界海

东南印度洋海域冬季水文特征及其水团分析

姚沫如;高郭平;s;胡登辉

【摘要】为了研究东南印度洋海域冬季水文特征及其水团结构,利用澳大利亚海洋

与南极研究所2012-2013年南半球冬季在东南印度洋观测得到的温度、盐度和溶

解氧的资料进行分析.结果表明:表层温度呈现明显的北高南低态势,次表层均存在较

强的温度、盐度、密度跃层,且均呈现出高/低盐带与高/低溶解氧带,高盐带在经向

断面上最为明显;在105E断面上存在显著的中尺度现象,且呈现上下层暖、冷涡叠

置的分布特征,根据温度、盐度及溶解氧的特性,除南印度洋中央水和南极中层水外,

分别将研究海域其他水团命名为副热带东南印度洋表层水、副热带东南印度洋次表

层水、副热带东南印度洋模态水、副热带东南印度洋中层水、副热带东南印度洋深

层水和副热带东南印度洋底层水,并给出各自的特性指标.%Tostudythe

hydrographicfeaturesandwatermassintheSoutheastIndianOcean,

thetemperature,salinityanddissolvedoxygenprofilesobtainedbythe

InstituteforMarineandAntarctic(IMAS)intheSouthernhemisphere

resultsshowthatthesurfacetemperatureissignificantlyhighinthenorth

restrongthermocline,haloclineand

pycnoclineinthesubsurface,andhigh/lowsalinityzoneandhigh/low

dissolvedoxygenzone,andthehighsalinityzoneisobviousonthe

resignificantmesoscaleeddiesonthe105E

ction,andthecoldandwarmeddiesarespatiallyoverlaidonthe

tiontothesouthernIndianOceancentralwater,according

tothecharacteristicoftemperature,salinityanddissolvedoxygen,other

watermassarenamedsubtropicalsoutheastIndianOceansurfacewater,

subtropicalsoutheastIndianOceansubsurfacewater,subtropical

southeastIndianOceanmodalwater,subtropicalsoutheastIndianOcean

water,middlesubtropicalsoutheastIndianOceandeepwaterand

subtropicalsoutheastIndianOceanbottomwater,withtheircharacteristic

parametersgivenrespectively.

【期刊名称】《解放军理工大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2017(018)002

【总页数】7页(P170-176)

