印度尼西亚西岸温盐锋时空变化特征

刘建斌，张永刚

（海军大连舰艇学院，辽宁大连116018）

印度尼西亚西岸温盐锋时空变化特征

刘建斌，张永刚

（海军大连舰艇学院，辽宁大连116018）

通过WOA13多年季节气候态数据分析了印度尼西亚5°S锋面与15°S锋面的季节变化特征及水平方向垂直方向上变化特点：两处海洋锋均在表层以下，其中5°S附近仅有温度锋，主要存在于1—6月份，1—3月份为锋强度最大时期，集中在30—100m水层内。15°S处既存在温度锋又存在盐度锋，全年均有锋现象，但其强度存在季节差异。对比声速剖面，发现声速在从南到北穿越5°S（15°S）锋面时逐渐声速减小（增大）。

印度尼西亚西海岸海洋锋；WOA13；时空变化

1 引言

印度尼西亚及其周边海域处于太平洋与印度洋水团交汇区，是连接两大洋之间的纽带。目前对于印度尼西亚海区海水水文特点，国内外已经做了大量的研究，其中大部分集中在对印度尼西亚贯穿流（Indonesian Through Flow，ITF)的研究，如Broecker指出ITF是全球海洋热盐环流传送带的关键，维持着全球大洋之间的物质平衡、动量平衡[1]，ITF所携带的热量对周边乃至整个热带气候系统的维持至关重要[2]，Laurie等利用模式分析方法，认为IFT对于印度洋海表面温度、温跃层等都有重要影响[3]。以上研究足见印尼海区在全球海洋、气象研究领域的重要性，同时印度尼西亚地处马六甲海峡、帝汶海峡等战略要地，是连接南海与太平洋、印度洋的重要战略要冲，随着中国“一带一路”战略的提出，其国家战略意义、军事意义必将进一步凸显。

海洋锋属于海洋中海水物理特性急剧变化的过渡带，即是大洋中水团交汇的指示性区域，同时又对海表面温度，海气相互作用产生较大影响[4]，特别是其对水声传播有重要影响，如卢晓亭等指出海洋锋对声纳的水下探测和反探测会产生显著影响[5]，Carman等综合非均匀海洋环境及地形因素应用抛物模型分析了湾流锋附近复杂海洋环境下的声传播，并讨论了海洋环境的变化和真实海底地形变化的交互作用对低频—远程声传播的影响[6]，吕连港等利用BELLHOP声传播模式模拟黑潮锋区声传播特点，认为锋区对声传播损失有较大影响[7]，菅永军等利用二维PE模型通过对黑潮锋区实测数据的分析认为有无锋区的声传播损失最大能达20 dB[8]。

然而，目前国内尚未有专门对于印度尼西亚海区海洋锋的研究，国外如W ijffels等人虽然指出印尼西海岸存在强度较大的温盐锋，但并未进行系统讨论[9]。因此，本文利用WOA13（World Ocean Atlas2013)多年（1955—2012年）季节平均格点化数据，对印尼西海岸温盐锋锋面位置、分布范围、锋轴线强度以及锋的季节变化进行研究。这将为分析印尼西海岸水团分布、水下声传播特点提供帮助；以目前世界上服役最多的“洛杉矶”级核潜艇为例，其最大下潜深度为450m，而600m以浅正是印度尼西亚海洋锋存在的区域，因此对印度尼西亚海洋锋的研究同样能为潜艇水下活动提供参考。

2 数据与锋面分析方法

2.1 数据介绍

WOA13是来自NOAA(National Oceanic and

A tmosphelic Adm inistration）的国家海洋数据中心海洋气象实验室的海洋气候学数据集产品，包涵全球多种海洋要素数据，分为年平均、季节平均和月平均数据，是多种数据集的整合产品，包含多种实测数据；空间分辨率有：5°、1°、0.25°三种；在深度上，利用内插值的方法，从表层到最大深度5500m分为102层[10]。区别于卫星数据只能研究表面海洋锋的缺点，WOA数据能够对海洋锋的三维结构进行研究。以往就有学者将WOA系列数据其应用到海洋锋的研究上，如何琰等用空间分辨率为1°的WOA09分析了北欧海面锋区分布特点[11]。WOA13数据是WOA系列的最新产品，空间分辨率能达0.25°，在分析精度上更优。

