全球海洋海浪要素季節(jié)變化研究

莊曉宵 林一驊

1 中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029

2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049

1 引言

海洋是氣候系統(tǒng)中的重要和關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，其對(duì)全球的氣候變化具有深刻影響。海氣界面作為海洋與大氣相互作用發(fā)生的場(chǎng)所，在海氣相互作用過(guò)程中扮演了十分重要的角色，海氣間的物質(zhì)和能量交換就是在該界面進(jìn)行和完成。氣象學(xué)家和海洋學(xué)家對(duì)此進(jìn)行了大量研究，并取得不少進(jìn)展。但由于海氣界面物理、化學(xué)過(guò)程的復(fù)雜性，仍有許多基本問(wèn)題尚未解決，其中海浪的氣候?qū)W問(wèn)題由于資料的缺乏，長(zhǎng)期以來(lái)一直缺乏全面和整體的認(rèn)識(shí)。在海洋表層，海浪的各種要素，包括有效波高、平均周期和平均波向，以及海洋表面的10 m風(fēng)速，都會(huì)對(duì)海氣間的相互作用產(chǎn)生重要的影響。此外海表反照率也會(huì)隨海浪狀況的改變而變化，所有這些因素及其長(zhǎng)期變化都有可能影響氣候系統(tǒng)的狀態(tài)及其變化。另外，海浪的氣候狀況的變化對(duì)海上航運(yùn)、石油開(kāi)采及其他各種海上活動(dòng)也存在重要影響。因此，研究全球海洋海浪的時(shí)空分布等氣候特征具有重要理論意義和實(shí)用價(jià)值。

由于海浪處于海氣相互作用的交界處，其發(fā)生發(fā)展的能量主要來(lái)自于海表風(fēng)場(chǎng)，而風(fēng)場(chǎng)的主要特征是季節(jié)變化特征顯著，因此海浪的季節(jié)變化特征也應(yīng)該如此。對(duì)于海浪要素的季節(jié)變化特征的研究近年來(lái)也有不少，Semedo et al.（2011）利用 1957～2002 年共 45 年的 ERA-40（European Center for Medium Range Weather Forecasting 40 Year Re- analysis）海浪再分析資料，研究了全球風(fēng)浪和涌浪的氣候態(tài)特征。他們通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是在南半球還是北半球，混合浪的有效波高均是赤道外地區(qū)大于赤道地區(qū)，并且都在各自半球的冬季達(dá)到最大，經(jīng)過(guò)分離后得到的風(fēng)浪和涌浪也同樣如此。除此之外，Semedo et al.（2011）還發(fā)現(xiàn)全球海洋主要由涌浪占主導(dǎo)。張婕（2010）也曾利用1958～2001年共44年的ERA-40海浪資料研究過(guò)全球海浪的分布特征，其主要結(jié)論為全球風(fēng)速和有效浪高的最大值位于南大洋，并且這兩個(gè)變量均是在北半球冬季時(shí)北半球高緯才會(huì)大于南半球高緯，其他季節(jié)則均為南半球較大。劉金芳等（2002）利用1950～1995年共 46年的船舶氣象報(bào)資料分析了北太平洋海浪場(chǎng)的時(shí)空變化特征，發(fā)現(xiàn)北太平洋海浪場(chǎng)的季節(jié)變化最為顯著，并且冬季時(shí)海浪場(chǎng)為全年最大，夏季最小。李靖等（2012）利用1958～2001年共44年的ERA-40海浪場(chǎng)資料對(duì)南北太平洋的有效波高和海浪方向進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)北半球季節(jié)變化大于南半球?？梢?jiàn)海浪要素的季節(jié)變化特征的確顯著，但以上研究只是定性的得到南北半球的季節(jié)變化特征，不能對(duì)不同區(qū)域的季節(jié)變化強(qiáng)弱進(jìn)行比較。本文則定義了海浪要素季節(jié)變率的計(jì)算方法，在一定程度上能夠定量的表達(dá)海浪要素季節(jié)變化的強(qiáng)弱。另外，過(guò)去的研究所使用的資料主要分為兩類：一類是基于海洋浮標(biāo)、沿海和海島的觀測(cè)站以及走航的船舶，這類資料時(shí)空分布不連續(xù)，對(duì)于全球海洋海浪狀況研究的代表性較差；另一類是基于ERA-40的海浪再分析資料，這套資料空間分辨率較低，而且在1991年12月至1993年5月這段時(shí)間內(nèi)存在衛(wèi)星遙感資料的錯(cuò)誤，因此也不能很好的代表全球海洋海浪的狀況。因此本文選用了最新的分辨率較高的海浪再分析資料，試圖使研究的結(jié)果更加準(zhǔn)確及可信。