【关键词】东南印度洋;南半球冬季;水文特征;水团

【作者】姚沫如;高郭平;s;胡登辉

【作者单位】上海海洋大学海洋科学学院,上海201306;上海海洋大学大洋渔业资

源可持续开发省部共建教育部重点实验室,上海201306;上海海洋大学海洋科学学

院,上海201306;上海海洋大学大洋渔业资源可持续开发省部共建教育部重点实验

室,上海201306;塔斯马尼亚大学海洋与南极研究所,霍巴特7004;上海海洋大学

海洋科学学院,上海201306;上海海洋大学大洋渔业资源可持续开发省部共建教育

部重点实验室,上海201306

【正文语种】中文

【中图分类】P731

东南印度洋东部紧邻澳大利亚西海岸，西部以90E海脊为界，北部通过印度尼西

亚贯穿流(Indonesianthroughflow，ITF)连接西太平洋暖池，南部与开阔的南大

洋相连，该海域在全球气候演变中占据重要地位。作为唯一向大气输送热量的东边

界海域，其海表温度在过去50a中每年增长约0.017℃，较其他相同纬度的东边

界海域高出4.0～6.0℃[1]，且其海表高度及环流强度均与大尺度海气耦合现象相

关。与其他东边界海域不同，独特的东边界流——利文海流(LeeuwinCurrent,

LC)常年向南大洋输送低盐暖水[2-4]，同时抑制上升流，对该海区的渔业资源分布

有着极大的影响[5-7]。

早期的研究多聚焦于东边界流LC及其动力机制[3,8-9]，随后又涌现了大批关于

LC影响机制及变化机制的研究成果[8，10-11]。LC流经的附近海域，以及副热带

环流圈内部的副热带逆流区域，都是涡动能的高值区[12-14]。LC中的不稳定急流

产生了大量中尺度涡[15-16]，表层环流多产生反气旋涡，气旋涡则主要出现在次

表层大约500m处[16]，最大可以影响1000～2500m深度[1]。目前，针对澳

大利亚西南海域的水团，文献[17-19]已积累了大量的研究成果，对水团突出的物

理性质、地理分布、形成源地、流动路径等特征有了一个较为全面的认识。此外，

等[18]的研究表明，澳大利亚西海岸的表层温度由北向南逐渐减小，表层

盐度逐渐增加，这一负相关性说明该区域受到热带水团和副热带高盐水团的共同影

响。等[19]分析了不同航次的断面数据后指出，在次表层，向北流动的利

文潜流(LeeuwinUndercurrent,LUC)可以将亚南极模态水(subantarcticmode

water，SAMW)和南印度洋中央水(SouthIndiancentralwater,SICW)输送到中

东印度洋，与ITF汇合并影响到海表温度的变化。

综合前人研究，对东南印度洋的研究主要集中在澳大利亚西海岸，但对开阔大洋处

的研究较少，尤其是下层水体的温盐密度垂直结构、断面分布和-S特性，以及

水团的分布及其特征指标等的分析鲜有报道。本文根据2a航次的现场观测数据对

该区域南半球冬季(7-8月)海洋水文特征及其水团特性进行了比较全面的客观分析

和研究探讨，为系统地研究副热带印度洋海域的环流、水团和中尺度涡等提供科学

依据。

本文使用的资料由澳大利亚塔斯马尼亚大学海洋和南极研究所(institutefor

marineandAntarcticstudies,IMAS)提供。该所于2012年8月和2013年7月

分别在东南印度洋进行了2个航次(航次编号为SS2012_V04和SS2013_V04)大

规模水文观测，调查区域主要位于90E海脊与澳大利亚西南海岸之间的珀斯深海

平原，除陆坡近岸区域水深较浅(小于1km)外，平均深度超过5km。本文选取

SS2013_V04航次中一条经向(105E)断面中的观测资料进行分析，共设置了18

个观测站的观测资料，最大观测深度超过5000m。同时，在“SS2012_V04”航

次中，一条经向断面与“SS2013_V04”的105E经向断面重合，共获得13个测

站的观测资料，最大观测深度为2000m，如图1所示。

两个航次均使用美国海鸟公司生产的船载SBE911CTD+O2仪观测电导率、温度、

压力和溶解氧，本文主要利用2013年的温盐深剖面仪(conductivity

temperaturedepth，CTD)资料进行分析。这些现场观测资料均通过了澳大利亚

联邦科学与工业研究组织(commonwealthscientificandindustrialrearch

organization,CSIRO)提供的自动质量控制，删除了尖峰和一些异常的观测值，并

采用实验室测定的电导率和溶解氧数据进行了校正。

为了了解东南印度洋冬季的水体结构，分别绘制了105E经向断面的温度、盐度、

密度及溶解氧断面分布，如图2所示。图2中，断面图上层(小于1000m)变化较

大，因此将上层断面比例扩大。由图2(a)可知，在100m以浅的上混合层中，

2610′S以北温度高于21℃，随着断面向南延伸，其温度逐渐降低，南部的温度

仅约18.0℃。同时，10.0℃～18.0℃等温线比较密集，水体层化明显，存在较

强的温跃层，约为0.023℃/m。中层水深度上等温线(5.0℃～8.0℃)又再次密集，

但温跃层强度却要个人工作述职报告 弱得多。约1000m深度以下，水体已相当均匀，大约在3

500m深度以下，观测到的最低温度在1.0℃以下。27S附近等温线上凸或下凹

的现象表明，这里存在中尺度过程的影响，影响深度约1000m。

如图2(b)所示，盐度断面粗看起来与温度断面十分相似，同样受到中尺度过程的

影响或相向流动的海流作用。与温度断面相比，在100～400m深度间水体层化

显著，存在较强的盐度跃层(0.003/m)；中层水等值线并没有再次出现密集的现象，

而是出现了明显的低盐带(小于34.60)。2610′S以北海域的盐度(小于35.20)要明

显低于南部盐度(大于35.80)，其最低盐度值甚至小于35.00，在次表层(约150m)

