在1988—2009年期间呈递增趋势所致；梅勇等[5]研究发现南海大风中心（范围115º—117.5ºE，15º—17.5ºN）的海表风速在1958—2001年期间呈显著的逐年线性递增趋势；孙龙[6]发现东中国海的海表风速在1999—2008年期间呈显著性递增；柳艳菊等[7]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。对于北印度洋海表风速的研究较少，本文利用来自ECMWF（欧洲中期天气预报中心-European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）的ERA-40风场资料，就北印度洋海表风速的长期变化趋势展开分析，以期可为防灾减灾、研究全球气候变化提供参考。

2 资料简介

本文所用资料为ERA-40海浪再分析资料中的海表风速资料（标量场），ERA-40海浪再分析资料来自ECMWF[8-14]，该资料的空间范围为90°S—90°N，180°W—180°E，空间分辨率为1.5°×1.5°，时间范围从1957年09月01日00：00时—2002年08月31日18：00时，时间分辨率为6 h。

3 海表风速逐年变化趋势

3.1 逐网格点海表风速的变化趋势

为了体现不同海域海表风速的变化趋势，本文就1.5°×1.5°每个网格点上的海表风速从1958—2001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，见图1。

近44年期间，北印度洋低纬度海域、索马里至斯里兰卡一带的大范围海域的海表风速表现出显著的逐年线性递增趋势，基本在0.01—0.02 m·s-1·a-1，尤其是斯里兰卡南部-苏门答腊岛一带的递增趋势尤为强劲，在0.015 m·s-1·a-1以上；呈显著性递减的区域主要分布于亚丁湾、红海、波斯湾、斯里兰卡北部零星海域、以及缅甸仰光西南部近海等小范围海域，约-0.01—-0.005 m·s-1·a-1；阿拉伯海、孟加拉湾等海域的海表风速在近44年期间则无显著性变化趋势。

3.2 整体变化趋势

为了从整体上把握北印度洋海表风速近44年期间的变化趋势，本文还将北印度洋的海表风速从1958—2001年进行逐年区域平均，采用一元线性回归方法，分析该海域海表风速的整体变化趋势，见图2。

变化趋势的相关系数|r|=0.54＞r0.05=0.29,通过了95%的信度检验，表明北印度洋海表风速的线性递增趋势显著，回归系数为0.0061，即1958—2001年期间，北印度洋海域的海表风速整体上以0.0061 m·s-1·a-1的速度显著性逐年线性递增。

图1 1958 —2001年北印度洋海表风速变化趋势(单位/m·s-1·a-1)；彩色区表示通过了95%的信度检验

图2 1958—2001年北印度洋逐年平均的海表风速及其变化趋势

图3 近44年逐春季、逐夏季、逐秋季、逐冬季海表风速的变化趋势（单位/(m·s-1·a-1)，彩色区表示通过了95%的信度检验

从曲线走势来看，在近44年期间，北印度洋的海表风速呈震荡递增，震荡区间在5.0—5.5 m·s-1之间，1958—1963年期间表现出递减趋势，而后急速递增，并在1964年达到短期内的一个高点，年平均风速在5.43 m·s-1左右，1966—1973年期间为第一波比较显著的递增区间，1977—1984年期间为第二波比较显著的递增区间，而后迅速递减，并在1987年达到短期内的波谷，年平均风速在5.0 m·s-1左右，1991—2001年期间，震荡较为明显，但整体变化区域平缓，详见图2。

3.3 不同季节的变化趋势

为了体现北印度洋海表风速在不同季节的变化趋势，本文将该海域的海表风速从1958—2001年进行逐夏季、逐冬季平均，分析不同季节海表风速变化趋势的差异。

逐春季：约有40%的海域海表风速的变化趋势显著，呈显著性递增的区域主要分布于阿拉伯半岛东南海域，递增趋势在0.01 m·s-1·a-1以上，印度半岛中部以西海域，呈西南-东北走向，递增趋势基本在0.015 m·s-1·a-1以上，77°—88°E的低纬度海域，递增趋势在0.015 m·s-1·a-1以上，苏门答腊岛西部近海，递增趋势在0.01 m·s-1·a-1以上。呈显著性递减的区域主要分布于波斯湾、亚丁湾、孟加拉湾北部近海等小范围海域，详见图3a。

