張磊，鄭崇偉，李慶紅

（1.海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧 大連 116018；2.92538部隊(duì)氣象臺(tái)，遼寧 大連 116041）

1988-2009年北印度洋海域風(fēng)候統(tǒng)計(jì)分析

張磊1，鄭崇偉2，李慶紅1

（1.海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧 大連 116018；2.92538部隊(duì)氣象臺(tái)，遼寧 大連 116041）

利用具有較高時(shí)空分辨率的1988-2009年的CCMP（Cross-Calibrated，Multi-Platform）風(fēng)場(chǎng)資料，對(duì)北印度洋海域的風(fēng)候特征進(jìn)行深入統(tǒng)計(jì)分析，為防災(zāi)減災(zāi)、航海、海洋能開發(fā)等提供參考。研究發(fā)現(xiàn)：（1）北印度洋受季風(fēng)影響顯著，MAM期間阿拉伯海和孟加拉灣的風(fēng)向呈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，JJA期間受西南季風(fēng)影響顯著，盛行西南風(fēng)，SON期間為季風(fēng)過渡季節(jié)，低緯度海域的西南季風(fēng)仍未消退，而高緯度部分海域已經(jīng)轉(zhuǎn)受東北信風(fēng)的影響，DJF期間整個(gè)北印度洋受東北信風(fēng)影響顯著。風(fēng)速的大值區(qū)主要分布于索馬里以東和阿拉伯半島東南部海域、斯里蘭卡東部海域和馬納爾灣。（2）6級(jí)以上大風(fēng)的高頻中心位于索馬里和阿拉伯半島東部海域。（3）近22年期間，北印度洋海域的海表風(fēng)速整體上以0.0286m·s-1·a-1的速度顯著性逐年線性遞增，遞增趨勢(shì)較強(qiáng)的海域分布于中高緯海域：紅海、馬納爾灣、孟加拉灣西部和北部海域、馬六甲海峽、泰國(guó)灣、北部灣。

CCMP風(fēng)場(chǎng)；北印度洋；季節(jié)特征；大風(fēng)頻率；長(zhǎng)期變化趨勢(shì)

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

海表風(fēng)場(chǎng)是航海、海洋工程、海洋能開發(fā)等極為關(guān)注的一項(xiàng)要素，大風(fēng)大浪經(jīng)常能夠造成不同程度的災(zāi)害，如2011年12月18日強(qiáng)冷空氣造成的俄羅斯鄂霍次克海海上石油平臺(tái)沉沒，造成了巨大的人員和經(jīng)濟(jì)損失，又如諾曼底登陸，雖然整體上是成功的，但狂風(fēng)巨浪也造成了嚴(yán)重的非戰(zhàn)斗減員和很多裝備的損失，如此事例不勝枚舉（Zheng C W et al，2012；鄭崇偉 等，2011a；鄭崇偉等，2011b；鄭崇偉等，2012a；鄭崇偉等，2012b）。印度洋海域在世界海運(yùn)、航運(yùn)、漁業(yè)、礦藏、通訊等各個(gè)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中都占有主導(dǎo)地位，在全球戰(zhàn)略多極化格局發(fā)展中，印度洋也將是一個(gè)關(guān)鍵性地區(qū)，該區(qū)局勢(shì)的發(fā)展變化對(duì)全世界的政治、經(jīng)濟(jì)和軍事有著極為深遠(yuǎn)的影響，且該海域也是我亞丁灣護(hù)航的重要海域，吳風(fēng)電等（2011）曾利用1977-2008年北印度洋的熱帶氣旋資料，對(duì)該海域的熱帶氣旋特征進(jìn)行過統(tǒng)計(jì)分析，研究發(fā)現(xiàn)：北印度洋熱帶氣旋通常發(fā)生在阿拉伯海東部和孟加拉灣中部，阿拉伯海上活動(dòng)的熱帶氣旋要比孟加拉灣頻繁。李培等（2003） 曾利用1950-1995年共46a的北印度洋氣象船舶資料，按5°×5°網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)單元，對(duì)北印度洋的氣候特征進(jìn)行過分析，繪制了歷年各月風(fēng)向頻率、平均風(fēng)速、6級(jí)和8級(jí)大風(fēng)、能見度、霧和雷暴等氣象要素分布圖，研究發(fā)現(xiàn)該區(qū)是世界著名的季風(fēng)氣候區(qū)，夏季的西南季風(fēng)比冬季東北季風(fēng)強(qiáng)盛，與我國(guó)南海海區(qū)的季風(fēng)特點(diǎn)正好相反。本文利用具有較高時(shí)空分辨率的1988-2009年的CCMP（Cross-Calibrated，Multi-Platform） 風(fēng)場(chǎng)資料，對(duì)該海域的風(fēng)候特征進(jìn)行深入統(tǒng)計(jì)分析，為防災(zāi)減災(zāi)、航海、海洋工程、海洋能開發(fā)等提供參考和輔助決策。