略呈高盐核(大于35.80)，高盐核往南越过2630′S纬线则消失在上层高盐区中。

如图2(c)所示，由密度分布可以看出，39号站附近存在两个性质不同的涡旋，上

层为反气旋式暖涡，下层则为气旋式冷涡，且冷涡比暖涡更强，影响深度更大，在

1500m深度上仍依稀可见。在上层暖涡的挤压下，冷涡向北偏移，导致低温、

低盐和高密度水持续涌升，几乎直达海面，在34号站附近表层可以观察到温、盐、

密度锋存在，该锋的北侧由高温(大于21.0℃)、低盐(小于35.30)、低密度(小于

24.60kg/m3)水盘踞，而南侧由低温(小于20.0℃)、高盐(大于35.70)和高密度

(大于25.20kg/m3)水盘踞。

如图2(d)所示，溶解氧断面分布要复杂一些，尤其是26S以北海域，次表层出现

了明显的低氧核心(200mol/kg)。次表层高溶解氧带的深度约为蔬菜沙拉 400m，比高

盐带(150m)略深。中层低溶解氧带深度为1500m，比低盐带(约950m)要深得

多。表层溶解氧通常低于230mol/kg，而深层以下则在170～210mol/k属猪和属鼠 g之

间。同样受中尺度过程的影响，溶解氧等值线的上凸、下凹现象仍然存在，且出现

的位置和深度与温、盐度断面的分布大体相当。受中尺度涡的涡旋抽吸作用影响，

低溶解氧(小于150mol/kg)在39号站附近明显从1200m深度上涌，直到

300m水深处，比周边同一深度上的溶解氧都要低20～40mol/kg。

2012年8月一条重复观测的经向断面(105E)上温、盐、密度和溶解氧分布如图3

所示，用来比较和验证2013年7月在同一条断面上的观测结果。可以发现，尽

管两次观测的时间间隔近1a，但各要素的分布特征或等值线的分布格局还是基本

相似的。如2715′S附近，1200m上层呈现的等值线上凸现象，即低温、高盐、

高密度、低溶解氧水的涌升，虽不如2013年7月显著，但还是清晰可见。次表层

的等值线下凹现象已经不复存在，似乎向北移动了约60海里，导致下层的气旋涡

可以直达表层。上层略向北移动的反气旋涡，没有了下层反气旋涡的顶托，影响深

度远超300m，即使在1000m深度上仍能依稀可见。上述情况充分说明了中尺

度过程在该断面上十分活跃。

3.1温盐图解

南半球冬季(7-8月)东南印度洋海域的-S点聚分布如图4所示。如图4(a)(b)所

示，研究海域的-S点聚大体呈“Z”字型分布，并在底部带了一只细细的倒勾，

表层、次表层和中层点聚明显呈散状，表明研究海域水团结构复杂多变。比较

2013年7月与2012年8月两幅-S点聚图可以发现，尽管观测时间不同，但

-S点聚的分布形状十分相似，说明研究海域各水团的结构、分布和特征指标受时

间的影响远不如空间变化明显，表层水、次表层水和中层水性质的改变主要与地理

位置变化有关，尤其是在近岸海域，受陆地、径流和近岸流系的作用和影响，这些

水团的变性更加显著。

3.2水团特征及分布

结合上述温盐密度和溶解氧分布特征的分析，并参考前人的研究成果，进而给出各

水团的特征指标及其在研究海域的分布情况。

3.2.1表层水

南印度舒张压低于60的危害 洋表层水通常有热带表层水(tropicalsurfacewater,TSW)之称，因其主要

水体来自热带海域而得名。冬季南印度洋盛行西南季风，表层水混合剧烈。东南印

度洋海域由于强烈的蒸发作用，上层水体本身又具有高盐的特性，从而使得表层水

呈现高温高盐的特征，但温、盐度范围较大，致使印度洋表层水并没有真正的水团

核心。为此，将研究海域的表层水称为副热带东南印度洋表层水(subtropical

southeastIndiansurfacewater,STSEISW)，其特征指标范围为：温度在20.0～

22.0℃之间；盐度在35.10～35.75之间；密度低于25.25kg/m3；溶解氧间于

190～230mol/kg。通常，STSEISW分布于水深浅于100m的上层水域。

3.2.2次表层水

南印度洋次表层水也称SICW[19]，通常位于东南印度洋29S以南海域。副热带

南印度洋海域常年的高蒸发率使该水团具有盐度最大(35.10～35.90)[20]的特征。

