经略21世纪海上丝路之海洋环境特征：海流特征

陈璇， 郑崇伟， 李训强， 孙威

(1.解放军75822部队　广州　510510； 2.解放军理工大学　南京　211101；3.LASG实验室 中国科学院大气物理研究所　北京　100029； 4.海军大连舰艇学院　大连　116018)



经略21世纪海上丝路之海洋环境特征：海流特征

陈璇1，2， 郑崇伟2，3，4， 李训强2， 孙威2

(1.解放军75822部队广州510510； 2.解放军理工大学南京211101；3.LASG实验室 中国科学院大气物理研究所北京100029； 4.海军大连舰艇学院大连116018)

海流对于海洋渔业、海洋表层初级生产力分布、海洋物质输运等理化生现象有着重要影响。文章利用海洋再分析流场资料，简要分析印度洋海区和南海海区(20°S—30°N，30°E—130°E)的流场年平均以及季节变化特点，得出以下结论：①南海海区流场的季节变化显著，受到季风、黑潮和地形的共同影响作用，在东北季风期间存在沿粤东沿岸至海南岛南侧转向沿越南沿岸的一支流系，该流系的强度变化影响爪哇海等南海南侧海区流场变化。②苏拉威西岛东侧和加里曼丹岛西侧流系有明显的季节变化，在流动强盛的时期这两支流系均是偏南向流动；从爪哇海流出的海流常年存在，夏季附近流速最大，最大流速分布在1.0 m/s。③赤道印度洋海区和非洲东岸的沿岸流存在明显的季节变化，上层海区流动的低流速区存在流向切变；沿岸流最大流速在5-9月出现，可达1.8 m/s以上，而赤道流系则在11月，可达0.8 m/s以上。

海流；印度洋；南海；季节特征

1　引言

海洋环境对海上施工、海洋权益维护、海战场自然环境建设等有着重要影响[1-3]。海流作为海洋运动的重要形式，遍布世界大洋，对大洋物质输运、污染物扩散、海洋鱼类迁徙等理化生现象以及水雷布放、浮标移动、潜航器械定位等均有显著的影响，深入研究风、浪、流等海洋环境要素，可以为军地海洋建设提供科学依据[4-6]。1970年孟加拉湾一次风暴潮导致30万人死亡，可见深入研究海洋环境特征也是高效建设海上丝路的前提[7-12]。此外，大洋冷暖流系对于沿岸的气候有着明显的影响；寒暖流的交汇处往往是鱼类丰富的区域，这类地区往往成为世界著名的渔场；在极地海区，由于洋流对海冰的移动具有显著影响，进而影响极地航海。

印度洋是世界四大洋之一，其水域西侧濒临大西洋、东侧与太平洋相接，北印度洋与南海相邻，通过马六甲海峡等水道与南海交汇，其中印度尼西亚贯穿流(Indonesian Through Flow，ITF)[13-14]是近来气候变化关注的一个热点。对于印度洋海流描述的文献目前较为少见，多是全球环流模拟、关注于印尼贯穿流系对气候的影响或者印太交汇区对我国气候的影响等，如该区域温度对水汽输运的影响。较为详尽介绍印度洋环境特征的是Godfrey编写的Regional Oceanography，该书利用3章的篇幅介绍印度洋的一些特征——印度洋周围岸界错综，西侧有波斯湾、通过亚丁湾与红海相连，东侧通过马六甲海峡、印度尼西亚水道与南海、太平洋相连。印尼贯穿流和厄古拉斯海流(Agulhas current)是全球气候变化研究的一个内容[15]。

印度洋海区毗邻印度半岛、西邻非洲、东接亚洲和澳洲、南侧靠近南极洲，海区季风显著，马六甲海峡同时勾连印度洋和南海，还是全球重要的海上交通要道，地理位置重要。本文基于海洋再分析流场资料，简要描述印度洋和南海海区(20°S—30°N，30°E—130°E)的流场分布以及其季节变化特点，以期能为海洋世纪的海洋战略略尽绵力。

2　资料及方法简介

利用美国马里兰大学开发的全球简单海洋资料同化分析系统(Simple Ocean Data Assimiltion，SODA)产生的海流数据，分析21世纪海上丝路涉及海域的海流场特征，主要分析研究海区流场的季节和年平均特征。