逐夏季：孟加拉湾和阿拉伯海大范围海域的海表风速表现出显著的递减趋势，-0.02—-0.01m·s-1·a-1，此外在波斯湾和红海也呈显著的递减趋势；呈显著性递增的区域主要分布于索马里以东的大范围海域，递增趋势在0.01 m·s-1·a-1以上，递增趋势较强的高值区在0.02 m·s-1·a-1以上，斯里兰卡西部海域，递增趋势在0.015—0.02 m·s-1·a-1，斯里兰卡南部至苏门答腊岛的大范围海域，递增趋势基本在0.015 m·s-1·a-1以上，高值中心甚至达到0.025 m·s-1·a-1以上，见图3b。

逐秋季：大部分海域的海表风速五显著性变化趋势；呈显著性递增的区域主要集中分布于5°N以南，递增趋势在0.01—0.03 m·s-1·a-1，高值中心位于75°—88°E之间的赤道附近海域；呈显著性递减的海域主要分布于亚丁湾、红海、波斯湾、斯里兰卡北部近海、缅甸仰光的西南部等小范围海域，详见图3c。

逐冬季：仅仅在亚丁湾一小范围海域的海表风速呈显著递减趋势，约-0.02—-0.005 m·s-1·a-1，其余大部分海域的海表风速表现出显著性逐年线性递增趋势，基本在0.01 m·s-1·a-1以上，尤其是在马尔代夫周边海域、孟加拉湾北部近海、苏门答腊岛西部大范围海域，递增趋势基本在0.02 m·s-1·a-1以上，见图3d。

4 变化周期

本文还将北印度洋的海表风速从1958—2001年进行逐年区域平均，采用功率谱分析方法，分析该海域海表风速的变化周期，当谱密度大于红（或白）噪音检验标准谱时，该周期是显著的。

图4 1958 —2001年北印度洋海表风速的功率谱分析

由图4可见，北印度洋的海表风速存在显著的2.0年、2.6—3.7年、5.2年的变化周期，以及26年以上的长周期震荡。陈红霞等[15]指出中国近海及临近海域（15°—25°N，112°—130°E）海浪的年际变化中以5年为周期的变化最为显著，和ENSO事件有着很好的对应关系；郭随平等[16]的研究发现南海的风浪、涌浪、混合浪与厄尔尼诺有着较为密切的关系。本文发现北印度洋的海表风速也与厄尔尼诺存在5年左右的共同周期，本文猜想北印度洋的海表风速与厄尔尼诺现象可能存在一定的相关性，在下一步的研究中可重点就厄尔尼诺现象与北印度洋海表风速之间的超前、同期、滞后相关进行计算，探索厄尔尼诺与北印度洋海表风速是否存在联系，为气候预测、全球气候变化做贡献。

5 结论

（1）1958—2001年期间，北印度洋低纬度海域、索马里至斯里兰卡一带的大范围海域的海表风速表现出显著的逐年线性递增趋势，基本在0.01—0.02 m·s-1·a-1；呈显著性递减的区域主要分布于亚丁湾、红海、波斯湾、斯里兰卡北部零星海域、以及缅甸仰光西南部近海等小范围海域，约-0.01—-0.005 m·s-1·a-1；阿拉伯海、孟加拉湾等海域的海表风速在近44年期间则无显著性变化趋势；

（2）近44年期间，北印度洋海域的海表风速整体上以0.0061 m·s-1·a-1的速度显著性逐年线性递增。从逐年变化趋势来看，该海域的海表风速呈震荡递增，震荡区间在5.0—5.5 m·s-1之间；

（3）不同海域海表风速的变化趋势在不同季节表现出很大差异：冬季和夏季，大部分海域海表风速的变化趋势显著，其中冬季以递增趋势为主，夏季在低纬递增，中纬度递减；春季次之；秋季仅在赤道附近一带海域呈显著性递增；

（4）近44年期间，北印度洋的海表风速存在显著的2.0年、2.6—3.7年、5.2年的变化周期，以及26年以上的长周期震荡。

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