1CCMP風(fēng)場(chǎng)簡(jiǎn)介

CCMP風(fēng)場(chǎng)來自ESE（NASA Earth Science Enterprise），它結(jié)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） 幾種資料，利用變分方法得到，其空間分辨率為0.25°×0.25°，時(shí)間分辨率為6小時(shí)，空間范圍為：78.375°S-78.375°N，0.125°E～359.875°E，時(shí)間范圍從 1987年7月至今。CCMP風(fēng)場(chǎng)與NCEP風(fēng)場(chǎng)、ERA-40海表10米風(fēng)場(chǎng)、QuikSCAT/NCEP（簡(jiǎn)稱QN） 混合風(fēng)場(chǎng)相比較，CCMP風(fēng)場(chǎng)具有較高的精度和時(shí)空分辨率、時(shí)間序列長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)（鄭崇偉等，2011b），被國(guó)外廣泛運(yùn)用于風(fēng)場(chǎng)研究、海浪模式的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)等，但該資料在國(guó)內(nèi)運(yùn)用較少。

2 海表風(fēng)場(chǎng)特征分析

2.1 海表風(fēng)場(chǎng)的季節(jié)特征

將北印度洋海域的海表風(fēng)場(chǎng)從1987年7月至2009年12月做多年季節(jié)平均，得到該海域海表風(fēng)場(chǎng)（含風(fēng)速風(fēng)向） 的四季分布特征。為了便于觀察，風(fēng)向取單位矢量，以背景色的深淺來表示風(fēng)速的大小（圖1）。

MAM（March，April，May） 期間，風(fēng)向從整體來看，在阿拉伯海和孟加拉灣均大致呈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，風(fēng)速的大值區(qū)主要分布于阿拉伯海北部近海（4.5～5.5 m/s）、孟加拉灣西北部近海（5.5～6.0 m/s）和斯里蘭卡南部海域（4.0～5.0 m/s），其余海域的平均風(fēng)速基本都在4 m/s以下；JJA（June，July，August）期間，整個(gè)北印度洋受季風(fēng)影響顯著，大部分海域?yàn)槲髂巷L(fēng)，風(fēng)速的大值中心分布于索馬里和阿拉伯半島東部的大范圍海域，平均風(fēng)速基本都在12m/s以上，其次孟加拉灣的大部分海域也是風(fēng)速的相對(duì)大值區(qū)，平均風(fēng)速約8～10 m/s；SON（September，October，November） 期間為季風(fēng)過渡季節(jié)，低緯度海域的西南季風(fēng)仍未消退，而高緯度部分海域已經(jīng)轉(zhuǎn)受東北信風(fēng)的影響，風(fēng)速的大值區(qū)主要分布于斯里蘭卡南部大范圍海域，平均風(fēng)速約4～6 m/s；DJF（December，January，F(xiàn)ebruary） 期間，整個(gè)北印度洋受東北信風(fēng)影響顯著，風(fēng)速的大值區(qū)主要分布于索馬里東部海域和斯里蘭卡東部海域。從多年平均風(fēng)速來看，大值區(qū)主要分布于索馬里以東和阿拉伯半島東南部海域（6～8 m/s）、斯里蘭卡東部海域（6～7 m/s） 和馬納爾灣（斯里蘭卡到和印度半島之間，6～8 m/s）。