2 資料及方法介紹

本文選用歐洲中尺度天氣預(yù)報(bào)中心（European Center for Medium Range Weather Forecasting,ECMWF）最新研發(fā)的大氣和海洋全球再分析數(shù)據(jù)集ERA-Interim（Full Resolution版本）中的風(fēng)場(chǎng)和混合浪海浪場(chǎng)數(shù)據(jù)。ERA-Interim數(shù)據(jù)的時(shí)間長(zhǎng)度為 1979年至最近，且一直在更新中，其格點(diǎn)數(shù)據(jù)提供了大量的3小時(shí)地表參數(shù)，描述了海表和陸表的狀況。ERA-Interim（Full Resolution版本）中的數(shù)據(jù)比早期的ERA-40數(shù)據(jù)空間分辨率更高，除了含有和 ERA-40一樣的 1.5°×1.5°（國(guó)內(nèi)不提供下載）和 2.5°×2.5°兩種分辨率之外，還包括0.75°×0.75°、1°×1°、1.125°×1.125°、2°×2°和3°×3°在內(nèi)的共七種空間分辨率。本研究提取了其中空間分辨率為 1°×1°，時(shí)間分辨率為逐月平均的海表面10 m風(fēng)場(chǎng)以及逐日4個(gè)時(shí)次的混合浪海浪場(chǎng)數(shù)據(jù)，并將海浪場(chǎng)數(shù)據(jù)處理成逐月平均的形式，其中具體的變量包括海表海表面10 m風(fēng)速（U10）和風(fēng)向（φ）、混合浪有效波高（Hs）和波向（θ）及混合浪平均周期（Tm）。本研究的時(shí)間范圍為1982～2011年。

ERA-Interim再分析資料是繼其早期產(chǎn)品ERA-15和ERA-40之后的新產(chǎn)品，其使用最新的四維變分同化技術(shù)，同化了大量的衛(wèi)星高度計(jì)、浮標(biāo)等觀測(cè)數(shù)據(jù)以及海浪模式數(shù)據(jù)，作用在于提供ECMWF早期產(chǎn)品和新一代產(chǎn)品ERA-70之間的銜接，目的是對(duì)ERA-40和更早的數(shù)據(jù)進(jìn)行完善，從而逐漸取代ERA-40。ERA-Interim作為ECMWF最新開(kāi)發(fā)的同化數(shù)據(jù)集，從理論上來(lái)說(shuō)應(yīng)該比之前的ERA-15 和 ERA-40 更加精確。Mooney et al.（2011）發(fā)現(xiàn)ERA-Interim模擬的愛(ài)爾蘭冬季氣溫與實(shí)際觀測(cè)氣溫之間的相關(guān)系數(shù)更高，且比 ERA-40和NNRP-1 模擬的結(jié)果稍好。Mooney et al.（2011）認(rèn)為ERA-Interim在重建氣候觀測(cè)的統(tǒng)計(jì)特征方面的表現(xiàn)比ERA-40和NNRP-1更加優(yōu)異。ECMWF的Dee et al.（2011）也曾驗(yàn)證過(guò) ERA-Interim 數(shù)據(jù)的優(yōu)越性。Dee et al.（2011）指出早期的 ERA-40 再分析資料在同化過(guò)程中遇到了一些和衛(wèi)星數(shù)據(jù)的使用有關(guān)的問(wèn)題，而ERA-Interim在這些問(wèn)題的解決上則取得了很好的進(jìn)展。此外，Dee et al.（2011）還指出近年來(lái)ECMWF在模式開(kāi)發(fā)和數(shù)據(jù)同化方面取得了比較出色的成績(jī)，ERA-Interim在很多方面的表現(xiàn)都超出了預(yù)期值。綜上所述，本文有理由相信選取的數(shù)據(jù)是可靠的，得到的結(jié)果也是值得相信的。