但据2012年8月和2013年7月的观测资料表明，该水团冬季的分布范围不仅可

以超过29S，到达25S，甚至到达更北部的水域，其高盐范围也小得多。为此，

把水体性质(盐度值约35.90、温度19.0℃、密度25.75kg/m3，深度180m)较

接近的那部分水体仍称为SICW。在研究区域的北部(2630′以北)或近岸(110E以

东)海域，由于受到径流和平流携带的低盐水影响，导致SICW有较大变性，形成

的另一个次高盐核(盐度值为35.65)水体，称为副热带东南印度洋次表层水

(subtropicalsoutheastIndiansubsurfacewater,STSEISSW)。STSEISSW的特

征指标范围为温度17.0℃～21.0℃、盐度35.65～35.90、密度25.25～26.25

kg/m3、溶解氧190～240mol/kg、深度100～200m。可见，高盐是SICW

和STSEISSW在研究海区的最明显特征。

3.2.3模态水

温、盐度近乎成线性关系的点聚代表东南印度洋存在模态水,东南印度洋的模态水

一般称为SAMW，垂直均一性是模态水的主要特征。早期研究表明，SAMW位

于南极绕极流(Antarcticcircumpolarcurrent，ACC)向赤道一侧600m以浅海

域，主要由冬季深层对流形成，其特点是水层深厚、密度较均匀，具有低位势涡度

和高溶解氧[21]。本文研究区域远在亚南极北部，且SAMW在向北输运过程中也

已经逐渐变性，特别是在靠近海岸的准纬向和经向(105E)断面上，代表SAMW

的点聚在近岸或断面北部较为分散。确切地说近岸或北部是STSEISSW和SAMW

的混合水体，故称副热带东南印度洋模态水(subtropicalsoutheastIndianmode

water,STSEIMW)。模态水的核心温度位于温度梯度最小值处，在研究区域为9℃，

对应盐度为34.65、密度为26.85kg/m3、溶解氧为255mol/kg，深度约为

600m。可见，高溶解氧是STSEIMW在研究海域的最大特征。STSEIMW的特征

指标范围如下：温度为7.0～11.0℃、盐度为34.50～35.00、密度为26.70～

27.00kg/m3、溶解氧为230～255mol/kg，深度在350～750m之间。

3.2.4中层水

南印度洋中层水一般认为受向北输运的南极中层水(Antarcticintermediatewater，

AAIW)的控制。AAIW形成于南极极锋线附近，是由南极表层水下沉到辐聚区表

层之下、且向北输运到南极辐合带附近，与其上下层水体混合并下沉形成的[22]。

AAIW在向北输运过程中，与周围水体不断发生混合，水团性质发生变化。为此，

将主要分布在28S以南的近岸海域，且水体性质(核心盐度为34.35，温度为

4.5℃，密度为27.3kg/m3，溶解氧为110mol/kg，深度为950m)仍接近的

那部分水体称为AAIW；将处于28S以北的外侧海域、已经变性了的AAIW称为

副热带东南印度洋中层水(subtropicalsoutheastIndianintermediate

water,STSEIIW)，其核心盐度为34.62。AAIW及STSEIIW的特征指标范围为：

温度3.0～9.0℃；盐度34.35～34.62；密度27.00～27.50kg/m3；溶解氧

110～165mol/kg；深度500～2000m。可见，AAIW及STSEIIW最显著的特

征是低盐和低溶解氧，且越往北部溶解氧越低，而盐度增加。

3.2.5深层水及底层水

研究海域的深层水核心温度约1.3℃、盐度约34.72，且其温、盐度变化均很小。

早期Defant给出的印度洋深层水团的温、盐度范围为0.5～2.0℃和34.70～

34.75，与南极绕极深层水(circumpolardeepwater,CDW)特征相似[23]。事实

上，大西洋南部以及远至印度洋和太平洋的深层水，都是源自北大西洋深层水

(northAtlanticdeepwater,NCDW)，而后随绕极流进入印度洋和太平洋。已有

研究表明，NCDW的厚度可达2000～3000m，温、盐度均匀，特征值分别为