值得注意的是：亞丁灣及紅海海域常年盛行西北風(fēng)（圖1）。

2.2 大風(fēng)頻率

利用1988-2009年逐6小時(shí)的CCMP風(fēng)場(chǎng)資料，對(duì)北印度洋海域MAM、JJA、SON和DJF期間及全年6級(jí)以上大風(fēng)出現(xiàn)的頻率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（圖2）。風(fēng)力等級(jí)的劃分參照蒲氏風(fēng)力等級(jí)表。

MAM期間，6級(jí)以上大風(fēng)出現(xiàn)頻率較低，相對(duì)高頻中心分布于紅海（約2%）、斯里蘭卡東南部海域（約3%～3.5%）；JJA期間，6級(jí)以上大風(fēng)出現(xiàn)的頻率為全年最高，高頻中心位于索馬里和阿拉伯半島東部海域（80%左右），此外，孟加拉灣大部分海域出現(xiàn)頻率也基本在30%左右；SON和DJF期間，6級(jí)以上大風(fēng)出現(xiàn)的頻率較低。

圖1 北印度洋近22年平均的MAM、JJA、SON、DJF期間的海表風(fēng)場(chǎng)及多年平均海表風(fēng)速分布特征（風(fēng)速單位：m/s）

從全年來看，6級(jí)以上大風(fēng)頻率分布特征與JJA期間6級(jí)以上大風(fēng)頻率的分布特征較為相似，可見該海域的大風(fēng)主要是由于西南季風(fēng)所致。6級(jí)以上的大風(fēng)的高頻中心主要分布于阿拉伯海東部海域，其次是孟加拉灣中部海域，吳風(fēng)電等（2011）的研究表明：北印度洋熱帶氣旋通常發(fā)生在阿拉伯海東部和孟加拉灣中部，阿拉伯海上活動(dòng)的熱帶氣旋要比孟加拉灣頻繁。在此，本文結(jié)論也與吳風(fēng)電的研究結(jié)論相吻合。

2.3 海表風(fēng)速的逐年線性趨勢(shì)

近年來，對(duì)于海表風(fēng)速的研究已有不少。Ward等（1996）認(rèn)為，在20世紀(jì)后半葉全球平均近海面風(fēng)速?zèng)]有明顯的變化趨勢(shì)，在赤道附近海域、南大西洋熱帶海域和北太平洋亞熱帶海域呈減小趨勢(shì)，Gulev（1999，2004） 和Gower等（2002）提出，熱帶北大西洋和北太平洋高緯度海區(qū)的海表風(fēng)速呈遞增趨勢(shì)，鄭崇偉等（2012b）的研究發(fā)現(xiàn)西北太平洋大部分海域的海表風(fēng)速在近22年期間表現(xiàn)出顯著性逐年線性遞增趨勢(shì)，柳艷菊等（2008）利用西沙臺(tái)站觀測(cè)資料研究發(fā)現(xiàn)西沙地區(qū)地面風(fēng)速自1975年以來呈明顯的下降趨勢(shì)。但針對(duì)北印度洋海域海表風(fēng)速變化趨勢(shì)的研究并不多，本文利用CCMP風(fēng)場(chǎng)資料，分析了北印度洋海域近22年期間海表風(fēng)速逐年區(qū)域平均后的變化趨勢(shì)，但這種分析方法只能從整體上反應(yīng)該海域海表風(fēng)速的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，不同海域海表風(fēng)速的變化趨勢(shì)定會(huì)存在區(qū)域性差異，因此本文還分析了該海域0.25°×0.25°逐網(wǎng)格點(diǎn)上海表風(fēng)速的變化趨勢(shì)，結(jié)合者兩種分析方法，技能從整體上把握該海域海表風(fēng)速的變化趨勢(shì)，也能體現(xiàn)變化趨勢(shì)的區(qū)域性差異。

2.3.1 區(qū)域平均后海表風(fēng)速的逐年線性趨勢(shì)