3 全球風(fēng)場(chǎng)及海浪場(chǎng)季節(jié)特征

將上述月平均風(fēng)場(chǎng)及海浪場(chǎng)格點(diǎn)資料分別處理成季節(jié)平均的資料，此處記12月至2月（DJF）為冬季，3月至5月（MAM）為春季，6月至8月（JJA）為夏季，9月至11月（SON）為秋季。

3.1 全球海表10 m風(fēng)速大小及風(fēng)向分布

圖1為全球30年平均的海表10 m風(fēng)速及風(fēng)向分布，從圖中可見(jiàn)，南大洋風(fēng)速整體大于北大洋，赤道外海區(qū)風(fēng)速大于赤道附近海區(qū)，其中全球風(fēng)速最大值位于南非至澳大利亞間的南極繞極流（Antarctic Circumpolar Current）處，風(fēng)速大小為12～13m s-1，北大洋風(fēng)速最大值位于北大西洋60°N附近，風(fēng)速大小為10～11m s-1，北太平洋大致相同的緯度也有一個(gè)風(fēng)速的大值區(qū)，但較北大西洋略小。全球風(fēng)速的最小值則出現(xiàn)于赤道附近的陸地沿岸，最小風(fēng)速為3～4m s-1。

圖2為全球季節(jié)平均的海表10 m風(fēng)速及風(fēng)向分布從圖中可見(jiàn)，在春季、夏季和秋季，全球風(fēng)速的最大值出現(xiàn)在南大洋 ACC處，呈現(xiàn)明顯的南強(qiáng)北弱分布，但不同的是，冬季北太平洋和北大西洋都出現(xiàn)了風(fēng)速的極大值，大小和南大洋相當(dāng)，甚至北大西洋風(fēng)速比南大洋還偏大。與 30年平均的風(fēng)速分布相似，赤道外海區(qū)風(fēng)速大于赤道附近海區(qū)，全球風(fēng)速的最小值出現(xiàn)于赤道附近的陸地沿岸。此外，圖2還明顯顯示，北大洋的風(fēng)速季節(jié)變化大于南大洋，北大洋在冬季風(fēng)速達(dá)到最大，然后逐漸減小，在夏季達(dá)到最小，隨后又逐漸增大；南大洋風(fēng)速在南半球的冬季達(dá)到最大，在南半球的夏季則為最小，但是變化的幅度不如北半球大，原因可能是南大洋海洋面積寬闊，而北半球陸地面積大，且分布雜亂，風(fēng)速受到較大的影響。值得注意的是阿拉伯海地區(qū)，由于夏季季風(fēng)的盛行，導(dǎo)致冬季風(fēng)速小夏季風(fēng)速大。

3.2 有效波高和平均波向分布

圖3為全球30年平均的混合浪有效波高及波向分布，從圖中可見(jiàn)，與風(fēng)速分布相似，有效波高大體上也呈現(xiàn)南強(qiáng)北弱的態(tài)勢(shì)。其中全球有效波高最大值出現(xiàn)于南非至澳大利亞之間的 ACC處，有效波高大小為4.4～4.8 m，北半球的最大值出現(xiàn)在60°N附近的北大西洋和北太平洋，且北大西洋略大于北太平洋，有效波高大小為3.2～3.6 m，不僅如此，北大西洋最大值范圍較大，位置也偏北。全球有效波高的最小值主要出現(xiàn)在印尼、馬來(lái)西亞、澳大利亞北部、地中海、墨西哥灣等陸地沿岸海域，有效波高大小為0.8～1.2 m。波向方面，30年平均的波向大體上與30年平均的風(fēng)向較為一致。