2.25℃和34.95。显然，经过“长途跋涉”进入研究区域的深层水与源地相比已

有较大变性，成为副热带东南印度洋深层水(subtropicalsoutheastIndiandeep

water,STSEIDW)。STSEIDW的特征指标范围为：温度1.0～2.5℃；盐度

34.70～34.72；密度27.65～27.85kg/m3；溶解氧160～200mol/kg；深度

1800～3800m。

南极底层水(Antarcticbottomwater，AABW)是最庞大的水团之一，充满着三大

洋。已有的研究表明，AABW的特征指标为温度小于0℃，盐度大于34.65，深

度大于2500m[24-25]。在本文研究海域，观测深度已经超过5000m，但温度

仍在0℃以上，为0.59℃。显然，AABW从源地形成后，在北上途中不断与周围

水体发生混合，并不断变性，温度和盐度均略有上升，且深度下沉。为了区别于南

大洋海域的AABW，这里称为副热带东南印度洋底层水(subtropicalsoutheast

Indianbottomwater,STSEIBW)，其温度范围为0.59～1.0℃，盐度稳定在

34.72，密度为27.85kg/m3，溶解氧为210mol/kg，深度大于3800m。

根据-S点聚分布，再结合温、盐、密度和溶解氧的断面分布，得到研究海域的

主要水团特征值如表1所示。

研究海域100m上层主要由STSEISW覆盖，温度(20.0～22.0℃)、盐度

(35.10～35.75)和溶解氧(190～230mol/kg)分布范围较广是该水团的主要特征。

较接近的那部分水体(盐度约35.90，温度19.0℃，密度25.75kg/m3，深度180

m)主要分布在南部、外海水域100～200m水层中，而在北部或近岸海域主要由

STSEISSW(核心盐度为35.65)所盘踞。高盐是SICW和STSEISSW在研究海区的

最明显特征。STSEIMW分布在陆坡外侧350～750m水层中，垂直均一性是该

水团的主要特征(核心温度为9.0℃)，且溶解氧最高(大于250mol/kg)。在

800～1800m深度间，南部、近岸水域仍由接近AAIW的水体(核心盐度为

34.35)控制，北部、外侧海域为STSEIIW(核心盐度为34.62)。低盐和低溶解氧(小

于150mol/kg)是AAIW及STSEIIW在本海区的最显著特征。STSEIDW分布在

陆坡外侧1800～3800m水层中，温、盐度变化并不明显。3800m深度以下的

海盆区域主要被STSEIBW盘踞，温度低(约1.0℃)、水层最深、厚度最大是该水

团的重要特征。

本文主要基于IMAS于2013年在东南印度洋进行的大规模水文调查资料，研究了

该海域冬季水文特征和水团特性，获得的主要结论如下：

(1)研究海域的表层温度呈现明显的北高南低态势。次表层存在较强的温度、盐度

和密度跃层。不同的断面均呈现高/低盐带与高/低溶解氧带，高盐带在经向断面上

也就是外海处最为明显，盐度和溶解氧的最低值均出现在中层水。研究海域海水密

度的变化主要取决于温度差异，受盐度影响较小。

(2)研究海域的水文状况受到中尺度过程的影响剧烈，尤其是在105E断面上，明

显存在冷暖涡叠置的结构，下层的气旋涡明显强于上层的反气旋涡。

(3)研究海域表层、次表层水团受到径流和平流的影响，部分水团较其发源地发生

了较大变性，中层以下水团在向北输运的过程中与周围水体不断发生混合，水团性

质同样发生变化。除部分水域的个别水团，如SICW和AAIW与前人研究给出的

特征指标相同外，在大部分水域水团性质均已改变，呈现副热带东南印度洋海域的

独特性质，故将这些水团命名为STSEISW、STSEISSW、STSEIMW、STSEIIW、

STSEIDW和STSEIBW，并给出了它们的特征指标。

致谢感谢澳大利亚塔斯马尼亚大学海洋与南极研究所(IMAS)提供的宝贵数据，以

及上海海洋大学海洋生态动力模型实验室的老师和同学为本文提供的宝贵意见和建

议，在此谨致谢忱！

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