本文选用1955—2012年季节平均0.25°网格温度、盐度数据分析印尼西岸海洋锋。需要说明的是WOA13数据虽然是平均格点化插值数据，在表现海洋锋强度上比实际值要低，因此本文出现的强度一般都比实际值小。但是WOA13数据在表现锋区，特别是锋轴线上位置、强度的变化特点上具有较好的效果，可以分析强度随空间的分布特点，随季节的变化规律等。

2.2 锋面分析方法

海洋锋表现在图像上具有弱边缘性的特点，以往对于海洋锋的提取多采取图像边缘处理的方法，如基于Candy和数学形态的方法[12]以及基于小波分析的锋提取方法[13]等，但这些方法不仅计算量大且不能表现锋区强度信息，提取的锋轴线模糊与实际有一定的偏差，对于网格化数据并不实用。而DONG等[14]在研究南极极地锋时采用绝对梯度来确定锋区强度，采用绝对梯度经线最大值连线的方法确定锋轴线并取得了很好的效果。因此本文参考上述方法对锋面进行提取分析，其中绝对梯度的定义为：

图1 1—3月份各层水深温度绝对梯度分布

计算对印尼西海岸海洋锋区存在的大致区域中每一点的绝对梯度值，之后按经线依次将每条经线上绝对梯度最大值的点的连线，定义为海洋锋的主锋轴线，也就是说锋轴线的选取是依据其强度而

不是空间位置。如果相同经度下对应多个极大值点，则取最南端的点作为锋轴线上的点，由此得到了较为清晰的锋线位置。强度表示方面国内外还没有一个统一的标准，印尼西海岸区内两个相邻网格点的实际距离约为10 nm ile，因此选作强度的距离标准。

图2 1—3月份锋轴线位置及锋强度

3 印尼西海岸海洋锋

印度尼西亚西岸（本文研究范围主要是0°—20° S，60°—110°E）存在两处海洋锋，其中一处在15°S附近，另一处在5°S附近，目前还没有严格意义上的命名，因此为了区分将其分别称作5°S锋面与15°S锋面。

3.1 温度锋

3.1.1 印度尼西亚西岸5°S锋面

对比从表层到水深600m处各层温度梯度分布发现在5°S的海洋锋主要存在于30—100m处，且主要集中在1—3月份期间，如图1所示选取了8处不同水深的锋绝对梯度分布图。可以看出水深30m时温度绝对梯度强度逐渐增大，锋面东西长度随着深度的增加也发生改变，在50—60m水深处锋面强度大，范围广（60°—96°E附近）。其后锋强度较大的锋面范围逐渐减小至70°—90°E。锋区存在多个极大值。为了更好的研究锋强度水平分布特点，利用锋区极大值连线的方法将锋区内锋轴线及位置画出（见图2）。

从图2中可以看出，锋轴线在锋区内存在较大波动，这说明锋区内极值的分布点比较分散，虚线代表锋轴线上强度，其曲线变化较为平缓，且在50—100m内5°S处锋强度曲线随水深变化不大。利用绝对梯度最大值的方法获取5°S锋轴线位置及

其强度后，我们选取几个强度较大锋轴线上的点（61°E、70°E、80°E以及90°E），画出从表层到400m水深处四季锋强度的变化图（见图3）。

从图3中可以看出，5°S处温度锋其强度随深度呈现先增高后减小的特点，强度最大的深度在50—70m左右，全年看，1—3月份锋强度最大，10—12月份锋强度最小，其锋强度最大值（0.25℃/10 nm ile）是10—12月份（0.07℃/10 nm ile）的3.5倍左右。且在1—3月份60°E附近的锋强度值最大。从而进一步说明了5°S锋面主要存在于1—3月份，水深30—100m的特点。此外，从图2和3中均可以看出，锋强度在水深30m处最大值仅为0.01℃/10 nm ile，而到了50m水深处锋强度最大值为0.13℃/10 nm ile相差12倍，差异巨大导致强度变化曲线迅速增高，而且使这些区域容易出现密度断层，对潜艇活动极为不利。