圖4為全球季節(jié)平均的混合浪有效波高及波向分布，從圖中可見(jiàn)，季節(jié)平均的有效波高的分布和季節(jié)平均的風(fēng)速的分布類似，波高的最大值出現(xiàn)在南大洋 ACC處。除了冬季外，該海域均為波高的最大值之所在，冬季北大西洋和北太平洋的波高則比南大洋大。此外，北半球大洋有效波高的季節(jié)變化大于南半球大洋，北大洋在冬季有效波高達(dá)到最大，然后逐漸減小，在夏季達(dá)到最小，隨后又逐漸增大；南大洋有效波高在南半球的冬季達(dá)到最大，在南半球的夏季則為最小，但是變化的幅度仍不如北半球大，這與風(fēng)速的情況相似。值得注意的是，在阿拉伯海，有效波高冬季小夏季大，這和北半球整體趨勢(shì)相反，可能因?yàn)榘⒗５貐^(qū)夏季季風(fēng)強(qiáng)，而波高受風(fēng)速影響較大的緣故。波向方面，季節(jié)平均的波向大體上與季節(jié)平均的風(fēng)向較為一致。結(jié)合上文全球的情況及有效浪高與風(fēng)速分布的相似性，這說(shuō)明了有效波高場(chǎng)受風(fēng)場(chǎng)影響巨大。

由以上分析可見(jiàn)，有效波高存在明顯的季節(jié)變化特征，尤其是冬季與夏季之間存在巨大差異，而春秋兩季則與 30年平均的情況相似。為了更好的描述海浪場(chǎng)的季節(jié)變化特征，特別是冬夏季節(jié)間的差異，本文借鑒并改進(jìn)了曾慶存和張邦林（1998）研究大氣環(huán)流季節(jié)變化的成果，引入一種描述季節(jié)變化的方法。記冬夏間季節(jié)變率為δ，則：

圖1 30年平均的全球海表10 m風(fēng)速U10（m s-1）和風(fēng)向φ分布，其中陰影部分代表海表10 m風(fēng)速值大小，箭頭長(zhǎng)度代表該處海表10 m風(fēng)速的大小，箭頭方向代表該處海表10 m風(fēng)向 Fig.1 30-year mean 10-m wind speedU10(m s-1)and wind directionφ,the shaded region represents the wind speed,the arrows are scaled with the background fields and the arrow direction represents the wind direction there

圖2（a）冬季、（b）春季、（c）夏季、（d）秋季季節(jié)平均的全球海表10 m風(fēng)速U10（m s-1）和風(fēng)向φ分布，其中陰影部分、箭頭長(zhǎng)度及方向含義與圖1相同 Fig.2 Seasonal averages of 10-m wind speed U10(m s-1)and wind directionsφ for(a)DJF(Dec-Jan-Feb),(b)MAM(Mar-Apr-May),(c)JJA(Jun-Jul-Aug),(d)SON(Sep-Oct-Nov).The shaded region and arrows represent the same as Fig.1

其中Fw為冬季平均的海浪要素值，F(xiàn)s為夏季平均的海浪要素值，F(xiàn)m為 30年平均的海浪要素值，δ反映的是海浪要素的季節(jié)變率。季節(jié)變率亦可用Fw及Fs扣除年平均之后的距平值來(lái)定義，即令：

于是有：

由于Fw′與Fs′中的Fm相互抵消，使得δ′與δ相等。

圖3 30年平均的全球混合浪有效波高Hs（m）和波向θ分布，其中陰影部分代表有效波高大小，箭頭方向代表該處30年平均波向，但其長(zhǎng)度不代表任何含義 Fig.3 30-year mean significant wave heightHs (m)and wave directionθ,the shaded region represents the significant wave height,the arrow direction represents the 30-year mean wave direction,but its length is meaningless

圖4（a）冬季、（b）春季、（c）夏季、（d）秋季季節(jié)平均的全球混合浪有效波高Hs（m）和波向θ分布，其中陰影部分及箭頭含義與圖3相同F(xiàn)ig.4 Seasonal averages of significant wave heightHs (m)and wave directionθ for(a)DJF(Dec-Jan-Feb),(b)MAM(Mar-Apr-May),(c)JJA(Jun-Jul- Aug),(d)SON(Sep-Oct-Nov).The shaded region and arrows represent the same as Fig.3