研究区域为20°S—30°N、30°E—130°E，涵盖南海—北印度洋。海流数据来源于SODA月平均海洋数据集[16]。时间序列：1987年1月至2007年12月；时间分辨率：逐月；空间范围：0.25°—359.75°E、75.25°S—89.25°N，水平分辨率0.5°×0.5°，垂直分层40层，各层深度分布如表1所示。

表1　SODA资料分层信息

续表

3　流场特征

海洋主温跃层的流场和其他要素场的变化较为显著，而主温跃层以下的要素变化较为缓慢，由于数据时限达20年，本文以年和季节的形式对流场特征进行分析。分析的深度包括海洋表层流场、1 000 m深平均流场(大致相当于平均温跃层的范围受风应力的影响较大是最活跃的，1 000 m以下是深厚的冷水[17])。

3.1流场的年平均特征

海洋主温跃层以上受风应力影响较为显著，同时也是海洋高频活动的主要深度分布区域。表层流场对于海洋表层输运以及航运等有着较为重要的意义。研究区域内的平局流速分布在0.1 m/s左右，在近岸区域，由于边界的影响和质量守恒的作用，最大流速可达1 m/s的分布，主要的流速分布区域在赤道区域(东向)、7°S—20°S之间的海区(偏西向)和边界流区域。在边界流区域，莫桑比克海峡西侧主要以南向流为主，受地形影响，南向流系的东侧流向偏北；海峡东侧流场较为杂乱，海峡北部活动有一个逆时针方向和两个顺时针方向的流涡，海峡南部有一顺时针方向的流涡，而在16°S附近流场处于鞍点的形势场。海峡在非洲东岸10°S以北地区以北向流为主，高流速区域集中在马达加斯加岛以北，10°S附近区域、南纬低纬度海区和5°N—10°N海区；在中国近海和西太平洋，10°N为流向的分界，10°N以北边界流以北向为主、10°N以南则以南向为主，在5°N、菲律宾南部松索罗尔群岛附近分成东西两支：一支东向，一支西向，西向在加里曼丹岛和苏拉威西岛之间南向流动，通过努沙登加拉群岛，115°E附近转向西向流动。

考虑上层海洋运动显著受到大气强迫的影响作用，本文分析表层至1 000 m处深度(以下简称上层)平均流场，年平均上层流场的主要流向分布和表层相似，流速较弱，最大流速分布在0.35m/s左右，上层流场的流速都比较小，流向分布较为稳定。除南海外，强流区的影响深度都比较深。此外，由于西边界强化和地形的影响作用，近岸海区存在一些显著的流涡分布，如在莫桑比克海峡，上文所述的流涡在上层流场中亦有体现。莫桑比克海峡上层流场流向分布较为一致，流速较大且较为稳定，在海峡中部偏西区域多流向的切变分布。

3.2流场的季节平均特征

典型月份对于海洋要素的季节分布具有代表性，为此以以下几个月份作为季节的代表月：冬季(2月为代表)、春季(5月为代表)、夏季(8月为代表)、秋季(11月为代表)。

从各个季节表层平均流场来看，春秋季节的印度洋赤道流系较为发达，其中冬季印度洋低纬表层流系(5°S—5°N之间)在这一时期较为发达。相比较而言，研究区域西部流场较为稳定。以较细的时段来看，9月印度洋赤道流系开始出现，10—11月流速增大，12月受季风影响赤道流系减弱、北侧有一流系加强生成、流向与赤道流系相反，次年1月赤道流系北侧中断、南侧维持东向弱流速，至4月赤道流系继续形成维持。而非洲沿岸的表层边界流系则是：4月沿岸流系以莫桑比克海峡北端为分界，南侧向南流动、北侧向北流动。北侧至赤道处分成两支：一支向东，一支向北，这一状态可一直维持到10月；至11月赤道北侧沿岸流转成南向，此后与赤道南侧的南向流交汇点一直往南推；至3月赤道以北流场整体减弱，且在5°N处沿岸流分成两支，5°N以北向北，以南向南；4月回复到以莫桑比克海峡北端为分界的状态。沿岸流流速在5-9月较大，流速可达1.8 m/s以上，同时分布范围较广；相比较而言，赤道流系则较弱，最大流速出现在11月，可达0.8 m/s。