將北印度洋的海表風(fēng)速?gòu)?988-2009年進(jìn)行逐年區(qū)域平均，采用線性回歸方法，分析近22年該海域海表風(fēng)速的整體變化趨勢(shì)（圖3）。

相關(guān)系數(shù)|r|=0.87>r0.05=0.29，線性遞增趨勢(shì)顯著，回歸系數(shù)為0.0286，也就是說，在1988-2009年期間，北印度洋海域的海表風(fēng)速以0.0286m·s-1·a-1的速度顯著性逐年線性遞增。該海域的海表風(fēng)速變化趨勢(shì)大體可分為兩個(gè)階段：在1988-1996年期間，西北太平洋的海表風(fēng)速變化較為平緩，基本在5.2 m·s-1左右，在1999-2009年期間表現(xiàn)出較為平緩的遞增趨勢(shì)，在1997年為近22年期間年平均風(fēng)速的最低點(diǎn)，年平均風(fēng)速約5 m·s-1。

2.3.2 每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上海表風(fēng)速的逐年線性趨勢(shì)

為了體現(xiàn)出變化趨勢(shì)的區(qū)域性差異，本文將北印度洋海域0.25°×0.25°每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上的海表風(fēng)速?gòu)?988-2009年取逐年平均，分析每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上海表風(fēng)速的逐年線性趨勢(shì)，具體計(jì)算方法如下：

式（1）為回歸方程，b為線性趨勢(shì)的回歸系數(shù)。相關(guān)系數(shù)為r，用于線性趨勢(shì)的信度檢驗(yàn)。

由圖4可見，近22年期間，北印度洋大部分海域的海表風(fēng)速呈顯著性逐年線性遞增。大部分海域的遞增趨勢(shì)在0.03 m·s-1·a-1左右，與圖3的結(jié)論一致。遞增趨勢(shì)較強(qiáng)的海域主要分布于中高位緯域：紅海海域（0.09～0.18 m·s-1·a-1）、馬納爾灣（斯里蘭卡到和印度半島之間，0.12～0.18 m·s-1·a-1）、孟加拉灣西部和北部海域（約0.06 m·s-1·a-1）、馬六甲海峽（0.06～0.09 m·s-1·a-1）、泰國(guó)灣（0.06～0.09 m·s-1·a-1）、北部灣（0.06～0.09 m·s-1·a-1），赤道附近海域海表風(fēng)速的遞增趨勢(shì)較為平緩，基本都在0.03 m·s-1·a-1以內(nèi)，呈顯著性逐年線性遞減的區(qū)域分布于一些零星海域，無顯著性變化趨勢(shì)的海域集中分布于馬爾代夫周邊大范圍海域和斯里蘭卡南部大范圍海域以及其余一些小范圍海域（圖4）。

圖4 北印度洋海域1988-2009年逐年平均海表風(fēng)速線性趨勢(shì)的回歸系數(shù)（m·s-1·a-1，陰影區(qū)表示相關(guān)系數(shù)|r|>r0.05=0.4，即通過了95%的信度檢驗(yàn)，線性趨勢(shì)顯著）

3 結(jié)論

（1）北印度洋海域受季風(fēng)影響顯著，MAM期間，在阿拉伯海和孟加拉灣的風(fēng)向均大致呈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，風(fēng)速的大值區(qū)主要分布于阿拉伯海北部近海、孟加拉灣西北部近海和斯里蘭卡南部海域；JJA期間，北印度洋受西南季風(fēng)影響顯著，大部分海域?yàn)槲髂巷L(fēng)，風(fēng)速的大值中心分布于索馬里和阿拉伯半島東部的大范圍海域；SON期間為季風(fēng)過渡季節(jié)，低緯度海域的西南季風(fēng)仍未消退，而高緯度部分海域已經(jīng)轉(zhuǎn)受東北信風(fēng)的影響，風(fēng)速的大值區(qū)主要分布于斯里蘭卡南部大范圍海域；DJF期間，整個(gè)北印度洋受東北信風(fēng)影響顯著，風(fēng)速的大值區(qū)主要分布于索馬里東部海域和斯里蘭卡東部海域。從多年平均風(fēng)速來看，大值區(qū)主要分布于索馬里以東和阿拉伯半島東南部海域、斯里蘭卡東部海域和馬納爾灣。亞丁灣及紅海海域常年盛行西北風(fēng)。