圖5反映的是有效波高冬夏間的季節(jié)差異，從圖中可見(jiàn)，北大洋混合浪有效波高的季節(jié)變率明顯大于南大洋，而且北大洋基本上為正值區(qū)，即是北大洋在北半球冬季有效波高大于北半球夏季有效波高。有效波高季節(jié)變率的幾個(gè)正值中心分別位于北太平洋、北大西洋、日本海、南海南部以及地中海地區(qū)。但在北半球的印度洋地區(qū)，出現(xiàn)了兩個(gè)大的負(fù)值中心，分別位于阿拉伯海和孟加拉灣，且阿拉伯海的季節(jié)變率在數(shù)值上來(lái)說(shuō)為全球最大，這可能是與北半球夏季盛行的強(qiáng)大的印度季風(fēng)有關(guān)。此外在東太平洋的墨西哥、巴拿馬和哥倫比亞沿岸，也出現(xiàn)了微弱的負(fù)值區(qū)。相比之下，南半球大洋有效波高的冬夏間差異即季節(jié)變率較小，除了赤道中、西太平洋的附近海域出現(xiàn)了小部分正值區(qū)，其 他廣闊的海域基本上為負(fù)值區(qū)，即南大洋在南半球冬季有效波高大于南半球夏季有效波高，有效波高季節(jié)變率的負(fù)值中心出現(xiàn)在坦桑尼亞以東、馬達(dá)加斯加島以北海域以及班達(dá)海、阿拉弗拉海部分海域。值得注意的是，南半球印度洋冬夏差異比較均一且較大，且在30°S至45°S附近的太平洋和大西洋海域，有效波高的冬夏差異比周圍海域?yàn)榇?。全球有效波高季?jié)變率在不考慮正負(fù)的情況下，在赤道附近的太平洋和大西洋以及南大洋的大部分海域?yàn)樽钚?。這可能是由赤道附近常年風(fēng)速較小，且風(fēng)速與風(fēng)向變化均較小，而南大洋面積廣闊，受陸地影響較小，常年風(fēng)速和風(fēng)向穩(wěn)定的原因造成的。

3.3 平均周期分布

從圖6可見(jiàn)，整體上南半球大洋的平均周期比北半球大洋大，并且大洋東部平均周期比大洋西部大。平均周期的幾個(gè)大值中心分別位于墨西哥以西、厄瓜多爾以西、智利以西、印尼以西、澳大利亞以西、以南及西北海域，平均周期大小為10.5～11 s。平均周期最小的區(qū)域位于大洋西岸的陸地沿岸，最小平均周期的大小在4 s左右。

從圖7可見(jiàn)，春秋兩季的平均周期分布和 30年平均的平均周期分布相似，這說(shuō)明相對(duì)于年平均狀態(tài)，春秋兩季變化較小，冬夏兩季變化較大。其中變化較大的區(qū)域分別位于東北太平洋、東北大西洋以及中東印度洋，北半球冬季東北太平洋和東北大西洋相對(duì)年平均狀態(tài)周期偏大，北半球夏季則偏小；中東印度洋的情況類似，在南半球冬季時(shí)偏大，南半球夏季則偏小。

圖5 全球混合浪有效波高的季節(jié)變率分布（無(wú)量綱） Fig.5 Seasonal variability(dimensionless)of significant wave height

圖6 30年平均的全球混合浪平均周期Tm 分布 Fig.6 30-year mean wave periodTm

為了突出平均周期季節(jié)變化最大的區(qū)域，再次使用前述季節(jié)變率定義，計(jì)算了全球混合浪平均周期的季節(jié)變率，計(jì)算結(jié)果由圖8給出。從圖中可見(jiàn)，北大洋平均周期的季節(jié)變率總體上大于南大洋，其中北半球太平洋和大西洋基本為正值區(qū)，南半球太平洋和大西洋基本為負(fù)值區(qū)，說(shuō)明北大洋在北半球冬季時(shí)周期比夏季大，而南大洋在南半球冬季時(shí)周期比夏季大，但印度洋的情況比較特殊，整個(gè)大洋基本上為負(fù)值區(qū)，這意味著北半球印度洋在北半球冬季時(shí)周期比夏季小，南半球印度洋在南半球冬季時(shí)周期比夏季大。日本海、南海南部和印尼附近的馬魯古海以及摩洛哥沿岸為正值中心，澳大利亞以西沿岸及阿拉伯海地區(qū)為負(fù)值中心，但正值中心區(qū)的變化仍大于負(fù)值中心區(qū)。全球平均周期季節(jié)變率在不考慮正負(fù)的情況下，在南半球太平洋和大西洋、中美洲以西沿岸、加勒比海、南海東北部、東海、黃海、日本以東的部分海區(qū)、孟加拉灣及赤道附近印度洋海區(qū)為最小。