3.1.2 印度尼西亚西岸15°S锋面

从图1中可以看出，当水深超过100m后5°S锋面逐渐消失，随着深度的增加在200m以深15°S处出现强度较大的锋面，对比各季各层水深温度绝对梯度分布图发现在7—9月份绝对梯度较为明显（见图4）。

从绝对梯度的分布中可以看出（见图4），随着深度的增加锋区纬度位置改变较小，均在15°S处；不同的是其东西距离发生改变。在150m水深处，锋区主要集中在108°—120°E，10°S及60°—85°E，15°S范围内，中间部分锋强度较弱；随着深度的增加近岸附近锋强度逐渐减弱，锋区主要分布在60°—105°E，15°S内（如275m水深处）；其后锋区逐渐收缩，到450m时则主要集中在60°—96°E附近。

同样利用绝对梯度最大值的方法将15°S锋轴线及强度画出，以7—9月份为例（见图5）。

相较于5°S的温度锋轴线位置摆动较大的特点，15°S锋轴线相对比较稳定，且其强度水平方向分布相对均匀，锋轴线的位置随着深度增加逐渐南移，锋强度较大水层主要在200—300m内。

选取锋轴线上点（61°E、70°E、80°E及90°E）画出其强度随深度的变化曲线如图6所示。

从图6中看出，强度随深度同样呈现先增加后

减小的特点，且对比不同月份发现4—6月份强度较小，1—3月份强度普遍较大，仅最大值之间的差距就为2.6倍；在10—12月份，锋70°E附近强度明显高于其他区域锋强度；锋强度较大的值在200—300m水深处。

为了进一步验证5°S及15°S处温度锋季节变化特点，选取65m水深层及275m水深层，画出84°E处经线逐月断面图，如图7和8所示。

图4 7—9月份温度绝对梯度分布图（单位/℃）

图5 7—9月份锋轴线位置及锋强度

从图7看出在7°S附近的冷水团主要存在于1—7月份，且随着时间的增加逐渐南移，同时7°S附近水平方向等温线密集，说明这一冷水团消失的较快，10月份以后温度升高到26℃以上，这一水团随时间变化的特点，直接影响5°S温度锋面的消长；在南北方向上等温线最密集的是3月份，这与前面得到的5°S锋面在1—3月份最强是吻合的，同时由于

7°S附近冷水团的影响，10°S附近等温线也较密集，但强度相对于5°S锋面较弱。

而在水深275m时（见图8），这一海域温度随时间的变化并不强烈，主要是15°S附近存在南北差异，因此15°S锋面能四季存在，6月份、7月份、10月份等温线密集程度更高，且等温线存在波动的特点。

图6 锋强度随水深的变化

图7 84°E，65m水深处断面随月份的变化

图8 84°E，275m水深处断面随月份的变化

3.2 盐度锋

依照前面研究温度锋的方法，我们画出了盐度的绝对梯度分布图以及锋轴线与强度分布图，如图

9和10所示。

与温度锋不同的是，印尼西岸盐度锋主要集中在15°S附近，锋面主要存在于100—600m水层内，且强度较大的盐度锋在水深250—450m之间，如400m水深处4—6月份70°E处锋强度0.77×10-3‰10 nm ile约是相同位置100m水深处的2倍左右。相较于温度锋15°S处的盐度锋范围更广，但其季节差异较小。