在南海海区，由于季风、地形和黑潮的共同作用，沿着粤东海区边缘、经海南岛南侧和越南西侧，有一支流速较大、流向也较为一致、与地形平行的自台湾岛南侧向西流动至海南岛南侧转向南的流区。南海海区的流场受典型季风的影响，在10月以后东北季风逐渐往南，这一时期南海海域逐渐受东北季风影响，这一支流区建立并维持到次年的3月初。同时，在南海南侧，由于边界地形和流场的共同作用，有一逆时针的流涡形成，流涡只在11月前后较为显著，影响深度也比较深。在夏季，由于西南季风的影响，南海海区流场偏弱，黑潮对于南海海区流场的影响较大，其向南海的海水输运季节性变化对于南海流场的驱动有重要影响[18]。

岛链西侧流场主要受黑潮的季节性变化影响，由于研究海区所涉及的位置至130°E，故岛链西侧海区不再赘述。

南海海区南侧地形错综复杂，分布有苏拉威西海、爪哇海、班达海，海域周围分布有众多群岛，海区四通八达，水域纵横交错，流场分布在这种地形的影响下也是多变的。这一区域是太平洋和印度洋交汇的地方，每年冬季在加里曼丹岛东西两侧有南向的海流流向爪哇海，西侧流系沿着努沙登加拉群岛向东流动，至爪哇海南端、约115°E的位置分开，一支流出爪哇海；一支继续向西流动，东侧一支在加里曼丹岛南侧处与西侧流系交汇。到了春季，西侧流系由于南海海区流场的减弱而消失，东侧流系维持，同时在苏拉威西岛西侧形成一支流向爪哇海的流系，两支流系在苏拉威西岛南侧汇合，同时在爪哇海南端、约115°E的位置流出，此时也是这一流出的流系加强的时期；在夏季，苏拉威西岛两侧流系继续加强，使得这一流出的流系达到鼎盛；到了秋季，由于加里曼丹岛西侧流系的建立和苏拉威西岛东侧流系的消失，由爪哇海流向印度洋的流系减弱，该流系流速分布在1.0 m/s左右，分布时间在夏季附近。

马六甲海峡表层流场的流向在各个季节的代表月中始终沿着海峡流向印度洋，这一流动在秋冬季节流速较大，而在春夏时节由于印度洋5°N—10°N间在印度半岛西侧存在东向流场，在海峡出口处与出流交汇。

各季节平均流场中，有一个显著特点是：莫桑比克海峡北端入口处的东向流终年较为稳定。对于上层各季节平均流场也存在这一现象，但流速变化没有表层流场变化显著。非洲西岸的上层平均流场分布也是赤道以南海区较为稳定，而赤道以北海区只有夏秋季节才有显现、冬春季节分布较弱。在50°E—55°E、5°N—10°N区域，表层春季有一顺时针方向流涡、上层平均流涡中心稍偏北，到了夏季随着边界流的加强流涡强度也在增强、中心有所北抬，到了秋季流涡消失，该处的流涡表现形式依然与非洲沿岸的表层流系特征相似。相应的赤道流系影响深度随季节变化较为显著，冬季影响深度较深。

为了更进一步了解赤道流系和非洲沿岸流系的特征，本文选取赤道和50°E的印度洋表层流场做了时空剖面图，赤道东侧的流场在4月中至10月初呈现强盛期，而赤道流系则在夏季呈现出不活跃的形势。此外赤道流系的流向也存在季节变化：在55°E—75°E区域，1-3月流向以西向为主，到了4月流向转成东向，此后一直维持到6月且范围西扩，至7月流向转向西向，这种转向只维持两个月，此后仍以大范围的西向流场为主；在赤道东侧，这种季节变化被简化为两种变化，从12月至翌年3月流动以弱流速分布和西南流向为主，其余时段以东北流向和强流速分布为主。