圖7（a）冬季、（b）春季、（c）夏季、（d）秋季季節(jié)平均的全球混合浪平均周期Tm分布 Fig.7 Seasonal averages of mean wave periodTm for(a)DJF(Dec-Jan-Feb),(b)MAM(Mar-Apr-May),(c)JJA(Jun-Jul-Aug),(d)SON(Sep-Oct-Nov)

圖8 全球混合浪平均周期的季節(jié)變率分布（無(wú)量綱） Fig.8 Seasonal variability(dimensionless)of mean wave period

4 全球風(fēng)浪—涌浪季節(jié)變化特征

海浪按成因可以分為風(fēng)浪、涌浪及混合浪三種。風(fēng)浪，顧名思義，就是由本地風(fēng)持續(xù)作用而產(chǎn)生的波浪，所謂“無(wú)風(fēng)不起浪”指的就是這個(gè)意思。風(fēng)浪的特征往往波峰尖削，在海面上的分布很不規(guī)律，波峰線短，周期小。涌浪則指由海面上其他海區(qū)傳來(lái)的或者本地風(fēng)力迅速減小、平息，或者風(fēng)向改變后海面上留下來(lái)的波動(dòng)，也即所謂“無(wú)風(fēng)三尺浪”。涌浪的波面比較平坦，光滑，波峰線長(zhǎng)，周期、波長(zhǎng)都較大。涌浪一般具有巨大的能量，風(fēng)浪雖然看似兇猛，但是更具摧毀力的還是看起來(lái)溫和的涌浪。曾有報(bào)道稱總有游人在風(fēng)和日麗的日子突然被興起的大浪卷入海中遇溺的事故，中國(guó)東南沿海部分地區(qū)的漁民稱之為“瘋狗浪”，這種“瘋狗浪”即屬于涌浪。另外還有報(bào)道稱千噸貨輪被涌浪攔腰折斷的事件，可見(jiàn)涌浪能力之巨大。此外，Semedo et al.（2011）指出，有效波高的變化更多的來(lái)自大洋中的涌浪變化。因此，如果能把風(fēng)浪和涌浪分開(kāi)，對(duì)于實(shí)際的生產(chǎn)生活都具有重大的意義。Semedo et al.（2011）曾明確指出全球海洋主要由涌浪控制。在韓樹(shù)宗等（2003）的研究中，也發(fā)現(xiàn)太平洋海域以涌浪為主，大西洋海域常年存在涌浪。另外，Chen et al.（2002）發(fā)現(xiàn)大洋的東邊存在涌浪的強(qiáng)化，張婕（2010）通過(guò)計(jì)算波齡對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。

文圣常和余宙文（1984）曾在其著作《海浪理論與計(jì)算原理》中指出，平均波齡可定義為：

其中為平均波相速，U10為海表10米風(fēng)速，為平均周期，g為重力加速度。但在張連新（2011）的研究中，他指出上式定義的波齡只能代表涌浪狀態(tài)，隨后他給出了其新定義的波齡β?的計(jì)算方法，其表達(dá)式如下：

其中β?為新波齡，Cp為波相速，B=0.062為常數(shù)，u?為海表摩擦速度，其與海表10 m風(fēng)速U10的換算方法如下：

其中CD為風(fēng)拖曳力系數(shù)，本文在計(jì)算CD的時(shí)候參考了Wu（1982）的方法：

可以看到，新定義的波齡可以用有效波高和海表10 m風(fēng)速計(jì)算得到。張連新（2011）認(rèn)為新波齡不僅能代表涌浪狀態(tài)，而且可以代表風(fēng)浪條件，并且其通過(guò)P-M海浪譜得到當(dāng)新波齡大于或等于32時(shí)，海浪為涌浪控制，即完全成長(zhǎng)的狀態(tài)。因此本文采用張連新（2011）的新波齡計(jì)算方法重新估計(jì)了全球混合浪波齡的分布，進(jìn)而初步判斷全球海洋風(fēng)浪和涌浪分布的狀況及其季節(jié)變化特征。