3.3 声速剖面分析

以600 m以浅的声速剖面为例，将5°S与15°S锋面南北两侧及锋区声速剖面分别画出，如图11和12所示。可以看出在5°S锋面处，从南到北穿过锋面，声速是逐渐减小的，声速差异较大的水层正是温度锋存在的区域（50—300m水深附近），如在100m时锋区南北两侧声速值差异在10m/s左右，同时对比锋轴线上不同经度处的声速剖面（图7中84°E与70°E）发现在150m内声速值几乎没有差异；而在15°S锋面处，从南到北穿过锋面，声速却是逐渐增加的，这主要是因为15°S锋面存在盐度锋的原因，同样在相同的纬线上（图8中84°E与70°E）锋区声速的东西差异不大。

图9 盐度绝对梯度

4 结论

印度尼西亚西海岸的海洋锋主要存在于5°S与15°S两处，是两条沿纬线分布的东西方向海洋锋。本文主要利用WOA13季节数据以绝对梯度确定锋区强度，用最大值连线方法确定锋轴线，对其温盐锋时空变化特点进行了分析，得到如下结论：

图10b

图10c

图11 5°S附近声速剖面

图12 15°S附近声速剖面

（1）5°S附近的海洋锋为温度锋，主要存在于1—6月份，其中1—3月份为锋强度最大时期。锋面存在于表层以下且集中在30—100m水层内；随着水深增加，锋强度呈现先增加后减小的特点，最大强度在50—70m水层；随着水深的变化锋区的范围也发生改变，60m水深处锋面强度大，范围最广（约在60°—96°E区域内），其后锋强度较大的锋面范围逐渐减小至70°—90°E；锋强度的水平变化方面，锋轴线在锋区内存在较大波动，这说明锋区内极值的分布点比较分散；

（2）5°S温度锋呈现出季节变化特点，主要是因为7°S附近冷水团具有1—6月存在，7—12月消散

的特点；

（3）15°S处既存在温度锋又存在盐度锋，全年均有锋现象，其强度存在季节差异。其中温度锋主要存在于120—500m水层内，锋强度最大值出现在水深275m附近；随着深度增加锋区范围同样发生改变，在150m水深处，锋区主要集中在108°—120°E，10°S及60—85°E，15°S范围内，中间部分锋强度较弱；随着深度的增加近岸附近锋强度逐渐减弱，锋区主要分布在60°—105°E，15°S内（如275m水深处）；其后锋区逐渐收缩，到450m时则主要集中在60°—96°E附近；锋轴线的位置随着深度增加逐渐南移，锋强度的水平分布较为均匀。盐度锋锋面主要存在于100—600m水层内，且强度较大的盐度锋在水深250—450m之间；

（4）印尼西海洋海洋锋锋区两侧声速剖面存在差异。在锋区存在的深度，从南到北穿越5°S锋面时声速是逐渐减小的，而穿越15°S锋面时声速是增大的。锋区内声速的东西差异不大。

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Characteristicsof the spatialand tem poralvariation of the frontat west sea of Indonesia

LIU Jian-bin,ZHANG Yong-gang
(Dalian NavalAcademy,Liaoning 116018China)

Based on theWOA13 seasonal climatic data,the change characteristicsof verticaldirection,horizontal direction and seasonalvariation characteristics of Indonesia 5°S frontand 15°S frontwere analyzed.Two kindsof ocean frontswere below the surface,and there is only the temperature front around 5°S from January to June, w ith themaximum front intensity from January to March and concentrated in the depth of 30-100meters.Both the temperature front and salinity front exits around 15°S in the whole year,,but the intensity of fronts have seasonal variation characteristics.Through analyzing the vertical distribution of sound velocity,the results show that velocity of sound in the discovery from south to north through 5°S(15°S)front gradually when the sound velocity decreases(increases).

Westcoastof Indonesiaocean front;WOA13;temporaland spatialvariation

P731

A

1003-0239（2015）05-0014-10

2015-04-04

刘建斌(1991-)，男，硕士在读，从事世界大洋中尺度海洋锋研究。E-mail：ljbliujianbin@126.com

10.11737/j.issn.1003-0239.2015.05.003