（2）MAM期間，6級(jí)以上大風(fēng)出現(xiàn)頻率較低，相對(duì)高頻中心分布于紅海、斯里蘭卡東南部海域；JJA期間，6級(jí)以上大風(fēng)出現(xiàn)的頻率為全年最高，高頻中心位于索馬里和阿拉伯半島東部海域，出現(xiàn)頻率高達(dá)80%左右，此外，孟加拉灣大部分海域出現(xiàn)頻率也基本在30%左右；SON和DJF期間，6級(jí)以上大風(fēng)出現(xiàn)的頻率較低。從全年來看，6級(jí)以上大風(fēng)頻率分布特征與JJA期間6級(jí)以上大風(fēng)頻率的分布特征較為相似，該海域的大風(fēng)主要是由于西南季風(fēng)所致。

（3） 在1988-2009年期間，北印度洋海域的海表風(fēng)速整體上以0.028 6 m·s-1·a-1的速度顯著性逐年線性遞增。遞增趨勢(shì)較強(qiáng)的海域主要分布于中高位緯域：紅海海域、馬納爾灣、孟加拉灣西部和北部海域、馬六甲海峽、泰國(guó)灣、北部灣，赤道附近海域海表風(fēng)速的遞增趨勢(shì)較為平緩，呈顯著性逐年線性遞減的區(qū)域分布于一些零星海域，無顯著性變化趨勢(shì)的海域集中分布于馬爾代夫周邊大范圍海域和斯里蘭卡南部大范圍海域以及其余一些小范圍海域。

Gower J F，2002.Temperature，wind and wave climatologies，and trends from marine meteorological buoys in the northeast pacific.Journal of Climate，15：3709-3718.

Gulev S K，Hasse L，1999.Changes of wind waves in the north Atlantic over the last 30 years.Internal Journal of Climatol，19： 1091-1117.

Gulev S K，Zolina O，Grigotieva S，2004.Last century changes in ocean wind wave height from global visual wave data.Geophy Research Letter，31：2430-2436.

Ward M N，Hoskins B，1996.Near surface wind over the global ocean 1949-1988.Journal of Climate，9：1877-1895.

Zheng C W，Zhuang H，Li X，et al，2012.Wind Energy and Wave Energy Resources Assessment in the East China Sea and South Chi－na Sea.Science China Tech Science，55（1）：163-173.

李培，張弦，俞慕耕，2003.北印度洋氣候特點(diǎn)分析.海洋預(yù)報(bào)，20（3）：25-30.

柳艷菊，閆俊岳，宋艷玲，2008.近50年南海西沙地區(qū)的氣候變化特征研究.地理科學(xué)，28（6）：804-808.

吳風(fēng)電，羅堅(jiān)，2011.1977-2008年北印度洋熱帶氣旋統(tǒng)計(jì)特征分析.氣象與環(huán)境科學(xué)，34（3）：7-13.

鄭崇偉，2011a.全球海域風(fēng)能資源儲(chǔ)量分析.中外能源，16（7）：43-47.

鄭崇偉，李訓(xùn)強(qiáng)，2011b.基于WAVEWATCH-III模式的近22年中國(guó)海波浪能資源評(píng)估.中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），41（11）：5-12.

鄭崇偉，潘靜，2012a.全球海域風(fēng)能資源評(píng)估及等級(jí)區(qū)劃.自然資源學(xué)報(bào)，26（3）：1-8.

鄭崇偉，潘靜，田妍妍，等，2012b.全球海域風(fēng)浪、涌浪、混合浪波候圖集.北京：海洋出版社.

（本文編輯：袁澤軼）

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

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目（2012CB957803）；中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目（KZCX2-YW-Q11-03）。

張磊（1972-），男，副研究員，主要從事海洋環(huán)境保障研究。電子郵箱：stone333@tom.com。