從圖9中可見(jiàn)，幾乎全球海浪的波齡均超過(guò)了32，這說(shuō)明全球海浪由涌浪占絕對(duì)主導(dǎo)，這與Semedo et al.（2011）研究的結(jié)果相同。全球波齡最大處主要出現(xiàn)在大洋的東岸，該結(jié)論與張婕（2010）基本一致，這再次證實(shí)了Chen et al.（2002）的發(fā)現(xiàn)，但與張婕（2010）不同的是赤道西太平洋波齡也較大，其原因有待進(jìn)一步的研究。全球波齡最小處主要位于 ACC處，這可能與此處常年盛行的西風(fēng)帶有關(guān)。

從圖10可見(jiàn)，只在夏季時(shí)索馬里附近海域出現(xiàn)了小部分波齡小于 32的海區(qū)，其余季節(jié)全球海浪的波齡均大于32，這說(shuō)明了四季全球海洋均由涌浪主導(dǎo)，但夏季由于強(qiáng)勁的印度季風(fēng)，使得索馬里附近海域出現(xiàn)了一片風(fēng)浪主導(dǎo)區(qū)。值得注意的是，夏季波齡的大值區(qū)范圍也為全年最小，秋冬兩季次之，春季為最大，并且秋冬兩季波齡分布與 30年平均的情況相似。全球波齡變化最大的區(qū)域位于印度洋，特別是在春夏兩季，這說(shuō)明相應(yīng)的涌浪也在這兩個(gè)季節(jié)存在明顯的變化。

5 結(jié)論

本文使用ECMWF近30年ERA-Interim風(fēng)場(chǎng)及海浪場(chǎng)再分析資料，分析了全球風(fēng)場(chǎng)、混合浪有效波高、平均周期以及平均波向的平均態(tài)、季節(jié)分布和季節(jié)變化，主要結(jié)論如下：

圖9 30年平均的全球混合浪波齡β?（無(wú)量綱）分布 Fig.9 30-year mean wave ageβ?(dimensionless)

圖10 同圖7，但為全球混合浪波齡β?（無(wú)量綱）分布 Fig.10 Same as Fig.7,but for mean wave ageβ?(dimensionless)

（1）無(wú)論是 30年平均還是季節(jié)平均，有效波高的分布都與風(fēng)速的分布較一致，均具有南強(qiáng)北弱并且赤道外海域大于赤道附近海域的特征，最大值區(qū)域位于南半球大洋南極繞極流即 ACC海域，北太平洋和北大西洋地區(qū)有效波高及風(fēng)速在除了北半球夏季之外也較大。

（2）有效波高和風(fēng)速的分布具有明顯的季節(jié)變化，均為冬季大夏季小（各自半球），且北半球的季節(jié)變率整體比南半球?yàn)榇螅《燃撅L(fēng)區(qū)的阿拉伯海的有效波高和風(fēng)速則為夏季大冬季小，并且此處的有效波高季節(jié)變率為全球最大。

（3）平均周期在大洋東部比西部大，北半球平均周期季節(jié)變率比南半球略大，且均為冬季大夏季?。ǜ髯园肭颍⒗５貐^(qū)的平均周期仍然為夏季大于冬季。全球海浪平均周期季節(jié)變率大部分較小，最大處位于西北太平洋和東北大西洋。

（4）由波齡的平均分布及季節(jié)分布可以證實(shí)，全球大洋基本為涌浪主導(dǎo)，大洋東部存在涌浪強(qiáng)化的現(xiàn)象，相比而言，印度洋涌浪季節(jié)變化最明顯，特別是在春夏兩季。

本文僅對(duì)全球范圍內(nèi)波候的變化做了初步資料分析工作，但仍然發(fā)現(xiàn)了一些波候季節(jié)變化的特征，對(duì)于造成這種變化的物理機(jī)制，目前尚未做深入探討。另外區(qū)分和鑒別風(fēng)浪和涌浪的方法也過(guò)于簡(jiǎn)單粗糙，需要做進(jìn)一步的研究和探索。

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