赤道流系的下层流场分布相较于边界流而言，在弱流速时段其流向偏向经向，至70 m深度范围流向转变为东向，此外在弱流速区的上层流向呈现反向的变化，这表明该区域呈现0流速区域和流场的垂向切变。

马达加斯加岛到东侧的流场分布较为稳定，上层流向分布与表层分布也较为一致，流场强度在冬季偏弱。偏北侧随着深度的增加赤道及北纬低纬海流有南扩的趋势，强流分布时间是在4—9月前后，但流速影响深度较浅，至200 m附近深度只有北纬低纬度海区有相对较高的流速分布，这与马达加斯加岛附近海流差异较大。此外，在赤道海区，3—4月存在流向的转变，而流向的垂向变化主要在1—3月，这一段时期在赤道海区表层区域存在0流速分布。

4　结论

利用SODA月平均海洋流场数据，分析研究海域的部分流场特征，主要包括各海流的年平均特征和流场的各个季节变化特点，得到如下主要结论。

(1)南海海区流场的季节变化显著，受到季风、黑潮和地形的共同影响作用，在东北季风期间，存在沿粤东沿岸至海南岛南侧转向沿越南沿岸的一支流系，该流系的强度变化影响爪哇海等南海南侧海区流场变化。

(2)苏拉威西岛东侧和加里曼丹岛西侧流系有明显的季节变化，在流动强盛时期，这两支流系均是偏南向流动。从爪哇海流出的海流常年存在，夏季附近流速最大，流速分布在1.0 m/s左右。

(3)赤道印度洋海区和非洲东岸的沿岸流存在明显的季节变化，上层海区流动的低流速区存在流向切变。沿岸流最大流速在5—9月出现，可达1.8 m/s以上，而赤道流系则在11月，可达0.8 m/s以上。

本文分析研究海区的流场特征，大洋流场变化虽然较为缓慢，但并不是一成不变的。在未来的工作中，需要结合季节特征和海流的中长期数值进行模拟，方能更好地为军地海洋建设提供科学依据。

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Strategy of the 21st Century Maritime Silk Road:on the Characteristic of Ocean Current

CHEN Xuan1，2，ZHENG Chongwei2，3，4，LI Xunqiang2，SUN Wei2

(1. People’s Liberation Army， No.75822， Guangzhou 510510， China； 2. People’s Liberation Army University of Science and Technology， Nanjing 211101， China； 3.National Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics (LASG)， Institute of Atmospheric Physics， the Chinese Academy of Sciences， Beijing 100029， China; 4.Dalian Naval Academy， Dalian 116018， China)

Ocean current has an important influence on marine fishery，the distribution of marine primary productivity and marine transport，etc.This paper briefly introduced the annual and seasonal characteristic of Indian Ocean and South China Sea current，using data from Simple Ocean Data Assimilation.The results showed that，(1) the seasonal variation of the current in the sea area of South China Sea is influenced by monsoon，the Kuroshio and terrain，during the northeast monsoon，there is a current system along China’s eastern coast and turning on the southern side of the Hainan Island，and then flows along the Vietnam's coast.This current affects those currents in the southern of the South China Sea such as Java Sea.(2) The currents on the eastern side of the Sulawesi Island and the western side of the Kalimantan island have obvious seasonal variation，in the period of strong flow，the two tributaries are partial southward flows.The current that flows out from Java exists throughout the year，the velocity of which reaches maximum in summer around 1.0 m/s.(3) Currents along the shore of Africa and the equatorial current of Indian Ocean have obvious seasonal variation，upper currents with the low velocity zone exists stream wise shear.The maximum velocity of the coastal current can occur from May to September，and can reach 1.8 m/s，while the equatorial current can reach 0.8 m/s in November.

Ocean current，Indian ocean，South China Sea，Seasonal characteristic

国家重点基础研究发展规划项目(2015CB453200, 2013CB956200)，国家自然科学基金(41490642).

陈璇，助理工程师，硕士研究生，研究方向为海洋数值模拟，电子信箱：chzffx@qq.com

郑崇伟，工程师，博士研究生，研究方向为海战场环境建设、物理海洋学及海洋能资源评估，电子信箱：chinaoceanzcw@sina.cn

P731

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1005-9857(2016)04-0003-05